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[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。
[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。
[博士论文] 陈洁
水文学及水资源 长安大学 2017(学位年度)
摘要:湖泊是联结地球表层各级系统、各级圈层相互作用的重要纽带,是地球关键带研究的重要内容,是水循环的重要环节和水资源的重要贮存库。随着全球气候变暖及城市化、现代化进程的加快,水资源供需矛盾日益加剧,湖泊水资源短缺和水环境污染等问题日益凸显,尤其是干旱地区,水资源匮乏、生态环境脆弱,湖泊的健康和可持续发展在社会经济建设中的作用尤为突出。旱区湖泊无地表及地下径流与大洋相通,也与其它集水区域无直接水力联系,独特的水循环系统使湖泊对气候变化和人类活动影响具有高度敏感性。旱区湖泊独特的水文学、水文物理学、水化学和水生态学特征,决定了湖泊的演化过程及特征与湿润区有较大的不同,因此,湿润区湖泊研究的相关方法理论体系在干旱区已不完全适用。沙湖是宁夏最大的半咸水湖,旅游产业对湖泊依附度极高,由于气候干旱,水面蒸发强烈,人工补水成为维系沙湖水量平衡和生态环境健康的重要手段。但是,由于缺乏深入系统研究,湖泊水环境现状、水循环特征、补水效果及其对湖泊演化产生的影响等尚不明确,大大地影响了湖泊管理工作的开展。本文以宁夏沙湖为例,开展旱区湖泊水环境及其演化研究,旨在揭示湖泊水循环的内在规律,为旱区湖泊的健康及可持续利用提供科技支撑,为旱区生态建设提供保障。
  在广泛查阅国内外文献的基础上,依托国家自然科学基金、长安大学优秀博士学位论文培育资助项目等科研项目,结合野外调研和室内分析等手段,对区域水环境现状、沙湖水位动态变化、水盐均衡状况、水化学特征及形成机理、湖泊富营养特征、水循环特征及演化趋势进行了系统深入研究,为旱区湖泊水环境保护及管理提供了科学依据。论文取得了以下创新性成果:
  (1)阐明了沙湖水环境特征及其演化过程和影响因素。人工补水是沙湖主要补给来源,蒸发是湖水主要排泄途径。沙湖的发展过程分为形成初期、加速咸化期和盐分缓慢上升期三个阶段,湖水化学组分形成受到水岩作用、阳离子交换吸附作用、蒸发浓缩作用和人类活动等多因素影响,湖泊演化与气候条件、地下水环境和人类活动密切相关。
  (2)首次综合运用水文地球化学、同位素水文学、统计学、模糊数学、随机数学、数值模拟等多种方法及技术,针对旱区湖泊开展了系统地研究,突出了湖泊水环境及演化研究的多学科交叉特色。
  (3)基于模糊数学和随机数学理论,构建基于蒙特卡洛—可变模糊集的湖泊富营养评价耦合模型,实现了水环境系统随机不确定性及确定性评价方法中评价等级模糊不确定性的量化研究,解决了传统评价方法中确定性结论造成的信息缺失问题,可有效降低水环境管理风险,为水环境不确定性研究提供了新思路和新方法。同时,基于贝叶斯理论,实现了数据信息的深入发掘和利用,有效解决了富营养评价中资料缺失问题,对实际工作有重要指导意义。
  (4)基于水均衡原理和同位素质量守恒定律,采用Craig–Gordon非平衡蒸发模拟,系统全面地研究了沙湖水化学形成机理及水循环演化特征。湖泊蒸发量与总补给量(E/I比)以及蒸发量与湖水体积(蒸发比)比值分别为0.62和0.444,湖水离子组成和来源与黄河水、地下水和排水沟水密切相关。该方法具有简便可行的优点,具有较好的推广应用价值。
