基于GIS的水质数值模拟——以上海市苏州河为例

水质模型一旦应用于某一实际水体就必然与区域水环境相联系,因此对包括污染源在内的各种水环境系统要素进行空间分析具有重要意义。本文以上海污染最为严重的水体苏州河为例,在大量实地调查获得的苏州河污染源资辩,水文水质同步监测数据,区域人口数据的基础上,开发并建立了苏州河水环境信息系统,并以此为技术支持．运用水质数值模拟及其与GIS相结合的技术,研究了苏州河水体水质的时空变化规律。证实在苏州河市区段存在着一条明显的污染带,并论述了这条污染带在苏州河涨落潮的不同流场作用下,在河道内不断往复运动的规律。     

苏州河底栖动物现状的调查研究

选取苏州河（上海境内）上游、市郊、市区、河口地区断面作为采样点,采集水质、底泥样本。用80目（孔径为0．2mm）的过滤网过滤,鉴定肉眼可见的底栖动物并计数。结果表明：苏州河上游的水质最好,其次是下游,中段污染程度较大;适应在严重污染水质中生存的霍甫水丝蚓仍为优势物种,适应在非常严重污染水质中生存的底栖动物物种很少;苏州河全段水体富营养化程度大、底泥不断释放污染物质等原因使苏州河的水质不能有长足的改善。苏州河底泥的清理对于苏州河的长远治理和水质改善有着举足轻重的作用。建议政府大范围清除苏州河（上海市区段内）底泥,并做好前期宣传工作;分步投放有助于改善底泥环境的物种,防止底泥再沉积、再污染,增加物种多样性。     

基于BP神经网络的洪湖水质指标预测研究

为了掌握洪湖水质未来的变化情况以及预防污染事件的发生,建立了一个BP神经网络水质指标预测模型。利用洪湖1990~2014年的水质指标实测数据作为学习样本,选取了pH、溶解氧(DO)、铵态氮(NH4+—N)、硝态氮(NO3-—N)、总氮(TN)、总磷(TP)6项指标作为预测参数,建立了BP神经网络模型,并运用该模型对洪湖水质指标进行了预测,同时引入一元线性回归模型与GM(1,1)灰色预测模型与该模型进行对比。结果表明,BP神经网络模型预测的水质指标的相关性系数都在0.998以上,平均相对误差都控制在2.5%以内,对单个指标的预测相对误差也都小于9%,明显优于一元线性回归模型和灰色预测模型;BP神经网络模型预测精度较高,预测速度快,能够相对准确地预测大部分水质指标,可以有效地应用于洪湖以及其它水域水质指标的预测和水质趋势的预警预报系统中。     

上海市苏州河段水质污染综合治理研究

该文针对苏州河水质污染的特定状况 ,提出在全面规划、远近结合、突出重点、分步实施的原则指导下 ,应积极推行支流截污、引清调水、底泥处理、曝气复氧、沿岸绿化 5大工程 ,以达到彻底整治苏州河水质污染的目标。     

改进型空间分析测算模型在盐碱地演化预测中的应用研究——以松嫩平原西部通榆县为例

提出了用于区域土地利用变化预测改进型的空间分析预测模型,以半干旱环境下典型生态脆弱区松嫩平原西部通榆县为例,用改进型空间分析测算模型分析了全县1992~2001年间土地盐碱化演化过程,并在此基础上预测全县未来29 a内土地盐碱化发展趋势。结果表明:(1)改进型空间分析测算模型可较准确预测区域未来某一时间点盐碱地数量与结构;(2)通榆县2030年以前将以非盐碱地快速盐碱化为主,其中低覆盖度草地和沼泽地是新增盐碱地主要来源;(3)随着气候变化和人类干预,全县土地盐碱化过程有一定可逆性,以轻、中度盐碱地向耕地、高覆盖草地、农村居民用地和城镇用地转化为主。     

