PCA-SOM耦合模型在湖泊水质评价中的应用

富营养化是湖泊沼泽化进程加快的重要因素之一,而湖泊富营养化的预防与治理已经成为世界性的难题。湖泊富营养化评价是湖泊治理的基础,它可以为治理工作提供科学的依据。该文以乌梁素海为例,采用主成分——SOM人工神经网络耦合模型进行富营养化评价。先建立富营养化评价指标体系,然后用主成分分析剔除存在相关性、信息重叠的指标,再将利用主成分分析得到的具有代表性的主成分指标代替原来的评价指标,输入到自组织特征映射网络模型中,最后对富营养化状况进行聚类分析。所得结果与实际相吻合。该方法能根据实测资料对湖泊富营养化状况客观地分类并计算出评价权值,避免了选取评价指标时的主观随意性。     

白洋淀水体富营养化和沉积物污染时空变化特征

雄安新区成立以后,在白洋淀流域实施了一系列污染综合整治措施.为评估白洋淀污染状况并识别主要污染来源,本文在淀内采集了30个水体样品和29个沉积物样品,分析了水体中的COD、TP、TN、NH~+_4-N和Chla这5项指标和沉积物中TN、TP和重金属(Cd、Zn、Cu、Pb、Ni、As和Cr),结合历史监测数据分析了白洋淀污染时空分布特征及其影响因子.结果表明, 2019年白洋淀淀内水体整体处于富营养化状态, 30个采样点中"轻度富营养化"点位8个,"中度富营养化"16个,"重度富营养化"6个,与1991～2017年相比,淀区北部地区多数点位的营养程度明显下降,污染整治措施基本上遏制了水体污染加重趋势.沉积物营养盐污染依然严重,TN含量在1 483.7～14 234.1 mg·kg~(-1)之间,平均值为5 054.9 mg·kg~(-1),变异系数高达46.5%,TP含量在360.3～1 964.4 mg·kg~(-1)之间,平均值为925.4 mg·kg~(-1),变异系数为25.7%.重金属地累积指数计算表明沉积物中I_(geo)平均值均小于1,属于清洁或轻度污染,主要污染物为Cd、Zn和Cu.重金属生态风险除部分点位(L3、L21、L28和L29)处于重度和严重生态风险等级外,淀区整体处于中等风险水平.整体上,白洋淀水体污染区域正在从北部向南部转移,主要影响因素从外源污染向淀中村和沉积物污染引起的内源污染转变.     

主成分分析在洱海水质评价中的应用

选取2011—2020年洱海11个测点水质指标的年平均值作为研究数据,借助SPSS 23.0统计分析软件对洱海水质进行主成分分析,找出影响洱海水质的主要因素,分析洱海水质的空间和时间变化特征。按照主成分分析,洱海水质污染主要是富营养化和有机物;洱海中部水质最好,南部次之,北部最差;2011—2014年洱海水质污染变轻,2015—2018年水质污染有加重趋势,2019年、2020年水质持续改善。     

基于主成分和地统计的太湖水质分析

以太湖为试验区,对其2007年33个观测点的10项水质参数进行了主成分分析,第一主成分主要反映了水体的富营养化程度及有机污染;第二主成分代表了太湖的理化特征;第三主成分反映了太湖的物理特征和微生物特性。根据第一主成分,结合地统计对太湖水质进行评价。评价结果表明太湖北部的五里湖和西北部湖区污染最为严重。表明主成分分析法在水质评价上指导性较强,是一种行之有效的水质评价方法。     

乌梁素海污染现状及驱动因子分析

乌梁素海湖泊位于我国北方半干旱地区的河套灌区内,属于典型的草型浅水湖泊。由于所处地区的特殊水文气象条件与灌区的影响,乌梁素海的水环境污染问题必定有其特殊性,文章将实测的湖泊水质监测数据与空间数据结合,采用基于因子分析的主成分方法将乌梁素海的水质参数概括为5个主成分,即:污染特征指标、湖泊形态特征指标、植物生长环境指标、水体酸碱指标、水体藻类生物量指标。进一步分析讨论各主成分的意义以及结合地区特征指出湖泊污染的驱动因子,为湖泊水体的合理利用与污染的治理提供科学依据。     

