基于国产资源一号02D卫星和机器学习算法的钦州湾滨海土壤盐分反演

以钦州湾滨海地区作为研究区,基于国产资源一号02D(ZY1-02D)多光谱卫星提取的相关特征参数,在Ada Booost、Light GBM、XGBoost、RFR以及Cat Boost五种不同机器学习算法的支持下,设置了5种不同的输入变量组合,并基于决定系数(R^(2))和均方根误差(RMSE)对不同模型的性能进行了评价.结果显示:研究区实测土壤盐分含量范围为0.740~10.352 g/kg,均值为1.739 g/kg;Cat Boost相较于Ada Booost、Light GBM、XGBoost、RFR有更好的预测性能,Cat Boost结合全变量组在预测阶段取得了最高精度(R^(2)=0.8317,RMSE=0.3957 g/kg);在全变量组中,纹理特征中的均值对土壤盐分含量最为敏感,贡献度最高;研究区土壤盐分含量预测值为0~8.784g/kg,均值为2.478g/kg,轻度盐渍土分布广泛,主要集中分布在研究区西部,在东部地区分布较零散.国产资源卫星遥感数据结合Cat Boost模型在钦州湾滨海土壤盐分反演中表现出较好的性能,可为大规模估算土壤盐分含量提供一种新的方法和思路.

基于激光雷达的钦州湾典型红树林生物量反演

试验区的红树林生物总量对于研究区的生态系统保护至关重要。以地面实测样地数据和激光雷达点云数据为基础,使用随机森林方法估算研究区红树林生物量,依据精度检验结果构建生物量估算模型,通过反演获得试验区红树林生物总量。结果表明:(1)研究区样地各样方的无瓣海桑的生物量介于0.55 kg·m^(-2)—13.57 kg·m^(-2),平均值为5.40 kg·m^(-2)。(2)采用随机森林模型对红树林生物量计算的训练集(R^(2)=0.9516、RMSE=0.8142、rRMSE=0.1486),及测试集(R^(2)=0.6598、RMSE=2.0276、rRMSE=0.3983),说明地表生物量估算模型计算的生物量与实测样地采样的数据计算的生物量基本吻合,随机森林算法拟合精度较高。(3)反演的研究区红树林生物总量为459.18 Mg,平均生物量为4.15 kg·m^(-2)。树高较高、胸径较大的单木红树林主要分布在潮沟附近以及研究区中南部。

基于海洋环境容量的钦州湾入海排污口选划研究

针对钦州湾海域因围填海活动导致原有排污口功能受限的问题,进行了排污口选址的优化研究。钦州湾围填海工程的实施改变了海域的水动力特性,对排污口的排放效率和环境质量产生了显著影响。基于MIKE21模型,对钦州湾的水动力条件和环境质量进行了深入的数值模拟分析。研究预测了18个潜在排污点位的环境容量,发现在当前岸线条件下,特定排污口具有32万m^(3)/d的处理能力,满足了近期的排污需求;研究针对中远期规划,提出了两个排污口的组合排放方案,预计总排污量可达56万m^(3)/d,有效应对了近100万m^(3)/d的排污需求。此外,还提出了提高污水处理厂尾水排放标准,将总氮排放浓度从15 mg/L提标至10 mg/L,总磷排放浓度从0.5 mg/L提标至0.3 mg/L,以进一步提升排污口的环境容量,为钦州湾海域的环境保护和可持续发展提供了决策支持。研究解决了超大排污需求(近100万m^(3)/d)的难题,且提出的双排污口组合方案丰富了入海排污口选址研究思路。

钦州湾沉积物中重金属的多元统计分析:空间关系、生态风险和来源识别

海湾是海洋和陆地相互作用和人类活动最强烈的区域,沉积物中重金属的含量和分布都受到人类活动的影响。为了探究钦州湾沉积物中重金属的含量水平、污染程度和可能来源,本研究分析了钦州湾表层沉积物中Cu、Pb、Zn、Cd、Cr、Hg和As的含量及空间分布,采用地质累计指数(Igeo)和潜在生态风险指数(PERI)定量分析了重金属的污染程度和生态风险,并利用自组织映射(SOM)和正定矩阵因子分解法(PMF)模型评估了重金属的可能来源。结果表明:钦州湾表层沉积物重金属中Zn的平均含量最高,Hg平均含量最低;除个别站位的Pb含量符合海洋沉积物质量第二类标准外,其他重金属含量均符合海洋沉积物质量第一类标准;Igeo结果表明钦州湾表层沉积物主要的污染元素为Pb、Hg和Cu;PERI结果表明Hg是钦州湾表层沉积物主要的生态风险元素。SOM和PMF模型结果表明钦州湾表层沉积物重金属主要受自然来源、农业活动、工业生产活动的共同影响,各来源的相对贡献率分别为39.65%、29.15%和31.20%。

