悬浮泥沙浓度的测量

分析了悬浮泥沙浓度测量的几种方法的原理及目前的研究进展,为悬浮泥沙浓度测量的进一步创新研究和河口海岸研究中新技术的运用提供科学的依据和建议.     

悬浮泥沙浓度的测量

本将分析悬浮泥沙浓度测量的几种方法的原理及进展，为悬浮泥沙浓度测量的进一步创新研究和河口海岸研究中新技术的运用提供科学的依据和建议。     

杭州湾悬浮泥沙遥感反演与变化动力分析

利用2012年5月3日～4日,5月7日～8日实测悬浮泥沙浓度和光谱数据构建反演模型,反演了2012年5月7日杭州湾HJ-1A卫星CCD影像悬浮泥沙浓度,并进行了空间分布分析,结合水深、风速数据等其他实测要素对悬浮泥沙浓度的变化动力进行了分析.结果显示：杭州湾悬浮泥沙的空间分布受潮汐、湾底地形、风速、注入径流和长江口来沙的综合影响,悬浮泥沙浓度随时间变化十分剧烈,潮汐是其变化的主要因素,当风速较大时,风对悬浮泥沙的影响也不容忽略.     

珠江口虎门悬浮泥沙浓度的测量

利用2004年虎门口ADP的反向散射声强数据，和同步采样经实验室过滤得出悬沙浓度的数据，建立了半经验公式，得到虎门高分辨率的悬沙浓度剖面的时间序列；计算的悬沙浓度与水样法测量的平均相对误差是7．4％，与目前通用的悬沙浓度测量仪器的误差相当，为提高ADP仪器使用效率，更好地研究沉积动力提供一种新的方法。     

利用地面光谱数据反演悬浮泥沙质量浓度

为研究用高光谱数据反演悬浮泥沙质量浓度的方法,以近海悬浮泥沙为实验材料,配制了不同质量浓度悬浮泥沙样品,利用2种方法对样品进行建模:一种是将可见光和近红外光谱进行小波变换并将小波低频系数以偏最小二乘回归建模,另一种为波段组合法.利用交叉检验方法,分析了交叉检验结果,并将2种方法建立的模型进行了比较.研究表明:波段组合法中,TM4与TM1波段反射率比值的指数模型效果最好;在预测能力上,小波偏最小二乘模型总体上比波段组合模型精度高并且稳定性好,适用于悬浮泥沙光谱定量分析.     

刚性沉水植物影响下波浪传播及泥沙悬浮数值模拟

由于植物引起的紊动作用,含刚性植物床面中悬浮泥沙浓度与无植物裸床相比显著增加,而通过平均流速计算底床切应力的传统泥沙模型无法模拟出该现象。因此,在含植物水流水沙运动物理模型试验的基础上,构建了基于Flow–3D的含刚性沉水植物条件下波浪传播的三维数学模型,模拟了植物影响下波浪动力特征和泥沙悬浮过程,同时从紊动能角度修正希尔兹数,对泥沙模块进行了改进。与实测数据相比,该模型可较精确地模拟出植物引起的整体水流流速减小和局部冠层顶部处的流速增大、水体紊动增强以及紊动能在波周期内出现两个峰值的现象。与原始泥沙模块相比,改进的模型考虑了植物尾流紊动对泥沙运动的影响,可提高含植物床面泥沙悬浮模拟的精度。     

泥沙质量浓度和pH对不同粒径泥沙吸附磷影响研究

以北京大兴南海子湖表层沉积物为研究对象,测试分析了粒径φ0.246mm、泥沙在含沙质量浓度为5、10、30、50g·L-1对磷的吸附过程,以及细砂(0.147～0.246 mm)、极细砂(0.074～0.147 mm)、粉粒(0.038 5～0.074 0mm)和粉粒粘粒混合物(≤0.038 5mm)4种粒径泥沙在不同pH值条件下对磷的吸附行为.研究结果表明:二级动力学方程能够比较理想地反映南海子泥沙对磷的吸附动力学过程(R20.98),吸附平衡时单位质量泥沙饱和吸附量由大到小排序为:粉粒黏粒混合物(0.107mg·g-1)、粉粒(0.096mg·g-1)、细砂(0.095mg·g-1)、极细砂(0.051mg·g-1)·pH值对极细砂、粉粒、粉粒黏粒混合物影响相似,pH值为4～10之间,吸附量变化不大,在pH10时,吸附量降低,pH4时,吸附量升高.在磷初始质量浓度ρ01.2mg·L-1时,随着泥沙质量浓度增大水溶液中磷吸附的绝对量升高,从最大吸附容量(Xm)来看,单位质量泥沙吸附磷量降低,泥沙之间对磷的吸附存在竞争且与磷初始质量浓度有关.     