基于主成分分析法的武烈河流域水质评价研究

利用MATLAB软件,采用主成分分析法对武烈河流域水环境质量进行了综合评价.结果表明:武烈河流域水环境质量整体相对较好,高寺台下游断面的水质污染比较严重,五日生化需氧量和溶解氧的主成分贡献率超过0.5,说明流域有机污染严重,需要控制工农业废水排放,以遏制污染加剧、预防富营养化爆发.     

雄安建设初期白洋淀水质时空差异及其对降雨和土地利用的响应

为查清雄安建设初期白洋淀水质状况,基于白洋淀2020年12月至2021年11月的6个代表性监测点的水质数据,采用土地利用类型遥感解译、 Pearson相关分析、综合污染指数和主成分分析等方法,对白洋淀水质的时空分布特征及其对降雨和不同空间尺度下土地利用结构的响应关系进行了研究.结果表明：(1)白洋淀水质在春季最好,夏季最差.入淀区南刘庄处营养物质污染最重,受府河影响较大;生活区采蒲台处有机物污染最重.(2)五点综合污染指数呈现：南刘庄>烧车淀>光淀张庄>采蒲台>圈头,主要超标污染物为TN,污染指数1.55已达到重度污染水平.白洋淀水质较雄安新区建设前明显好转.(3)1.5 km缓冲区内建设用地和耕地对浊度、 NH⁺₄-N和TP影响最大.芦苇湿地作为截流吸收污染物的“汇”的同时,在800 m缓冲区内也是污染物的“源”,释放氮营养盐.(4)雨季各指标与土地利用的相关性低于非雨季,是由于雨季上游水库泄水的稀释作用,减弱了降雨径流中污染物对白洋淀水质的影响.     

多元分析方法在白洋淀水质监测中的应用

应用国家标准《水质一微型生物群落监测-PFU法》获得原生动物群落的特征参数，结合化学指标的监测得到的数据，运用主成分分析和聚类分析等多元分析方法，对枯水期白洋淀水质进行了综合评价。结果表明，枯水期影响白洋淀水质的主要因子是NH3-N、COD、BOD。等。通过聚类分析发现，府河入淀口南刘庄与圈头两个采样点污染最重．表明府河污水仍是白洋淀的重要污染源．同时淀内的人口大村圈头的内源性污染也已产生重要影响。上述结果表明，多元分析方法在PFU法监测中应用能够使监测结果更加明确、简单。     

徐州市工业固体废物产生种类主成分分析研究

文章在介绍主成成分分析方法的原理基础上,利用SPSS统计软件对徐州市1996年至2000年工业固体废物产生种类及其量8个指标原始数据进行主成分分析,提取了占总方差81.126%能够反映原始数据的绝大部分信息的二个主成分:第一主成分和冶炼废渣、粉煤灰、炉渣密切相关,第二主成分和尾矿、煤矸石密切相关。结果表明徐州市电力、钢铁和煤矿开采行业工业固体废物产生种类及产生量变化趋势与徐州市经济发展方式相吻合,为徐州市工业固体废物污染源头控制提供决策指导。     

白洋淀总氮控制模型研究

白洋淀是华北平原最大的草型湖泊,总面积366 km2。近年来,白洋淀全淀富营养化水平总体处于严重富营养化水平。芦苇和菹草是白洋淀的优势水生植物,其生长时吸收氮磷,死亡后释放,利用水生植物是控制水体富营养化的重要手段之一。文章探索建立了总氮控制模型,模拟白洋淀优势水生植物的生长过程及其氮循环过程。控制模型共包括6个状态变量,9个方程,26个参数,由模拟结果可知,本模型基本能够反映出白洋淀水生植物生长特性与水体氮浓度变化趋势,模拟结果合理可信。     

