基于多元统计方法的新疆巴里坤盆地地下水水化学特征及其影响因素分析

多元统计方法能同时对多个变量进行分析研究,是一种可用于地下水水化学特征相关分析的有效工具。基于12组水样的9项指标,运用多元统计方法系统分析了新疆巴里坤盆地地下水水化学特征及其影响因素。结果表明：该地区内主要分布低矿化度的HCO₃·SO₄-Ca·Na型水（占总取样点的33.3%）和HCO₃·SO₄-Ca型水（占总取样点的25.0%）,地下水中各离子的空间变异性为中等以上。地下水水化学特征主要受以Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、总硬度（TH）、溶解性总固体（TDS）为主要荷载变量的蒸发浓缩作用和以HCO^-₃为主要荷载变量的溶滤作用影响,两种作用的贡献率分别达76.17%和14.87%。研究结果可为当地地下水资源的保护和可持续利用提供科学依据。     

短程硝化-强化生物除磷序批式反应器处理畜禽养殖废水

畜禽养殖废水有机物水质水量变化大,有机物、氨氮与磷的浓度较高,直接排放会严重危害环境。通过构建厌氧-好氧序批式反应器（SBR）处理预酸化畜禽养殖废水,分析了不同进水负荷条件下反应器对污染物的去除性能和微生物群落结构的变化规律。结果表明：SBR反应器对高负荷进水中TN、PO^3-₄—P和COD的平均去除率可分别达到64.5%、97.5%和94.5%。反应器出现NH⁺₄—N和NO₂—N亚硝酸同时积累的短程硝化现象,这可能与高进水负荷对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的活性和种群的影响有关。与乙酸盐相比,以丙酸盐作碳源时污泥的强化生物除磷活性更高。随着进水负荷的增大,聚糖菌（GAOs）的相对丰度明显升高。四联球状菌（Tetrasphaera）为反应器中始终占优势的聚磷菌（PAOs）,对反应器除磷性能有重要贡献。在高有机负荷条件下,SBR内PAOs与GAOs之间不存在明显的底物竞争关系,系统脱氮除磷性能未受影响。     

南京市典型区域城市湿沉降污染成分特征分析

以南京市中心城区鼓楼区和城市郊区仙林地区为对象,对2009年12月至2011年7月每场降雨雨水进行水质监测和分析,研究城市湿沉降面源污染特征。结果显示:①研究区域雨水的主要污染成分为SO₄^2-、NO₃-N、TN和COD;②实验监测期内,鼓楼地区雨水中SO₄^2-、NO₃-N、TN和COD质量浓度均高于仙林地区雨水组分。其中,SO₄^2-质量浓度平均值62.79mg／L,约是仙林地区平均值16.11mg／L的4倍。③干湿周期对雨水水质影响显著。采集的雨水样本中,久未降雨后的首场雨水的COD、SO₄^2-质量浓度值高于相对连续降水后的雨水相关组分,但NO₃-N质量浓度低于连续性降水后的雨水组分。     

施用有机氮肥条件下地下排水中硝态氮流失的模拟研究

将改进的有机氮肥管理模型(MANIMEA)与广为应用的土壤水流运动模型(SWAP)相耦合，用于模拟评价施用猪粪条件下NO^-₃-N(硝态氮)通过地下排水的流失量。采用加拿大新斯科舍省农业大学试验站4个试验地块1999年的日地下排水量及NO^-₃-N流失量观测值对模型进行了模拟验证。模拟结果表明，预测的日地下排水量与观测的地下排水量吻合较好，相关系数在0.73～0.78之间；日NO^-₃-N流失量与地下排水量的关系密切，4个试验地块NO^-₃-N流失量模拟值与观测值平均误差在-0.017kg/hm²和005kg/hm²之间，绝对平均误差范围在0.087kg/hm²和0.152kg/hm²之间。模拟时段NO^-₃-N总流失量与观测值的相对误差在-0.5%和8.9%之间。总体来说，图形显示和统计指标分析表明，MANIMEA模型具有良好的模拟性能，模型能够较好的预测地下排水中NO^-₃-N流失量。     

