基于时空融合算法的水体叶绿素a反演研究

为了准确反演水体中叶绿素a浓度,以黄柏河东支流域为例,采用STNLFFM时空融合算法,对2017年GF-4和Sentinel-2反射率数据进行融合,以重构Sentinel-2影像的时间序列数据,并对应用算法前后获取的水质参数-光谱特征响应关系建立多元线性回归模型,比较模型对叶绿素a的预测效果以验证时空融合算法的可行性,利用重构后影像光谱特征与水质参数的响应关系建立人工神经网络模型,反演2017年黄柏河东支流域各水库水体叶绿素a浓度。结果表明:利用时空融合算法生成的影像接近真实影像,提高了多元线性回归模型预测叶绿素a的效果,R2从融合前0.659提高至融合后0.844,且基于时空融合算法获取的水质参数-光谱关系建立的人工神经网络模型模拟精度较好,R2和MRE达到0.925和9.461%,反演的叶绿素a浓度空间差异性明显。证明了时空融合算法在水质参数反演过程中具有较好的应用前景。

基于压力-状态-响应模型的黄柏河生态系统健康评价

为定量评估黄柏河生态系统健康状态,以压力-状态-响应概念模型为基础,构建黄柏河生态系统健康评价指标体系,采用层次分析法确定指标权重,运用集对分析和属性识别理论对黄柏河生态健康现状进行综合评价。结果表明:黄柏河生态系统综合健康状况处于中等水平,其中压力子系统、状态子系统和响应子系统的健康等级分别是良、中等和良,水体富营养化指数、农药施用强度、水土流失率等是影响黄柏河生态健康状况的主要因素。

黄柏河流域水体污染及防治初探

当前,河道型水库水污染问题(包括水库自身及其支流)受到越来越多的关注。黄柏河是长江的一级支流,属于葛洲坝水库流域,受葛洲坝水库蓄水影响,其水体水动力条件完全改变,使水体污染日益严重,已严重影响到沿岸经济的发展。根据1998—2002年黄柏河河道断面水质监测资料,进行水质现状评价,分析引起流域水体污染的主要环境问题及其产生原因,提出黄柏河流域水污染综合防治措施。

基于SWAT模型和SUFI-2算法的黄柏河东支流域径流模拟研究

黄柏河东支流域是宜昌市重要的水源地,该流域的高精度径流模拟对于流域水资源高效管理具有重要意义。以黄柏河东支流域为研究对象构建SWAT分布式水文模型,采用SWAT-CUP软件中的SUFI-2算法进行参数敏感性分析、参数率定、模型验证和不确定性分析,模拟2008-2016年的月径流过程。研究结果表明,选取的19个参数对于模拟的径流过程均有不同程度的影响,其中CN2、ESCO、SOL_K最为敏感。玄庙观、天福庙、西北口和尚家河站的月径流模拟过程与实测过程线吻合程度较高,在率定期和验证期所有站点的纳什系数NSE、均方根误差与标准差比值RSR、百分比偏差PBIAS均在误差范围内。不确定性分析表明,所有站点的P-factor均大于0.6,R-factor均小于1,大部分观测值落在95PPU内,说明模拟的不确定性较小。总之,所构建的SWAT模型在黄柏河东支流域具有较好的适用性,模型模拟精度高,不确定性小,能准确地模拟流域的径流过程。

