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[硕士论文] 胡奥锋
地质工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:随着各种地下工程尤其是核废料处置工程等不断增多、规模增大,基岩裂隙中水流和溶质运移研究需求越来越大。交叉裂隙是裂隙网络重要组成部分,研究交叉裂隙水流及溶质运移对基岩地下水污染和防治具有重要指导意义。总结国内外裂隙中水流和溶质运移研究现状,深入分析交叉裂隙中优势流通道对水流及溶质运移的影响。设计制作用于模拟交叉粗糙裂隙优势流及溶质运移的实验装置,进行了交叉粗糙裂隙中优势流及溶质运移模拟试验。分析交叉裂隙优势流规律并对溶质运移特征进行初步探讨。得出主要结论如下:
  (1)在本文的试验条件下,过交叉点处的局部裂隙水流流速V与水力梯度J呈非线性关系,与传统的、平均意义上的达西定律产生了偏差,而Forchheimer公式能较好的拟合水力梯度和流速间的关系,拟合精度较高;单宽流量与水力梯度间呈幂指数关系q=KJm,且m的值随着相对粗糙度的增大而变大;传统局部立方定律并不适用粗糙裂隙,应用修正的立方定律能够较好的拟合实测数据,隙宽指数n值均大于3属于超立方定律范围,且n值随着粗糙度增大而变小。
  (2)交叉粗糙裂隙中的优势流效应受裂隙粗糙度和进出水角度的影响,在粗糙度不同的两组裂隙中,随着裂隙粗糙度相差越大优势流效应越强,反之则减弱。
  (3)比较不同粗糙度条件下优势效应对溶质运移的影响,发现前两组粗糙度相差较大试验中两出端水裂隙内相同位置处的穿透曲线峰值差值随着优势效应的增强逐渐增大。
  (4)过裂隙交叉点不同位置温度示踪剂运移穿透曲线的峰值具有明显差距且不随运移距离的增大而逐渐降低,峰值最大穿透曲线多出现距交叉点较远的探头点3和探头点4位置处,其中以探头点4较多。说明交叉点处溶质混合模式介于线性模式和完全混合模式之间。
  (5)注入不同量热液引起温度示踪穿透曲线峰值到达时间的变化,相同流速条件下随着注入量的增加峰值到达时间逐渐延迟。到达峰值时间差距随着流速的增大呈现出逐渐减小的趋势。表明温度场和渗流场耦合条件下两者之间存在相互作用。
  (6)亮蓝示踪剂溶质运移穿透曲线采用ADE和TPL两种模型进行拟合,结果表明TPL模型的拟合精确度更高,拟合曲线与实测值穿透曲线拖尾现象更吻合。
[硕士论文] 郑志成
地质工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:当前大规模人类工程活动与基岩裂隙水密切相关,导致了许多地下水环境问题,造成了严重的影响并可能导致灾难性后果。反应性溶质运移的量化是基岩地下水环境污染高效修复的重要前提, 目前尚存在“过度预报”、“拖尾”和模型参数规律不清楚等问题。为了解决这些问题,本文以用苯胺(AN)和1,2-萘醌-4-磺酸钠(NQS)双分子反应为例,进行了实验室大尺度实验和数值模拟,并与传统对流弥散方程(ADE)以及常用的非线性模型(TPL)进行了比较,得出的主要成果和结论如下:
  (1)水力实验表明水力梯度J和流速v呈非线性关系,用Forchheimer公式拟合实验值的效果好于Darcy定律拟合结果,说明水流为非达西流。
  (2)裂隙水非达西流条件下,双分子反应性溶质运移存在非费克现象,且随流速减小、溶质运移距离的增加、隙宽变宽,溶质的“拖尾”现象越来越明显。
  (3)ADRE模型总体能较好的拟合双分子反应性溶质运移的实验值,但是不能很好拟合生成物的非费克运移,TPL模型比ADRE模型能更好的拟合生成物NQAB的“早到”和“拖尾”现象,将这两个模型更好的耦合在一起是以后需要进一步研究的内容。
  (4)用ADRE模型对双分子反应性溶质运移的实验值进行拟合,发现在同一隙宽、同一流速下,ADRE模型参数D、β0的值随着溶质运移距离的增加而增加,参数m的值也增加;在同一隙宽、同一运移距离的条件下,模型参数D、β0的值随着流速的增加而增加,参数m的值减小;在同一流速、溶质同一运移距离的条件下,模型参数D、β0的值随着宽度增加减小,参数m的值增大。
  (5)对ADRE模型进行敏感度分析,表明模型基本不受参数D的影响,而惰性溶质的弥散系数和ADRE模型参数D具有相同的变化规律,用弥散系数代替模型参数,不仅能够提高ADRE的拟合速度还能提高拟合的精度。
[硕士论文] 周凌燕
环境科学 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:本研究以水资源时空分布不均的安徽省为例,在分析评价区域的自然概况和水资源特征的基础上,以安徽省多年统计年鉴为数据来源,应用虚拟水理论计算安徽省各类水足迹,了解其结构组成,从本质上揭示人类消费模式对水资源产生的影响。结合水足迹核算结果,应用压力-状态-响应模型和灰靶模型建立了研究区域的水资源可持续利用评价耦合模型,用于掌握安徽省水资源可持续利用水平的时间变化规律和空间分异状况,并提出针对性的对策建议。研究内容及主要结论如下:
  (1)应用虚拟水理论计算安徽省各类水足迹,对安徽省2016年各城市和2007年至2016年安徽省总体的水足迹及其结构组成进行分析。结果显示:在时间序列上,安徽省水足迹总体呈现上升趋势,十年间的平均增长率为2.19%。安徽省内部水足迹在总水足迹中占据绝对比重,而农业水足迹是内部水足迹的主要组成部分;在空间序列上,安徽省水足迹总体呈现北高南低的分布特征,安徽省各城市农业生产水足迹所占比重最大,其次为工业生产水足迹,生活用水水足迹和生态用水水足迹所占比重较小。量化分析水足迹为研究人类活动与水资源缺乏之问的关系提供支持。
  (2)融合水足迹计算结果,基于压力-状态-响应理论选取安徽省水资源可持续利用评价指标,应用灰靶模型构建耦合评价模型,评价安徽省水资源可持续利用水平。研究结果显示:在时间序列上,安徽省十年间的靶心度综合值呈现逐年增高的趋势;在空间序列上,安徽省总体呈现南高北低的分布格局,降雨量、人口空间分布和经济增长等与此密切相关。水资源可持续利用水平的计算结果能反映出实际的时空分异规律,灰靶模型能够有效解决评价标准及等级划分的适用性问题,增强不同评价对象间的可比性。
  (3)基于水足迹及水资源可持续利用水平计算结果,本研究提出针对性对策建议。因地制宜发展跨流域调水,重新分配水资源,优化产业结构,改善用水结构,增加环保投入,加强污染治理等是提高水资源可持续利用水平的有效措施。本研究可为安徽省制定水资源的合理开发和高效配置政策提供方向和理论支撑。
[硕士论文] 田凯达
环境工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:城市河流是城市生态环境的重要组成,其水环境质量与人类社会生活息息相关。人类活动影响及不合理的城市建设改变了城市河流的水文及水环境基本特征,使城市面临水质污染、洪涝灾害频发、水资源枯竭等问题。严峻的水污染形势制约了城市的发展,影响了人类生活,对城市河流水环境修复开展研究已刻不容缓。本文在对城市河流水文水环境耦合作用研究基础上,提出应用于水环境改善的水文情势调控模式,以合肥市十五里河为例,运用数值模拟方法定量评估不同水文情势条件下的水环境改善效果。文章主要工作及研究结论如下:
  (1)分析城市河流水文及水环境基本特征,探究城市河流水文水环境耦合作用机理,提出包含总量调控、时间过程调控、空间布局调控在内的城市河流水文情势调控模式,定性分析各模式下的河流水环境改善作用。
  (2)基于模糊综合评判法及综合污染指数法对研究区水质现状进行综合评价,探究其时空变化规律:目标河流污染严重且以氮磷污染为主,其污染程度总体呈沿程递增趋势,在流域出口附近全年近90%时段为劣Ⅴ类水。上游及中游部分河段受人类活动影响较大,水质出现明显恶化,且其降雨面源污染较为严重,汛期水质明显劣于非汛期;中下游地区特别是国考断面污染严重,在汛期大部分时段及非汛期其水质均超出规定限值。
  (3)应用MIKE11模拟软件构建目标河流一维水动力水质模型,以下游国考断面水质改善情况作为量化依据,定量计算典型水文调控模式的水环境修复效果。结果表明,考虑截污、中水回用及初期雨水截流措施的多元组合治理方案可使国考断面实现水质达标,氨氮及总磷(TP)年均浓度能够削减至1.54mg·L-1和0.26mg·L-1,达标天数占比达到96.1%和99.7%。模拟综合治理后最不利运行条件下,国考断面仍有90%左右时段满足Ⅴ类水质要求,其影响程度尚可接受。
[博士论文] 刘东
地图学与地理信息系统 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:河流连通着地球最大的两个碳库一陆地和海洋生态系统碳库。全球河流每年可以输运约219.50±54.36 Tg C/yr的溶解有机碳(DOC),204.00±21.73 Tg C/yr的颗粒有机碳(POC)进入边缘海。河流有机碳输运不仅影响着全球碳循环,而且会影响河口和边缘海的生态环境,输运量也反映了流域的自然过程和人为活动的变化。在自然变化和人为活动等多种因素的影响下,河流有机碳通量具有显著的时空变异特征,这些时空变异增加了通量监测和估算的难度。
  目前,国际上关于河流有机碳输运的研究大多关注欧美大陆河流,这些河流积累了长时间序列的有机碳(DOC、POC)观测资料。而东亚季风影响下的亚洲河流有机碳输运报道较少,且缺乏不同河流有机碳输运的空间变异和同一河流的时间变异研究。基于此,本文基于不同入海河流有机碳实测数据与流域特征数据,分析了中国大陆入海河流有机碳通量的空间变异;并进一步以长江为重点研究区,在长江河流(大通水文站断面)和河口分别开展了月尺度和季节尺度的光学-化学同步现场观测,利用多源遥感和实测资料估算了长江长时间序列的有机碳通量,并讨论了流域特征对长江有机碳输运时空变异的影响,为进一步估算全球河流有机碳输运通量打下基础。本文的主要研究内容和取得的结论如下:
  (1)中国大陆入海河流有机碳输运通量及空间变异。通过分析中国大陆不同入海河流有机碳(DOC、POC)数据与流域特征数据,构建了中国大陆入海河流年平均DOC浓度和POC浓度的估算模型,并以2010年为代表,估算了中国大陆不同入海河流的DOC年通量和POC年通量。2010年,中国大陆入海河流有机碳输运通量约为5.05 Tg C的DOC和7.00 Tg C的POC;其中,34.65%的DOC和42.43%的POC由长江输运。空间分布上,虽然降雨会稀释河流DOC浓度和总悬浮物(TSM)中的POC重量百分比(POC(%TSM)),但单位面积的流域DOC与POC输出量都与降雨量的空间分布一致。中国大陆东南部降雨多的流域,单位面积的流域DOC和POC输出量都较高。
  (2)长江河流(大通水文站断面)DOC通量估算。以流量、流域耕地面积比和总初级生产力为自变量,构建了长江大通DOC浓度的多层回馈神经网络估算模型,并结合大通实测流量估算了2000-2013年长江大通水文站的DOC月通量。2000-2013年,长江大通DOC月通量变化范围为3.88-42.78×104t C,平均值为13.49±6.73×104 t C/month。大通DOC月通量主要是由流量决定的,两者存在显著的正相关线性关系(R=0.8914,P<0.0001)。
  (3)长江河流(大通水文站断面)POC通量估算。根据大通的光学-化学同步观测数据和生物光学模型模拟数据,构建了适用于Landsat数据(空间分辨率30m)的POC浓度遥感算法。大通断面上,POC浓度与TSM浓度之间存在正相关线性关系,且空间变异不显著。结合大通流量,利用2000-2016年的TM/Landsat-5和ETM+/Landsat-7数据,估算了大通长时间序列的POC月通量。2000-2016年,长江大通的POC月通量变化范围为1.4-52.04×104 t C,平均值为13.04±7.17×104 t C/month。大通POC月通量与流量之间存在显著的正相关线性关系(R=0.7143,P<0.05)。过去十几年,大通POC与DOC的平均月通量基本相等,并未呈“高POC输运”的特征。
  (4)长江河口(徐六泾水文站断面)POC通量估算。根据长江河口的光学-化学同步测量数据,构建了适用于GOCI数据(空间分辨率500 m)的POC浓度遥感算法。长江河口,POC浓度与TSM浓度存在显著的正相关线性关系;徐六泾断面的流量剖面分布呈线性函数变化,POC浓度剖面分布呈指数函数变化。结合大通水文站的流量,利用GOCI数据估算了徐六泾断面的POC月通量。2015年5月至2016年4月,长江徐六泾POC月通量平均为7.14×104t C,比大通POC月通量实测值平均高44.58%。长江河口复杂的水动力环境(潮汐、风)及颗粒再悬浮等会增加该区域的POC通量,且在冬季的增加效应更明显。
  (5)长江河流(大通水文站断面)有机碳输运时间变异和流域特征的影响。综合分析长时间序列的长江大通有机碳(DOC、POC)月通量和流域特征遥感数据,发现:因降雨的稀释作用,大通DOC浓度表现为“湿季低、干季高”的季节特征(湿季为5月至10月),干季DOC浓度平均是湿季的1.14倍;因降雨的冲刷作用,大通POC浓度表现为“湿季高、干季低”的季节特征。长江三峡大坝正常运行之后,大通POC浓度的季节差异正逐渐减弱;由于流量的调控作用,DOC与POC通量都表现为“湿季高、干季低”的季节特征。2000-2013年湿季DOC通量平均占全年通量的65.89%,2000-2016年湿季POC通量平均占全年通量的75.01%。2000-2013年,长江大通DOC浓度和DOC通量都没有发生显著变化;但2000-2016年,长江大通POC浓度和POC通量都呈指数显著降低。
  总的来说,本文利用遥感和实测数据估算了中国大陆入海河流有机碳输运通量及长江长时间序列的有机碳输运通量,并分析了中国大陆入海河流有机碳输运的时空变异。下一步将考虑河流输运的有机碳在经过河口过程(如转化、分解、沉降等)后的通量,进一步研究河流输运有机碳的有效入海通量。
[硕士论文] 张真瑞
环境科学 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:腐殖质作为一种复杂的天然大分子有机质,根据溶解性差异,可分为胡敏酸(Humic acid)、富里酸(Fulvic acid)和胡敏素(Humin)。富里酸含有多种酸性基团,对重金属有较强的吸附络合能力,影响着重金属的地球化学行为。不同级分富里酸在元素组成、结构特征等方面存在差异,决定了不同级分富里酸与重金属相互作用的机理机制方面存在差异。本文以连续碱提法获得乌梁素海沉积物不同级分富里酸为基础,以不同级分富里酸对重金属的吸附机制研究为主线,研究不同环境条件(pH、离子强度、离子类型、温度、光照)下不同级分FA对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附特征,结合光谱学、形貌学、ligand binding模型和bi-Langmuir模型分析吸附机理,以期为湖泊生态系统中重金属污染的防控提供理论依据。主要结论如下:
  (1)随提取次数增加,FA有机碳含量、酸性官能团含量、芳香性、分子极性均减小;分子量、脂肪性和腐殖化程度增大。
  (2)动力学实验结果表明,各级分FA对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附在10分钟左右达到平衡,吸附速率为Cu2+>Cd2+>Pb2+;随提取次数的增大,FA对重金属的吸附速率常数递减,表明后提出的FA对重金属吸附速率较慢。等温吸附实验结果表明,随提取次数的增加,FA对重金属的吸附量减少。
  (3)低于临界pH值时,各级分FA对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量随pH升高而升高。随离子强度的增大,各级分FA对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量逐渐降低;不同离子类型对FA的吸附影响不同,具体表现为Ca2+>Mg2+>K+,这是由于Ca2+水合半径小且电荷数大,对Cu2+、Pb2+、Cd2+的影响大。FA对重金属的吸附为自发的放热反应,反应后无序程度增加。光照可以降解FA,对重金属离子吸附量减少。
  (4) Ligand binding模型和bi-Langmuir模型拟合效果良好。Ligand binding模型拟合结果表明,FA对重金属的吸附存在强弱两种点位,强点位可能为FA中含氮、含硫的官能团,对重金属吸附能力强但含量少;弱点位主要为羧基、羟基,吸附能力弱但含量多,在吸附重金属中起主导作用;bi-Langmuir模型拟合结果表明,随级分增加,理论吸附量减少,吸附量与酸性官能团呈正相关,与脂肪性、分子量呈负相关。
  (5)吸附前后表征结果揭示,不同级分FA吸附重金属后,其组成和结构均发生改变。紫外分析结果表明,FA的共轭度、脂肪性和分子量增加;红外分析结果表明,羟基、羧基特征峰发生明显偏移和减弱,表明这些官能团对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附贡献较大;三维荧光光谱分析结果表明, peakC发生明显蓝移,peak B和peak C发生淬灭反应, peakA荧光强度有所增强,表明FA中羧基参与了对Cu2+、Pb2+和Cd2+的吸附且反应过程中伴随π-π*跃迁;扫描电镜结果表明,吸附后FA聚集成团,结构发生改变。
[硕士论文] 赵剑波
环境工程 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:流域水环境生态补偿是促进生态环境质量改善的重要途径。本文以可持续发展理论、经济学和生态补偿理论为基础,探讨涪江流域生态补偿的原则、标准、补偿方式、补偿途径以及流域生态补偿机制建立的必要性。以从生态服务价值、公共物品理论等角度,结合绵阳实际情况,对涪江流域生态补偿机制中的补偿主体与客体、补偿方式范围、补偿资金来源用途进行了具体分析,通过设置20个流域断面和建立数据模型,分析当前绵阳市涪江流域生态补偿的实施情况,绵阳市每年筹集市级资金6000多力元,主要用于对上游平武县、北川县等重点生态功能区的补偿和全流域279个乡镇的污水处理设施建设,最终实现源头严控的目的。通过分析,作者还指出当前涪江流域生态补偿机制存在的主要问题,并提出全方面构建涪江流域生态补偿机制的措施,可以供当地政府参考决策。
[博士论文] 张仲荣
环境工程 兰州交通大学 2017(学位年度)
摘要:民勤绿洲自然条件恶劣,水资源匮乏,生态环境脆弱。近几十年来,地下水埋深功能严重退化,生态环境问题频发。如何以民勤绿洲为典型区域科学、准确、及时地掌握干旱、半干旱区域内水资源量成为该类地区水资源研究中的一个关键问题。
  区域地下水埋深是随地点和时间的变化而变化的时空变量,区域地下水埋深时空预测的目的是揭示未来地下水空间分布及其随时间的动态变化规律,为未来动态人工模拟提供依据。
  时空数据分析为区域地下水埋深时空预测代理模型的构建提供了重要的理论支持。时空预测是区域变量时空数据分析的基本问题,近年来,已经成为国内外研究的热点。时空预测就是基于时空序列预测理论建立数学模型,在时域预测的基础上建立未来预测面,揭示未来地下水埋深空间连续分布及其时空变化,预测地下水埋深未来的分布。
  地下水埋深的时空预测不同于传统的时间序列预测和简单的空间预测。如何提高精度是预测研究的核心问题。目前常用的模型对不同监测序列间复杂的时间和空间影响考虑不足,对非线性考虑不足,对不同的方法确定的参数,带来的模型预测精准性考虑甚少。混合预测是将不同的模型,不同的时间序列分析理论混合、融合或集成成一个预测模型,只有一个预测结果。混合预测模型是目前提高预测精度的重要而前沿的研究方法。当前,基于非线性理论、多元时间序列分析理论、参数的启发式优化算法等结合的混合预测模型是提高预测精度的主要技术手段。
  近几十年来,伴随着绿洲农业发展对地下水资源的大量开发利用,地下水系统的功能严重衰退,绿洲萎缩,引发了一系列生态环境问题。民勤地下水问题的研究已经引起广泛关注。运用正确、科学的方法对民勤绿洲地下水资源进行研究,完成对民勤县境内地下水埋深的模拟,建立研究区域地下水空间预报体系,对区域地下水问题的解决具有重要的理论意义和实用价值。
  研究中遇到的问题可以归结为以下三个方面:
  (1)缺失数据的修复问题;
  在长期的监测过程中,由于人为原因和水文地质等原因,产生两种类型的缺失数据:同一站点,间断检测造成的间断式缺失数据;监测井废弃,换位新建造成截断式缺失数据。传统研究往往是将换位前后的序列直接拼接。由于水文地质条件的差异、土壤植被的差异等,使得监测井换位前后的检测值产生差异,忽视这种差异,可能会改变原序列的固有连续性和时空相关性,从而使得预测结果产生较大误差。研究建立对监测井关停以及新建产生的截断式长期性缺失序列的修复,是极具挑战的工作。
  (2)缺乏高效、高精度时空多序列预测建模的问题;
  区域地下水埋深的时域预测,是在多个监测点长期监测得到的时空序列基础上预测实现的。提高时空预测精度的关键,就是要提高各测点监测序列的预测精度和空间插值的精度。传统的预测,主要采用时间序列分析理论,通过建立基于神经网络和机器学习等模型的方法。这些方法不仅耗费工作量大,而且具有对多监测点、大区域的多序列时空预测适应性差,预测精度不高等问题。
  (3)空间插值方法存在精度不高、通用性差的问题;
  时空预测的最终目的是可视化地展示未来的地下水埋深空间格局。已往的空间插值方法如曲面拟合法、样条插值法、克里金插值法等虽然成功地刻画了地下水埋深的空间格局,但这些方法只考虑了已知监测点测定值对待估点值的空间影响,而没有考虑历史数据对待估值的影响;时空克里金插值虽然考虑了时空相关性,但是其关键的时空协方差函数通用性差,且精度不高。
