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1. 基于空间相关性和神经网络模型的实时河流水质预测模型
张阳, 冼慧婷, 赵志杰
北京大学学报自然科学版    2022, 58 (2): 337-344.   DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.126
摘要645)   HTML    PDF(pc) (1547KB)(122)    收藏
基于高频水质在线监测数据, 利用水质数据的空间相关性构建神经网络模型实现对河流水质的实时预测。应用此模型对广州市白坭河流域的水质参数溶解氧和氨氮进行预测和分析, 验证水质模型的效果。根据预测时间的不同, 搭建 6 种水质预测模型, 结果显示溶解氧提前6小时预测的模型具有更好的预测效果, 氨氮提前24小时内预测的水质模型效果较好。训练较好的模型对溶解氧和氨氮实时水质预测的平均绝对误差分别为0.43和0.29 mg/L, 均方根误差分别为0.71和0.36 mg/L。在95%置信度水平下, 预测区间覆盖率分别为96.6%和97%。该模型可以作为水质异常事件的预警, 同时可以借助模型对输入项的敏感性分析, 进行污染源解析, 帮助流域识别污染物主要来源。
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2. 黄河下游花园口至艾山河段滩区洪水漫滩风险度评估研究
孙煜航, 程舒鹏, 张祺, 杜鹏举, 李振山, 赵志杰
北京大学学报自然科学版    2021, 57 (3): 575-586.   DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.027
摘要577)   HTML    PDF(pc) (1480KB)(153)    收藏
利用Delft3D模型, 模拟黄河下游滩区洪水漫滩过程, 获取漫滩范围和洪水淹没水深等洪水致灾参数。基于地形和防洪条件, 划分洪水漫滩淹没单元, 参考联合国灾害风险评价指标体系, 结合对各淹没单元的危险度和易损度评估, 得到不同洪水量级下各淹没单元的洪水漫滩风险度空间分布。结果表明, 占滩区总面积近 50%的淹没单元的洪水漫滩风险等级随洪水量级的增加而稳步增加, 为“水险同期”类淹没单元; 39.7%的淹没单元在十年一遇洪水情景下呈现极高风险度状态, 即“小水大险”状态; 11.67%的淹没单元稳定地处于相对较低的风险度等级, 漫滩风险不受洪水量级影响, 为“稳定低险”类。因此, 对于黄河下游滩区洪水漫滩风险, 应当重点防范主要集中分布在高村至艾山河段的“小水大险”类淹没单元, 同时应以十年一遇, 甚至五年一遇的洪水情景作为洪水防范工程措施布设的参考依据。
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3. 黄河下游宽河段沿岸地区土地利用景观格局特征
程舒鹏, 孙煜航, 姜晗琳, 赵志杰, 李振山, 薛安
北京大学学报自然科学版    2020, 56 (3): 479-490.   DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.022
摘要883)   HTML    PDF(pc) (2882KB)(154)    收藏
以2015年11类15 m×15 m土地利用空间分布栅格数据为基础, 基于景观格局指数, 对比和分析黄河下游宽河段沿岸县域、滩区和滞洪区内土地利用景观格局特征以及宽河段滩区两侧18个2 km缓冲区内土地利用景观格局梯度特征。结果表明: 旱地是沿岸县域范围内的优势景观, 其次是农村居民地, 两者占沿岸县域总面积的80%以上, 水田与其他水域具有一定的规模, 而草地规模较小; 受人类活动、功能定位和自然条件等因素影响, 黄河下游宽河段沿岸县域、滩区和滞洪区内土地利用景观格局存在明显的空间差异; 县域滩外区域分布有斑块规模大且较密集的建设用地, 景观破碎度高, 斑块形状复杂, 东平湖滞洪区景观多样性高, 呈现以水域为主体的复合生态景观, 其余滞洪区林地和草地规模小, 斑块密度低, 景观异质性较低, 宽滩区内整体景观破碎程度低于滩外区域, 游荡段滩区景观多样性较高, 建设用地规模相对较大; 宽河段滩区两侧6 km范围内, 水田和其他水域规模大, 分布密集, 城镇用地规模较小, 整体景观多样性高且较破碎, 6~18 km是过渡区域, 距离20 km以上景观格局基本上趋于稳定。
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4. 深圳河河口近10年典型污染物通量变化研究
喻一, 宋芳, 赵志杰, 秦华鹏, 段余杰, 姚丽娟, 王政君
北京大学学报自然科学版    2020, 56 (3): 460-470.   DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.015
摘要828)   HTML    PDF(pc) (3100KB)(196)    收藏
根据2008—2017年连续水文观测数据和逐月水质监测数据, 采用LOADEST模型模拟估算主要污染物COD、氨氮、总氮和总磷的净通量, 得到深圳河河口近10年主要污染物通量的变化规律。结合降水和流域内污水处理厂运行情况, 分析影响污染物通量变化的自然因素和人为因素, 得到以下结论。1) 2008—2017年深圳河河口断面各污染物入湾净通量呈现明显的下降趋势, 总体水质情况有所好转, 但仍未达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中V类水目标要求。2) 2008—2017年各污染物净通量的季节性差异逐年变小。3) COD净通量与降雨量的相关性较强, 说明其污染来源多为非点源; 总氮、氨氮和总磷净通量与降水量的相关性相对较弱, 说明其污染来源多为点源。4) 污染物净通量与污水处理量明显负相关, 说明提高污水处理厂日处理能力和污水出水水质有助于河流水质的改善。
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5. 黄河下游滩地土地利用/覆盖现状及影响因素分析
谢羽倩, 程舒鹏, 张燕青, 张祺, 姜晗琳, 李振山, 赵志杰
北京大学学报自然科学版    2019, 55 (3): 489-500.   DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.013
摘要943)   HTML    PDF(pc) (6752KB)(238)    收藏
以黄河下游滩地为研究对象, 根据2015—2017年卫星遥感影像, 采取人工解译方法, 利 GIS技术, 得到研究区土地利用/覆盖的类型分布。结合社会经济统计数据, 分析影响黄河下游桃花峪至高村段宽滩区土地利用/覆盖的因素。结果表明, 黄河下游滩区土地利用/覆盖以非设施耕地为主, 占77.99%, 其次是居民点自然村, 占6.63%。游荡段河道的平均宽度、滩区面积与自然村、工矿仓储地等土地利用面积均大于过渡段与窄河段, 窄河段设施农业与鱼塘面积大于过渡段。黄河下游土地利用类型整体上较少, 结构单一, 其分布受黄河大堤和河槽的双重胁迫作用。影响宽滩区土地利用/覆盖的主要因素是滩区的面积、周边城市发展的吸引力和滩区的水利设施。自然村、工矿仓储地、设施农业和砖瓦窑面积与滩区面积正相关; 鱼塘和工矿仓储地倾向于出现在经济发展更高的区域, 设施农业与工矿仓储地倾向于出现在离县城更近的滩区。
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6. 深圳河湾流域水污染源解析研究
宋芳, 秦华鹏, 陈斯典, 赵志杰
北京大学学报自然科学版    2019, 55 (2): 317-328.   DOI: 10.13209/j.0479-8023.2018.097
摘要926)   HTML    PDF(pc) (2437KB)(500)    收藏

