基于改进FA 算法的河流突发水污染事件溯源

针对河流突发水污染事件的溯源问题, 利用正向和逆向质量概率密度之间的耦合关系, 实现污染源的位置、排放时间和污染源排放强度之间解耦, 并结合一维水体扩散模型和美国特拉基河示踪剂实验监测数据, 建立了基于改进萤火虫算法的河流突发水污染事件溯源求解方法. 在求解过程中将监测数据划分为训练集和实验集, 通过训练集数据利用改进的萤火虫算法对河流的水文参数进行调整, 在实验集采用调整后的水文参数, 并通过不同监测断面数据独立求解, 通过方差分析结果, 排除了溯源误差较大的监测断面数据. 研究结果表明, 溯源结果精度较高, 并具有对监测数据的纠错能力, 对实际河流突发水污染事件具有一定的指导意义.     

四川省涪江支流安昌河水环境容量的研究

以流经绵阳市涪江支流安昌河为研究对象,通过对该河流水质现状的分析,根据该河流的水流特性和水文、污染源的调查资料以及四川省绵阳市环境监测站2005年实测的数据,采用一维水环境容量计算模型来测算和分析绵阳市安昌河的水环境容量.结果表明:安昌河水质良好,达到水质保护目标Ⅲ类标准,水环境容量还未饱和.本项目的研究为实施污染物总量控制提供基础资料,为安昌河流域水污染控制的管理和决策提供了科学依据.     

入河排污口遥感排查进展评述

入河排污口是人为污染物流入河流的最后一道关卡,对其进行精确排查在水资源保护、水污染防治等工作中具有重要作用.首先回顾了近30 a来国内大型入河排污口排查工作情况,分别从人工实地调查、GIS台账系统建设、卫星遥感监测和无人机排查4个方面进行介绍;其次,在分析了直接目视解译、基于水环境参数反演以及基于地物分类等常用入河排污...     

基于笛卡尔切割单元法的复杂河道地理信息系统环评可视化

复杂河道中污染物扩散计算及其在地理信息系统(GIS)上的可视化,对于地表水环境影响评价(EIA)具有非常重要的意义,但在网格生成、污染物计算模型及计算结果可视化方面存在着诸多困难。针对点源岸边排放河流污染物计算及基于GIS可视化中的难点问题,提出了基于切割单元法的地面水环境影响评价可视化方法。将切割单元法应用于网格剖分,通过切割单元交点追踪算法及河道轮廓线内背景网格筛取算法,生成了复杂河道笛卡尔网格。提出了基于污染物二维稳态衰减模式的网格自适应加密与稀疏算法,在非结构化笛卡尔网格基础上采用了基于河流几何信息判断的点源岸边排放河流污染预测算法与区域填充算法,实现了环境影响评价计算结果的可视化显示。通过一个河流污染环境影响评价可视化的实例,验证了所提方法的可行性与有效性。     

基于笛卡尔切割单元法的复杂河道地理信息系统环评可视化

复杂河道中污染物扩散计算及其在地理信息系统(GIS)上的可视化,对于地表水环境影响评价(EIA)具有非常重要的意义,但在网格生成、污染物计算模型及计算结果可视化方面存在着诸多困难。针对点源岸边排放河流污染物计算及基于GIS可视化中的难点问题,提出了基于切割单元法的地面水环境影响评价可视化方法。将切割单元法应用于网格剖分,通过切割单元交点追踪算法及河道轮廓线内背景网格筛取算法,生成了复杂河道笛卡尔网格。提出了基于污染物二维稳态衰减模式的网格自适应加密与稀疏算法,在非结构化笛卡尔网格基础上采用了基于河流几何信息判断的点源岸边排放河流污染预测算法与区域填充算法,实现了环境影响评价计算结果的可视化显示。通过一个河流污染环境影响评价可视化的实例,验证了所提方法的可行性与有效性。     