湿地景观模拟模型的研究与应用

目前,在全球范围内有很多湿地的景观出现破碎化现象,为了探讨未来湿地景观的演化规律,湿地景观模拟模型将成为预测未来湿地景观演化的重要手段之一。分析了湿地景观变化的驱动因子,将湿地景观模拟模型归纳为基于过程的湿地景观模型和基于格局的湿地景观模型。基于过程的湿地景观模型(如PBS、SWEDI、BTELSS和WLS模型等),侧重反映湿地景观变化的生态学过程,但所需基础数据不易监测,建立模型难度大,不易推广;湿地景观格局模型(如CA-Markov、ANN、CLUE-S和GM模型等),一般是基于土地利用变化的通用模型,将湿地作为一种景观类型,侧重考虑湿地景观格局的变化,未能充分考虑其生态过程。对湿地景观模拟模型的研究予以展望,认为需要(1)加强湿地景观驱动机制的定量化研究;(2)促进湿地景观格局-过程模型耦合;(3)注重湿地景观模拟模型的尺度推绎;(4)应该提高湿地景观模拟模型的普适性,使其能够预测全球变化背景下不同区域尺度的湿地景观演化规律。     

格尔木河水质现状及生态风险评估

为了解经济迅速发展背景下格尔木河流域水体中痕量元素分布、水环境质量现状和生态风险,对格尔木河9个采样点水样21种痕量元素的分布及相关性进行了分析,以Cu、Zn、Hg、Cd、Cr和Pb为目标重金属,评估了格尔木河水质现状及生态风险。结果表明:重金属Pb浓度在所有水样中均低于检出限,其它痕量元素浓度在0.001(Cd)～6297.013(Sr)μg·L~(-1)范围变化。根据相关性分析,推测格尔木河水体中Li、Sc、Ti、V、Cu、Ge、Rb、Sr、Mo、Cd来源可能相同。采样点水样6种重金属浓度均达到地表水环境质量I类的标准。采用5种方法评价了格尔木河水质现状,研究区水质处于无污染的理想状态。格尔木河重金属引发的潜在生态风险处于低风险水平(生态风险指数变化范围为0.35～0.68)。     

基于TSC-RBF的水质预测方法——以漓江阳朔河段为例

在深入分析RBF网络模型的原理和算法的基础上,对水质信息进行标准化处理,利用RBF神经网络超强的非线性拟合能力,提出一种基于时空特征—径向基函数(TSC-RBF)的时空信息推理方法。重点研究了复杂地理实体的时间、空间和属性信息的标准化处理及预测推理模型的具体构建过程,并以漓江阳朔段流域水质中COD_(Mn)和NH_3-N含量的预测推理验证该方法的可行性,为时空数据处理过程中信息推理分析提供了思路。     

四棵树河径流量与气候影响因子分析

运用最小二乘法、相关分析、方差分析等方法对近50年四棵树河径流量,乌苏、克拉玛依站温度、降水等资料进行分析,结果表明:(1)四棵树河径流量年际变化平稳,月际分布极不均匀;(2)四棵树河年径流量以0.107×108m3/10 a的速率增多;(3)四棵树河年径流量时间序列存在着18年的丰枯水年周期;(4)克拉玛依站850 hPa、700 hPa、500 hPa、300 hPa规定等压面平均温度与平均流量的相关系数分别为0.75、0.77、0.77、0.81,并得出二者之间的定量关系;(5)6、7、8三月平均流量与克拉玛依站0℃层相关系数分别为0.75、0.54、0.61。     

1958-2006年玛纳斯河流域水系结构时空演变及驱动机制分析

为了研究玛纳斯河流域水系结构演变状况,利用其1958、1976、1987、2006年4期遥感影像图,在ArcInfo支持下进行目视解译,根据解译结果,定量分析了水系长度、密度、分枝比、长度比和分维等参数的变化特征,并探讨其主要驱动因素.研究表明:1958-2006年玛纳斯河流域水系变化满足Horton定律,水网数目及河道平均长度随水网级别呈几何级数变化,并且水网密度、水系长度比、分枝比等参数持续增大;流域内绿洲地区水网密度高于南部源流山区与北部荒漠区,这种区域差异是由不同生态经济单元的自然生态环境类型、社会经济发展状况,综合发展需求及生态修复重建等方面共同决定的;玛纳斯河流域水资源量近50年来不断增加,人口数量持续攀升,耕地与绿洲面积不断扩大等因素是玛纳斯河流域水网结构演变的主要驱动力.然而耕地不能无限扩大,绿洲也不能过度扩张,要以水资源的承载能力为限,因此确定合理的绿洲面积,优化水系结构,提高水资源利用效率将成为今后研究的重点.     

长江中游荆江河段同流量-水位演化特征及驱动成因

水库运行改变了坝下游水沙输移条件,在河道冲刷的同时,引起水位过程出现适应性调整.本文以长江中游荆江河段为对象,采用多项式拟合法,对比分析1991-2016年间分级流量一水位变化特征,采用基于河流动力学原理的分离变量法,识别河道冲淤、下游控制水位及河床综合糙率等变化对分级流量-水位变化的影响程度.研究表明:1991-20...     