广西钦州湾表层沉积物常量元素分布特征及其地质意义

为探讨钦州湾表层沉积物常量元素分布特征,了解该海域沉积环境和物质来源,采集测定了钦州湾海域121件表层沉积物的粒度、常量元素含量,分析了常量元素组合特征、空间分布规律并解析其来源。研究结果表明,钦州湾海域表层沉积物共有8种类型,粒度组成以砂、粉砂为主;常量元素组成较为稳定,SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)和CaO 4种组分约占沉积物总量的95.54%,其中SiO_(2)和Al_(2)O_(3)含量最高,平均含量分别为73.23%和8.71%;与上地壳元素平均值(UCC)相比,SiO_(2)、MnO和TiO_(2)含量相对富集,其他元素则为亏损。Al_(2)O_(3)、MgO、TiO_(2)、K_(2)O、Na_(2)O空间分布模式相似,且5种组成之间均呈显著正相关,说明其分布受控因素相似。以Al为参考计算研究区9种常量元素富集因子(EF),结果表明绝大部分元素均来源于上地壳,部分站位可能受到其他因素的影响。相关性和R型因子综合分析表明,研究区10种常量组分可划分为3类,第1类包括SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、Fe_(2)O_(3)、MgO、MnO、TiO_(2)、K_(2)O、Na_(2)O,主要来源于陆源碎屑沉积;第2类为CaO,主要代表海洋生物源;第3类为P_(2)O_5,代表海水养殖源。利用PCA-MLR模型对3种来源进行解析,得出其相对贡献率分别为46.14%、15%和38.86%。

钦州湾波流耦合作用泥沙输运特性研究

为定量评估钦州湾三墩公路东侧海域清淤对当地水动力环境以及泥沙输运特性的影响,基于平面二维数学模型开展波流耦合作用泥沙输运特性研究,在验证计算结果可信的条件下,探讨了工程海域疏浚对水流特性分布、纳潮量变化以及工程后年回淤量的影响。分析结果表明:清淤将导致工程海域的海流流速平均降低4~8 cm/s,局部流速降低达到30 cm/s,但是对该区域纳潮量增加贡献幅度有限,仅微幅增加0.065%;由于清淤导致流速降低,使得工程海域大部分区域呈淤积状态,平均回淤强度达2~4 cm/a,近岸区域回淤强度达8~10 cm/a,局部区域由于流速增大,冲刷强度达到每年1~2 cm。

钦州湾工程作业区波浪特征数学模型研究

为确保钦州港整体规划的作业条件合理性,针对不同平面布置方案建立数值计算模型开展分析研究,在结合附近测站多年风速和波浪资料的基础上,研究不同平面布置方案下钦州湾内码头作业区的波浪特征分布。分析结果表明:波浪自外海向湾内传播过程中,波高整体呈降低趋势,钦州湾西岸最大有效波高3.0m,东岸最大有效波高4.60m;钦州湾西岸作业区的波高主要受SE向波浪控制,规划方案二增加东岸作业区范围可以使得西岸内侧作业区的最大波高小幅降低约4%;钦州湾东岸作业区波浪环境主要受SW向波浪控制,新增企沙东作业区可以使得东岸作业区的最大波高降低约11%;规划方案二扩大三墩作业区范围可以使得大环作业区内的最大波高降低22%。