白洋淀水产养殖区水体富营养化评价及防治对策

为了研究白洋淀水产养殖对水环境的影响,评价白洋淀养殖水体所处的营养状态.进而为白洋淀水体富营齐化的防治提供科学依据,在此以2009年夏季监测数据为依据,采用修正的卡森指数法(TSIM)和综合营养状态指数法(TLI)分别对不同的养殖区域水体进行分析和讨论.其中修正卡森指数的评价结果为TSIM=67.62.已符合富营养化的标准;TLI=58.59,符合轻度富营养化标准,但部分养殖水体已经处于中度富营养状态.     

白洋淀水质时空变化及影响因子评价与分析

作为海河流域重要湖泊湿地,白洋淀的水环境直接影响着流域生态健康和环境安全.综合运用灰色聚类法、综合污染指数和单因子污染指数法探讨白洋淀水质时空变化规律及关键影响因子.在时间序列上,白洋淀水质1973～2007年年际变化总体呈现出恶化趋势,劣于Ⅲ类水水质,由20世纪70年代的14.3%上升到2000年以后的83%,水质恶化严重;2006年内水质变化综合污染指数春(52.9)夏(11.4)冬(9.81)秋(8.88),且TP的综合污染指数最高达到14.86,BOD5综合污染指数最低为7.67.空间分布上,以南刘庄为核心的西北部区域污染最为严重,其次为白洋淀东北部区域的烧车淀、王家寨、光淀张庄、枣林庄和圈头;采蒲台和端村的东南和西南区域污染最轻.通过对自然和社会影响因素的比较分析,结果表明,影响白洋淀水质的关键自然因子是入淀水量,从1973～2007年,历年入淀水量远达不到淀区最小需水量.社会因子包括产业和产业结构两方面因子,产业因子有保定市第一产业、安新县第二产业和保定市第三产业,相关系数分别为0.771、0.708和0.624;产业结构因子有安新县工业和安新县渔业和保定市农业的发展,相关系数分别为0.746、0.734和0.661.此外,安新县和保定市人口增长与水质的相关系数也分别达到0.731和0.690.建议:①控制入淀水质、淀区面源和内源污染;②空间上分区管理,可分为污染控制区、综合改善区和生态恢复区;③加强生态的监测和预警,完善白洋淀流域环境公共政策和产业环境管理.     

“十一五”期间滇池水质变化及原因

根据2006～2010年滇池水质监测数据,分析了“十一五”期间滇池水体富营养化主要指标的变化情况,结果表明滇池水体的富营养化程度虽有所下降,但水质整体仍属于重度富营养化状态,认为昆明市在“十一五”期间为治理滇池所作的大量工作其成效还未完全显现。     

白洋淀的纤毛虫调查与水质评价

对白洋淀纤毛虫的种类组成、优势种进行了初步调查,同时对水质进行理化监测,共鉴定出纤毛虫48种。白洋淀纤毛虫主要由耐有机污染的种群组成,说明白洋淀主要受有机污染。并跟据Marsson引出的污水生物体系法对水质进行了初步评价,纤毛虫的种类数与水体中TN、TP、BOD5有着密切关系。     

白洋淀水生态综合调控决策支持系统设计

在充分挖掘白洋淀污染源控制、富营养化与沼泽化治理、长效生态节水及流域综合管理协调相关研究成果的基础上,以流域水生态系统健康和生态安全保障为目标,设计了集水生态系统健康诊断、水生态安全预警与应急、水量调控、污染物控制、淀区净化、综合调控、知识库子系统于一体的白洋淀水生态综合调控决策支持系统,为白洋淀流域的水生态安全保障提...     