  本文针对地下水埋深时空序列非平稳非线性本质,将最小二乘支持向量机(LSSVM),广义回归神经网络(GRNN)等非线性分析方法与新型人工智能参数优化、网格搜索(GA)、交叉验证(CV)、自组织神经网络映射(SOM)聚类、小波消噪、时空克里金等方法相结合,对研究区地下水埋深时空预测进行深入研究,主要的研究工作归纳为如下几个方面:
  (1)缺失数据时空修复混合模型研究;
  为了得到更加科学、可靠的研究区地下水埋深时空数据集,本文提出了SOM-FLSSVM时空修复混合模型,应用于时空序列的修复。该模型不仅仅考虑了每一类缺失数据监测站点的时间影响因素,而且考虑了空间因素,充分利用缺失数据监测站点与其相邻站点的信息进行数据的插补工作。实验证明,本文提出的时空预测混合模型相比其他的一些经典的数据插补模型,在精度方面有很大的提高。
  (2)多序列混合预测模型研究;
  本文在考虑时空序列非线性、非平稳特性的基础上,针对目标序列值会受历史数据和邻近序列时空影响的特点,建立了多序列混合预测模型M-WD-GRNN。首先将每个监测序列进行小波消噪,之后建立以同期及历史若干期相关站点监测数据为输入变量的,考虑空间影响的多输入多输出时空序列GRNN;最后,引入网格搜索和交叉验证算法对模型参数进行优化。实验结果表明,与其他已有模型相比,本文提出的混合模型,提高了预测精度,同时也展示了小波变换在地下水埋深预测研究中的优势。应用该模型得到十二期的地下水埋深时域预测结果。
  (3)空间插值混合模型研究;
  针对时空克里金插值中协方差函数通用性差,且精度不高的问题,引入广义回归神经网络(GRNN)自适应拟合时空克里格插值变异函数,建立广义回归神经网络时空插值混合模型(GRNN-STK),绘制了研究区地下水埋深不同年份的空间分布图。通过分布图的对比以及相应检测站点具体影响因素的分析,揭示研究区地下水埋深的空间格局演化过程。实验表明,与普通克里格插值精度相比,该模型有很大的提高,为建立研究区域可靠的地下水空间预报体系,做了重要的前提工作。能够为相关部门采取高效而可靠的地下水管理与合理开发决策,提供充足的论证与参考。
  本文创新点在于针对研究中遇到的监测数据部分缺失,缺乏高效、高精度时空多序列预测模型,空间分布插值算法精度不高、通用性差等问题,提出了三个新的混合模型。鉴于地下水埋深时空序列的非线性本质,将分类算法、时空相关性、支持向量机、参数优化算法相结合,构建了时空数据修复混合模型;将消噪理论与广义回归神经网络相结合,构建了非线性多序列时域混合预测模型;将广义回归神经网络与时空克里金插值相结合,构建了时空插值混合模型。数据实验验证了模型的精度和有效性。
  本文工作是对代理模型高精度时空模拟研究的探索,旨在为快捷有效开展空间动态模拟预报提供科学方法。
[硕士论文] 熊思思
土地资源管理 江西财经大学 2017(学位年度)
摘要:众所周知,水环境是占据着生态环境中非常重要的地位,同时,也是保障人们生命安全和促进社会走向健康发展的必要基础。城市化的一步步发展,让国家的社会经济取得了很大的进步,然而发展的同时也给生态环境带来了隐患,其中就包括水环境。近几年我国各大城市水质明显下降,频繁发生一系列水污染突发事件等问题,引起我国政府和社会各界的密切关注。因此,从本质上分析和理解水环境安全的内涵,降低水环境所造成的安全隐患对城市进展的妨碍,同时,对水环境与城市化之间的关系进行深入研究,合理配置社会及自然资源,对城市化以及国民经济的稳健发展具有一定的正向作用。本文以江西省为例,系统综述了国内外城市化与水环境问题研究进展、江西省水环境现状、水环境评价内容、方法以及标准后,参照国内外社会普遍采用的“压力-状态-响应”模型,依照江西省近年来的具体实情,本文构建出了江西省水环境安全评价体系,总共由3层27个指标组成。使用了包括综合应用熵值法、函数评价法和综合指数法在内的一系列方法对江西省水环境安全状况进行了评估。结果表明:江西省水环境安全度的变化呈现出波浪式上升趋势,2006年至2009年间,江西省水环境安全处于第Ⅳ级,即“中下”等级。2010年至2015年间,江西省水环境安全处于第Ⅲ级,即“中”等级,除个别年份有波动外,江西省综合安全整体处于改善上升趋势。
  在综合分析江西省2006-2015年间的水环境安全状况后,本文参照灰色预测理论,采用GM(1,1)模型,以2006-2015年水环境安全度为原始数据,经精度检验,证明模型合格后,对江西省2016-2020年水环境安全度变化趋势进行了预测,结果表明:江西省水环境综合安全度在未来五年中呈现总体上升趋势。自2016年起,预测江西省水环境综合安全度将一直保持在“良”以上的较高水平,并于2019年正式进入“优”等级。社会经济、生态环境、水环境三大系统综合安全度曲线均呈正线上升趋势。在2018年左右,社会经济系统安全度预测曲线将同水环境系统综合安全度预测曲线出现交叉情况,2018年后社会社会经济系统安全度预测曲线将位于水环境综合安全度预测曲线上方。说明社会经济系统安全度的变化对于综合安全度呈正向关系并且社会经济系统安全度的发展快于综合安全度的发展。
  最后,针对存在的问题,结合江西省水环境安全现状及趋势预测值,提出江西省水环境问题治理及保护对策建议。
[硕士论文] 任妍
3S集成与气象应用 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:在全球气候变化背景下,季节的转变会打破生态系统原有的平衡,水是受季节变化影响最直接和最重要的因子之一,水温随季节的变化会影响整个水生生态系统。因此,研究长三角地区季节和生长期的变化趋势,有助于更好地认识太湖水生生态系统的演变;水温作为影响水生生态系统演变的决定性因子之一,研究其变化趋势有助于厘清气候变化对水生生态系统演变的作用机制,以及预测水生生态系统演变的方向和趋势。首先利用中国气象局国家气象信息中心提供的长三角地区40个气象站点1971-2013年的逐日气温数据,采用集合经验模态分解等方法,分析长三角地区43年来四季以及生长期变化趋势的空间分布特征;并利用太湖附近站点的气象资料,着重分析太湖周边地区气温和风速逐月变化趋势;最后基于1970-2008年的历史气象资料和水气热量交换的基本原理,重构太湖39年的逐日水温,分析水温、风速以及太阳总辐射变化对太湖藻类生长的影响。结果表明:
  (1)长三角地区入春时间在空间上呈现从北至南春季从提前转为推迟趋势的变化规律;入夏时间在空间上呈现从东北至西南入夏从提前趋势越发显著转变为推迟的变化规律;入秋时间在空间上基本呈现出由南北向中部入秋推迟的趋势;入冬时间都在推迟,但变化的趋势没有春、夏和秋季明显,空间上基本呈现出由南北向中部入冬推迟越来越显著的趋势;生长期空间上基本呈现出由南北两端向中部生长期延长越来越显著的趋势。
  (2)太湖地区春、夏、秋季都在提前,只有冬季推迟。其中春季提前的最显著,提前率为5.4-7.23d/10a,夏季提前3-4.2d/10a,秋季变化趋势不明显,冬季推迟0.8-1.6d/10a。太湖区域生长期的延长趋势很明显,达到4.2-6.92d/10a;太湖逐月平均气温在1970-2008年期间总体上呈升温趋势,尤其是春季升温最明显;太湖逐月平均风速在1970-2008年期间基本呈减小趋势。太湖太阳总辐射在2000年后普遍增大。
  (3)水气热量交换原理重构水温效果较好,模拟水温与观测水温的相关系数达到0.9022(p<0.001)。短波辐射是水体获取能量、水温升高的主要原因,潜热通量是水体热量耗散的主要途径;晚冬及春季水温有显著的升温趋势,其中早春的水温增幅尤为突出,冬季早期呈明显的波动状态;夏秋水温在不同的月份呈现波动状态,但变温幅度较弱;秋季水温呈现明显的升高,但幅度较春季弱。