  (5)地下水系统是旱区湖泊健康的调节器,湖水位变化引起的地下径流量的改变是导致湖泊水均衡和盐分均衡发生改变的重要原因,决定着湖泊的水环境特征和演化趋势。当湖泊补给量不足时,湖泊与含水层之间的密切水力联系导致地下水入湖径流量增大,成为湖泊及时充足的补给水源,极大地弥补了蒸发损耗,使其在干旱气候条件下能够维持水量平衡。同时,地下水出湖径流是湖泊盐分排泄的唯一途径,伴随着湖泊与含水层之间水量交换的发生,大量盐分通过地下径流排出,湖水脱盐效果显著。阐明湖泊与地下水水量及溶质交互作用及机理,对湖泊水资源保护和管理具有重要意义,有助于促进相关理论体系的完善,具有重要的学术价值。
[硕士论文] 温泽超
环境工程 长安大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,我国社会和经济的发展一直保持着高速增长,综合国力不断增强,但与此同时也面临着不少的问题,其中最为严重的一个问题就是水资源的短缺和水环境的污染,这对我国的发展是一种极大的制约。在总体水环境较为严峻的背景下,再生水的利用逐渐被人们所重视。西安市是典型的水资源短缺城市,为了缓解这个困境,保证社会经济的发展和人口的增长,再生水的循环利用是十分有效的解决手段。由于西安市再生水的利用起步较晚,目前尚处于初步阶段,因而有极高的开发利用潜力。因此,从宏观层面对西安市再生水利用的环境经济影响进行研究,将对再生水的合理开发利用具有重要的现实意义。
  本研究以西安市再生水资源为例,采用动态建模和模拟实验的方式,通过多目标线性规划的运用,构建西安市具体的水资源-环境-经济模型,并对西安市环境经济的未来发展进行模拟和预测,从而找出最优的再生水利用方案。这一模型中有一个目标函数,下设三个子模型,目标函数设定为西安市地区生产总值(GDP)最大化,三个子模型分别为水资源供需平衡模型、水污染物质流动平衡模型和社会经济模型。选取了西安市2015年的各项数据为基期数据,模拟期为2016年到2025年,共10年。
  通过水资源-环境-经济模型的模拟和预测,导入有效的再生水利用政策对西安市环境经济发展状况有良性影响。据预测,至2020年,西安市再生水利用率能达到30%,污水处理率将达到95%;至2025年,西安市再生水资源利用率将达到45%以上,污水能实现100%全面处理;西安市2015年到2025年生产总值将实现10.25%的年均增长率;各项经济环境指标均可以达到西安市“十三五”规划和长远发展规划的要求。
  本研究的创新之处在于从宏观层面分析了再生水利用对西安市环境经济的影响,并根据模型的模拟和预测,提出了优化再生水利用的发展政策建议和具体的可行措施。本文的研究对缓解西安地区水环境污染和水资源短缺状况具有重要的现实意义。
[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。
[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] 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] 覃应机
环境工程 贵州大学 2017(学位年度)
摘要:磷石膏作为磷酸制取工艺过程的副产物,其堆存过程中产生的环境风险问题受到了国内外学者的广泛关注。瓮福磷石膏堆场作为贵州省最大的废弃物堆场之一,投入使用以来出现的渗漏问题给当地岩溶水环境产生严重威胁。因此本文选择瓮福磷石膏堆场及周边不同水体为研究对象,分别于丰水期(2016年5月)、平水期(2016年8月)和枯水期(2016年12月)的对地下水、地表水和磷石膏渗滤液进行了样品采集,并对易变参数(如T、pH、EC、Eh、DO等)、水化学组分(阴阳离子等)以及总磷、氟和金属含量进行了测试。利用传统水化学结合多元统计分析方法对区域水环境特征进行分析,同时对地下水水质进行评价,并利用水文地球化学模拟,以期初步揭示堆场渗漏影响下岩溶区地下水的水质演化规律。得到以下阶段性的认识:
  (1)磷石膏渗滤液呈强酸性且盐度较高,各参数特征主要取决于湿法制磷酸以及湿法堆存工艺流程,受大气降水补给径流等外界条件的影响较小。其主要特征污染物为TP、F-、SO42-,含量分别高达:5182mg/L、2039mg/L、422mg/L,金属污染物有Fe,Mn,含量分别是41.6 mg/L,7.52 mg/L。研究区地下水在丰、平、枯三期受污染的呈酸性,未受污染的呈中性至弱碱性,地表水则呈弱碱性。地下水EC值高于同期地表水,DO值低于同期地表水,研究区水体呈氧化性。
  (2)研究区水体主要离子为Mg2+,Ca2+,HCO3-,SO42-,约占90%。主要来源于喀斯特地质背景下的水岩反应,研究区水体主要水化学类型为Ca2+-HCO3-型,其中受污染影响下的地下水化学类型有向Mg2+-Ca2+-SO42-演化的趋势。研究区特征污染物空间分布表明,磷石膏渗滤液渗漏至地下水中为非均匀扩散,且表现出明显的方向性,这可能与岩溶区岩溶裂隙或地下岩溶通道密切相关。
  (3)磷石膏堆场主要通过岩溶裂隙或管道渗漏对G1(发财洞)方向地下水体造成影响,没有表现出对周边地下水形成辐射状污染的特征。G10(龙井)方向主要受瓮福厂区渗漏的影响,污染程度远小于G1(发财洞)。研究区地下水绝大部分水质表现为极好和良好,G10(龙井)点地下水水质表现为差,而G1(发财洞)受污染严重。
  (4)丰、平、枯三期地下水与渗滤液的混合比例分别为1∶0.038、1∶0.215、1∶0.575。可估算出三期发财洞的流量分别为76.5、18.6、7.7 m3/hr。丰水期渗漏过程中主要是白云岩与石膏溶解并伴随有去白云化作用,这些反应将加速地下碳酸盐岩层的岩溶发育;而渗滤液中PO43-,Fe在迁移过程中随着pH及离子浓度的变化,易形成羟磷灰石、Fe(OH)3、蓝铁矿沉淀析出。而平水期及枯水期渗漏过程中主要是白云岩、方解石的溶解加速了水岩反应,Fe(OH)3、蓝铁矿沉淀也会从地下水在析出。
  (5)从丰水期到枯水期,方解石、白云岩所参与的水岩反应逐渐增强,污染物(SO42-、PO43-、F-)的溶解量逐渐增加,而氢氧化铁与蓝铁矿两种物质的沉淀量逐渐减少。渗漏影响下离子浓度变化主要来自于地下水的稀释作用,同时Ca2+、Mg2+浓度部分升高可能来自于渗滤液入渗加速的水岩反应,SO42-浓度的明显升高可能源于磷石膏渣的水化作用,而PO43-、F-的小幅下降可能主要由于岩溶管道中存在的物理吸附作用。
[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] 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] 左禹政
环境工程 贵州大学 2017(学位年度)
摘要:对都柳江流域水化学特征及影响因素进行研究,有利于该地区流域水资源的利用与保护。本研究于2015年1月和7月分别采集河水样品共62个,对T、pH、EC、DO、HCO3-进行现场测定,对Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、NO3-、SO42-、SiO2及营养元素 TP、NH3-N进行实验室测定。综合运用折线图、Gibbs图、三角图、相关性分析等方法对都柳江流域水化学特征、时空分布特点及河水主要离子控制因素进行分析;利用正演模型,经降雨输入和人为活动程度校正后,对流域内岩石风化过程及碳汇效应进行研究,并估算各因素对河水离子组成的相对贡献;采用遥感技术与水化学和水质参数相结合的方法,对都柳江流域土地利用结构与河水水化学及水质相关性进行初步探讨。结果表明:
  (1)都柳江河水呈弱碱性,优势阳离子为Ca2+、Mg2+,优势阴离子为HCO3-、SO42-,水化学类型为HCO3-—Ca2+—Mg2+型。时间上流域河水主要离子浓度存在季节性变化特征,这是受季节性降雨带来的稀释作用及蒸发作用共同影响的结果;空间上主要离子浓度表现为沿流降低,这与地质背景及人为活动有关。流域主要受到碳酸盐岩风化及硅酸盐岩风化控制。