黄柏河梯级水库沉积物营养盐与重金属分布特征及污染评价

黄柏河为长江左岸的一级支流,是宜昌市重要的水源地和长江流域最大的磷矿基地之一,评价其沉积物营养盐和重金属污染特征,对于揭示高磷矿背景区域沉积物的污染状况及其控制与管理具有重要意义,也是当前长江大保护形势下的必然需求。分别采集了黄柏河4个梯级水库库首、库中和库尾的表层沉积物,研究分析了沉积物中营养盐和重金属的质量分数及分布特征,采用综合污染指数法和有机污染指数法评价了表层沉积物营养盐污染状况,使用潜在生态风险指数法和地累积指数法评价了沉积物6种重金属的污染状况。结果表明:黄柏河梯级水库表层沉积物总有机碳(TOC)和总氮(TN)平均质量分数分别为26.9 g·kg^(−1)和1500.4 mg·kg^(−1),其中最下游的尚家河水库质量分数最小,TOC和TN污染主要处于轻度到中度污染水平;总磷(TP)质量分数空间差异性较大,介于622.2-9631.5 mg·kg^(−1)之间,受流域磷矿矿点分布以及水库拦截作用的影响,TP分布从上游至下游呈现递减的趋势,流域整体处于磷重度污染水平。重金属锌(Zn)、铅(Pb)、铜(Cu)、砷(As)、镉(Cd)和汞(Hg)的平均质量分数分别为128.63、39.37、27.95、10.23、0.35、0.26 mg·kg^(−1),潜在生态风险指数和地累积指数评价表明黄柏河梯级水库表层沉积物Hg的生态风险较高,其次为Cd,剩余4种重金属的生态风险较低。沉积物碳氮比(TOC/TN)和Pearson相关性分析指出,沉积物有机质来源主要为陆源性输入,重金属Hg和Cd输入可能分别与面源性的TN输入和磷矿开采导致的TP输入具有同源性。

黄柏河东支流域水体氮磷含量遥感反演研究

黄柏河是宜昌市生产、生活以及农业用水的重要来源,但大规模磷矿开采严重影响了其水体水质,因此需要对水体水质参数进行全流域实时监测。基于landsat8-OLI遥感影像,根据2014~2016年14个站点的水体水质实际监测数据,使用人工神经网络建立黄柏河东支流域总磷和氨氮含量的反演模型,模拟了2014~2016年春季和冬季黄柏河东支全流域水体的总磷和氨氮含量,并分析了总磷和氨氮含量的时空变化特征。结果表明:(1)对于Landsat8-OLI遥感数据,总磷的敏感波段为4~7波段,利用敏感波段建立的人工神经网络反演模型的精度较高,评价指标纳什系数和均方差系数分别为0.977 4和0.006 4;氨氮敏感波段为1~3波段,建立的模型精度低于总磷,评价指标纳什系数和均方差系数分别为0.714 5和0.004 5。(2)黄柏河东支流域2014~2016年总磷含量总体呈波动下降趋势,其中总磷含量较高区域分别为天福庙以及玄庙观库区;氨氮含量总体小幅度上升,2015年12月尚家河与西北口库区氨氮含量达到0.22 mg/L和0.27 mg/L。(3)黄柏河东支流域的总磷含量在春季最高,氨氮含量在冬季最高。(4)黄柏河流域的总磷和氨氮含量的空间分布存在一定的差异性,总磷在尚家河、天福庙、玄庙观库区的含量相对较高,氨氮在玄庙观与西北口库区的含量相对较高。研究成果可为该流域水环境治理提供依据。

黄柏河流域水库底泥内源磷释放对水质影响分析

为分析宜昌市黄柏河流域饮用水水库内源磷释放对水质的影响,于2016年对流域内3座梯级水库的水体进行了逐月采样,在10月进行一次沉积物柱状样品的采集。根据样品分析数据,估算了沉积物-水界面磷释放通量,以及内源磷占磷总量的比例。结果发现:流域内玄庙观水库磷释放通量为0.492 mg/(m^2·d);天福庙水库为0.37 mg/(m^2·d),西北口水库为0.175 mg/(m^2·d);玄庙观水库年内内源磷释放最大月份占比为28.4%,天福庙水库为18.5%,西北口水库为19.5%;水库底泥内源磷释放已对水库水质产生了影响。研究结果为黄柏河流域饮用水水库的水质治理、保护提供了科学依据。