基于钦州湾验潮站2008-2020年潮位序列的潮汐特征研究

潮汐是钦州湾的主要海洋动力,对物质输运、海洋工程、海洋生态环境等都有重要影响。本研究基于钦州湾验潮站2008-2020年共13年的水位观测资料,利用潮汐调和分析、偏度计算和线性回归等方法,分析钦州湾长时间的潮汐变化、潮不对称性特征及海平面变化趋势。结果表明,钦州湾验潮站潮汐以O_(1)、K_(1)分潮占优,属于规则全日潮。主要分潮振幅有显著的年际变化,2008年为最小值,O_(1)为95.82 cm,K_(1)为88.18 cm,M_(2)为39.53 cm;2016年达到最大值,O_(1)为104.27 cm,K_(1)为95.15 cm,M_(2)为46.16 cm,这一变化与月赤纬角的变化有关。钦州湾潮不对称现象显著,涨潮历时比落潮历时多2-3 h,造成该现象的主要原因是受到半日分潮和全日分潮之间相互作用的影响,其中主要贡献来源于O_(1)、K_(1)、M_(2)之间的相互作用,占总潮汐偏度的80.97%-83.51%。钦州湾海平面有逐年上升的趋势,平均上升速率约为0.96 cm/a,高于同期南海沿海海平面的平均上升速率。研究成果可为钦州湾防灾减灾和港口工程建设提供科学依据。

钦州湾2011—2021年营养盐年际变化趋势分析

通过2011—2021年广西钦州湾近岸海域常规海水水质监测数据和2021年大面积加密监测数据,分析该海域水质及营养化状况、活性磷酸盐和无机氮污染物变化趋势。研究表明:钦州湾海域水质在二类~劣四类波动变化,劣四类水质主要分布在入海河流出海口至茅尾海湾颈附近海域,说明陆源污染对水质影响较大。低潮期水质比高潮期更差,主要原因是该海域水动力不足,水质扩散能力差。除2014、2015、2020年外,其余年份无机氮浓度均超出二类水质标准限值;活性磷酸盐浓度总体呈上升趋势,无机氮和活性磷酸盐是导致钦州湾水质较差的主要原因。

钦州湾河口岸滩演变稳定性及成因分析

钦州湾河口为西部陆海新通道平陆运河的出海口段,分析其岸滩演变稳定性对支撑入海通道建设具有重要意义。文章收集了钦州湾河口区域的遥感影像、实测地形等数据,对钦州湾河口茅尾海内湾岸滩、龙门海峡区域岸线、钦州湾外湾地形等进行了稳定性分析,并初步分析了影响稳定性的主要因素。主要结论为:①在自然状态下,茅尾海内岸滩、龙门海峡区域岸线、钦州湾外湾水域地形等变化均较小,仅局部区域由于人类活动等影响出现适应性的小幅调整;②1965—2010年期间,茅尾海内海域水下地形基本处于稳定状态,且局部深槽呈刷深趋势;2010—2018年期间,茅尾海内采砂洗沙活动频繁、边滩围涂养殖增加,人类活动引起了较为明显的岸滩演变,0m等深线以浅浅滩淤涨明显,深槽槽沟范围不同程度减小,其中5m以深槽沟宽度缩窄,但向湾顶有所刷深。③近年来人工采砂、疏浚(整治)工程对茅尾海岸滩变化影响较大,沙井—茅尾海—青菜头沿岸大部分区域呈现冲刷态势。

钦州湾水体中磺胺类抗生素污染特征与生态风险

利用高效液相色谱-串联质谱(HPLC-MS/MS),研究了钦州湾近海及汇海河流磺胺类抗生素浓度和分布特征.结果表明:4种磺胺类抗生素(SAs)和甲氧苄氨嘧啶(TMP)在钦州湾近海及汇海河流均有不同程度的检出,其浓度范围为n.d.～12ng/L.其中,磺胺甲基异恶唑(SMX)在近海的检出率和平均浓度最高,分别为100%和4.1ng/L;其次为TMP(检出率87%,平均浓度1.0ng/L).与国内外其他水域相比,钦州湾磺胺类抗生素浓度处于较低水平.钦州湾近海抗生素浓度分布呈现以下趋势:茅尾海(8.4ng/L)>钦州外湾(1.9ng/L)>三娘湾(1.4ng/L).磺胺类抗生素在钦州湾的海水养殖区均呈现出较高的浓度水平,说明高密度水产养殖是钦州湾水体中抗生素的重要污染源.生态风险评价结果表明,钦州湾水体中残留的磺胺甲基异恶唑(SMX)对相应的敏感物种存在中等生态毒性风险,需引起相关部门的重视.