江苏沭阳主城区地下水环境质量评价

在分析江苏沭阳主城区水文地质条件的基础上,根据沭阳主城区水质实测数据和水质特点,选取了总硬度、TDS、F^-、NOm^-₃、Cl^- 、SOm^2-₄、Mn、挥发酚类8个污染因子作为评价因子,以GB／T 14848—93《地下水质量标准》为评价标准,运用内梅罗综合指数法与模糊数学法,对沭阳主城区10个地下水水样进行了评价。综合评价结果表明,沭阳主城区第Ⅰ含水层水质局部地段已遭受严重污染,不适宜饮用;第Ⅱ、第Ⅲ含水层地下水水质较好,达到Ⅱ类水质标准,适用于各种用途。评价结果符合水质实际状况,具有较高的可信度,可为沭阳主城区地下水资源评价、为预测和预警城市环境地质问题和科学防治提供依据。     

极限学习机在湖库总磷、总氮浓度预测中的应用

基于传统BP人工神经网络模型训练速度慢、参数选择困难、易陷入局部极值等问题,提出极限学习机(ELM)的水质预测模型。以云南某水库为例,选取NH₃-N、NO₂^--N、NO₃^--N、COD_Mn和水体透明度作为网络输入,TP、TN作为输出, 构建基于ELM的湖库TP、TN预测模型,并将ELM预测结果与传统BP、GA-BP、RBF人工神经网络模型模拟结果进行比较。结果表明,ELM模型预测精度高于传统BP和RBF模型模拟结果,甚至略高于GA-BP模型的预测精度,并且ELM模型具有参数选择简便、训练速度快、不会陷入局部最优值等特点,有着较大的计算优势。     

山东某大型电厂桩基混凝土防腐蚀性试验

为研究桩基混凝土在腐蚀性地下水环境中的耐久性,依据山东某大型电厂中等～强腐蚀性地下水地质条件,在Cl^-与SO^2-₄共存的地下水环境与只存在SO^2-₄的水环境中进行桩基混凝土防腐蚀性试验。结果表明:在Cl^-与SO^2-₄共存的地下水环境中,混凝土受硫酸盐侵蚀的程度比只存在SO^2-₄的水环境中轻微;掺加防腐剂并没有明显提高混凝土抗蚀能力;抗硫酸盐水泥的抗硫酸盐侵蚀性与普通硅酸盐水泥接近,但抗氯离子侵入性难以满足耐久性要求;采用普通硅酸盐水泥、大掺量掺和料、低水胶比的高性能混凝土能满足桩基耐久性要求。     

扬州境内湖泊浮游植物群落结构与环境因子的关系

2013年5月—2014年5月对扬州境内3个湖泊(高邮湖、邵伯湖和宝应湖)的浮游植物群落组成与水环境因子进行监测,运用相关系数法和典范对应分析(CCA)法分析了浮游植物群落结构与环境因子之间的关系。结果表明:3个湖泊的群落组成均主要以硅藻、绿藻为主要优势种群,群落结构的季节变化趋势较为相似;水温、N、P是影响3个湖泊浮游植物数量的主要环境因子;CCA分析结果表明,水温和TN是影响高邮湖浮游植物群落分布的主要环境因子,NH⁺₄-N、TP和pH是影响邵伯湖浮游植物群落分布的主要环境因子,COD_Mn、NH⁺₄-N和TP是影响宝应湖浮游植物群落分布的主要环境因子。     

有机磷灭蚊剂投放浓度和时间对水体总磷的影响

为分析新型低毒有机磷杀虫剂“1%双硫磷颗粒”投放对河道水质的影响,设置不同药剂投放浓度和不同反应时间的室内试验,以TP、NH₃-N及S^2-为目标因子,分析该药剂投放后水体污染物浓度。结果表明:不同试验组水样中S^2-质量浓度均小于0.02 mg/L,NH₃-N质量浓度处于0.029~0.036 mg/L之间,均达到地表水Ⅰ类标准;不同浓度药剂投放1 h后,水体TP质量浓度已达到稳定状态,且在60 h内均保持稳定,药剂投加量与水体TP质量浓度呈显著正相关(R²=0.85);不同处理组的药剂在水体中的TP释放量无明显差异,均在1.06~1.30 mg/g之间。“1%双硫磷颗粒”推荐适宜投放量不会使河道水质恶化到劣Ⅴ类,但增加药剂投放量会增加水体TP污染及富营养化风险。     

