三峡库区重庆段水质模拟研究

针对三峡库区重庆段的水环境问题,分析评价了当前的水质现状和影响水环境质量的主要因素,论述了水质模拟的发展状况和在三峡库区的应用研究情况,并运用二维对流扩散水质模型,得到了典型河道污染物的浓度分布情况.结果表明:河流中污染物的扩散稀释受流速影响最大,纵向对流作用显著促进污染物在河水中的稀释扩散过程.在弯曲河道的凸岸由于受弯道环流及流速较低的影响,污染物容易出现沉淀.中心排污较岸边排污能更快地使污染物扩散稀释达到均匀.     

基于最佳摄动量法反演浅水海湾水质模型的综合扩散系数

作为浅水海湾水质模型基本参数的综合扩散系数,常通过试算来率定,耗时、经验性强.该文应用渤海湾化学需氧量(COD)的部分监测资料,对污染物的综合扩散系数进行了反演.由于问题的非线性,结合正则化方法对求解过程的不适定性进行处理,应用算子识别摄动法进行求解.利用反演得到的综合扩散系数对渤海湾化学需氧量(COD)、无机氮(IN)、无机磷(IP)的分布进一步模拟,并与监测数据进行对比,结果表明反演的综合扩散系数是合理的.该方法还可用于反演水质模型中的其他参数.     

基于脉冲响应函数的降水和气温与径流变化的关系研究

依据渭河流域下游水文代表站和气象代表站1960～2005年的径流、降水和气温资料,采用脉冲响应函数和方差分解法,对降水和气温与径流变化的关系进行研究.结果表明,降水对径流变化具有正向促进作用,径流对降水变化具有弱促进作用;气温对径流变化具有反向促进作用,径流对气温变化具有弱反向促进作用.径流的预测误差,主要来自于降水所做的贡献,其次是自身冲击和气温的扰动对其的贡献.     

基于神经网络技术的水质预测

随着地表饮用水源的藻类高发程度的加重和藻毒素的对健康的危害性逐渐被认识,供水企业需建立水源水质预警系统以确保供水水质和实现水厂经济运行,而水源水质预测是预警系统的基础.收集天津引滦源水1744天的水质检测资料,通过相关及指标聚类两种方法分析,确定建立预测2天后源水水质-叶绿素-a的神经网络模型的输入变量选择方案共26个,每个方案经10次试验,比选出模型最优输入变量和模型结构.为建立具有代表性的模型,使用前1209天数据训练模型,训练后的模型对剩余数据的仿真输出值与实际值间相关系数达0.88,其预测准确率为85%,满足水厂运行要求.     

鄱阳湖三维水质模拟软件设计与仿真

随着鄱阳湖生态经济区建设的推进,鄱阳湖水环境保护问题引起了各方高度关注。通过建立水质数学模型,用计算机进行模型求解、模拟和预测,以及设计相应的水质模拟仿真软件来进行水污染扩散仿真,是水污染控制和水环境管理的有效手段。鉴于国外三维水质数据模拟软件价格高、使用受限以及鄱阳湖三维水质数据模拟的特定应用研究需求,利用软件工程的结构化方法和图形可视化技术,设计了一个面向鄱阳湖三维水质数据模拟和分析的软件工具WSAT/H3D-PYH。通过使用该软件进行BOD和DO扩散模拟和趋势预测实验表明,软件具有较好的预测精度,并能以可视化形式直观分析和预测未来一段时间湖区水质浓度的变化趋势。此外,软件还可对局部点污染源扩散进行动态模拟,以便于对突发污染事件可能造成的后果进行提前的估计,为后续治理方案措施的制定提供很好的依据。     