天津地区地面逐时太阳辐射的模拟计算

利用2008年3月—2011年2月中国气象局天津大气边界层观测站太阳辐射和同期地面常规气象观测资料,分析了天津市太阳辐射变化特征及其与气象要素之间的相关关系。采用逐步回归方法,建立了不同季节地面太阳辐射预报方程。结果表明:天津市太阳辐射月均值变化呈现单峰型,5月达到最大,12月最小。地面太阳辐射与相对湿度(RH)呈显著负相关。对地面太阳辐射季节拟合效果比全年拟合效果好,春季除外。此外,不同季节拟合结果对不同天气类型的预报效果不同。     

鄱阳湖丰、枯水期悬浮体浓度及其粒径分布特征

通过2008年、2009年10月(枯水期)和2011年7月(丰水期)的3次全湖调查,结合鄱阳湖水体采样调查与MODIS同步卫星影像反演悬浮体浓度数据,同时利用LISST-100对鄱阳湖悬浮体粒径进行现场观测,研究了鄱阳湖悬浮体浓度及悬浮体粒径分布规律.结果表明,鄱阳湖表层悬浮体浓度表现为北部、中部高,南部低的空间分布特征;垂向分布上看,一般情况下,表层中层底层;而在风生流及采砂活动影响下的湖区中部和南部部分区域,垂直浓度分布规律不明显.全湖平均悬浮体浓度枯水期大于丰水期,且枯水期全湖悬浮体浓度空间差异较丰水期更小.悬浮体粒度组成主要以粉砂为主,其中细粉砂所占比例最高;全湖悬浮体粒径主要分布在8μm~90μm之间,丰、枯水期分布规律较为一致,枯水期的平均悬浮体中值粒径较丰水期更细.悬浮体中值粒径表现为南粗北细的空间分布特征.从粒径频率谱形态分布上看,主要呈现双峰、三峰的粒径分布形态,北部湖区悬浮体粒径谱形态时空分布基本一致;而南部大湖区,丰、枯水期粒径谱分布有较大差异.鄱阳湖悬浮体浓度及粒度分布特征主要是受到水动力、底质及冲淤状态、生物絮凝及人为采砂活动等因素共同影响的结果.     

基于ASD光谱仪的悬浮泥沙光学衰减系数研究

 设计了基于ASD光谱仪的玻璃水槽实验,测量人工光源穿透不同水深、不同质量浓度含沙水体的辐亮度,以纯水为参照,得出了某一粒径组成下不同质量浓度悬浮泥沙在350~920 nm波段范围内的光学衰减系数。实验泥沙样本的光学衰减系数光谱特征单一,随着波长的增大逐渐减小,表现为一条略倾的曲线,且正比于泥沙质量浓度。在0~0.15 m深度范围内的,相同质量浓度的泥沙光学衰减系数随水深的变化可以忽略不计。从350~920 nm,实验泥沙样本的单位质量浓度光学衰减系数从0.084缓慢减小至0.069 m²/g。     

湖泊水体悬浮泥沙遥感定量反演web服务体系的实现

以实现湖泊水体悬浮泥沙遥感定量反演空间信息共享服务和互操作为目标,设计了WebService技术支持下的泥沙反演服务总体框架,并在此基础上系统地阐述了泥沙反演的web服务体系.对内陆湖泊悬浮泥沙遥感定量反演模型进行服务的分解,获得能实现单一功能的原子服务,网络用户可以针对不同的数据和特殊的应用将原子服务进行动态组合和自由定制,服务器将自动将这些原子服务拼接成能完成特定功能的服务链.     