基于RF-LSTM的地表水体水质预测

水质预测是水污染防治的重要一环,为提高水质预测的精度,研究随机森林算法（RF）与长短时记忆神经网络（LSTM）相结合的预测方法。以桃林口水库水质监测数据为例,采用RF算法分别筛选出影响高锰酸盐指数（COD_Mn）、氨氮（NH₃—N）、总氮（TN）和总磷（TP）浓度变化的关键特征,在此基础上构建基于RF-LSTM的水质预测模型,并与单一LSTM、RF-BPNN和RF-RNN模型的预测效果进行对比。结果表明：RF-LSTM模型的预测效果均优于其他模型,预测COD_Mn、NH₃—N、TN和TP未来4 h浓度时的决定系数（R²）分别达到0.986、0.990、0.989和0.988,具有极高的预测精度和较强的泛化能力。研究结果为实现高精度水质预测提供了新思路。     

基于氢氧同位素的平原湖荡地表水与地下水转化研究

地表水与地下水间的相互转化以及量化地下水补给量是湖泊水循环研究的重要内容。本文采集了元荡湖区域湖水、地下水样品,测试了其氢氧稳定同位素组成和水化学组成,运用Piper三线图分析其水化学类型、通过钻孔实测的地下水埋深绘制元荡湖区域旱季(2022年12月)和雨季(2023年6月)的地下水水位等值线图,结合电导率(EC)和溶解性总固体(TDS)定性分析地表水-地下水之间的转化关系,利用同位素水量平衡方程、线性端元混合模型定量评价了湖水、地下水、河水和降水之间的转化量。结果表明,研究区湖水和地下水的水化学类型均为HCO₃^-·SO₄^2-·Ca²⁺·Na⁺·Mg²⁺,旱季和雨季湖水均受到地下水的补给,拟合得到的湖水旱季、雨季氢氧稳定同位素线性回归方程表明雨季斜率较小,蒸发更为强烈。湖水主要由河水、地下水和降水补给,其三者在旱季的补给比例分别为59%、26%和15%,在雨季的补给比例分别为23%、39%和38%。本文成果为元荡湖区域以及太湖流域的综合治理提供了科学依据。     

支持向量机在吉林西部地下水质评价中的应用

支持向量机(SVM)是基于统计学理论的线性分类器，通过寻找最优分类超平面，实现结构风险 最小。对于非线性问题，引入核函数，在高维空间中构造较低VC维的函数集，获得较好的学习效果和泛化能力。针对以往水质评价方法存在的问题，将SVM方法应用于水质评价中，结合研究区的水环境特征，选择TDS、Mn、总铁、氟、总砷、总硬度、NO₃^-、Cl^-、SO₄^2-为评价因子，并对数据进行极差化处理，通过Libsvm软件包求模型惩罚系数C并实现核函数的选择，采用Matlab编程建立支持向量训练器和学习机，对不同层位的地下水水质 状 况进行评价，分析评价结果，为该区饮水安全规划提供科学依据；并将评价结果与综合 水质评价法和模糊综合评判法进行比较，探讨该方法的优越性和推广前景。     

基于抽水试验的场地黏性土层渗透特性确定

为研究淮河防汛调度楼工程场地Q₃ 黏性土层的渗透特性,采用抽水试验测定其渗透系数、地下水流向、流速等水文地质参数。试验结果表明:Q₃ 黏性土层平均渗透系数为2.42×10^-3 cm/s;地下水流向为自北偏西27.5°流向南东;地下水最大允许渗流速度为3.28×10^-3cm/s;影响半径往西方向为87m,往北方向为71m。     