利用污染源调查资料、污水处理厂运行数据、底质监测结果、SWMM的非点源污染模型和截排系统溢流模型, 估算深圳河湾流域的非点源和溢流污染负荷, 解析流域主要污染物的时空分布和来源, 得到如下结论。1) 2015年深圳河湾流域全年入河负荷量为COD 3.676 万 t/a, 氨氮 5715.65 t/a, TP 494.36 t/a, 其中点源为COD 2.63 万 t/a, 氨氮 5496.9 t/a, TP 463.55 t/a, 占全年的比例分别为72%, 96%和94%。非点源负荷为COD 8608 t/a, 氨氮 99.8 t/a, TP 18 t/a。雨季(4—9 月)溢流总负荷为COD 1894.05 t, 氨氮 118.95 t, TP 12.81 t。2) 深圳河湾流域单日入河负荷为COD 116.5 t/d, 氨氮 15.75 t/d, TP 1.412 t/d; 旱季污染源中漏排污水, 各指标负荷属排污口和支流漏排占比最大; 旱季点源总COD为71.94 t/d, 氨氮为15.06 t/d, TP为1.27 t/d。雨季中, 非点源的COD占比最大(34.21%), 其次是支流漏排(28.73%)和排污口(22.3%); 3) 雨季非点源和溢流的负荷对水质的影响不能忽略, 尤其是暴雨天, 虽然时间短, 但大量负荷对水质冲击的影响极其严重, 恢复到正常水质需较长的时间。

