基于FOA-SVM方法的长江中游悬浮物浓度遥感反演研究

遥感反演是监测水体表层悬浮物浓度分布的有效手段之一。然而,常用的经验回归模型是建立在大样本的理论假设之上的,而大多数情况下所获取的样本数实际上是十分有限的,因而有必要引入基于小样本的新的反演模型。支持向量机(SVM)建立在结构风险最小原理和VC维理论基础上,其泛化能力强,适用于小样本回归模型。使用HJ1B卫星CCD2遥感影像结合长江中游实地同步采样数据建立悬浮物浓度SVM遥感反演模型,并采用果蝇优化算法(FOA)对模型参数进行了优化。结果表明,与传统经验回归模型相比,SVM模型具有较高的预报精度和稳定性;在SVM模型的参数优化中,FOA算法效果理想,其计算量也远小于网格搜索算法。最后,使用所建立的SVM模型对长江中游城陵矶附近长江和洞庭湖水体悬浮物浓度进行了反演,并对其空间分布特征进行了分析。结果显示,长江干流的悬浮泥沙浓度总体上明显小于洞庭湖,这主要是三峡工程下泄泥沙大幅减少造成的;洞庭湖浑浊的湖水汇入长江后,在城陵矶下游形成明显的混合带;而洞庭湖湖口悬浮物浓度明显高于其他湖区,这可能是该区域采砂活动的强烈扰动引起的。     

基于SCS-CN与MUSLE模型的三峡库区小流域侵蚀产沙模拟

传统土壤侵蚀模型模拟次降雨产沙时难以确定泥沙输移系数,分布式的侵蚀产沙模型对数据量需求量大。选择三峡库区宋家沟小流域为研究对象,基于2013年的降雨、植被盖度、地形、土壤等数据,利用SCS-CN和MUSLE模型耦合模拟流域的场降雨的产沙量。结果表明:该模型的模拟值的精确度在可接受范围内,整个流域2013年的泥沙流失量是3 923t,全年中5场较大的降雨贡献了泥沙流失量的80%以上;不同土地利用类型的泥沙输出量差异很大,耕地(面积44.63%)贡献了81.54%的泥沙,有林地(面积47.61%)贡献了17.63%的泥沙;坡度在0~8度的区域贡献的产沙量仅为1.75%,大于25度的区域占流域面积的比例是39.21%,产沙量占55.77%;泥沙模拟值相比实测值偏大,其原因可能是流域中分布的池塘改变了径流过程,发挥拦截泥沙功能。     

西苕溪干流水体、悬浮物和表层沉积物中营养盐分布特征与水质评价

了解不同介质的营养盐分布可以全面掌握河流的环境现状。为了调查西苕溪干流的营养盐分布特征和水质现状,沿着干流采集了11个点位的水体、悬浮物和表层沉积物样品,并对水体、悬浮物和表层沉积物中的营养盐特征进行了分析,拟为苕溪流域的水污染防治提供基础数据。研究表明:整个西苕溪干流,水体和沉积物中总氮(TN)和总磷(TP)浓度均存在丰水期明显高于枯水期的季节变化特征,水体中总氮的浓度均超出地表水环境质量Ⅴ类的标准,显示氮污染是西苕溪流域的特点。相关性分析结果表明,悬浮物中的TN和有机质(OM)呈极显著性正相关(r=0.974,p0.01);水体中的TN和悬浮物的各营养盐指标之间的相关性均达到了极显著水平,但沉积物营养盐指标与水体的TN和TP相关性不明显,显示沉积物并不能很好反映流域水质的现状。     

