基于区间型贝叶斯的年度水质评价

现有年度水质评价采用的是各指标浓度的年均值,当水体出现短时高质量污染时,不能准确反映全年整体水质状况,且当各年度水质等级相同时,不易进行年际变化分析。针对以上问题,研究提出了基于区间型贝叶斯的年度水质评价方法。将每个水质指标全年实际监测浓度以区间数的形式表示,用贝叶斯公式计算出多个后验概率区间值,根据可能度排序方法对多个区间值进行比较,以最大后验概率区间值确定水质类别。在此基础上,对具有相同等级的水质则按照其综合属性区间值进行排序,确定其年际变化状况。将该方法运用于青衣江洪雅段龟都府断面年度水质评价中,得到该断面2011～2016年水质状况较好,均达到I类水质标准;2012年水质较2011年有所改善,并优于其他年份,但此后2013～2016年水质逐年变差,总体水质有恶化的趋势。     

基于粗糙集——信息熵的水质综合评价方法研究

水质评价是水环境治理和水环境保护的基础,如何客观地设定各水质评价指标的权重是水质评价的重点和难点。首次将改进的基于粗糙集和条件信息熵权重的确定方法应用到水质评价中,科学、有效地确定了各水质评价指标的权重,并在此基础上进一步建立了基于粗糙集和条件信息熵的水质评价模型。利用该模型,对重庆市南川凤嘴江的实测水质数据进行了综合评价。应用结果表明:运用该方法得出的评价结果更加科学、合理,而且能够对同一等级的水质开展进一步的细化分级。研究成果可为水质监测和水质评价提供一种新的思路。     

基于区间型贝叶斯模型的湟水干流水质评价

传统水质评价方法受主观因素影响较大,为进一步了解黄河上游重要支流湟水干流水质状况,根据2018年1—12月湟水干流12个断面的五日生化需氧量（BOD₅）、化学需氧量（COD）、氨氮（NH₃-N）、总磷（TP）、六价铬（Cr6+）等5项指标监测数据,采用区间型贝叶斯模型评价湟水干流水质状况。结果表明:区间型贝叶斯模型的排序结果能较为直观和准确地反映监测断面的水质变化情况,基本符合湟水从上游至下游呈“水质良好-水质恶化-水质好转”的水质变化趋势;湟水干流水质较差的断面基本位于人口集中、工业发达的城市集中河段,污染负荷大应是造成水质恶化的主要原因,未来应重点选择这些河段作为湟水水污染优先治理和水质监测的重点区域。     

滦河流域河流水质评价方法比较与分析

在水资源管理与污染控制的研究过程中,水质评价是保护、开发、利用水资源的基础,具有重要意义,能否获得真实反映水环境现状的评价结果取决于是否选择了合适的水质评价方法。选取单因子评价法、分级评价法、水质标识指数法等6种常用的水质评价方法,对滦河流域（承德地区）主要河流的溶解氧、高锰酸钾指数、氨氮、总磷等14项监测指标进行分析评价。研究结果表明,水质标识指数法可较好地反映目标河流的综合水质类别、主要污染因子、与水体功能区类别的比较结果等信息,结果客观符合实际,因此推荐在滦河流域水质评价中使用该方法。     

基于AHM-CRITIC组合赋权贝叶斯的南湾水库水质评价与影响因素分析

针对传统贝叶斯模型将各评价因子“等权重”、忽略了各评价因子对水质贡献差异性的问题，在传统贝叶斯模型的基础上引入AHM-CRITIC组合赋权，构建基于AHM-CRITIC组合赋权的贝叶斯水质评价模型，并基于南湾水库2012—2020年库区断面和主要入库支流逐月水质实测数据，定量分析南湾湖水质与主要入库支流水质类别，并与其他方法进行对比分析。研究发现：(1)2012—2015年，南湾湖水质基本维持Ⅲ类标准，2016—2020年，偶有时段不满足Ⅲ类标准，甚至出现Ⅳ类水，董家河断面水质较差，小浉河断面、谭家河断面、五道河断面、席家河断面等水质较好；(2)组合赋权贝叶斯水质评价模型与单因子指数法和改进内梅罗指数法的结果更吻合，克服了主观赋权贝叶斯法的缺点。说明该模型能更真实反映南湾湖水质，可为同类水质评价提供技术依据。     

基于大凌河流域水质评价研究

文章将综合指数法与主成分分析法相结合客观、科学的评价了大凌河流域水质状况,对各单项指标客观权重利用主成分法赋权并用于综合水质评价,通过对比分析其他水质评价方法验证了该方法的可行性与合理性。研究表明:大凌河流域各区段水质等级在时空分布上存在明显的差异,评价结果与流域水质实际状况基本相符;改进的水质标识法能够客观、准确的反映流域各区段在不同时间上的水质达标情况,具有较强的可操作性与科学性。     