  (2)各因素对都柳江流域河水溶质的相对贡献依次为碳酸盐岩风化>硅酸盐岩风化>大气输入>人为活动。都柳江流域岩石风化速率两季均值为22.54t/(km2·a),岩石风化作用消耗CO2量约为241.27×103 mol/(km3·a),两者均接近于世界平均值(岩石风化速率为24 t/(km2·a)、CO2消耗量均值246×103 mol/(km3·a)),显示了都柳江小流域风化作用对全球碳循环的一定作用。
  (3)人为活动对都柳江流域水化学特征有一定影响。都柳江流域各土地利用类型占比依次为林地>耕地>灌丛>未利用地>建设用地>水体,林地占主导地位。建设用地与营养元素正相关,对水环境产生负效应;林地与营养元素负相关,对环境有积极作用。对土地利用方式进行合理配置,有利于流域水环境保护。
[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。
[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] 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] 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] 敖明
地球化学 贵州大学 2017(学位年度)
摘要:汞(Hg)是唯一以气态形式存在的有毒重金属元素。大气汞(TGM)是一种全球性污染物,对环境和人体健康都有着重大影响。通过大气沉降带入表生环境中 TGM在汞的生物地球化学循环过程中扮演着极其重要的角色。在汞矿区,汞矿开采及冶炼活动是环境中TGM的最主要来源。汞矿区由于受到高浓度TGM的影响,其附近表生环境中汞的生物地球化学循环演化与大气沉降带入的“新汞”的地球化学行为演化密不可分。因此,对这部分“新汞”在沉降前、沉降后的形态转化及其迁移转化过程的阐明,将有助于深入了解表生环境中汞的生物有效性、地球化学行为与循环机制,丰富和扩大对陆地生态系统中“新沉降”汞的生物地球化学循环演化的认识。
  本研究以陕西旬阳汞矿区为研究区域,通过详细的试验设计,系统监测了不同时间段TGM浓度,以及遭受TGM影响的试验土壤和稻米中THg和MeHg含量变化特征。根据试验土壤中汞含量变化,初步估算了汞矿区TGM的干/湿沉降速率及年沉降通量,并对汞矿开采及冶炼过程排放的汞对当地环境的影响进行了评价,取得以下成果:
  (1)旬阳汞矿区近地表TGM平均浓度为302±376 ng m-3,变化范围为24-2220 ng m-3,TGM浓度最高的地区在冶炼厂附近,随着距离冶炼厂距离的增加TGM浓度逐渐降低,说明环境中的TGM主要来源于冶炼厂;
  (2)旬阳汞矿区大气降水中总汞(THg)、活性汞和溶解气态汞的平均浓度分别为48±43、13±9.0和3.8±3.6 ng L-1,说明汞矿开采及冶炼活动对大气降水造成了严重的汞污染。除此以外,大气降水中Sb的平均浓度为6.0μg L-1,超出了我国环境质量标准(GB3838-2002)规定的≤5.0μg L-1,说明旬阳汞矿区不仅遭受汞污染的影响,同时还面临Sb的污染;
  (3)经过连续16个月的大气汞沉降,试验土壤中THg和甲基汞(MeHg)从0.32±0.01 mg kg-1和0.38±0.09μg kg-1增加到0.94±0.61 mg kg-1和1.9±1.7μg kg-1,分别增加了2.9倍和5.0倍,暗示了新沉降到土壤中的汞,更容易发生甲基化生成MeHg;
  (4)稻米中富集的汞主要为无机汞(IHg),说明新沉降到土壤中的Hg主要以IHg的形式被水稻吸收,新沉降到土壤中IHg生物可利用性高;