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7. 基于HSPF的绿色基础设施水文效应模拟——以大浪河流域为例
邢英华, 程翔, 秦华鹏, 赵志杰
北京大学学报自然科学版    2018, 54 (5): 1053-1059.   DOI: 10.13209/j.0479-8023.2018.019
摘要859)   HTML    PDF(pc) (17362KB)(156)    收藏

以广东省深圳市大浪河流域为研究对象, 利用HSPF模型模拟研究区不同绿色基础设施设定情景对降雨径流的水文效应。结果表明, 按照功效最大化、经济型、适中型原则设定的3种情景,产流率分别比背景情景低34.9%,14.2%和28.5%; 最大峰值分别比背景情景低40.5%, 19.8%和33.0%; 基流分别比背景情景高88.9%, 11.1%和44.4%。经济型情景的水文效果不佳, 适中型情景的水文效果处于功效最大化情景与经济型情景之间。

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8. 常州市不同下垫面污染物冲刷特征
张香丽, 赵志杰, 秦华鹏, 江燕
北京大学学报(自然科学版)    2018, 54 (3): 644-654.   DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.176
摘要1155)   HTML9)    PDF(pc) (1248KB)(299)    收藏

为研究城市硬化下垫面降雨径流对污染物的冲刷特征, 选取常州市5类典型硬化下垫面, 采样监测2015年3—8月期间6场降雨径流及污染物浓度变化过程, 得到以下结果。1) 地面径流污染物EMC均值高于屋面径流; 地面径流SS和COD浓度超过水质标准Ⅴ类1.34倍和2.59倍; 屋面径流COD和TN浓度超过水质标准Ⅴ类1.8倍和 2.6倍。屋面径流中溶解态COD和TN分别占全量的72.78%和57.99%; 地面径流溶解态TN占全量的61.59%。2) 径流初期污染严重, 随着降雨过程逐渐降低, 最终趋于稳定。各下垫面污染物初期浓度从大到小依次为水泥地面、沥青地面、铺装地面、平屋面、斜屋面。冲刷过程中, 随雨强增大, 各下垫面污染物浓度升高, 呈波动式变化。各下垫面污染物均有冲刷初期效应, 下垫面初期冲刷强度从强到弱依次为平屋面、斜屋面、水泥地面和沥青地面。前期降雨强度越大, 污染物初期浓度越大, 初期效应越显著。降雨强度为大雨时, SS 浓度呈指数型衰减。降雨强度为小雨时, SS浓度先稳定, 随着降雨变密集开始逐渐减小。降雨强度为暴雨, 但降雨过程集中在中后期时, SS浓度呈先增大随后减小的趋势变化。3) 指数冲刷模型对屋面和水泥地面污染物径流冲刷模拟效果较好, 斜屋面、平屋面、水泥地面全量污染物冲刷系数分别为0.871, 0.765和0.025 mm−1, 屋面冲刷强度远大于地面。斜屋面溶解态COD与颗粒态COD冲刷系数相近, 冲刷强度大。平屋面、水泥地面的颗粒态COD冲刷系数均大于溶解态COD, 颗粒态COD冲刷强度更大。

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9. 常州不同城市用地类型地表污染物累积特征
江燕, 秦华鹏, 肖鸾慧, 何康茂, 赵志杰
北京大学学报自然科学版    2017, 53 (3): 525-534.   DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.058
摘要799)   HTML8)    PDF(pc) (1138KB)(311)    收藏