缺资料地区多源降水产品适用性评价——以巴西巴拉那河为例

作为地面站降水监测的补充,以卫星遥感为代表的多源降水产品是准确识别区域特别是缺资料地区降水分布的关键。从时间和空间两个维度,以决定系数（R²）、纳什效率系数（NSE）和相对误差（RE）为评价指标,以地面站实测降水信息为参照,比较评估了CFSv2、ERA5和基于改进model-X knockoffs的随机森林方法遥相关建模形成的降水产品（TPP）在巴西巴拉那河上游流域降水信息识别中的适用性。结果表明：TPP和ERA5预测研究区降水量与实测值拟合精度高于CFSv2产品。时间上,交叉时段3种典型降水产品计算研究区的面雨量与实测值拟合R²和NSE均表现为ERA5>TPP>CFSv2,其中,CFSv2产品存在计算的面雨量较实测值偏大问题,拟合RE为28.2%;ERA5则相反,与实测值拟合RE为-10.3%;TPP产品计算的面雨量与实测值拟合RE最小,仅为0.33%。空间上,3种产品与遴选气象站点实测降水量拟合R²和NSE表现为ERA5>TPP>CFSv2,|RE|则表现为TPP相似文献   

用灰色聚类法评价龙江水质

水质评价具有不确定性的特点,可将灰色聚类决策方法应用于水质评价,建立水质综合评价的灰色聚类决策模型。简述了灰色聚类法的基本数学原理及应用的方法步骤,并采用该方法对龙江流域河池段水质进行综合评价,为流域水环境保护工作提供防治依据。     

长距离输水工程突发污染事故风险分析

以南水北调中线工程输水干渠突发污染事故风险为目标,通过污染事故风险源识别,确定突发污染事故的主要风险源;以店北公路桥突发污染事故风险为研究对象,考虑天气、道路状况、车辆响应情况以及驾驶员特征等因素对事故的影响,构建突发污染事故的贝叶斯网络风险模型,根据贝叶斯网络的风险传递和事故原因推理功能,预测事故风险推断主要风险因子。结果表明:中线工程跨渠桥梁突发污染事故概率为0.06%,风险等级为"低",驾驶员判断和车辆响应是导致突发事故发生的最敏感因子,最不利条件下的事故风险概率为0.98%,是推理风险的16倍。运用河北省2011和2012年实测交通流量和交通事故概率数据对本模型进行了验证,结果表明本模型合理。贝叶斯网络能有效评估、预测长距离输水工程突发污染事故的风险概率,对提高输水工程水质安全和风险管理具有一定的指导意义。     

汉江流域植被变化及其对多时间尺度气象干旱的响应

干旱是影响植被生长的重要因素之一,因此研究植被对不同时间尺度干旱的响应具有重要意义。利用1982—2019年汉江流域逐月降水和归一化植被指数（NDVI）数据,计算得到不同时间尺度下的标准化降水指数（SPI）、植被状态指数（VCI）和植被覆盖度（FVC）,分析了植被时空变化及对多时间尺度气象干旱的响应特征。结果表明：汉江流域生长季NDVI在时间上呈现波动上升趋势,植被覆盖度在空间上表现为西高东低的分布特点;随着时间尺度的增加,干湿交替频率减小,表征干旱事件对降水的敏感性在降低;从干旱趋势来看,分别有37.62%和62.38%的地区呈现上升和下降趋势;从干旱频率来看,各季干旱高频事件集中在流域中部和东部;在年尺度下,NDVI与SPI-12在大部分地区呈负相关,有43.26%的地区表现为正相关,主要分布在流域中部和东南部;在季尺度下,春季NDVI对SPI-3的响应最明显,85.64%的地区表现为正相关;在月尺度下,汉江流域春季VCI受SPI-1和SPI-3的影响最为明显,而秋季VCI对SPI-12的响应更为显著;在不同土地利用类型中,草地和耕地与SPI的相关性较高,说明其对干旱的抵抗力较弱。     

基于联系数的流域水安全评价模型

建立了流域水安全评价指标体系和评价标准,用基于加速遗传算法的模糊层次分析法筛选指标、确定各指标和子系统的权重,用集对分析方法建立了基于联系数的流域水安全评价模型(CN-AM).CN-AM可从指标、子系统和样本3个层次定量地分析流域水安全的复杂状态,既可测度流域水安全整体状态的高低程度,又可识别影响流域水安全状态的重要指标和重要子系统.CN-AM在巢湖流域中的应用结果表明,基于联系数的均分原则评判方法与属性数学的置信度准则评判方法具有一致性和互补性,联合应用可保障CN-AM评价结果的可靠性.巢湖流域水安全系统处于临界安全状态,应提升流域的经济和科技发展水平、推广节水技术、加快城市化进程和控制人口增长,以提高该流域水安全的保障程度.     