一种基于传感器网络的水污染源质心定位算法

目前基于传感器网络的污染源定位多采用基于扩散模型的解析定位算法.然而,在该类算法中,复杂的数值计算会引入估计误差,并且水污染扩散模型大多是在理想的近似条件下提出的,在污染源定位问题中亦会引入误差.在某些情形下,由于没有解析的定位模型,基于扩散模型的解析定位算法无法采用.为了弥补传感器网络下基于扩散模型的水污染源定位方法的不足,提出了一种不依赖于扩散模型的水污染源质心定位算法.在该算法中,首先确定污染源所在区域,然后计算几何区域的质心,质心位置即为污染源估计位置.为了求解质心定位问题,提出了基于浓度场等位线的求解方法.在实验部分,对比了本文质心算法与基于扩散模型的定位算法以及粗略定位算法的定位结果.实现结果说明了本文算法的有效性.     

废水污染物排放总量监测方法及系统设计

针对目前我国工业点源水污染在线自动监测系统存在的废水取样和分析(测量)间隔时间过长导致废水污染物排放总量监测、计算不准确以及排污企业容易掌握其废水采样规律并经常偷排、突排高浓度废水而不能被有效监测的问题,提出一种按废水排放流量比例随机采样、统一存储综合水样进行污染物排放总量监测和计算的技术方案以及相应的智能化污水污染物总量监测系统结构,并阐述其工作原理.该智能化监测系统可有效克服现有水污染在线自动监测系统在运行中存在的计算时间长、监测误差大和取样规律易泄漏的缺陷.     

无线传感器网络下静态水体中的近岸污染源定位

排放于水库湖泊中的污染物的扩散易受到边界影响.本文首先对静态水体中的近岸污染源扩散进行理论分析,提出了一种分段浓度模型.然后,研究了静态水体中靠近不透水边界的污染源定位问题,指出该问题中的未知参数不仅有污染源位置,还包括质量流率和初始扩散时间,分别给出了通用模型法、近似函数法、基于无迹卡尔曼滤波的估计方法求解参数估计问题.通用模型法与近似函数法分别通过求解基于原始扩散模型和分段扩散模型的约束非线性最小二乘算法获取参数估计.通用模型法可快速获取目标源相关信息,近似函数法有更稳健的参数估计性能,但需要经历多个采样时刻后才可执行.基于无迹卡尔曼滤波（Unscented Kalman filter,UKF）的估计方法结合扩散过程,可有效权衡数值计算复杂度与估计性能.在仿真实验部分,对近岸污染源扩散过程进行了水文模拟,根据模拟数据对比了不同算法的实验性能,说明了各算法的优势和不足.     

基于物联网的城市交通污染气体排放监控预警系统

交通污染气体排放是影响城市环境质量的主要因素之一.融合GIS、GPRS以及GPS技术,本系统通过传感器动态跟踪监测点附近的道路交通污染气体排放量,以及与之相关的影响因素,如:交通流、道路线形、天气等,利用K-近邻算法挖掘其内在联系,结合实际交通状况,构建能够准确反映交通污染气体在时空上的排放量分布预警模型,为如何降低交通污染排放提供决策支持依据.实验结果表明,本系统能准确预测交通污染气体的排放分布趋势,为交通管理部门进行道路交通管理提供依据.     

常德市大气环境容量核算模型的选择与校验

以大气污染因子的确定,污染源数据、环境质量现状数据、气象数据收集和分析,以及城市概况为基础,进行了大气环境容量核算模型的选择、核算与校验,提出了导致污染物超标存在的问题和改善的建议;为城市大气污染物排放总量控制目标、排污许可证制度的落实、环境保护规划和管理提供了科学的技术支持。     