  (5)新沉降到土壤中的Hg主要以硫化物态和腐殖酸态汞存在,占 THg的比例分别为27.9%和37.8%;
  (6)估算表明,汞矿区TGM沉降速率为62±388 mg m-2y-1,TGM年沉降量超过5.4 ty-1,距离冶炼厂4.0-6.0 km范围是冶炼厂排放TGM主要沉降区域,该区域沉降了约占矿区总沉降量71%的汞。
[硕士论文] 查雪琴
环境工程 安徽师范大学 2017(学位年度)
摘要:水环境容量是水环境容量是水体能被继续使用并保持良好生态系统时,所能容纳的污水及污染物的最大能力,是流域环境规划、污染防治与环境管理的重要依据,而河流在整个生态系统中占有重要地位,将生态与经济相结合对河流生态服务价值进行评估,既可以全面的认识河流,有可以为相关部门的管理者和决策者提供一些合理的参考。本文分析评价了漳河2016年丰枯水期的水质时空变化,探讨了时空变化的原因;针对季节性河流流量具有周期性变化的特点,采用季节性污水排放计划(SDP)的季节划分方法,利用一维稳态水质模型,采用断首控制法和控制断面达标法在分期的基础上,研究了亚热带山区季节性河流漳河上游水环境容量的动态变化,依据污染调查数据分段进行污染物总量控制,制定相关的污染物削减对策;此外,运用市场价值、工程代替等方法评估了漳河生态服务价值,主要研究内容和结论如下:
  (1)对2016年枯水期和丰水期运用综合指数法和模糊综合评价法进行了评价,分析了七个断面的时空变化,结果表明从时间上看枯水期水质劣于丰水期,从空间上看,城关段上游水质优于城关段和后港河段水质,城关段上游基本为III类水,城关段和后港河段水质主要为IV-V类,水主要污染因子为COD、TN、NH3-N,根据《全国水环境容量核定技术指南》将COD和NH3-N做为计算因子。
  (2)以2015年为基准年,依据南陵县各部门提供的相关资料,结合现场调查,采用输出系数法,调查了漳河一级闸上游流域污染来源:漳河上游污染物入河总量为:COD:6231.98t/a NH3-N:307.46t/a,其中畜禽养殖废水排放量最大,占总入河量的67%,工业污水入河量占总量的16%,城镇生活污水入河量占总量的9%,农村生活污水占总入河量的8%。
  (3)利用一维稳态水质模型,采用断首控制法和控制断面达标法,改变传统的以枯水期平均流量作为设计流量的方法,将全年分为枯水期、平水期和丰水期来计算水环境容量,确定计算模型中的参数,其中K值也在分期的基础上按照两点法和经验数据法确定,计算结果为:COD:5029.553t/a,NH3-N:259.4t/a。(4)结合污染源调查数据和水环境容量计算各断面剩余水环境容量,枯水期剩余水环境容量都为负数,平水期2、3计算单元有剩余水环境容量,其余单元都没有,丰水期1、4计算单元没有剩余水环境容量,其余单元还有富余,对水环境容量不足的河段实施总量控制,对水环境容量富裕的河段合理的利用。
  (5)为改善漳河水质,本文提出了一些污染防治对策:完善污水收集管网,提高污水的处理率,推进再生水工程,加快城镇污水处理厂及南陵经济开发区工业污水处理厂建设,调整产业结构和产业布局,严格控制工业和养殖废水排放浓度,制定水环境增容方案。
  (6)运用机会成本法、替代工程法、比例折算法和市场价值法四种方法计算漳河生态服务价值包括对漳河的水供给、休闲娱乐、水力发电、水产品直接使用价值和储水、调蓄洪水、水质净化间接使用价值,研究结果表明,2015年漳河南陵段生态服务价值中,直接生态服务价值为8.067亿元,间接生态服务价值约为12.126亿元。生态价值的评估有助于人们正确的认识河流生态价值,促进河流可持续发展。
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