基于响应面法的Fe0/S2O2-8体系氧化垃圾渗滤液去除UV254研究

为提高Fe⁰/S₂O^2-₈体系氧化垃圾渗滤液去除有机物的效果,试验采用响应面法优化反应条件,借助响应面法的中心组合试验设计了以紫外吸光度UV₂₅₄的去除率为响应值的二次回归模型,分析零价铁(Fe⁰)投加量、初始pH值和S₂O^2-₈与12COD₀的质量比3个因素的交互作用,确定最优反应条件。结果表明在Fe⁰投加量为31.3mmol/L、初始pH值为4.4,ω(S₂O^2-₈/12COD₀)为1.14条件下,UV₂₅₄的去除率达到最大值72%。     

里下河水系九龙口湖荡沉积物性状的垂向特征及环境指示意义

对里下河水系九龙口湖荡沉积物中的碳和氮及其粒径进行测定,研究碳、氮元素的垂向分布与积累状况,分析沉积物的总氮(TN)、有机氮(ON)、铵态氮(NH₄⁺-N)、总有机碳(TOC)以及粒径之间的关系。结果表明:九龙口沉积物的中值粒径变化于13.44～82.01 μm,垂向变化可大致分为3段;九龙口沉积物中氮素主要为ON,无机氮以NH₄⁺-N为主,氮素质量的垂向分布特征与九龙口地区20世纪50年代以来人类活动的历史背景相一致;TOC质量比随深度的增加呈先增加后快速减小的趋势。沉积物的w(C)/w(N)介于5.67～26.08之间,指示出沉积物中有机质主要来自有纤维束的陆源植物。沉积物TOC和TN呈极显著相关,w(C)/w(N)对TOC质量比敏感,3个测点中南部湖区受人类活动影响较大。     

格尔木河水化学特征及成因

为探究格尔木河水化学沿程变化情况,于2019年7—8月在该区采集33组水样进行测试分析,采用Piper三线图解法和Gibbs图解法,分析了格尔木河从源头至入湖口的水化学特征、形成原因以及主要离子来源。结果表明:格尔木河水体沿程水化学呈现由HCO₃-Ca-Mg型到HCO₃-Cl-Na-Ca-Mg型再到HCO₃-Cl-Na-Mg-Ca型的演变特征,到溢出带北侧Cl^-和Na⁺逐步占主导地位;水化学类型的主要形成原因为溶滤作用和蒸发浓缩作用;主要离子来源为石盐、碳酸盐以及硫酸盐等的风化溶解。     

基于数据处理与若干群体算法优化的GRU/LSTM水质时间序列预测

为提高水质时间序列预测精度,提出一种基于小波包变换（WPT）和变色龙优化算法（CSA）、猎豹优化（CO）算法和山瞪羚优化（MGO）算法的优化门限循环控制单元（GRU）、长短期记忆神经网络（LSTM）的预测模型。首先利用WPT对pH值、DO、COD_Mn、NH₃—N时间序列进行平稳化处理,得到若干个规律性较强的子序列分量;其次简要介绍了CSA、CO、MGO算法原理,利用CSA、CO、MGO分别寻优GRU、LSTM超参数,建立WPT-CSA-GRU、WPT-CO-GRU、WPT-MGO-GRU、WPT-CSA-LSTM、WPT-CO-LSTM、WPT-MGO-LSTM模型;最后利用所建立的模型对pH值及DO、COD_Mn、NH₃—N浓度各分量进行预测和重构,并建立WPT-GRU、WPT-LSTM和WPT-CSA-SVM、WPT-CO-SVM、WPT-MGO-SVM模型作对比分析模型,以云南省昆明市观音山断面为例,通过pH值及DO、COD_Mn、NH₃—N浓度预测对模型进行了验证。结果表明：WPT-CSA-GRU、WPT-CO-GRU、WPT-MGO-GRU、WPT-CSA-LSTM、WPT-CO-LSTM、WPT-MGO-LSTM模型对实例pH值及DO、COD_Mn、NH₃—N浓度的预测精度优于其他对比模型,具有较好的预测效果,其中尤以WPT-CSA-GRU、WPT-CO-GRU、WPT-MGO-GRU模型的预测精度最高;CSA、CO、MGO能有效调优GRU、LSTM超参数,显著提高GRU、LSTM预测性能;所构建的6种模型预测精度高且计算规模小,是有效的水质时间序列预测模型,可为相关水质预测研究提供参考。     