基于ResGCN-GRU的大气污染风险源识别

重污染天气是“十四五”时期大气污染治理的重点工作,在重污染天气时期对风险源进行精准识别,可以及时发出预警,做好环境污染治理,防止污染事件进一步加重.基于网格化监测技术获取的数据,本文提出一种结合残差网络(ResNet)、图卷积网络(GCN)和门控循环网络(GRU)的深度学习模型ResGCN-GRU,该模型主要应用于重污染天气时期识别风险源.重污染天气的风险源往往都是区域性的,具有明显的时空特征,因而本文先利用GCN网络提取监测点位之间的空间特征,同时利用ResNet解决多层GCN带来的过平滑以及梯度消失问题;再利用GRU提取风险源的时间特征,最后将全连接层融合的时空特征输入到Softmax激活函数得到二分类概率值,再根据概率值得到分类结果.为验证本文提出的模型性能,本文基于沈阳市72个监测点位的数据,通过精确度、召回率以及综合评价指标对GCN、LSTM、GRU和GCN-GRU进行对比,实验结果表明ResGCN-GRU模型分类效果的精确度分别要好16.9%、4.3%、3.1%、2.9%,证明了本文提出的模型在大气风险源识别方面更加有效,可以根据风险源数据的时空特征达到对风险源的精准识别.     

Equations and their physical interpretation in numerical modeling of heavy metals in fluvial rivers

Based on the previous work on the transport-transformation of heavy metal pollutants in fluvial rivers, this paper presented the formulation of a two-dimensional model to describe heavy metal transport-transformation in fluvial rivers by considering basic principles of environmental chemistry, hydraulics, mechanics of sediment transport and recent developments along with three very simplified test cases. The model consists of water flow governing equations, sediment transport governing equations, transport-...     

基于小波滤波的水体重金属分析仪设计

为实现水体重金属污染的快速检测,设计了一种X射线荧光分析仪,采用ARM S3C6410作为分析仪的控制与数据处理核心,Si-PIN半导体X射线探测器作为检测传感器,使用WXCAT-43TG6#001触摸屏控制分析仪工作和显示测量结果,也可通过USB接口与PC机进行数据通信,可现场快速测试水体中Pb、Hg、Cd、Cr、As、Cu、Ni等重金属的含量.应用结果表明,分析仪的操作简单、工作可靠,实现了水体中重金属种类及含量的快速检测.     

基于社区网络的大气污染源定位算法

污染源定位是大气污染治理与预防中的重要环节。为了避免地表状况、温度和风向等环境条件对污染源定位的影响,提出一种基于社区网络分析的污染源定位算法。通过Granger因果检验方法分析各监测点的空气质量指数AQI的时间序列,得出任意两个监测点的AQI值之间的影响关系。以监测点作为节点,以影响关系作为监测点间的关联关系,构建污染网络。通过改进的标签传播算法(ILPA)将污染网络划分成多个污染区域,分析各子网络中节点的度中心度、出度和入度,得出污染源的位置。以273个监测点处的空气质量AQI作为数据进行实验,实验结果表明,该算法不仅能够发现污染区域,而且能够确定污染源的定位范围,并且在各污染区域内部准确定位污染源的位置。     

注入脉冲与局部放电UHF信号的等效性仿真研究

在进行GIS UHF传感器现场校核时注入的模拟脉冲和真实局部放电在GIS中传播衰减规律的等效性是保证传感器校核有效性的重要前提。本文通过建立与某220KV GIS尺寸一致的模型,仿真分析了注入脉冲与局部放电UHF信号的等效性,仿真过程中将信号源分别设置在GIS内部高压导杆和GIS金属法兰浇筑孔处来作为局部放电激励源和注入脉冲激励源。在仿真模型的内部设置了观测点来接收UHF电磁波信号,通过在观测点测量到的信号幅值来比较注入脉冲与局部放电UHF信号的衰减程度,同时使用FFT变换对信号波形进行了频谱分析。研究结果表明,注入脉冲UHF信号在时域和频域上均能很好地模拟局部放电UHF信号,在现场实验时可利用注入脉冲来代替局部放电来对UHF传感器进行校核。     

基于组件GIS技术的空间变化分析模块开发

空间特征的分布变化分析是地学研究中经常会涉及到的内容，但目前常用的GIS软件往往缺少针对性的分析模块。讨论了点、线、面3种空间特征的分布变化分析方法，并介绍了利用组件技术开发空间特征的分布变化分析模块，最后演示了分析模块在污染源的变迁、水系变化及土地利用变化等方面的应用。     