  (4)达到藻类恢复生长的水温日期逐年提前,近四十年提前了14天左右;气候变化对水生生态系统演变的影响有利于蓝藻水华暴发持续时间的延长。风速持续下降有利于藻类生长和蓝藻水华暴发,其中有利于水华持续暴发的天数逐年增加,研究时段内增加了24天。
[硕士论文] 冀文豪
农业资源利用 安徽农业大学 2017(学位年度)
摘要:淡水湖泊作为一个环境污染的有机载体,汇聚了周围环境的各种污染物质,其中湖泊表层沉积物能反映短期内湖泊的营养状态。对沉积物的研究不仅能间接了解湖泊周围环境的生态变化,对分析人类活动对湖泊的影响也有重要意义。湖北地区是长江中下游湖泊群中一个重要组成部分,分布着大量浅水型湖泊,约占整个长江中下游地区的1/3,但对该地区湖泊底质状况大尺度的比较还未见研究,所以本研究选取长江中游地区水域面积大于10km2的湖泊18个,通过研究沉积物的TOC、TN、δ13C、δ15N特征,了解各湖泊在外源输入及内源沉积方面的异同性,为长江中下游湖泊的防治提供参考。主要研究结论如下:
  (1)长江中游湖泊沉积物的TOC和TN含量与我国其他水体相比处于中上等水平。根据现有数据对我国部分水体沉积物进行横向对比,发现由于湖泊所处地理位置及性质的差异性,仅由TOC和TN含量不能说明湖泊的污染状态,深水型湖泊由于其水体扰动较小、沉积物-水界面不活跃会具有较高的TOC和TN含量,但湖泊水质仍然较好,相反大型浅水湖泊则具有较低的TOC和TN含量,同样河流因为流动性其底质也较为清洁。常用于评价湖泊底质状况的有机指数适用于大型浅水湖泊,对中小型浅水湖泊解释性差。运用加拿大安大略省的沉积物评价标准,发现长江中游中小型浅水湖泊的沉积物达到了Ⅱ类标准,即沉积物虽已受到了污染,但多数底栖生物可以承受,群落尚未遭受明显损害。
  (2)运用δ13C值或与C/N联用分析了长江中游湖泊的有机质来源,发现C4植物与湖泊底质的信息有明显的分离或贡献较小,端元图则将C3、C4植物排除,主要的有机贡献者为浮游植物、土壤有机质和大型水生植物。通过量化处理,大致可将长江中游湖泊分为3类,即有机质来源分别以内源、外源、内外源为主,其中以内源为主的湖泊赤东湖和野潴湖均具有良好的生态环境,其他两类湖泊受到了不同强度的人类干扰,说明外来干扰可在湖泊底质中得到较好体现。利用δ15N值识别出化学合成肥料、生活污水和动物粪便是长江中游湖泊的氮素来源。
[硕士论文] 王肖添
电子与通信工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:由于水声传感器网络在促进海洋环境保护、海洋灾害监测、海上作业以及海洋军事活动等方面具有巨大的应用前景,近年来得到各国政府、工业界和学术界的极大关注。路由算法是保障水声传感器网络中数据分组快速、可靠传输的关键技术,近年来一直是研究的热点。本文针对水声传感器网络的机会路由算法进行研究,将自适应门限机制和区分服务机制引入经典的DBR(Depth-Based Routing)算法中,提出三种改进的基于深度信息的机会路由算法,并对所提出的算法进行了仿真评测。
  本文首先概述了水声传感器网络的特点和网络结构,分析了水声传感器网络路由算法的研究现状,并从下一跳候选节点选择方式入手,对目前典型的水声传感器网络路由算法进行了归纳和总结,着重分析了机会路由算法在水声传感器网络中的优势。其次,分析了DBR算法的主要思想,指出其采用固定门限来限制下一跳候选节点集的局限性,并基于自适应门限机制提出一种自适应门限DBR算法(Depth-Based Routing with Adaptive Threshold,DBR-AT)。该算法根据网络节点密度的变化情况来动态调整深度门限值,在节点密度较小时,自动降低深度门限值以提高分组投递率,而在节点密度较大时,通过动态提高深度门限以降低网络中冗余分组副本数。为了进一步减少DBR-AT算法的冗余分组副本数以降低网络能耗,将EE-DBR(Energy Efficiency Depth-Based Routing)算法移除固定盲区机制引入DBR-AT算法中,提出一种能量有效的DBR算法(Energy EfficiencyDepth-Based Routing with Adaptive Threshold,EE-DBR-AT),该算法结合了DBR-AT算法和EE-DBR算法的优点,在网络能耗和分组投递率方面都优于已有算法。随后,针对DBR算法不支持区分服务,无法满足水下应用不同的服务质量(Qualityof Service,QoS)要求的不足,将区分服务机制引入DBR算法,提出一种支持区分服务的DBR算法(Differentiated Service Depth-Based Routing,DS-DBR)。该算法根据水下应用不同的QoS要求,将数据分组分为高、低优先级,并依据其优先级提供不同的下一跳候选节点集选择策略和节点缓存队列管理策略,同时还对高优先级分组引入分组重传机制,以进一步提高其分组投递率。最后,利用NS2仿真平台实现了所提出的三种算法,并和文献中已有算法法进行了仿真比较,仿真结果验证了所提出算法的有效性。
[硕士论文] 孙磊
应用气象学 南京信息工程大学 2017(学位年度)
摘要:近二十年来,随着我国长三角地区城市化速度加快,土地利用/覆被发生了明显变化,稻田种植面积急剧缩减,这势必对不同尺度的径流、入渗、蒸散、地下水补给、河网汇流等产生直接或间接影响。然而,国内外现有的土地利用/覆盖变化对生态水文过程的研究虽涉及到多种因素,但尚未充分考虑由于蒸散变化所引起的生态水文干扰机制与过程,这已成为研究南方丰水地区土地利用变化生态水文过程的科学瓶颈。因此,亟需开展土地利用变化对蒸散及生态水文过程影响机制的基础研究,为伴随土地利用变化的我国南方流域生态系统管理提供科学依据。本研究以秦淮河流域为研究对象,基于MIKE SHE分布式生态水文模型,建立适用于秦淮河流域的生态水文模型,对包括蒸散、径流过程、土壤水分以及地下水在内的全过程进行详细模拟,比较不同土地利用类型的蒸散及其组分的动态变化,量化其对流域水量平衡变化的贡献。主要结论如下:
  (1)蒸散及其组分的动态变化模拟结果表明,蒸散是秦淮河流域水分输出的最主要贡献项,占全年降水的58.9%-97.4%。蒸散中,植被蒸腾约占总蒸散量的80.8%,蒸腾量季节变化明显;模拟的冠层截留蒸发量约占总蒸散量的19.2%,季节变化大。流域总蒸散量呈减少趋势,2000年至2011年总蒸散减少了92mm,约10%,其中,主要是由于植被蒸腾的减少。
  (2)不同土地利用类型的蒸散及其动态变化表明,总蒸散中,林地的蒸散量最大,水田次之,旱地的蒸散最小。流域总蒸散减少的贡献分析表明,水田总蒸散的减少对流域总蒸散减少的贡献率最大,其次是旱地。可以认为,水田面积的减少是造成流域总蒸散减少的重要原因。
  (3)水量平衡分析表明,秦淮河流域水田面积的大幅减少,导致流域年总蒸散量有减少趋势,在年降水没有明显变化的情况下,年地表径流增加,地下水位升高,对流域水量平衡造成显著的影响。
  (4)MIKESHE模型可以不仅可以对包括蒸散、径流过程、土壤水分以及地下水在内的全水文过程进行详细模拟,也可以有效模拟蒸散及其组分特征,比较不同土地利用类型的蒸散及其组分的动态变化,是流域生态水文过程研究的有效工具。