小浪底水库影响下的黄河花园口站和小浪底站pCO2特征及扩散通量

于2011年11月至2012年10月在黄河小浪底站和花园口站进行连续采样分析,根据亨利定律计算出表层水体二氧化碳分压(p CO2),研究了在小浪底水库"水沙调控"的影响下黄河花园口站和小浪底站表层水体p CO2特征及水-气CO2通量.结果表明,在小浪底水库正常调度期间,小浪底站表层水体p CO2在82~195 Pa之间,花园口站表层水体p CO2在99~228 Pa之间,且花园口站表层水体p CO2均高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间,两个水文站均表现为水库泄水期间的表层水体p CO2明显低于水库排沙期间的表层水体p CO2.无论是在小浪底水库正常调度期间还是在调水调沙期间,两个水文站表层水体p CO2均与DIC含量呈现显著的正相关关系.8、9月Ep CO2/AOU的比值高于生物好氧呼吸作用控制水体p CO2的理论下限0.62,因此8、9月生物好氧呼吸作用对水体p CO2的贡献比较明显.从全年来看小浪底站和花园口站平均水-气CO2扩散通量分别为0.486μmol·(m2·s)-1和0.588μmol·(m2·s)-1;在水库正常调度期间花园口站水-气CO2扩散通量明显高于同期的小浪底站;在小浪底水库调水调沙期间两个水文站均表现为水库泄水期间的水-气CO2扩散通量明显低于水库排沙期间的水-气CO2扩散通量.     

辽河四平段流域河流沉积物微生物群落多样性和结构分析

沉积物微生物群落在水生态系统的物质循环中发挥着关键的作用,群落结构组成的变化经常与环境的改变有关.以辽河四平段流域为研究区域,运用高通量测序结果对沉积物微生物群落的结构组成和多样性进行分析.结果表明,辽河四平段流域河流沉积物微生物群落α多样性以北河支流最高,干流次之,南河支流最低;β多样性表现为干流、北河支流和南河支流的微生物群落的相似性较低,差异性较大.变形菌门是该流域微生物群落门水平上丰度最高的优势菌门,并且与其他东北地区的河流类似,该流域河流沉积物中的厚壁菌门含量较低;γ-变形菌纲是该流域河流沉积物微生物群落占比最高的菌纲,但是β-变形菌纲在该流域丰度很低;而属于β-变形菌纲Ellin6067菌属在该流域分布很广.环境因子例如沉积物重金属和水体理化性质也会对微生物群落的多样性和种群结构产生多种影响.结果为实现修复辽河四平段流域河流的水体污染工作提供了理论依据.     

太湖竺山湾沉积物碳氮磷分布特征与污染评价

为了揭示太湖竺山湾沉积物中碳、氮和磷的分布特征,本研究在太湖竺山湾设置3个断面(湖湾内,A断面;湖湾中部,B断面;开敞湖区,C断面) 10个采样点,采集沉积物柱状样,每2 cm间隔分层测定沉积物中总氮(TN)、总磷(TP)和总有机碳(TOC)含量,以揭示其水平分布和垂向分布特征.结果表明,在空间上竺山湾表层沉积物呈现开敞湖区向湖湾富集的特征,湖湾内部碳、氮和磷含量显著高于开敞湖区(P 0. 01),其中湖湾内(A断面)表层沉积物TN、TP和TOC含量分别为1. 53、1. 55和11. 31 mg·g~(-1),而靠近开敞湖区(C断面)表层沉积物TN、TP和TOC含量仅为0. 75、0. 57和6. 70 mg·g~(-1).垂向分布特征表现为表层富集,3个断面TN、TP和TOC含量随着底泥深度的增加均呈现出下降趋势,表层沉积物TN、TP和TOC含量分别是底层的2～3、2～5和2～3倍.整体而言,竺山湾沉积物TP含量均值为0. 93 mg·g~(-1),属于重度污染,而TN平均含量为1. 11 mg·g~(-1),属于轻度污染;有机氮指数和综合污染指数显示,竺山湾北部地区污染水平为重度污染区,有机污染相对较强,TP的污染指数(STP)处于1. 03～3. 87之间,属于重度污染.     

五大连池药泉湖总有机碳分布特征研究

以五大连池药泉湖为研究对象,开展对其水样及底泥中总有机碳的含量及分布特征研究。结果表明：药泉湖水体中总有机碳（TOC）含量范围在8．7～11．47mg／L之间,平均为9．89mg／L;药泉湖底泥中总有机碳（TOC）含量范围在40．77～77．25mg／kg之间,平均为54．12mg／kg。药泉湖周围的农业面源污染、居民办公区的生活污水的排入以及湖水径流路线对其分布有较大影响。     