针对面源污染物在城市复杂的不同下垫面具有不同累积特征的问题, 以常州市中心城区为研究对象, 采集居住用地、工业用地、交通用地、商业用地和文教用地等5种用地类别的64个样点地表累积物, 测试累积物中总悬浮固体(SS)、氨氮以及全量和溶解态的COD, TP, TN含量, 分析不同城市用地的污染物累积特征和居住用地、交通用地累积强度的季节变化差异, 得到如下结果。1) 交通用地各污染物的累积强度普遍高于其他功能用地, 尤其是SS和全量COD, 均值分别为59004.5和11179.7 mg/m2; 商业用地上溶解态污染物均高于其他用地; 文教用地、居住用地和工业用地上各污染物的累积强度较低。2) 交通用地在2014年10月(秋季)和2015年3月(春季)的累积强度存在显著性季节差异, 春季SS累积强度均值比秋季低约7.7%; 全量TN和溶解态COD, TN, TP和氨氮的累积强度均值比秋季高约3.3%, 49%, 85%, 61%和200%; 居住用地的累积强度则没有季节差异。3) 各类用地上颗粒态COD, TP和TN占全量的比例平均达86.5%, 85.1%和71.1%, 说明污染物主要吸附在颗粒态物质上, 颗粒态污染物占大部分。因此, 加大城市清扫力度有利于减少面源污染。4) 商业用地单位颗粒物中COD和TN的含量均高于其他用地, 均值分别为532.6和17.5 mg/g。交通用地COD, TP和TN的含量比最低, 均值分别为212.2, 0.86和2.9 mg/g。

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10. 城市市政基础设施的邻避效应评价方法研究
杨芳, 何羿, 赵志杰
北京大学学报自然科学版    2017, 53 (3): 518-524.   DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.025
摘要966)   HTML9)    PDF(pc) (840KB)(235)    收藏

从城市基础设施产生邻避效应的原因出发, 分析各种基础设施的规模、性质和空间分布状况对邻避效应的作用性质和影响程度, 结合人口的分布状况, 以设施的防护距离、影响范围和影响作用面积为主要参数, 构建了城市区域邻避指数的评价体系, 定量评价区域总体的邻避效应。以北京市海淀区为例, 评估邻避效应分布情况, 并利用GIS技术得到邻避效应空间分布状况。研究结果表明: 海淀区邻避效应空间分异显著, 邻避指数总体上呈现南部高北部低的分布特征, 与地区发展规划、邻避设施分布与人口密集程度有着密切关系。合理的邻避效应评价方法可为城市规划、建设、管理和环保设施布局提供指导。

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11. 环境影响评价公众参与的居民认知度研究—— 以北京市为例
黄荷, 侯可斌, 邱大庆, 李楠, 赵志杰
北京大学学报自然科学版    2017, 53 (3): 462-468.   DOI: 10.13209/j.0479-8023.2017.023
摘要878)   HTML9)    PDF(pc) (337KB)(323)    收藏

通过问卷调查的形式, 研究北京市居民对环境影响评价公众参与的认知度, 包括对环评公众参与的了解程度、参与积极性、理性情况和最关切问题等方面。对 1043 份有效问卷的统计分析结果表明: 目前北京市居民对环评公众参与的认知度相对较高, 超过半数居民对环评公众参与有所了解, 参与积极性较高, 能够理性看待环评结论, 但仍有较大提升空间。从信息处理和信息反馈两个角度提出完善我国环评公众参与制度的具体建议, 以期切实提升环评公众参与的有效性。

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12. 漠阳江流域水环境容量的时空分布特征研究
程翔, 赵志杰, 秦华鹏, 宋宝木, 余香英, 何康茂
北京大学学报(自然科学版)    2016, 52 (3): 505-514.   DOI: 10.13209/j.0479-8023.2016.029
摘要1325)   HTML    PDF(pc) (2249KB)(1256)    收藏

针对实测径流资料较缺乏的漠阳江流域, 通过流域水文模型HSPF(hydrological simulation program-Fortran)模拟各支流和子流域详细的径流时空特征, 利用一维稳态水质数学模型计算不同时间和空间上化学需氧量(COD)和氨氮的水环境容量。结果表明: 1) 在漠阳江流域, HSPF模型对年与月径流模拟的相对误差小于15%, Nash-Sutcliffe系数大于0.9; 水质模型的相对误差在 10%左右, Nash-Sutcliffe 系数大于0.8; 2) 在90%, 50%和10%保证率下, 漠阳江流域COD的环境容量分别为16.45, 21.84和24.97 万t, 氨氮的环境容量分别为0.51, 0.88 万t 和1.14 万t; 受径流季节波动影响, 枯水期与丰水期季节水环境容量差异明显; 1月份的水环境容量及其变差最小, 6月份的水环境容量及其变差最大; 3) 空间分布上, 漠阳江干流流域承载力较大, 一级与二级支流的承载力较小。因此, 在水文资料缺乏的流域, 可基于HSPF模型模拟的水文条件, 开展水环境容量的时空分布分析, 为水环境容量总量控制方案的制定提供指导。

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