基于模式识别方法的湖泊水质污染特征聚类研究

构建耦合自组织映射神经网络(SOFM)和随机森林(RF)的方法, 对中国63个湖泊11年的9种水质指标(5110条数据)进行模式识别。首先采用SOFM对湖泊进行聚类, 以识别污染状况, 然后采用RF分析水质指标对湖泊类别的决定效果, 以确定代表性指标。SOFM的结果显示, 湖泊可以按污染程度分为3类。RF的结果发现, 在分类准确率为80%时, 根据高锰酸盐指数和叶绿素a浓度即可判定湖泊污染程度。该方法可从庞杂的数据中识别出反映水体污染特征的水质指标, 为快速认知水体污染状况及选取监测指标提供参考。     

粤港澳大湾区水环境状况分析及治理对策初探

通过梳理粤港澳大湾区河流、水库、近岸海域的水体污染现状, 分析城市内涝、河流及入海口水量变化问题, 发现湾区水体污染主要由大城市密集的人口和工业活动造成, 不完善的污水处理系统和管理体系使水体污染进一步加剧; 对生态用水的过度侵占是水量问题产生的主要原因。通过总结国际先进湾区完善立法、提高标准、控制排放和保护生态的水环境治理经验, 对粤港澳大湾区水环境的进一步治理提出对策: 1) 提升水资源利用效率, 加强污水处理; 2) 加强海绵城市建设; 3) 控制围垦, 加强生态保护; 4) 加快推进社会经济转型。     

城市化背景下中国虚拟水流动空间变化特征及其驱动因素研究

为了解决日益增涨的水资源需求导致的缺水问题, 从投入产出视角进行合理的虚拟水调动已成为缓解地区水资源压力的新途径。基于1997 年与2010年区域间投入产出表以及水资源公报数据, 构建虚拟水多区域投入产出计算模型, 并细化用水产业, 计算得出区域间虚拟水相互交换关系与转移量。同时, 将区域虚拟水空间流动量与区域间人口迁移和产业转移特征进行关联分析, 结果表明, 研究时段的中国城市化进程中, 虚拟水主要由内陆地区向沿海地区输送, 且区域间人口迁移特征与虚拟水空间转移特征的关联性很强。人口流动带动消费品转移, 进而引起虚拟水流动, 产业空间转移通过生产要素的空间转移与聚集, 持续影响虚拟水的流动量和流动方向。因此, 基于中国城市化特征, 未来区域发展应考虑结合实体水调动以及虚拟水流动与人口迁移和产业转移的关联关系, 保证经济活动密集区域的水资源供给。     

洪水涨落水位-流量分布规律及应用

以河溶水文站为例,采用系统分析法研究受洪水涨落影响绳套关系水位-流量关系轴线摆动变化范围。结果表明:受洪水涨落影响绳套关系水位-流量洪水洪峰水位及相应流量的轴线摆动有一定规律,水位-流量关系走向越接近洪峰水位越向轴线形成有规律的系列,由此可根据洪峰水位与相应流量之间建立回归关系,建立绳套关系水位-流量转换模型应用于洪峰水位预报,有效解决受洪水涨落影响下绳套关系水位-流量关系洪水水位预报瓶颈,满足防汛需求。     

长白山矿泉水补给径流与排泄关系

为研究长白山地区广泛分布的偏硅酸型矿泉水的补给源,通过氢氧同位素与水化学分析,结合水文地质、地球物理等资料,确定长白山泉水接受来自于西藏羌塘盆地的外源水补给。长白山泉水TDS很低但富含偏硅酸的现象表明,地下水流经的含水层是由硅酸盐等火山岩组成,结合长白山地区火山玄武岩大量的喷发事实,推断地下水导水通道由孔洞玄武岩构成。指出应加强对西藏冰川、河流与湖泊的保护,从而确保长白山优质矿泉水能够持续地开发利用。     

基于BIM的输水工程安全监测信息集成与可视化分析

为了提高长距离输水工程安全监测信息的可视化表达效果,实现海量动态安全监测信息的高效管理,并用以辅助安全分析,提出了基于建筑信息模型(building information modeling,BIM)的输水工程动态安全监测信息集成与网络可视化方法。首先,根据输水工程三维虚拟场景元素构成分析,建立输水工程三维BIM模型;然后,应用关键字段映射的方法建立BIM模型与安全监测信息间的动态耦合;最后,基于WebGL图形加载技术,使用Forge Viewer实现BIM模型的WEB显示。结合天津南水北调工程,开发了相应系统并进行应用,实现了网络环境下工程安全监测动态信息与BIM的可视化集成,为输水工程安全分析提供了支撑平台。     