广西钦州湾沉积物重金属污染现状及潜在生态风险评价

对钦州湾沉积物进行采集,测定了沉积物中的Zn、Pb、Cu、Hg、Cd、As重金属的含量。用单因子指数法和Hakanson潜在生态风险指数法评价了沉积物中重金属综合污染效应。研究结果表明:钦州湾沉积物中Zn、Pb、Cu、As、Cd、Hg的平均含量分别为60.0×10-6、31.3×10-6、19.8×10-6、11.31×10-6、0.083×10-6、0.046×10-6。沉积物质量评价结果表明:各种重金属单因子指数污染程度依次为Cu(1.15)>Pb(1.14)>As(0.93)>Cd(0.92)>Zn(0.90)>Hg(0.51),多种污染物综合效应指数为5.56,为较低的中等程度污染;各种重金属的潜在生态危害参数大小顺序为Cd(27.71)>Hg(20.58)>As(9.32)>Cu(5.75)>Pb(5.69)>Zn(0.90),其潜在生态风险指数RI平均值为69.95,属于低潜在生态危害的范畴。

钦州湾海域COD时空分布及对富营养化贡献分析

根据2010年4月（春季）和9月（秋季）钦州湾海域现场调查资料,对表层海水中化学需氧量（COD）的时空分布特征进行研究,评价其污染水平,分析COD对该海域富营养化的贡献,并探讨了COD的主要来源及与环境因子之间的关系。研究结果表明,钦州湾海域表层COD的平均浓度为（1.21±0.55）mg/L,浓度范围为0.57~2.38 mg/L,水平分布呈现由湾内向湾外逐渐递减的趋势;秋季研究海域COD污染水平高于春季;COD对富营养化的贡献范围为42.1%~64.7%,平均贡献为（50.3±6.7）%,贡献随着富营养化指数的增加而减小;COD与盐度、pH存在显著负相关,而与DIN、SiO-23Si存在显著正相关。COD时空分布主要受陆地径流、陆源输入和水动力过程的影响,COD是影响钦州湾海域富营养化的重要因素,但并非决定性因子,富营养化程度加重时来自营养盐的贡献表现更为突出。

钦州湾夏季营养盐的分布特征及富营养化评价

2009年8月对钦州湾海域的现场调查资料,分析了钦州湾表层海水中营养盐的分布特征及其成因。结果表明:该湾亚硝酸盐(NO2-N),硝酸盐(NO3-N),铵盐(NH3-N),无机磷(PO4-P)和活性硅(SiO3-S)i平均含量分别为0.05 mg/L,0.46 mg/L,0.09 mg/L,0.007 mg/L和1.54 mg/L。在空间分布上,各营养盐含量均呈现出由湾内向湾外逐渐递减的变化趋势,体现出夏季陆地径流的主导控制作用。相关性分析表明,陆源水的物理混合过程是影响诸营养盐含量的主要因素,生物、化学作用次之。通过污染指数A及营养状态质量指数NQI的分析,整个海湾水质处于中度污染程度和富营养化状态,以无机氮为主要污染因子。

基于FVCOM的钦州湾三维潮流数值模拟

基于采用不规则三角网格和有限体积方法的FVCOM模式,建立钦州湾三维潮流数值模型来重现钦州湾的潮位和潮流变化状况。根据模拟结果计算得到了较以往更为精细的钦州湾K1、O1、M2、S2分潮的同潮图,潮汐最大振幅分别为112、96、50和15cm;最大可能流速的分布基本与等深线一致,龙门港附近最大可能潮流流速可达200cm.s-1;钦州湾的外湾口海域开阔,一般为旋转流,近岸海区及水道、河口等多为往复流,K1和M2分潮流椭圆长轴的分布与地形密切相关,旋转方向均为顺时针,流速极值出现在龙门港区。由潮余流场的分布特点可以看出,钦州湾西槽和中槽的西侧区域是其主要的出水通道,东槽和中槽的东侧区域则是主要的进水通道。

钦州湾近岸海域水质状况及富营养化分析

2012年5月钦州湾近岸海域水质监测结果表明，钦州湾近岸水温、盐度、pH、溶解氧等基本环境参数均有利于亚热带海洋生物的生长繁殖；溶解无机氮（ DIN）和活性硅酸盐（ SiO2-3-Si）均显示过剩，但溶解无机磷（ DIP）具有低磷特征，高的氮磷比值使PO3-4-P可能成为浮游植物生长的潜在限制因子，且COD部分站位出现超标现象。污染指数（ A）和单因子污染指数（ Pi）结果显示，近期整个钦州湾近岸水域污染程度达到2级，属于开始受到污染，水质受到化学耗氧有机物不同程度的污染，超标率达到30％。富营养状态指数结果表明，钦州湾近岸海域总体尚未达到富营养化，但局部区域已出现富营养化状况。 COD对富营养化的贡献率平均值及范围为72.46％（67.36％-83.96％），COD已成为影响钦州湾近岸海域富营养化的重要因素。