[硕士论文] 张存凯
生物学 西南科技大学 2017(学位年度)
摘要:为了探讨引起黄龙钙华沉积区附着藻类大量滋生的原因、持续发展的趋势以及对钙华景观产生的影响,于2015年春、夏、秋季采集景区内12个典型样地的藻样和水样,在进行群落结构分析和环境因子分析的基础上,采用CCA(典型对应分析)以探明影响群落结构的主要环境因子。同时从钙华池壁上分离纯化得到足量硅藻和黄藻,室内模拟当地水环境情况,通过测定沉积体系 pH值和 Ca2+、Mg2+浓度变化来研究藻体对沉积过程的影响,分别利用 X射线衍射仪(XRD)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR spectrometer)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDX spectrometer)分析沉积物物相结构、振动频率、微区形貌和元素含量,利用高效液相色谱仪对藻体胞外产物(多糖中单糖成分、小分子有机酸及氨基酸)定性定量分析。研究结果表明:
  1.影响黄龙藻类群落结构的环境因子分析
  (1)共检出藻类88种,隶属于5门9纲18目20科37属,优势种以贫营养土著型为主;随季节变化,物种丰度、生物量、Margalef指数增加,Pielou指数和Wilson-Shmida指数下降,Shannon-Wiener指数和Simpson指数变化稳定。
  (2)从某种程度来说,黄龙景区水环境已经受到了人为的影响,体现为人为因子季节间差异大,同时基于CCA结果发现,人为因子(TOC、TN、CODMn等)是影响群落结构的主要环境因子。
  2.黄龙嗜冷附生型藻类低温条件下对碳酸钙沉积的影响
  (1)试验期间,硅藻、黄藻和空白体系的pH值均呈现出快速上升、缓慢上升和逐渐稳定的变化趋势。
  (2)硅藻细胞壁表层有许多高活性的反应位点,是晶体成核的理想模板,可促进CaCO3沉积;黄藻胞外酸性代谢产物可溶蚀CaCO3。而且,溶液中少量的Mg2+会取代晶格中Ca2+的位置,形成类质同象。
  (3)硅藻、黄藻胞外聚合物(EPS)对沉积物晶型影响不大,在pH8~9、10℃的沉积环境中形成方解石晶型的CaCO3,同空白组结晶结果一致;却能引起晶胞参数改变、谱线偏移和结晶度下降等。相异于空白组结晶的结果,硅藻、黄藻 EPS对沉积物形貌具有一定的调控作用,硅藻组形成环状晶体和立方晶体的嵌合体,黄藻组沉积物晶面上出现溶蚀迹象。
  (4)小个体硅藻较丝状黄藻繁殖速度快,两者胞外产物的主要成分有有机酸、蛋白质、多糖和色素,其中多糖和蛋白质可作为矿化模板,有机酸溶蚀沉积物,色素起到着色的作用。
  研究结果可为阐释黄龙钙华沉积的生物作用提供参考,为后期环境治理方向提供指导。
[硕士论文] 王闯
渔业资源 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:官厅水库作为北京市的备用水源地,其水质问题备受关注,而其水质的改善很大程度上决定于主要入库河流-洋河的水质,并且北京-张家口冬奥会举办对洋河流域水环境和水资源提出了较高要求。但洋河流域河北张家口段分布有钢铁、热电、化工等工业企业,河道接纳大量工业废水和生活污水。本文通过对洋河水系表层沉积物及沉积柱中Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn六种重金属的总量、赋存形态、风险的探究,评价洋河水系重金属的污染特征及其潜在风险。研究结果表明:
  1.洋河水系表层沉积物中重金属Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量平均值分别是0.34、59.91、30.64、30.85、39.51和129.27 mg·kg-1。重金属来源解析表明,Cd、Pb和Zn主要来源自人为活动(EF>1.5),Cr、Cu和Ni主要来源于自然过程。洋河水系表层沉积物Eri排序为Cd>Pb>Cu>Ni>Cr>Zn,其中Cd表现出强生态风险,特别是在支流清水河段呈现极强生态风险,其他5种重金属在流域尺度上表现为生态风险较小;6种重金属RI均值是143.70,属于轻微风险等级。洋河水系表层沉积物中重金属无生物毒性或生物毒性发生率较低,但清水河段和干流中游段生物毒性发生率相对其余河段较高。
  2.洋河水系表层沉积物中重金属的赋存形态结果表明,在整体研究区域,6种重金属均以残渣态为主,在次生态中,Cd、Cu、Ni、Pb和Zn均以B2态为主, Cr以B3态为主。但重金属Cd在干流中游段和支流清水河段以B2态为主,Zn在于流中游段以B2态和B1态为主,在支流清水河段以B2态为主。B3态的重金属Cr、Cu、Zn与有机质呈现极显著正相关关系(p≤0.01)。重金属RSP表明,Cd和Zn为轻度污染,Cr、Ni、Cu、Pb为无污染。RAC结果表明,重金属Cd和Zn对水环境构成中等程度的风险,Ni和Cu对水环境构成了低风险,Cr和Pb对水环境无风险。
  3.洋河水系沉积物柱状样中重金属总量及风险评估结果表明,洋河水系沉积柱不同重金属含量水平不同,Zn和Cr含量较高,Cd和Pb含量较低,但Cd和Zn平均含量超过背景值倍数最高。重金属Cd、Pb、Zn均在干流中游段沉积柱S7最高,其他重金属均在干流上游段沉积柱S4最高。Eri结果表明,干流中游段(S7)和支流清水河段(S14)的重金属Cd达到强风险等级,源头段(S1)、干流上游段(S4)和干流下游段(S11)的重金属Cd属于中等风险等级,其他重金属均为轻微生态风险。RI结果表明,洋河水系沉积柱中6种重金属均处于轻微风险等级。Qm-PEC表明洋河水系沉积柱中重金属生物毒性发生率较低,干流中游段重金属生物毒性发生率相对其他河段较高,除沉积柱S7是Zn对Qm-PEC贡献率最高外,其它沉积柱均是重金属Ni和Cr对Qm-PEC贡献率最高。
[博士论文] 边汉亮
土木工程;岩土工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:在我国城市化发展进程中,有机污染物已成为工业场地主要污染源之一。土体污染后工程性质会发生显著改变,如何快速准确地对有机物污染场地进行评价和分类是环境岩土工程迫切需要解决的课题。电阻率和热阻率是土体的基本物理性质,在土体污染前后有明显差异。本文系统研究了有机物污染土体的电阻率、热阻率特征及其变化规律,并基于层次分析法建立了有机物污染场地分类评价体系,旨在为有机物污染场地的评价提供科学依据。
  论文以国家自然科学基金重点项目(No.41330641)、国家自然科学基金项目(No.41202203)为依托,以南京地区典型长江漫滩相粉质黏土和下蜀黏土为研究对象,以0#柴油、煤油、4.5%氯氰菊酯乳油为典型有机污染物,采用室内试验、模型试验、理论分析和现场试验相结合的方法,对有机物污染土体的物理力学特性和电学热学特性进行了系统研究,建立了有机物污染对场地工程特性影响的评价体系。主要研究内容和成果如下:
  (1)系统总结了有机物污染土的工程特性和评价方法的研究进展,对有机物污染土的物理力学特性、电学特性、热学特性、工程性质评价方法等方面的研究进行了分析,指出其需要解决的问题。