近20 a塔里木河下游输水对生态环境的影响

塔里木河下游是新疆生态环境问题比较突出的地区。为改善该地区恶化的生态环境,国家自2000年起向塔里木河下游实施了18次以生态建设和环境保护为目的的生态输水工程。近20 a来,塔里木河下游地下水位随输水次数增加呈不断上升趋势,生态植被不断修复,生态环境逐步好转。尤其是2017年实施第18次生态输水后,下输水量及其影响范围取得较大突破,引起社会高度关注。通过近20 a的断面来水监测资料,从水量、水质、地下水变化、植被恢复等方面,初步分析输水对生态环境的影响。同时,对前人研究的成果进行梳理和延展,使其对今后塔里木河下游的生态调度和科学管理起到指导作用。经分析得出以下结论：（1）虽然生态输水量基本都补给了生态植被和河道两侧的地下水,但持续性输水才是保证下游脆弱的生态环境稳定好转的根本途径。（2）输水使下游生态环境得到改善,现生态植被正在恢复,地下水位逐步抬升,地下水质明显好转。（3）采用汛期输水和间歇机动式调度,可使输水效益达到最大化。     

塔里木河下游生态输水河道两侧区域地下水运动规律研究

根据塔里木河下游断流区域含水层水文地质特征及其实际输水过程中河水对浅层地下水的补给规律,建立了塔里木河下游绿色走廊生态输水河道附近区域地下水运动的一维非稳定流模型,并通过在整个输水过程中流量与水位两种边界条件相互转换的一种方法求解模型。最后应用上述模型分析了间歇性输水条件下塔里本河下游断流河段河道两侧地下水位恢复状况,为输水生态效益的定量评价及其今后输水工作的决策提供理论基础。     

新疆内陆河流水质模型及模拟治理规划

将污水排放口污染物质的实测值与河流中同种物质的量，通过各河段推求的参数Ｋ１建立起数学关系，利用这种数学模型来预测和模拟河流各河段的各种污染物质量，这是当前流域水质管理和污染治理规划最经济适用的办法。     

塔里木沙漠南缘安迪尔河水文特征分析

安迪尔河位于塔里木沙漠南缘,发源于昆仑山,上游河水沿河床大量入渗,中游为干河床,下游为泉水溢出补给型河流。安迪尔河缺乏水文资料,以临时水文站1998年实测水文资料为依据,对安迪尔河的水文特征进行分析,以便说明泉水型河流水文特征。分析了安迪尔河水位年内变化、冰期水位、畅流期水位、洪水期水位的变化特征;对安迪尔河水位流量关系进行了分析,建立了相应的水位流量关系方程式,并对冰期、畅流期的、洪水期逐日平均流量和流量特征进行了推求和分析,安迪尔河1998年泉水溢出量为0.5528亿m3。     

引滦工程对滦河三角洲的影响

本文根据滦河三角洲地区的野外调查及收集的大量资料，以引滦工程对滦河水文的影响为基础，全面系统地分析、论述了三角洲自然环境的变化：三角洲海岸侵蚀后退，地下水位下降，滦河口盐水入侵，土壤盐渍化，河床冲刷、拓宽，河口淤积，预测了三角洲环境演变的趋势，提出了控制三角洲变化的决策。     

三峡大坝下游水位变化与河道形态调整关系研究

三峡水库蓄水利用已有13年,对坝下游洪、枯水位和河道形态调整的影响已初步显现,通过对1955-2016年长江中游水位、河道地形等资料的分析,结果表明：① 坝下游各水文站同流量枯水位下降、洪水位变化不大,最低水位上升,最高水位下降趋势;② 2002年10月-2015年10月枯水河槽冲刷量占平滩河槽冲刷量的95.5%,冲淤分布由蓄水前“冲槽淤滩”转为“滩槽均冲”,不同蓄水阶段存在差异;③ 河槽冲刷过程中,上荆江及以上河段枯水位下降趋势趋缓,下荆江及以下河段下降速率增加,应采取防控措施遏制河道水位下降趋势;④ 枯水河槽冲刷是长江中下游航道水深提升的基础,枯水位降幅小于深槽下切深度,在河道和航道整治工程综合作用下航道尺度提升,提前5年实现了2020年航道尺度规划目标;⑤ 平滩水位以上河槽形态调整不大,在河床粗化、岸滩植被、人类活动等综合作用下河道综合阻力增加,出现了中洪水流量—高水位现象,应引起足够重视。三峡水库汛期调蓄作用可有效提升中下游洪水防御能力,但不排除遭遇支流洪水叠加效应,中下游洪水压力仍然较大。     