沙颍河干流与地下水水量交换研究

以沙颍河干流界首至阜阳段为研究区,建立河流与地下水水量交换的数值模型,研究其主要河流与地下水之间的水量交换关系。在研究中发现：排泄河流是地下水的主要排泄方式之一,地下水与地表水的水量交换主要表现为地下水补给地表水。河流与地下水的交换水量与河流水力传导系数C直接相关,基本呈指数关系。当C值为100 m²/d,沙颍河干流高洪水位期间,河流对地下水的补给强度为4.77×10^-6m³/（s·km）,在距离河流小于1000 m范围内的潜水水位受补给影响明显;在枯水季节,地下水对河流平均补给强度为7.26×10^-3m³/（s·km）。枯水季节地下水对河流的补给强度较大,过度开采可能引起地下水对沙颍河的补给量减少,对枯水季节沙颍河河道流量产生重大负面影响。     

基于地下水安全的井渠结合灌区节水潜力分析——以永定河流域张家口段为例

农业节水潜力是确定节水灌溉发展方向以及解决水资源短缺问题的关键参量。为探究永定河流域张家口段井渠结合灌区的节水潜力,将农业节水潜力分为管理节水潜力与工程节水潜力两类,通过引入地下水安全性检验方法,避免井渠结合灌区实现节水潜力后存在地下水超采风险,建立了满足地下水安全的井渠结合灌区节水潜力分析方法。结果表明：永定河流域张家口段大中型灌区现状灌溉用水总量为1.62×10⁸ m³,以常规方法估算的地表水节水潜力为0.805 9×10⁸ m³,考虑地下水安全的地表水节水潜力修正为0.795 4×10⁸ m³,其中管理节水潜力和工程节水潜力分别为 0.610 5×10⁸和0.185 0×10⁸ m³,分别占比76.7%和23.3%,管理节水潜力所占比重较大。永定河流域张家口段大中型灌区的管理必须改变以往重工程建设轻灌溉管理的理念,才能更大程度地挖掘管理节水潜力。研究结果可以在保证井渠结合灌区地下水安全的前提下,对灌区的管理节水潜力与工程节水潜力的占比进行科学评价,对未来灌区灌溉工程规划和建设等方面具有现实的参考意义。     

面向供水对象转型的引大入秦工程水资源优化配置研究

引大入秦工程（以下简称引大工程）建成初期主要以秦王川农业供水为主,但随着兰州新区的建设发展,其供水对象开始向城市生活用水和工业用水转型,如何实现有限水资源的合理配置是目前研究的重点问题。基于此,依据引大工程供水区（以下简称引大供水区）可持续发展要求,构建以实现经济、社会、生态效益最大化为目标函数,可供水量、输水能力、用户需水量、排水系统排水量与变量非负为约束条件的多目标水资源优化配置模型,使用遗传算法进行求解。结果表明：2025年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水8 323.85×10⁴、8 322.49×10⁴ m³,农业用水15 001.95×10⁴、15 631.53×10⁴ m³,工业用水11 111.00×10⁴、11 100.00×10⁴ m³,生态用水946.88×10⁴、947.02×10⁴ m³,各部门总配水量与优化前供水量4.23×10⁸ m³相比,达到供需平衡;2030年引大供水区不同用水部门配水量（保证率P=50%、P=75%）分别为生活用水12 650.51×10⁴、12 666.53×10⁴ m³,农业用水16 397.77×10⁴、17 019.70×10⁴ m³,工业用水20 498.00×10⁴、20 508.00×10⁴ m³,生态用水948.00×10⁴、948.88×10⁴ m³,不同保证率下各部门总体缺水率分别为12.27%、13.38%。2025—2030年引大供水区的非农业用水结构将大幅提升,农业灌溉用水量降低。研究结果可为引大供水区优化水资源配置决策提供参考依据。