青海湖湖水性质、颗粒物沉积通量季节和年际变化——来自沉积物捕获器的研究

本文通过在青海湖南盆沉积中心试验性放置的Mark 8-13型时间序列沉积物捕获器所收集到的为期15个月的自然沉降颗粒物,分析了颗粒物沉积通量和物质组成,结合温盐传感器（CTD）所记录湖水参数数据的分析,讨论了青海湖上部10 m左右湖水中所发生沉积作用的季节与年际变化特征及其与环境参数的相互关系。结果表明,采集期间所沉降的总颗粒物具有显著季节和年际变化特征,其平均年沉降通量为112 g·m^-2·yr^-1,其组成主要是自生碳酸盐（高Mg方解石、文石）、生物壳体（介形虫、硅藻等）等内生作用形成的物质,以及少量的碎屑矿物。与实时监测的湖水参数比较表明,具有显著季节和年际变化的青海湖内生物质通量变化主要受控于夏季温度的变化。其沉积机制为：湖水温度的升高,有利于高Mg方解石和文石等自生矿物从碳酸盐过饱和的碱性湖水中结晶沉淀（盐度降低）,也有利于藻类和介形虫等微体生物大量繁殖,表现为温度偏高的2010年比2011年具有较低的湖水盐度和高得多的沉积通量。因此,青海湖自生碳酸盐沉淀通量可以用来反映湖水盐度和/或温度的变化,尽管这些内生作用形成的物质可能只约占到湖底沉积物的5%~20%。为更全面地了解青海湖现代沉积过程,有必要在更多点位、不同的深度进行长期放置捕获器和实时监测湖水参数变化。     

Historical trends in the anthropogenic heavy metal levels in the tidal flat sediments of Lianyungang, China

The sedimentation of metals can preserve the historical record of contaminant input from local and regional sources and provide information on the historical changes in regional water and sediment quality. We report the ²¹⁰Pb activities and the heavy metal (Cd, Cr, Cu, Mn, Pb and Zn) depth profiles from sediment cores retrieved in 2010. The mean sedimentation rates of 0.85-1.5 cm/yr are determined by ²¹⁰Pb dating. The sediments in the tidal flat have recorded heavy metal deposition and thus allow the establishment of a connection between the temporal evolution of the heavy metal pollution and the historical changes in the economic development of Lianyungang. The enrichment factors (EF) are calculated to estimate the level of contamination stored in these sediments. The results show that in the studied sites, Cr and Cu display low EF values and are mainly from lithogenic origin. For the other studied trace metals, a great variability in the sedimentary record is observed. Significant anthropogenic enrichment over the last 50 years is revealed at the tidal flat that receives fluvial inputs. Zinc is the element with the highest EF values, followed by the order of Pb > Cd > Mn > Cu and Cr. The temporal variations of the heavy metals peak during the late 1980s to the early 2000s and show a decreasing trend afterward. The pollution intensity of the tidal flat is determined by using EF and the geo-accumulation index (I_geo), which show that, based on the I_geo scale, the tidal flat of Haizhou Bay is unpolluted to moderately polluted.     

Speciation of organic phosphorus in a sediment profile of Lake Taihu I: Chemical forms and their transformation

Organic phosphorus(nonreactive P,NRP)is a major component of P in sediments,but information about its chemical forms and dynamic transformation is limited.The chemical forms and dynamic behaviors of NRP in a sediment profile from Lake Taihu,a freshwater and eutrophic lake in China,were investigated.Five forms of NRP in the sediments were extracted based on a chemical fractionation technique,including easily labile NRP(NaHCO3-NRP),reactive metal oxide-bound NRP(HCl-NRP),humic acid-associated NRP(NaOH-NRPHA),fulvic acid-associated NRP(NaOH-NRPFA)and residual NRP(Res-TP).There were notable transformations with increasing sediment depth from the labile NaHCO3-NRP and NaOH-NRP pools to the recalcitrant HCl-NRP and Res-TP pools,which caused the NRP to become increasingly recalcitrant as the early diagenetic processes proceeded.Further analyses showed that the relative changes in contents of organic matter and reactive Fe oxides in the sediment profile triggered a competition for binding NRP fractions and led to the transformation of NRP.The results highlighted the importance of abiotic processes in regulating the diagenesis of organic P and its stability in sediments.