悬浮泥沙定量遥感综合模式及其在珠江口的应用

从太阳光在水体中传输的物理机制入手,引入水体光学厚度概念,根据辐射传输理论,推导出悬浮泥沙定量遥感的综合模式,该模式具有明确清晰的物理意义.并且该模式在条件简化下几乎包含了前人所推导的所有半经验模式,包括线性模式、对数模式、Gordon模式、负指数模式、统一模式.将该模式应用于珠江入海口水域的悬浮泥沙调查与监测中,取得了不错的效果.     

水体悬浮泥沙动态监测的遥感反演模型对比分析——以鄱阳湖为例

水体泥沙是进行水环境监测及研究与泥沙输移有关的侵蚀、沉积过程所带来的灾害问题的关键因素,实现悬浮泥沙遥感定量动态监测的关键在于建立合适的反演模型。采用实测光谱模拟TM/ETM 和MERIS数据,对比分析了单波段和波段比值遥感因子构建的5种常用的经验半经验模型。结果表明,以MERIS第7波段遥感反射率为遥感因子建立的对数模型最适宜鄱阳湖地区悬浮泥沙的动态监测。     

MODIS/Terra辅助的HJ-1B CCD1数据悬浮泥沙浓度反演研究

针对MODIS/Terra传感器服役时间超期需要后续卫星延续观测以及国产陆地卫星数据水环境遥感应用问题,以深圳湾为研究区域,利用2007年～2008年获取的40个现场实测数据与MODIS/Terra NIR-SWIR大气校正反射率数据建立MODIS悬浮泥沙浓度反演模型,以此为基础,反演2010年～2012年4景MODIS悬浮泥沙浓度分布状况,展开同步的瑞利散射校正反射率(Rrc)多波段组合因子的HJ-1B CCD1影像悬浮泥沙浓度反演模型对比研究.结果表明,在不进行气溶胶校正的情况下,HJ-1B CCD1数据波段比值算法(Rrc(660)/ Rrc(560))可以有效实现深圳湾悬浮泥沙浓度的反演,反演模型的决定系数为0.88,均方根误差为7.19 mg/L,模型验证的相对误差为7.45%,该研究对于进一步推进水环境遥感监测有一定的积极意义.     

基于World View-2影像的西溪湿地悬浮泥沙遥感监测

西溪湿地作为城市次生湿地,其生态和旅游功能为人们所重视,因此监测其水质安全尤为重要．水体中悬浮泥沙浓度是评定水质的相关参数之一,利用环境遥感技术可对水体的悬浮泥沙浓度信息进行监测．以西溪湿地2个时相的World View-2影像为主要数据源,通过水体光谱测量及水样采集,建立悬浮泥沙定量反演模型,并利用实测数据对反演模型精度进行验证评估．研究结果表明：1）采用第三、第五波段遥感反射率比值模型可削弱大气影响,突出悬浮泥沙信息,模型平均相对误差为19.98%;2）采用FLAASH大气校正方法,影像所有波段平均相对误差为17.58%;3)2011年、2013年选用的单景影像反演结果显示西溪湿地悬浮泥沙平均浓度分别为7.48mg/L、9.35mg/L,且湿地各区域悬浮泥沙浓度差异明显;4）采用合适的大气校正和悬浮泥沙反演模型,World View-2影像可较好地应用于西溪湿地悬浮泥沙浓度的遥感监测．     

Ferron逐时络合比色法测定铁铝共聚物的形态

Ｆｅｒｒｏｎ逐时络合比色法将湿法制取的Ｆｅ（Ⅲ）＋Ａｌ（Ⅲ）共聚物区分为三种不同的形态，即［ＦｅⅢ、Ａｌ（Ⅲ）］（ａ），［Ｆｅ（Ⅲ）＋Ａｌ（Ⅲ）］（ｂ）和［Ｆｅ（Ⅲ）＋Ａｌ（Ⅲ）］（ｃ）。（＋）表示共聚）。（ａ）为铁、铝的单核化合物，瞬时即可与Ｆｅｒｒｏｎ试剂反应完毕；（ｂ）为铁，铝的低聚物，与Ｆｅｒｒｏｎ试剂逐时进行反应；（ｃ）为铁、铝的高聚物，基本上不与Ｆｅｒｒｏｎ试剂反应。实验结果表明，湿法制备的＊［Ｆｅ（Ⅲ）＋Ａｌ（Ⅲ）］共聚物的水解－聚合较单Ｆｅ（Ⅲ）和Ａｌ（Ⅲ）的水解－聚合过程快得多，经过４天的熟化后，（ｂ）形态逐渐转化为（ｃ），（ｂ）消失，（ａ）形态的含量略有减少。     

