基于BP神经网络算法的密云水库水质参数反演研究

密云水库是北京市重要的地表饮用水源地,在保障首都水源安全方面起着重要作用,而密云水库水质参数的区域监测已成为当前亟待解决的问题。为了实现密云水库水质参数大范围、实时获取,该文基于遥感和GIS技术,采用BP神经网络算法,结合地面监测数据和Landsat 8遥感影像,分别建立了反演总磷、总氮、氨氮和COD(化学需氧量)4个水质参数的BP神经网络模型,并反演了密云水库2013-2018年非结冰期主要水质参数,分析了密云水库主要水质参数的年际变化特征、季节变化特征和空间分异特征。结果表明,(1)水质参数的Landsat 8敏感波段分别为:总氮为1、4波段,氨氮为1-7波段,总磷为1、3-7波段,COD为2-5波段。(2)密云水库主要水质参数在2013-2018年总体呈下降趋势,氨氮和COD为Ⅰ类水质,总磷为Ⅱ类水质,总氮为Ⅲ类水质。(3)4个水质参数指标春季最高、秋季次之、夏季最低,总氮、总磷、氨氮和COD的春季值分别是夏季值的1.08、1.36、1.6、1.45倍。(4)密云水库不同水质参数的空间差异性较大,总体来看,水库北部和东部的4个水质参数含量相对较高,这种分布与北部和东部村庄密集以及密云水库两大入库河流有关。综上所述,基于BP神经网络算法的密云水库水质反演研究是可行的,且得到了较为可信的研究结果,该研究可为密云水库水质管理与政策制定提供重要的科学依据。     

官厅流域农田地表径流磷流失初探

农田径流和侵蚀泥沙是磷进入官厅水库的主要非点污染源。针对该流域夏季农田暴雨径流发生的典型情景进行模拟降雨径流试验，对该流域农田地表径流泥沙和磷流失进行了初步的研究，结果表明，本降雨过程径流累积泥沙产量为30．5l～2493．34g／m^2，受雨强、坡度和作物覆盖的影响明显；径流溶解态磷(DP)中绝大部分是生物可利用性磷(DRP)，径流平均DP、DRP浓度都远大于水体允许临界值0．02mg／L，对官厅水体存在直接污染危害。径流累积全磷(TP)流失达O．0439～2．0798g/m^2；估算的流域农田径流全磷(TP)流失水平达2．67kg／(hm^2．a)以上，其颗粒态占969，0以上，可能成为官厅水库浮游生物长期丰富的潜在可利用磷源。降低农田土壤速效磷水平、减少水土侵蚀，是控制库区水华季节性发生和复原库区水体富营养化状态的关键。     

Upstream-downstream cooperation approach in Guanting Reservoir watershed

A case study is introduced and discussed concerning water dispute of misuse and pollution between up- and down-stream parts. The relations between water usage and local industrial structures are analyzed. Results show it is important to change industrial structures of the target region along with controlling water pollution by technical and engineering methods. Three manners of upstream-downstream cooperation are presented and discussed based on the actual conditions of Guangting Reservoir watershed. Two typical scenarios are supposed and studied along with the local plan on water resources development. The best solution for this cooperation presents a good way to help the upstream developing in a new pattern of eco-economy.     

三峡库区垃圾污染现状及治理技术

如何搞好三峡库区的生态环境保护已成为全世界关注的课题，介绍了库区生活垃圾污染现状，并根据库区生活垃圾的特性及当地的经济发展和自然条件，对三峡库区生活垃圾的综合治理进行了系统研究，建议三峡库区垃圾实行分类收集，系统地将城区生活垃圾的管理、收集、运输和处理等各个环节有机结合起来，逐步建立起高效完善的现代化城市生活垃圾管理体系。重点介绍了准好氧垃圾卫生填埋技术和CBS（Cental Bilolgical System）城市生活垃圾高效菌种堆肥技术，秭归、巴东等烧煤区生活垃圾含无机物成分较高，建议选用准好氧填埋技术；涪陵、开县、忠县等燃气区生活垃圾有机物成分较高，已具备一定的资源化价值，高效菌种CBS堆肥技术在燃气区具有广阔的前景。     