陇中黄土丘陵沟壑区人工草地土壤水蚀预测模型

针对陇中黄土丘陵沟壑区土壤水蚀过程复杂且难以有效预测的问题,以定西市安家沟水土保持试验站2005—2016年1~12月人工草地径流场试验数据为主要来源,将流域月降雨量、月侵蚀性降雨量、月径流量、月降雨强度、径流场面积、径流场坡度、土壤砂粒含量、土壤粘粒含量8个因子作为输入因子,月土壤水蚀量作为输出,运用偏最小二乘法(Partial Least-Squares Regression,PLSR)和长短期记忆(Long Short-Term Memory,LSTM)循环神经网络建立人工草地土壤水蚀预测模型,并利用BP(Back Propagation)、RNN(Recurrent Neural Network)、LSTM常见神经网络模型,对模型的有效性进行评估。结果表明：PLSR将模型8个输入因子减少为4个,从而有效解决LSTM神经网络模型对样本数量要求过高的问题; PLSR和LSTM神经网络模型的结合可以有效提高模型对人工草地土壤水蚀过程的预测精度和收敛速度,预测结果的平均相对误差小于4%,相关系数高于其他3种神经网络模型,而迭代次数、均方根误差和平均绝对误差均低于其他3种模型;研究发现坡度对人工草地土壤水蚀过程影响较为明显,降雨量小于25 mm时,人工草地土壤水蚀量不会随坡度增加而明显增长,但当降雨量超过25 mm时,人工草地土壤水蚀量会随坡度明显增加。 PLSR LSTM神经网络土壤水蚀预测模型可以准确预测陇中黄土丘陵沟壑区人工草地土壤水蚀量,为该地区水土流失的准确预报提供新的思路和方法。     

Spatial correlations between urbanization and river water pollution in the heavily polluted area of Taihu Lake Basin, China

Water pollution in the Taihu Lake Basin has been the focus of attention in China and abroad for a long time, due to its position in the forefront of urban development in China. Based on data gathering and processing from 84 monitoring sections in this heavily polluted area, this study first analyzes spatial patterns of urbanization and the distribution of river water pollution, and then uses the GeoDa bivariate spatial autocorrelation model to investigate the spatial correlation between urbanization and river water pollution at the scale of township units. The results show that urbanization has adverse impacts on water pollution, and the influence varies in different levels of development areas. The urban township units have the highest level of urbanization and highest pollution, but the best water quality; the suburban units have lower level of urbanization, but higher pollution and worse water quality; however the rural units have the lowest level of urbanization and lowest pollution, mainly affected by upstream pollution, but worst water quality. Lastly, urban and rural planning committees, while actively promoting the process of development in the region, should gradually resolve the issue of pollution control lagging behind urban life and urban develop- ment, giving priority to construction of centralized sewage treatment facilities and associated pipeline network coverage in the rural areas and suburban areas.     

Modelling Spatial Patterns of Overbank Sedimentation on Embanked Floodplains

This paper presents a GIS-based mathematical model for the simulation of floodplain sedimentation. The model comprises two components: (1) the existing hydrodynamic WAQUA model that calculates two-dimensional water flow patterns; and (2) the SEDIFLUX model that calculates deposition of sediment based on a simple mass balance concept with a limited number of model parameters. The models were applied to simulate floodplain sediment deposition over river reaches of several kilometres in length. The SEDIFLUX model has been calibrated and validated using interpolated raster maps of sediment deposition observed after the large magnitude December 1993 flood on the embanked floodplain of the lower river Rhine in the Netherlands. The model appeared to be an adequate tool to predict patterns of sediment deposition as the product of the complex interaction among river discharge and sediment concentration, floodplain topography, and the resulting water flow patterns during various discharge levels. In the investigated areas, the resulting annual average sedimentation rates varied between 0.5 mm/year and 4.0 mm/year. The role of the most important mechanisms governing the spatial patterns of overbank deposition, i.e. inundation frequency, sediment load, floodplain topography and its influence on the flow patterns over the floodplain, are discussed.