黄柏河流域近40年极端降水变化特性分析

本文基于黄柏河流域1978~2016年逐日降水量资料,计算多年极端降水指数,采用滑动平均法、Sen's斜率估计和Kendall秩次相关检验法对极端降水指数进行趋势性分析检验,借助Pettitt法和Mann-Kendall法对极端降水指数进行突变性检验,研究黄柏河流域极端降水事件变化规律.结果表明:黄柏河流域多年来降水年内分布逐渐均匀,极端降水指数在空间上变化不大.异常降水总量的变化引起了年降水量的变化,两者变化趋势相同.大部分极端降水指数近年来发生突变.黄柏河流域降水年内分布逐渐均匀、年降水强度的下降将降低发生洪涝灾害的风险,但同时也应进一步防范突发极端降水事件,加强水资源调节控制,充分利用总量逐年降低的水资源,以保障黄柏河流域社会经济尤其是农业的可持续发展.

宜昌市黄柏河水华成因及防治

对2013年5月20日于黄柏河流域天福庙水库和玄庙观水库发生的水华现象进行了调查.结果表明,此次水华为隐藻水华,无毒,发生水库呈富营养化.并从营养因子、环境因子、水文因子三方面分析了此次水华的成因,从控制污染物入河量、水动力控制、水生态修复、加强规划与管理等方面探讨了水华与水污染防治措施.

黄柏河流域不同区域浮游植物群落特征及总磷分析

黄柏河流域矿产资源丰富,磷矿开采导致的颗粒磷排放、地表径流汇聚沉积等会对流域内浮游植物的群落演替产生较大影响。为研究黄柏河流域磷矿开采后环境因子对浮游植物群落结构的影响,于2020年的春季(5月)、夏季(8月)和秋季(9月)分别对黄柏河流域10个监测断面水质和浮游植物采样。根据地区划分法和NMDS分析法将研究区分为磷矿开采影响区(A组)和非影响区(B组),采用主坐标分析(PCoA)和聚类分析得到A组和B组的浮游植物群落结构具有明显差异,A组优势属为隐藻(Cryptomonas)、舟形藻(Navicula)和小环藻(Cyclotella);B组优势属为隐藻(Cryptomonas)和针杆藻(Synedra),且B组中物种数多于A组。采用典范对应分析(CCA)法分析了环境因子与浮游植物的关系。结果表明,溶解氧、水温、氨氮、氟化物、总磷对黄柏河流域的浮游植物影响较大,且A组浮游植物群落结构与总磷、溶解氧和水温呈负相关,与氟化物呈正相关;B组浮游植物群落结构与溶解氧、总磷呈负相关。研究结果可为该流域的生态环境保护和治理提供科学指导意义。

黄柏河流域梯级水库沉积物磷形态特征及磷释放通量分析

为揭示黄柏河流域饮用水源水库的磷负荷特征,采用SMT分级方法对流域内3座梯级水库(玄庙观、天福庙、西北口水库)的沉积物磷形态特征及垂向变化特征进行了分析,并初步估算了沉积物-水界面正磷酸盐释放通量以及各形态磷含量对磷释放的影响.结果发现,沉积物总磷(TP)含量从流域上游至下游水库呈现递减趋势,平均值分别为(8 070.0±2 251.4)、(2 681.2±1 709.8)和(2 656.6±1 599.7)mg·kg^(-1),均处于高度污染水平.3座水库中各个采样点磷形态之间的含量主要表现为:HCl-P>OP>NaOH-P.根据Fick第一定律,计算得到流域内3座梯级水库均表现为上覆水正磷酸盐的源,正磷酸盐释放通量从流域上游到下游水库呈现递减趋势,范围为0.017 9~0.182 5 mg·(m^2·d)^(-1).正磷酸盐释放通量与表层水体DO和叶绿素呈现正相关,与HCl-P,OP和TP同样表现为显著正相关.

加快黄柏河水域精品景观带建设全面推动城市发展

本文根据宜昌市城市发展的需要和黄柏河现状,从城区重要水资源--黄柏河的保护、规划、建设出发,对建设有特色的城市滨水景观和促进城市生态旅游进行了探讨,提出对黄柏河水域城市精品景观带建设的对策。