桉树人工林区水体泛黑机理研究进展

围绕桉树人工林区水体突发性泛黑的形成机理,参考国内外关于缺氧性黑水事件的主要研究成果,重点从桉树人工林区泛黑现象的表征,致黑物质特性及来源,水体突发性泛黑的驱动因素,模拟预测及适应性调控等5个方面,讨论了桉树林区水体泛黑机理的研究进展。研究认为,桉树人工林区的黑水是一种出现在林区洼地、溪流、水库等不同规模水体的颜色如墨的水,其致黑物质主要为桉树茎叶残体浸出液富含黑色溶解性有机碳(DOC)、单宁酸等,单宁酸与金属离子结合形成的黑色络合物,以及当水体缺氧时形成的黑色金属硫化物。气象条件骤变,水文情势突变,沉积物的累积与运移等因素驱动了水体泛黑:对受水温分层结构影响的大中型水库等深水水体而言,致黑物质累积在水体底层,当气温骤降,水温分层结构失稳,水体内部多种化学反应及物质的运移过程发生变化,此时水体变黑。水文情势突变时,以潜流形式进入水库的径流将林区大量DOC、植物残渣、泥沙携带进入水体,导致水体泛黑。沉积物中微生物分解及氮、磷等的释放加重了水体底部缺氧,为致黑物质形成创造了环境。为了更好地预测和调控黑水,建立黑水运移模拟模型及对黑水进行适应性调控也尤为重要。目前现有研究大多集中于小规模水体(如溪流、河道等),而对会发生分层现象的大规模水体(如深水湖库等)的黑水发生机理仍不完全明晰,流域层面上的黑水模拟与预测还需进一步研究,桉树人工林区水库泛黑机理研究是未来重要方向。     

考虑渗透水压力的黏土与混凝土接触面力学特性

采用大型直剪仪进行黏土与混凝土接触面的单向直剪试验,研究接触面在不同渗透水压力和法向应力作用下的力学特性,并对黏土与混凝土接触面的强度及应力变形特性进行分析,基于双曲线模型提出了考虑渗透水压力作用的黏土与混凝土接触面本构模型。结果表明:接触面的剪应力与相对剪切位移较好地满足双曲线关系,竖向位移表现为剪缩;接触面的抗剪强度与接触土体的饱和状态显著相关,当土体由非饱和状态过渡至饱和状态时,接触面抗剪强度随渗透水压力的增大显著降低;当接触土体趋于饱和时,抗剪强度随渗透水压力增大的降幅随之减小,且与有效法向应力间呈较好的线性关系;模型计算结果与试验结果吻合较好,验证了所提出的考虑渗透水压力作用下黏土与混凝土的接触面本构模型是合理的。     

生态韧性视角下的城市水环境导向的城市设计策略

 暴雨后城市中出现了大量积水导致其系统功能瘫痪,提高城市水系统的生态韧性对巩固城市系统的稳定性具有重要作用。采用文献研究、综合分析等方法,总结了国内外城市韧性的研究进展以及在水生态管理上的实践经验,提出了现有韧性研究的不足;在生态韧性的视角下,构建了城市水生态韧性评价体系和城市水环境导向的城市设计技术体系;提出了韧性城市设计策略,探索了生态韧性视角下城市水环境导向的城市设计实现途径。     

银离子-热力复合冲击消毒对生活热水管壁生物膜的控制作用

针对建筑生活热水的生物安全性问题,对比研究了银离子、热力以及银离子-热力复合冲击消毒技术对生活热水管壁生物膜微生物的灭活效能.结果表明,银离子浓度和热水温度对管壁生物膜的细菌总数和总大肠菌群灭活效果影响显著,银离子浓度和热水温度越高,管壁生物膜的微生物灭活效果越好.银离子-热力复合消毒对管壁生物膜微生物灭活效果显著好于单一的银离子消毒或热力消毒;60℃热水、0.05 mg/L银离子、消毒60 min条件下的复合冲击消毒效果已接近单一的70℃热力冲击消毒效果,消毒后生物膜变薄或脱落,生物膜结构破坏明显.银离子-热复合冲击消毒显著,提高了建筑生活热水管壁生物膜微生物灭活效果,更高效地杀灭了病原微生物,是一种有应用价值的生活热水安全消毒和水质保障技术.