水中镉化合物粒子消光系数及其反射率光谱(400～900nm)测量

测量出水中镉化合物单位浓度消光系数光谱曲线和镉化合物干燥环境下的反射率光谱曲线是水体镉元素含量遥感反演的关键。首先采用自主设计的透射光测量装置,利用Analytical Spectral Devices(ASD)光谱仪分别测量了相同厚度不同浓度的两种镉化合物粒子溶液(硫化镉和氧化镉)的透射光辐亮度,通过比值法计算出不同浓度的镉化合物粒子溶液的消光系数,最终得到其400~900nm波长范围内的单位浓度消光系数光谱。然后再利用ASD光谱仪在户外晴好干燥的环境下对这两种镉化合物的反射率光谱进行了测量,为日后进一步计算其单位浓度吸收和散射系数打下基础。单位浓度消光系数光谱测量结果表明,硫化镉在675nm出现极大值,在550和830nm出现极小值;氧化镉则随着波长的增加呈逐渐减少的单调趋势;两种化合物在水中的消光作用主要在紫蓝光波段。反射率光谱测量结果表明,硫化镉的反射率从500nm开始快速增大至650nm后趋于平缓;氧化镉从525nm开始呈近线性递增至900nm;二者都具有明显的光谱特征。本文在国内首次专门针对水质遥感领域开展了具有光活性的镉化合物的光学参数测量工作,并获得了这两种化合物的单位浓度消光系数和反射率光谱曲线,是水体镉含量遥感反演模型所必需的光学参数之一,为镉含量遥感反演这一难题提供一个突破口,测量结果可以为镉含量提取的遥感工作波段选择提供有力的参考依据,同时也为水体镉含量的遥感提取提供了模型必需的重要参数。     

工矿业城市区域水质参数高光谱定量反演

工矿业城市区域易受工业活动、矿产开采影响,使其水环境遭受不同程度的破坏,以至于水体污染问题突出。当前常规水质监测主要采用“以点代面”的工作方式进行野外采样及其室内化验分析,然而环境复杂多变,空间差异大,导致调查点代表性受限,整体精度不高,效率低下,更难以实现区域性动态监测。以因矿兴市的矿业重镇湖北黄石大冶市为研究区,同步开展无人机高光谱航飞、地面光谱测量和水体样品采集测试,分别获得具有49个波段的高光谱影像数据和光谱分辨率为1 nm的水体光谱曲线,其中影像数据波谱范围为505~890 nm,光谱分辨率为7.78 nm,空间分辨率为30 cm。对获取的高光谱影像和光谱数据剔除异常值、光谱定标、辐射校正等预处理后,对比分析研究区内水体的不同光谱吸收、反射及光谱曲线形态特征信息,从而提取出高光谱影像和测量光谱的反射光谱曲线形态特征、去包络线后光谱曲线形态特征、三阶求导后光谱曲线形态特征和光谱四值编码共四大类25个光谱特征。采用皮尔森相关系数分析样品水质参数与光谱特征之间的相关性,以此筛选出存在显著相关的水质参数与光谱特征。在此基础上,采用逐步回归分析方法筛选出最大反射率及其波长位置、对称度、光谱编码Ⅲ、三阶导最大及最小值等光谱特征作为模型变量,构建出水质参数的多元线性反演模型,并对模型进行F检验和t检验。将检验后的反演模型推广运用于研究区内高光谱影像,获得尾矿库、河流、湖泊等典型区域的水质参数反演结果,从而实现“由点到面”水质参数信息的快速获取。结果显示水质参数pH、硬度（Ca2++Mg2+）、钾与氯离子比值（K+/Cl-）、镁与碱度比值[Mg2+/(HCO3-+CO2-₃)]的反演精度较高,其pH的判定系数R2最小为0.669,镁与碱度比值的判定系数R2最大为0.895,相对均方根误差均小于28%;而总溶解固体（TDS）反演精度较低,其判定系数R2仅为0.463,相对均方根误差达36.762%。提出了一种基于光谱曲线形态特征的高光谱遥感水质参数定量反演模型方法,实现了pH值、硬度、镁离子与碱度之比等水质参数的高光谱定量反演,为区域水环境动态监测提供了新方法。     

人工湿地技术削减雨水初期径流污染负荷研究进展

拟从技术特点、技术流程、技术原理、技术参数、技术使用中存在的问题以及技术的应用前景等方面对雨水初期径流污染人工湿地技术进行分析和描述.介绍了该技术在国内和国外的研究现状,并展望了其未来研究方向.以期为我国城市雨水初期径流污染控制工程提供参考依据.     

大流量河道的水质荧光指纹变化

荧光光谱因与水样一一对应而被称为"水质荧光指纹",越来越多地被用于水环境监测。研究了大流量河道A河的水质荧光指纹特征及变化。结果表明,该河的三维荧光光谱中含有三个典型的荧光峰,分别在230/340,280/320和250/450nm附近,而三个峰的强度变化很大,而且有突变的现象。同期的CODMn没有明显变化。研究表明,荧光指纹很适合显示大流量水体的水质变化,且可以弥补常规参数不能反映成分变化的不足,是水质预警的好工具。