黑水河流域生态系统完整性评价

为评估黑水河流域受人为干扰的实际情况,依托流域范围内的基础地理、生物多样性、环境数据、其他威胁等调查资料,构建包含水文情势、水质、连通性、栖息地、生物群落5项关键属性的淡水生态系统完整性评价指标体系。通过变化范围法RVA、综合连通系数、栖息地比例相似PSI指数、入侵指标和捕捞指标等对黑水河流域生态系统完整性进行评价,黑水河流域水文情况属性现状为差、连通性属性现状为差、栖息地属性现状为差、生物群落属性现状为一般;河流水质现状较优,但黑水河支流存在一定富营养化风险,评估为一般。结果表明：流域生态系统完整性评价指标体系,应围绕淡水生态系统五大关键生态属性,并结合流域生态特征及生态现状来确定;RVA、综合连通系数、PSI 指数等的综合运用能够科学地确定指标阈值,进而正确进行流域生态完整性评价;受不同流域鱼类生态学习性差异等因素影响,还需通过长期监测不断完善评价理论和方法。     

应用逼近理想解法综合评价水环境质量

基于传统的逼近于理想解的技术,根据水环境质量的富营养化程度和待评价的水环境质量检测点(评价方案)的不理想(负理想)与理想(劣与优)这些典型的模糊概念,提出了基于模糊集合的逼近理想解法(TOPSISFS),并应用于水环境质量综合评价。TOPSISFS与模糊神经网络法、投影寻踪模型法、理想区间法相比,简单、有效,可广泛应用于多目标决策。     

基于层次分析和灰色分析的水质风险评价方法

给出一种基于层次分析和灰色分析的水质风险评价方法:用层次分析法计算水质评价因子权重,用带权重的灰色分析法评价多因素影响下的纯净水水质。结果表明,用层次分析法为评价因子赋权能够全面考虑各评价因子对水质影响的不同;用灰色分析法计算纯净水的风险度值和风险级别,考虑了水质评价中的模糊性和不确定性,比较符合纯净水水质评价的实际情况。     

Vegetation Buffer Strips Design Using an Optimization Approach for Non-Point Source Pollutant Control of an Agricultural Watershed

Management of agriculture-induced water quality problems requires an integrated approach involving selection of the most suitable and economical Best Management Practices (BMP). Vegetation Buffer Strips (VBS), one of the commonly used off-field structural BMPs, when designed and placed correctly, can significantly improve the water quality. However, VBS takes up agricultural land used for crop production and the implementation/maintenance costs are of concern. Currently, the standards for design of VBS (location and width) are normally set on field study basis, and they do not involve science-based approach to guarantee their efficiency under regional variations, geological and economical conditions. The present study proposes a new approach which integrates computational modeling of watershed processes, fluvial processes and modern heuristic optimization techniques to design a cost effective VBSs in a watershed. The watershed model AnnAGNPS (Annual AGricultural Non-Point Source Pollution Model) and channel network model CCHE1D (Center for Computational Hydroscience and Engineering One(1) Dimensional Model) are linked together to simulate the sediment/pollutant transport processes. Based on the computational results, a multi-objective function is set up, which aims to minimize soil losses, nutrient concentrations as well as total costs associated with installation and maintenance of VBS, while the production profits from agriculture production are being maximized. The solution procedure involves the use of iterative Tabu Search (TS) algorithm to flip VBS design parameters (switching from one alternative to another). The search for the optimal solution follows an iterative procedure. An illustrative case study of USDA’s Goodwin Creek experimental watershed located in Northern Mississippi is used to demonstrate the capabilities of the proposed approach. The results show that the optimized design of VBS using an integrated approach at the watershed level can provide efficient and cost-effective conservation of the environmental quality by taking into account productivity and profitability.     