  (2)深入研究了有机物污染土的物理力学特性和微观结构变化规律。通过室内试验,研究了污染物含量对有机物污染土物理力学特性指标的影响。试验结果表明,油类污染土的液限、塑限和塑性指数均随含油率的增加而减小;农药污染土的液限、塑限和塑性指数则随农药含量的增加而增大;有机物污染土体的直剪强度随含水率的增加而减小,粘聚力和内摩擦角均随着污染物含量的增加而减小;有机污染物改变了土颗粒的微观结构,土颗粒受有机物污染后,团聚现象明显;有机物污染对土体矿物成分无影响。
  (3)采用温纳(Wenner)四电极法对有机物污染土的电阻率进行测试,分析了含水率、污染物含量、饱和度、孔隙率等因素对土体电阻率的影响。对于油污染土,引入“体积含液率”和“油水饱和度”两个指标,分析了油水二相体对土体电阻率的影响。以未污染土体电阻率为基数对污染土的电阻率归一化,定义了“电学污染系数PΩ”和“体积含液比θ”,建立了油污染土的四相电阻率计算模型。研究结果表明,饱和度相同时,油污染土电阻率随体积含液率的增加而线性增大;体积含液率相同时,电阻率随油水饱和度的增加呈幂函数关系降低。其它条件相同时,农药污染土电阻率随污染物含量增加呈幂函数关系增大,随含水率、饱和度的增加而指数关系减小。污染土电阻率的变化幅度与土体污染程度具非线性相关性,电阻率可作为土体污染程度的评价指标。
  (4)采用非稳态热探针测试技术对土体污染前后的热阻率进行测试,研究了含水率、污染物含量、饱和度、干密度等因素对污染土体热阻率的影响规律,分析了体积含液率、油水饱和度与土体热阻率之间的相关关系。以未污染土的热阻率为基数,对污染土热阻率进行归一化处理,提出了以“热学污染系数PK”为参数的油污染土的热阻率计算公式。试验结果表明,含油率相同时,试样热阻率随含水率、水饱和度的增加而呈指数函数关系减小;含水率相同时,热阻率随含油率的增大而线性增加,随干密度的增大而非线性关系减小;饱和度相同时,油污染土的热阻率随体积含液率的增加而线性增大。体积含液率相同时,热阻率随着油水饱和度的增加呈指数函数关系降低。另外,土体的热阻率和电阻率与饱和度之间在双对数坐标上存在线性相关关系。
  (5)设计并开展了不同含水率、不同含油率的柴油污染土的电阻率孔压静力触探(电阻率CPTu)模型试验,测试了不同状态下土体的锥尖阻力、侧壁摩阻力和电阻率,同时,采用两电极法测量了贯入过程中土体的电阻率。测试结果表明,电阻率CPTu与室内Wenner四电极法所测电阻率基本相同,两电极法所测电阻率值比电阻率CPTu所测电阻率值大。含油率相同时,电阻率随含水率的增加而减小;含水率相同时,电阻率随含油率的增加而增大。锥尖阻力和侧壁摩阻力随含水率、含油率的增加而减小。可通过电阻率、锥尖阻力和侧壁摩阻力的变化幅度估算油污染土的污染程度。
  (6)通过某复合污染场地的电阻率CPTu测试,取得了锥尖阻力、侧壁摩阻力、电阻率等参数,并对现场所取土、水样分别进行了X射线荧光光谱分析(XRF)、挥发性气体及常规参数分析。结果表明不同种类污染物对土体电阻率、锥尖阻力、侧壁摩阻力及土体颗分、pH等影响不同,受污染物影响较明显的深度在4m左右。
  (7)以土性变化参数、土体物理力学参数和场地污染成分参数三者为准则层,以污染物种类、污染物含量、用地类型、土体电阻率、热阻率等参数为指标层,采用层次分析法构建了有机物污染场地污染状态的评价体系。提出了场地污染指数SQ,通过计算赋予指标层各指标相应权重,根据各指标不同赋予其[0,100]中的分值,加权计算出场地污染指数SQ,根据AQ对有机物污染场地的污染状态进行了分类。室内外污染土应用分析表明,评价结果与实际污染情况相符,所建立的评价体系具有推广应用前景。
[硕士论文] 李磊
环境科学 内蒙古大学 2017(学位年度)
摘要:湖泊沉积物是铁等重要元素地球化学循环的重要环节和场所,是气候环境变迁的忠实记录者,储存着丰富的地球化学信息。铁作为沉积物中氧化还原敏感元素之一,在自然界元素循环当中扮演着重要的角色,不仅是早期成岩作用的重要参与者,对沉积物的氧化还原环境也具有重要的指示意义。本文以内蒙古高原四个湖泊——乌梁素海、呼伦湖、达里诺尔、岱海为研究对象,以沉积物中铁的形态提取为基础,以铁形态分布的影响因素及其与环境气候演化的相互关系为主线,系统开展了湖泊沉积物铁在水平和垂向上的分布特征研究,探讨了铁的存在形态与环境影响因素的相互关系,尝试性地讨论了铁形态与古气候古环境的响应关系,对理解不同形态铁的环境地球化学意义,深入探讨湖泊沉积物中Fe、P及重金属微量元素的界面循环与过程具有一定的资料价值。主要结果如下:
  1.对比总结了四个湖泊表层沉积物中铁形态分布的关键控制因子。研究发现,湖泊流域的自然地理条件、湖泊中不同铁形态赋存含量、有机质的矿化及受人为扰动程度等均是影响湖泊表层沉积物中铁形态地球化学特征的重要因素。
  2.给出四个湖泊柱芯沉积物中铁的主导形态,探讨了不同铁形态对湖泊生态系统铁的早期成岩作用的贡献及其差异性机制,了解了不同形态铁随沉积柱芯深度加深的变化规律,阐释了不同形态铁的相互转化规律。
  3.根据柱芯沉积物Femag相与其他代用指标的一致性和同步性,尝试性地探讨了Femag形态铁分别与岱海、呼伦湖和达里诺尔湖环境气候演化的响应关系,揭示Femag可敏感记录湖泊流域的环境气候变化。
[硕士论文] 张绍云
自然地理学 贵州师范大学 2017(学位年度)
摘要:土壤-洞穴环境作为岩溶环境的重要组成部分,是研究碳迁移变化的重要场所。本研究以织金洞为研究区,在前人对洞穴环境的研究基础上,增加了对其土壤环境指标的研究。通过监测数据及GIS空间技术,分析了土壤-洞穴CO2时空迁移变化规律及其协同性,并从土壤环境与洞穴环境分析了CO2的迁移变化及其影响因子,得出:
  1)土壤方面。时间上,研究区土壤CO2随季节变化表现出,春季CO2含量缓慢上升,直到夏季末、秋季初CO2达到一年中的最大值,秋季末期又开始下降,直至冬季降到一年中最低值。这反应了土壤CO2的迁移变化具有周期性,随着季节的变化而变化。空间上,各监测点土壤CO2含量无论在纵向或横向上均不相同,但整体上却呈现出一定的规律性。由各监测点不同深度土壤CO2纵向迁移变化可知,CO2含量最大值均出现在夏季至秋季之间,以夏季为轴线,在1#点、2#点、3#点处CO2含量高值区右偏移距离较短,4#点处CO2含量高值区右偏移距离大于在1#点、2#点、3#点处距离,5#点处CO2含量高值区右偏移距离达到最大,高值区出现在秋季。
  2)洞穴方面。自2015年1月至2016年5月,织金洞CO2含量高值区由洞穴中后部迁移至洞穴中部,由洞穴中部再次迁移到洞穴中前部,由洞穴中前部迁移到洞穴前部,2015年9月份以后,由洞穴前部又迁移到洞穴中前部,由洞穴中前部迁移到洞穴中部,2016年2月由洞穴中部迁移到洞穴中后部。由2015年2月开始迁移至2016年2月回到原点,此后新的一轮迁移由开始,说明周期性较强。空间上,洞穴CO2空间分布随着距洞口不断的深入,CO2含量不断上升,在洞穴中部达到最大值,表现出两端低中间高的分布趋势。