牛栏江污染物源解析与空间差异性分析

牛栏江-滇池补水是缓解滇池生态用水短缺的重要工程,对牛栏江流域主要污染源与空间差异性的识别分析,将有助于进一步改善牛栏江的水质. 采用CFA(对应分析)对牛栏江流域污染源进行解析识别,结果表明流域内TN、NH₃-N(氨氮)等污染物主要来源于嵩明县境内,TP、氟化物等污染物主要来源于寻甸县境内. 在CFA分析的基础上,采用HCA(层次聚类分析)和SOM(自组织映射神经网络)对4个监测点、10种污染物指标进行分析,以识别空间分布的差异性和相似性,并且评价各指标的空间分布特征及监测点代表性. 结果表明:4个监测点中,TP、氟化物、砷化物、Vph(挥发酚)在寻甸县境内的七星桥污染最严重;TN、NH₃-N在牛栏江上游嵩明县境内的四营污染最重. 结合流域污染负荷调查可知,寻甸县的磷负荷最大,占流域总负荷的58.73%,七星桥的TP污染贡献大于其他3个监测点,与七星桥TP污染最为严重相符合. 该研究结果可为牛栏江流域实施进一步的分段治理提供决策支撑.      

模糊综合评价在巢湖水质评价中的应用

运用模糊综合评价和单因子评价对巢湖水质进行综合评价,通过确定湖区12个监测断面的8个主要影响因子的权重和隶属度得出评价结果：巢湖主要超标指标为TN、TP,12个断面中水质为劣Ⅴ类的所占比例较大,巢湖水质总体状况差,富营养化严重,其中西半湖污染重于东半湖。将模糊综合评价结果与单因子评价结果进行对比分析,结果表明单因子评价在判定水质级别归属时具有从严性,而模糊综合评价可以有效地解决在水质级别划定时由于中介过渡引起的亦此亦彼性,能为制定巢湖的环保政策和水污染防治规划起到借鉴作用。     

白洋淀沉水植物群落时空变化及影响因素

白洋淀是华北地区最大的浅水湖泊,对于维护雄安新区生态安全具有重要意义. 基于2010年、2019年白洋淀沉水植物群落和主要环境因子的采样调查数据,分析沉水植物群落组成、分布变化及其与水位和水质之间的关系,并采用沉水植物群落质量指数(SMQI)评价淀区沉水植物群落质量状况,采用综合污染指数(WQI)评价淀区水质状况. 结果表明:与2010年相比,2019年白洋淀沉水植物种类数由10种变为9种,优势种由金鱼藻(Ceratophyllum demersum)、篦齿眼子菜(Potamogeton pectinatus)、轮藻属一种(Chara sp.)变为金鱼藻、篦齿眼子菜、狸藻(Utricularia vulgaris)、穗状狐尾藻(Myriophyllum spicatum);金鱼藻出现频率无明显变化,篦齿眼子菜、狸藻、穗状狐尾藻和大茨藻(Najas marina)出现频率明显增加,马来眼子菜(Potamogeton malaianus)、轮叶黑藻(Hydrilla verticillata)出现频率有所减少;大部分淀泊沉水植物群落质量有所提升,SMQI平均值从3.87升至4.98,淀区中部和东部的沉水植物群落质量普遍好于西部府河、孝义河入淀口附近;几乎所有淀泊水质都明显好转,WQI平均值从2.80降至0.77,尤其是入淀口至北部烧车淀区域水质改善明显. 冗余分析显示,沉水植物群落分布与总磷、叶绿素a浓度均呈显著相关,其次是水深和透明度. 沉水植物与水深、透明度的关系分析表明,冬春季补水不利于沉水植物的萌芽与生物量增长,且2019年白洋淀水位超出沉水植物适生范围(水深/透明度<3). 沉水植物与水质的关系分析表明,白洋淀已无藻型浊水区,因此具备沉水植物自然修复的水质基础. 建议白洋淀在实施生态补水时考虑沉水植物的光合特性与生活史规律,并针对沉水植物生物量较高的淀泊实施平衡收割.      

洱海微生物变化规律探讨

利用2000～2004年对洱海微生物的常规监测数据,探讨了洱海微生物的变化规律,并用微生物的水质评价指标,对洱海水质及富营养化状况作出评价.