广西钦州湾海岸带孢粉组合和沉积环境演变

对广两钦州湾海岸滩涂的4个钻孔的沉积物进行孢粉分析,结合^(210)Pb法测得沉积速率,讨论了该地区大约150年来的沉积环境演变规律。钦州湾地区具有19世纪中-末叶较现在偏凉的区域性气候;20世纪初期西海岸沉积物中红树林花粉Rhizophora和Aegiceras锐减,反映出红树林滩衰退的特征;60年代和70年代,钦州湾西海岸线明显向内陆迁移,高潮滩环境向低潮滩演化;而80年代始,东海岸线由于钦江流域来沙的迅速堆积,沉积速率较高,岸线向海推移明显,沉积物中木本植物花粉和禾本科均有所增加,这和围垦修堤的人类活动加速了低潮滩向高潮滩演化有关。钦州湾总体表现出西向扩张,东向缩减的趋势。

广西钦州湾海域表层沉积物分异特征与规律

根据2008年12月广西钦州湾海域表层沉积物粒度分析结果,结合沉积物结构、地形和水动力条件,探讨了沉积物的分布规律及其作用机制。结果表明,钦州湾海域表层沉积物在横向上,自西向东呈现出西部粗、东部细,分选程度西部好于东部的特征;在纵向上,沉积物粒径呈现由内向外粒径从粗到细的特征,大致在5m水深处存在一个明显的界限,该水深以浅区域的砂含量较高,且主要沉积砂等较粗物质;该水深以深区域以粉砂质黏土为主,砂含量较低。Flemming的三角图式表明,钦州湾海域沉积动力相对较弱。在此基础上,根据水动力差异与物源不同,将研究区划分为5m水深以浅的西部区、5m水深以浅的东部区和5m水深以深的区域等3个沉积区。

钦州湾春季水质营养状况分析与评价

根据2010年4月对钦州湾海域调查结果,分析并评价了该海域春季的营养状况。结果表明,表层海水中DIN和SiO3-Si都为茅尾海钦江入海口含量较高,PO4-P为茅尾海西南部沿岸增养殖区含量较高,DIN、PO4-P和SiO3-Si水平分布上均表现为湾内含量高于湾外。从营养结构看,与Justic等提出的营养盐化学计量限制标准比较,符合P限制条件,PO4-P可能成为浮游植物生长的潜在限制因子。根据营养状态指数评价模式和有机污染评价指数计算结果显示,2010年春季钦州湾海域营养水平属于中营养水平,有机污染程度属4级,表明钦州湾表层海水水质已达到中度污染。

海平面上升影响下广西钦州湾红树林脆弱性评价

全球气候变化所导致的海平面上升等现象对海岸带产生显著影响。红树林是生长在热带、亚热带沿海潮间带的生态系统,对海平面上升极为敏感。以广西钦州湾红树林生态系统为对象,采用SPRC(Source-Pathway-Receptor-Consequence)评估模式分析了气候变化所导致的海平面上升对红树林生态系统的主要影响。构建了以海平面上升速率、地面沉降/抬升速率、生境高程、日均淹水时间、潮滩坡度和沉积速率为指标的脆弱性评价体系。在GIS平台上量化各脆弱性指标,计算脆弱性指数并分级,建立了定量评价红树林生态系统脆弱性方法,实现了在不同海平面上升情景(近40年来广西海平面平均上升速率、IPCC预测的B1和A1FI情景)和时间尺度下(2030年、2050和2100年),广西钦州湾红树林生态系统脆弱性的定量空间评价。研究结果表明,在近40年广西海平面平均上升速率与B1情景下,钦州湾红树林在各评估时段表现为不脆弱。而在A1FI情景下,至2050年研究区域41.3%红树林为低脆弱,至2100年增加至69.8%。研究采用的SPRC评估模型、脆弱性评价指标体系和定量空间评估方法能够客观定量评价气候变化所导致的海平面上升影响下红树林生态系统脆弱性,可为制定切实可行的应对措施和保障海岸带生态系统安全提供科学依据。