  3)土壤-洞穴CO2协同响应分析。研究区全年土壤CO2在20cm、40cm、60cm、80cm处均与洞穴CO2拟合性较强,R2分别表现为:0.742、0.751、0.803、0.814。说明研究区土壤-洞穴CO2迁移变化具有协同响应,表现为:春季土壤-洞穴CO2缓慢上升,上升至夏秋季节达到一年中最高值区域,随着气候变化、季节的迁移,秋季后期土壤洞穴CO2开始下降,下降幅度较大。到达冬季时,土壤-洞穴CO2达到一年中的最小值。总体上,研究区土壤-洞穴CO2呈现出较强的规律性,这主要是由于地下世界洞穴的存在是具有一定的区域面,而不是一个点状的存在,洞穴CO2的来源也不具有点状性。所以洞穴上覆单个土壤点是无法控制洞穴内部CO2的迁移变化,而是整个洞穴上覆区域的协同作用,最终对土壤-洞穴CO2迁移变化起到一定的影响。通过水化学对土壤-洞穴CO2迁移响应分析得出,导致研究区土壤-洞穴CO2协同响应的主要因素为:1.土壤空气CO2不断的下沉,通过基岩裂隙、溶管等直接进入洞穴内部,对洞内CO2变化起到一定贡献作用;2.大气降水通过溶解土壤内的CO2,促使其具有较强的酸性,然后进入到基岩内部充分对基岩进行溶蚀、侵蚀作用,使水达到饱和状态,最后进入到洞穴内部与洞穴空气接触并运动,这就促使其释放出CO2的同时进行沉积;3.季节的变化促使土壤的生物、微生物的活动,土壤理化性质以及降水等的变化。最终导致土壤-洞穴CO2含量在不同季节发生明显的协同变化。
  (4)研究区在监测过程中为平常年份,分析结果对平常年份具有指导与实践意义。但对于异常年份,比如旱涝以及冰雹等年份数据存在一定的缺失,望以后不断跟进这方面的研究,以达到对某个区域洞穴深入探析,弥补其不足。同时也期望持续监测能得到更具说服力和更为详尽的研究。
[硕士论文] 吴国栋
地理学;海洋地理学 南京师范大学 2017(学位年度)
摘要:辐射沙洲内缘区是江苏沿海潮滩淤涨速率最快的岸段之一,潮滩持续淤长提供了巨大海岸空间资源利用潜力。为了合理的开发利用海洋资源,促进经济的稳步发展,同时减少对海洋环境的影响,本文以辐射沙洲内缘区为研究区域,对其水环境污染现状、富营养化程度进行了合理的评价,利用多元统计学方法,依据调查站位的污染相似性对研究区进行了分区。通过建立二维潮流数学模型,分析内缘区水动力特征,依据主要污染物入海负荷,通过整个内缘区的纳污能力来表征其水环境承载力的量值,并结合人类开发利用活动分析了区域水环境承载力,为后期内缘区的开发、排污量的控制以及排污口的选划提供参考,为区域社会经济的可持续发展和海洋水环境保护提供科学依据。
  本文主要研究内容及结论如下:
  (1)采用单因子评价法对辐射沙洲水质状况进行评价,发现2015年辐射沙洲内缘区的水体中无机氮、活性磷酸盐污染最为严重,其次是化学需氧量和石油类污染物。研究区富营养化程度比较严重,富营养化程度最高的区域位于辐射沙洲内缘区北侧的西洋水道中,蒋家沙、高泥、小洋口外侧富营养化程度次之,应注意防止赤潮的发生。辐射沙洲内缘区周边的主要入海河流为梁垛河、北凌河以及拼茶运河,依据入海河口水质评价结果,入海河流的主要污染物为氨氮、总磷和COD。
  (2)通过多元统计方法依据辐射沙洲区域各站位的污染相似性对其进行分区,发现西洋水道污染特征与其他区域明显不同,该区域为整个调查区域污染最为严重的区域,其海水具有高无机氮含量、高化学需要量、高活性磷酸盐含量以及高石油类污染物含量的特点。
  (3)建立辐射沙洲潮流数学模型,分析了内缘区水动力特征,发现该区域流场呈现往复流的特征,潮汐水道中的流速明显大于沙洲上。通过水质点示踪分析及潮通量计算,发现内缘区潮流总体呈现南强北弱的态势,南侧水体有着往北输运的趋势,黄沙洋、苦水洋、烂沙洋和西洋为内缘区涨落潮主要通道,潮汐断面每个潮周期间存在着净输运,西洋水道往北输运趋势明显,有着显著落潮水道性质,是该区域污染物的汇集地,内缘区东侧和南侧区域的污染物都有往西洋水道迁移的趋势,从机理上解释了西洋水道水质污染最为严重的原因。
  (4)本文依据内缘区污染物背景浓度值和内缘区的水交换率,运用箱式模型计算了内缘区的水环境承载力,得出辐射沙洲内缘区一个大潮周期可以容纳COD的量为375.75t,活性磷酸盐1.93t;一个小潮周期可以容纳COD的量为216.54t,活性磷酸盐1.11t;无机氮已严重超标,需要严格控制陆源排入量。
  (5)辐射沙洲内缘区围垦工程的建设对内缘区水交换量影响不大,但是对主要潮流断面的净通量影响很大,使内缘区的往西洋方向的净输出量减少25%左右,使黄沙洋和烂沙洋往内缘区的净输入量减少50%左右。同时工程的建设阻碍了辐射沙洲内缘区南北两侧水体的交换,使区域的污染物迁移能力受到一定影响,同时也减小了辐射沙洲内缘区的水环境承载力。
[硕士论文] 贾静
自然地理学 河北师范大学 2017(学位年度)
摘要:当今社会水环境污染的严重性已受到国内外普遍关注,水污染问题通常分为点源污染和非点源污染两种。在点源污染的控制能力逐步提升并得到有效治理的情况下,非点源污染成为了水源污染的主要污染源。特别是进入21世纪,中国农业非点源污染对水体富营养化的影响将进一步加剧,农业和农村发展引起的水污染将成为中国可持续发展的最大挑战之一。影响非点源污染的因素很多,其中土地利用/覆被变化是造成非点源污染的关键影响因素,它通过影响径流量、泥沙量,进而影响着非点源污染的产生及其营养物质的迁移转化的过程,从而影响非点源污染的氮磷负荷量。秦皇岛依山傍海,境内水系丰富,分属滦河与冀东沿海河流两大水系,是华北地区水资源相对丰富的地区。但近年来该地区水资源环境呈现污染加剧的趋势,水环境的安全度相对较低,目前水环境点源污染的问题得到了一定的控制和解决,非点源污染的危害还没有完全表现出来,但从发展的角度看,有必要对该地区的非点源污染进行研究,为该地区非点源污染的防治和治理提供一定科学依据。因此本文在重点考虑非点源污染的基础上,以秦皇岛地区为研究对象,探讨了不同的土地利用方式对非点源氮磷污染的影响。主要包括以下内容:
  (1)在实地调查的基础上,进行数据收集和整理,根据秦皇岛地区主要河流流域、水质监测数据、水文站点资料、雨量站点资料、气象站资料等数据,依托ArcGIS等软件构建SWAT模型的空间数据库和属性数据库。
  (2)以空间数据和属性数据为基础,运用SWAT模型,对秦皇岛地区的径流、泥沙、非点源污染总氮、总磷负荷进行模拟。通过参数敏感性分析,获得径流、泥沙、总氮和总磷的较为敏感的参数,进行模型参数的校准,并对模型的有效性和适用性进行验证,构建模型适用性评价指标Re、R2和Ens都在要求的范围内的SWAT模型。
  (3)基于2000年、2005年、2010年和2014年秦皇岛地区土地利用/覆被数据,通过空间叠加分析流域土地利用/覆被的时空变化特征,对秦皇岛地区土地利用/覆被变化进行分析。
  (4)根据四个不同时期的土地利用类型图得到各时期土地利用类型之间的面积和比例的变化,并运用SWAT模型分别添加四期不同的土地利用类型图进行研究区径流、泥沙、非点源总氮、总磷负荷的模拟,分析土地利用变化对径流、泥沙、非点源污染总氮、总磷负荷的时空变化影响情况。
  (5)对比研究时段内非点源污染总氮、总磷负荷量与径流量、泥沙量时空变化发现,四种情景的的时空变化情况相对一致,说明径流量和产沙量是总氮总磷负荷的关键制约因素。径流量大,携带的溶解态的氮磷元素就多,泥沙量大,携带的吸附态的氮磷元素负荷就大,从而使总氮总磷负荷增大。
  (6)进行土地利用情景预测,运用SWAT模型对三种土地利用情景下的非点源污染的氮磷负荷进行模拟,在模拟结果的基础上定量分析三种不同预测情景导致不同土地利用方式对秦皇岛地区非点源污染氮磷元素的时空影响。
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