流域土壤侵蚀对椒江口悬浮泥沙时空分布的影响

利用通用土壤流失方程,对椒江流域1995年、2000年、2005年、2010年及2015年土壤侵蚀模数进行估算,椒江流域1995年、2000年、2005年、2010年及2015年均达到中等土壤侵蚀的强度,其中,1995年至2010年土壤侵蚀有逐年恶化的趋势,而2010年至2015年有所缓解.基于椒江及河口、近岸的野外实测数据,构建椒江及近岸水体悬浮泥沙浓度遥感定量反演模型,对椒江及近岸水体1995年、2000年、2005年、2010年及2015年悬浮泥沙浓度进行估算,对水体悬浮泥沙的空间分布进行分析,椒江口水体悬浮泥沙浓度表现出较强的空间分布规律及高时空动态性,其中,椒江悬浮泥沙浓度明显高于河口和台州湾;椒江中游累年悬浮泥沙浓度平均值最大,时空动态性最低,受陆相及海相输沙综合影响,易形成悬浮泥沙的最大浑浊带.流域土壤侵蚀量越大,水体悬浮泥沙浓度越高.最后,定量分析了降雨,日照时间和人类活动等因素对河口悬浮泥沙格局影响.降雨作为椒江地表径流的主要来源,对悬浮泥沙也起到一定的“稀释”作用.年内日照时长的增加,加剧了水体水量的损失,削弱水体的“稀释”作用.若以流域内居民地面积表征人类活动强度,其与水体年均悬浮泥沙浓度之间相关性较弱,但其年际变化表现出较高的相关性.     

北京市城区单监测点PM2.5质量浓度变化特征

2009年在北京师范大学科技园内对PM2.5质量浓度的连续监测结果表明,PM2.5质量浓度的年均值为55.2μg.m-3,日均值在1.2~325.9μg.m-3之间变化,且频数分布呈现出明显的倾斜:大量的质量浓度值位于30~70μg.m-3之间;季节变化特征为冬季PM2.5污染水平明显高于其他季节;不同季节的日变化模式存在显著差异:整体上是冬季夜间质量浓度高于白天,夏季白天质量浓度高于夜晚,同时在各个季节下午16:00以后质量浓度都存在回升现象.     

模拟降雨条件下坡面径流、泥沙与磷素质量浓度变化特征

利用室内人工模拟降雨试验,研究不同坡度、不同降雨强度下径流小区的径流、泥沙与磷肥输出特征间的关系.研究结果表明:在不同的降雨强度下,径流中磷素质量浓度随时间递减,而泥沙中磷素质量浓度随时间递增,且雨强越大,磷素质量浓度越大;在不同的坡度下,径流中磷素质量浓度随着坡度增大而增大,在20°与25°之间存在转折点,泥沙中磷素质量浓度随坡度增大而增加的规律十分明显,这与径流中磷素随时间变化情况恰好相反.     

夏季珠江口悬浮泥沙与营养盐对生物生长影响的数模分析

了解珠江河口主要的生态影响因子与分布规律,对保护珠江口的生态环境具有重要意义.建立了一个包含氮、磷循环,并考虑悬浮泥沙造成光衰减的珠江口生态-水动力耦合模型,并进行了验证.验证结果显示,该模型能较好地模拟生态变量的分布趋势.并且,通过设置数值敏感性实验,分析悬浮泥沙和营养盐对生物生长的影响.实验结果表明,悬浮泥沙对珠江河口湾内的生物生长限制作用明显,磷酸盐对湾内与湾外的生物生长均有限制作用,在湾外海域限制作用明显;而珠江口水域相对丰富的氮盐对生物生长基本没限制.珠江口湾内水域生物生长主要受泥沙限制,湾外水域受营养盐限制,叶绿素浓度呈现从湾内往湾口递增,湾口往外递减的分布趋势,在湾口出现高值.