基于RS与GIS技术的数字流域水体信息的提取

针对DEM的误差及时效性可能会导致提取出的水文要素与实际情况出现偏差的问题,提出利用遥感信息与DEM综合提取水系的方法。利用遥感影像,根据NDWI和波段分析相结合的方法提取流域主干河流和面状水域,并用数学形态学对提取出的二值图进行除噪、细化等处理;利用DEM数据,根据流域集水面积阈值与河网密度之间的关系曲线确定临界支撑面积阈值,并通过叠置运算和邻域分析对伪河道等进行合理剔除。综合两者结果,设置遥感水系和DEM水系主干河道校正控制点,并以遥感水系主干河道为基准,对DEM水系中控制点图层进行配准,从而完成对DEM水系位置及面状水域的修正。     

Remote Sensing and GIS Innovation with Hydrologic Modelling for Hydroelectric Power Plant (HPP) in Poorly Gauged Basins

Within the last two decades, modelling of rainfall–runoff has become an important topic in water resources assessment due to increasing water demand and energy, particularly in the determination of hydropower potential. In addition to remote sensing (RS) and geographical information systems (GIS), with the development on satellite technologies, it becomes possible to asses rapid and economic solutions to determine a practical rainfall–runoff relation, particularly poorly gauged or ungauged basins. In this paper, Solakli Watershed which is located in Eastern Black Sea Region of Turkey is selected as the study area. To determine the hydroelectric water potential in a poorly gauged basin, basin boundary and area, minimum maximum and mean elevation, slope information of the basin have been derived from the digital elevation model (DEM) using remote sensing (RS) and geographical information systems (GIS) techniques. IRS P5 stereo satellite data with 2.5-m spatial resolution has been used for deriving the DEM. This DEM is used to produce the flow direction and flow accumulation maps of the basin. Afterward, synthetic drainage network is obtained with the analysis of these maps. Using topographical data such as area, mean basin elevation and limited point observations of rainfall data; a regression model was derived for the whole watershed. This regression model was validated on a sub-basin with satisfactory results using mean areal rainfall which was calculated isohyetal map produced by kriging method. Suggested hydropower station points are also determined.     

永定河流域水生态补偿标准研究

生态补偿是用水竞争激烈的流域遏制水环境恶化趋势,实现向可持续开发利用转变的重要手段。生态补偿标准的核算是实施生态补偿的关键环节。针对流域水生态补偿实施中的不足,借鉴国内外在理论体系、管理体制、运行机制相关层面的研究成果,构建了完善补偿标准的理论框架。以永定河流域为研究对象,给出了流域水生态补偿标准的实施依据。并根据水量水质不可分割特性,给出了跨区域的水量、水质补偿标准测算方法,探讨了基于污染物处理水平的补偿标准计算过程。最后针对补偿标准测算中出现的问题,给出了完善流域水生生态补偿机制的建议。     

Watershed characteristics, land use and fabric: The application of remote sensing and geographical information systems

Integrated watershed assessment, especially relying on remote sensing (RS), is a newly established procedure in developing countries. It is proving to be a major component in river‐basin environmental management. The recurrence of environmental problems in the Akkar El Kabir River watershed, as well as the lack of proper data on sources and sinks of pollutants, and the extent of human interference, led to the current study. Advanced geoinformation tools, such as RS and geographical information systems (GIS), prove to be a valuable asset in securing data on the fabric of the Akkar watershed in relation to its natural setting and anthropic interference. This is particularly true in the current study as the river constitutes the boundary between Lebanon and Syria. Remote sensing captures the watershed characteristics and land use on both sides without constraints. The natural fabric includes geology, drainage, hydrogeology, forest and soil. The anthropic fabric includes settlements, utilities, roads, agriculture and land use. If it were not for geoinformation techniques, the task of securing such data would be difficult. Also, these techniques show the impact of malpractices from excessive human interference that result in degradation of land and water quality. Changes in the watershed, such as environmental deterioration, are observed as water pollution, soil erosion, forest decline and socioeconomic imbalance. Obviously, this is the outcome of malpractices in a multisectorial system. A major challenge for RS and GIS is to quantify, model and predict, if possible, the extent of these changes. Remote sensing inherently captures the impact of interaction between nature and human beings. Detection of change is a major indicator that RS can contribute to the evaluation of the state of the environment. The application of it on this watershed reveals that significant changes have occurred over the last 10–15 years, most of which are anthropic.     

水资源危机预警模型

针对水资源危机的特点,提出用尖点突变模型进行系列年水资源危机识别,将识别因子作为条件属性、识别结果作为决策属性来构建决策表,用粗糙集理论对决策表进行属性约简,得到水资源危机预警指标和预警决策规则,用BP神经网络滚动预测预警指标,将指标的预测结果带入预警决策规则进行水资源危机判别,以此建立了水资源危机预警的CC-RS-BP模型。该模型是以规则形式进行预警判别,易被理解和利用,为水资源危机预警提供了新的思路。