Screening 31 endocrine-disrupting pesticides in water and surface sediment samples from Beijing Guanting reservoir

For screening 31 potential or suspected endocrine-disrupting pesticides in water and surface sediments, a multiresidue analysis method based on gas chromatography with electron capture detection (GC/ECD) was developed. Solid phase extraction (SPE) technology with Oasis^® HLB cartridge was also applied in sample extraction. The relevant mean recoveries were 70–103% and 71–103% for water and sediment, respectively. Relative standard deviations (RSD) are 2.0–7.0%, 4.0–8.0% for water and sediment, respectively. Thirty one pesticides (-HCH, β-HCH, γ-HCH, δ-HCH, hexachlorobenzene (HCB), aldrin, heptachlor, endosulfan I & II, p,p′-DDD, o,p′-DDT, p,p′-DDT, p,p′-DDE, endrin aldehyde, endosulfan sulphate, methoxychlor, hepachlor epoxide, -chlordane, γ-chlordane, dieldrin, endrin, dicofol, acetochlor, alachlor, metolachlor, chlorpyriphos, nitrofen, trifluralin, cypermethrin, fenvalerate, deltamethrin) in water and surface sediment samples from Beijing Guanting reservoir were analyzed. Concentrations of pesticides ranged from 7.59 to 36.0 ng g⁻¹ on a dry wt. basis for sediment samples, from 279.3 to 2740 ng l⁻¹ for pore waters and from 48.8 to 890 ng l⁻¹ for water samples, respectively, with a mean concentration of 10.7 ng g⁻¹ in sediment, 735 ng l⁻¹ in pore water and 295 ng l⁻¹ in water, respectively. The data obtained provides information on the levels and sources of endocrine-disrupting pesticides in Guanting reservoir. These results underscore the need to improved environmental protection measures in order to reduce the exposure of the population and aquatic biota to these endocrine-disrupting compounds.     

三峡库区规模化顺坡沟垄果园氮、磷输出过程及流失负荷

通过对三峡库区顺坡垄沟构型的规模化柑橘园集水区次降雨过程径流氮、磷进行动态监测,分析典型降雨事件氮和磷流失负荷,并探讨了规模化柑橘种植对土壤氮磷流失及入库河流水环境的影响.结果表明:①顺坡沟垄柑橘园集水区径流氮和磷年流失负荷分别为13.43 kg·(hm~2·a)~(-1)和1.26 kg·(hm~2·a)~(-1),春季施肥及强降雨冲刷是集水区污染物高负荷的主要原因;②集水区全年总氮(TN)和总磷(TP)的EMC为8.49 mg·L~(-1)和0.87 mg·L~(-1),超过发生水体富营养化含量标准;③春季施肥后的2场典型降雨中,长历时暴雨径流硝态氮(NN)和溶解态磷(DP)负荷为4.94 kg·hm~(-2)和0.28 kg·hm~(-2),分别占TN和TP流失负荷的92.90%和64.69%;短历时大雨径流NN和DP负荷为0.52 kg·hm~(-2)和0.05 kg·hm~(-2),分别占TN和TP的65.92%和74.88%,溶解态氮和磷是顺坡沟垄坡面果园径流氮和磷流失的主要途径;④集水区氮磷流失表现出显著的"初始冲刷效应",初期20%的地表径流流失了58.0%的TN, 57.0%的DN, 58.5%的NN, 79.0%的AN, 62.0%的TP, 63.5%的DP和60.0%的PP,控制初期地表径流对降低入库径流养分具有重要作用.     