Non-point source critical area analysis in the Gisselö watershed using GIS

In the southeast in Norrköping, Sweden, is a small fjord-like bay called Slätbaken. The water quality in Slätbaken—with its narrow outlet to the Baltic Sea—depends highly on the water quality of the streams that flow in it. While point pollution sources can be identified easily in general, the non-point sources are harder to find. The most important sources for non-point pollution are agricultural areas, and the pollutants are mostly nutrients like phosphorus, which come from the fertilisation of the fields. One important catchment area for Slätbaken is the 57.7 km² Gisselö river basin (part of the topographic map 8GNO), which contains large agricultural areas.The transport of water pollutants is based on the same hydrological processes as erosion and sediment transport. The implementation of such a model in a GIS allows the analysis of a large area with a high resolution. When choosing the model, special attention was paid to the possibility of using a verified model that is easy to implement in a commercial GIS without the need of too much expert knowledge. This may allow its widespread use in many administrative applications that need non-point source information. A feasibility test for an enhanced GIS USLE model was done in the Gisselö drainage basin before it was implemented for all river basins in the whole administrative area of Norrköpings kommun.It is possible to use the suggested simplified USLE model to estimate the load of both pollutants and sediments, and it is able to show the areas that are critical for the water quality at the outlet of the water basin. The model has been evaluated in three studies [Int. J. Geogr. Inf. Syst. 2 (4) (1988) 365; A GIS to target critical areas for non point source management, in: Proceedings of the International Non Point Source Management Symposium, Austin, TX, November 7, 1989; Vatten 48 (1992) 117]. Then, implemented in a very simple GIS that allowed only rough estimates of terrain models and distances, the model was able to estimate the total suspended solids (TSS) and total phosphorus (TP) loads in the Svartå river basin of 1539 km² in the same region as Gisselö and the Bornsjö river basin outside Stockholm. Besides an estimated R² of 0.91–0.98 (verified by a more than one year measurement from manual and automated sampling stations in the whole river basin), the benefit with the GIS implemented USLE was the possibility to identify the risk areas with high spatial accuracy. During the last decade, both available databases and software have changed the possibilities to identify areas at risk of nutrient leakage. Schein [GIS Methods for Monitoring Sustainable Development by Analysis of Land-use and Land Cover Changes in the Surroundings of Linköping (Sweden), Institut für Photogrammetrie und Fernerkundung, Technische Universität Dresden, Germany] and Schein and Sivertun [Method and models for sustainable development monitoring and analyses in GIS, in: Proceedings of the International Workshop on Geo-Spatial Knowledge Processing for Natural Resource Management, University of Insubria, Varese, Italy, June 28–29, 2001] show that the enhanced land use data available through the European Union agricultural support program can be used together with remote sensing data to fine tune the modified GIS USLE model. The problems with the new 50×50 m digital elevation data now available are also pointed out here. Obvious errors in the data and possibilities to enhance the model by introducing a better terrain model were two important suggestions in these works. In this article, two modifications to the original model are suggested. One is enhancement of the digital terrain model by using height curves from the digital 1:50 000 scale topographic map, and the other is a smooth distance function that better reflects the impact of nutrients on water bodies.Because of its easy implementation on standard low cost systems, the GIS USLE model is suitable for analysing huge areas for critical places. The results can lead to more detailed studies in the risk areas thus identified or to investigations on the effect of land use changes, or can be used simply for taking care in the use of fertilisers and other chemicals in the critical agricultural areas.     

Modeling the pathways and attenuation of nutrients from domestic wastewater treatment systems at a catchment scale

Domestic Wastewater Treatment Systems (DWTS) are often cited as significant sources of pollution in rural catchments. A mass balance based model has been developed to determine annual nutrient loading from individual DWTS into rivers in Ireland. The transport and attenuation of nitrogen and phosphorus in DWTS effluent to groundwater and surface water has been formulated using the results from field research in Ireland, as well as being informed by other international studies. Conceptually the model splits the transport of nutrients to the river into three pathways: direct to surface water (for areas of inadequate percolation), a near surface (subsoil) pathway, and a groundwater pathway. The model quantifies the net nutrient contribution for each DWTS and has been incorporated into a broader source load apportionment catchment model which includes agricultural inputs, thereby enabling the relative risk of nutrient pollution from DWTS in a catchment to be defined.