碧流河水库细菌群落结构特征及其关键驱动因子

为了解碧流河水库细菌群落结构及其多样性变化,探讨环境因子对其的影响,于2016~2017年应用16S r DNA高通量测序技术,分析比较了碧流河水库一年周期内4个季节的细菌群落结构及其多样性差异,使用冗余分析(redundancy analysis,RDA)探讨水体环境因子与细菌群落结构及其多样性的关系.结果表明,全年碧流河水库细菌群落多样性指数(ShannonWiener指数)平均达6.9,冬季夏季春季秋季.序列比对结果显示,除了分类地位不明确的菌群和稀有菌群外,共发现了细菌44门115纲184目368科865属,优势菌门为变形菌门Proteobacteria 34.16%,蓝菌门Cyanobacteria 24.35%,放线菌门Actinobacteria 13.35%,拟杆菌门Bacteroidetes 12.42%.优势菌门变形菌门中优势菌纲为β-变形菌纲β-Proteobacteria18.34%,优势菌属为unidentified_Chloroplast 17.73%;RDA结果表明不同菌群受环境因子影响不同,悬浮物(TSS)、透明度(SD)、酸碱度(p H)、活性磷(ADP)、溶氧(DO)、总磷(TP)、亚硝酸氮(NO-2-N)为影响群落分布主要的环境因子,其中夏季菌群与NO-2-N、ADP、TP和TSS显著正相关.     

三峡库区社区水平乡村路网对森林景观变化的影响

人为扰动是短时空尺度内森林景观变化或用途转换的主要动力,而乡村路网则成为人为扰动拓展的主要通道。基于1992、2002、2014年三峡库区重庆市石柱县西沱镇3期遥感影像和实地调研数据,在ArcGIS平台支持下,研究社区水平乡村路网对森林景观变化的影响。结果表明：1）1992—2014年研究区乡村路网影响域内次生林、退化林地和耕地的动态变化较显著,集中分布在中西部平坦区。1992—2002年乡村路网缓冲区内森林景观整体呈退化趋势,退化类型以次生林→退化林地、次生林→耕地、退化林地→耕地为主,演化量达1 705.91 hm²;2002—2014年乡村路网缓冲区内森林景观主要呈恢复趋势,恢复类型以耕地→退化林地、耕地→次生林、退化林地→次生林和原始林→退化原始林为主,演化量达1 674.52 hm²。2）相比发现,前一时期研究区乡村路网长度的增加和路网材质的提升很大程度上驱动森林景观的退化,而后一时期低等级路段的消失、废弃或利用率的降低则有助于森林景观的恢复,消失路段恢复率近100%。3）研究有助于丰富人们对社区水平乡村路网影响森林景观变化的理解与认识,为生态文明建设中合理规划乡村路网提供科学依据。     

三峡库区EFDC模型集成与应用

为满足三峡库区大尺度的水质预测需求,降低专业水质模型使用门槛,实现模型业务化运行,采用涵盖"模型封装-接口服务-系统集成"全过程的模型封装集成技术方法,开展了EFDC模型集成研究,并在三峡库区水质安全评估与预警系统中进行验证和应用.结果表明:①基于实例化模型建立的模型预置参数库,是模型业务化运行中参数简化的前提,可有效解决模型本地驯化及模型实例的基础数据复用问题;②依据参数识别结果,将模型参数识别为"必调参数、可调参数、默认参数"三类,并采用B/S架构对输入文件、输出文件和主控文件中的不同参数进行分类封装,达到参数简化目的;③采用半紧密型方式建立的基于Web services的EFDC模型集成接口服务及标准,可为信息系统提供通用的EFDC模型计算服务;④该方法在EFDC模型与三峡库区水质安全评估与预警系统集成中得到验证,实现了全库区干流及主要支流COD_Cr、总磷、总氮等污染因子的长时间序列水动力水质预测联机在线运算,满足了用户在水质影响预测预警中低修改量、高运算效率和良好用户体验等需求,实现了模型的业务化运行.