基于机器学习的卫星遥感水质富营养化评价——以合肥市环城河为例

以合肥市环城河为研究对象,使用线性回归、随机森林、支持向量回归和套索回归等机器学习模型挖掘Landsat8卫星数据和水质参数之间的关系,对遥感影像值的反射率和水质参数进行建模,并比较了4种不同模型的表现.结果显示,随机森林模型的表现最好,对TN、TP、NH3-N反演模型的精度都能达到0.7以上;反演的水质参数浓度分布图表明TN、TP在环城河东北段的污染最严重,而NH3-N则在西南段的污染最严重;从水体富营养化分布图可以看出,环城河东段水体呈现中度营养状态.

采煤塌陷湿地水质与富营养化评价

PAH湿地公园作为采煤沉陷区生态修复而设计的生态湿地公园,其修复后的湖泊水质情况备受关注。本研究于2023年10月在PAH北湖布置13个采样点,研究分析了氧化还原电位、水温、pH、溶解氧、电导率、透明度、五日生化需氧量、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮、氨氮、总磷、叶绿素、化学需氧量和高锰酸盐指数共15项指标,对其水质和富营养化进行评价。结果表明,北湖内梅罗污染指数均值为0.86,其水质处于清洁状态。综合营养水平指数均值为59.98,北湖水体整体上处于轻度富营养化和中度富营养化的临界状态,北湖部分理化指标呈明显空间异质性。

赣南稀土矿区河流富营养化评价及时空格局

由于人类活动的不断加剧,大量污染物随地表径流进入河流与湖泊,河流与湖泊水质急剧下降,富营养化问题日益凸显.文章采用Landsat-8遥感影像和富营养化遥感评价因子构建赣南稀土矿区河流水体富营养状态遥感评价模型,结合地面实测数据,对模型的精度和适用性进行评价;利用2013-2020年获取的赣南稀土矿区河流水体Landsat-8数据对水体进行富营养状态遥感监测并分析其时空分布.结果表明:(Ⅰ)采用叶绿素浓度作为水体富营养化状态遥感评价的水质因子可以准确反映水体富营养化状态;(Ⅱ)利用2013-2018年鄱阳湖地面实测数据中验证数据对模型进行精度评价,模型MAD为4.48,RMSE为5.29,MAPE为9.59%;(Ⅲ)桃江水体富营养状态占比在2013-2020年期间呈现上升-下降-上升-下降趋势.文章将推进Landsat-8影像数据在内陆水体富营养化状态监测中的利用,为内陆水环境质量评价提供技术支持.

鸣翠湖水体富营养化评价

我国湖泊的富营养化进程十分迅速,已成为我国湖泊面临的重要问题之一。因此,该文以鸣翠湖为例,对其水质富营养化进行研究,结果表明,鸣翠湖水质整体上处于一个富营养的水平。从时间上看,鸣翠湖在3月与11月属于轻度富营养化状态;而在5、7、9月份属于中度富营养化状态。从采样点看,鸣翠湖3号采样点的富营养化程度相对较高。因此,该文提出了加强对外来污染源的控制,减少污染排放、减少内源性污染、健全鸣翠湖的管理体制等措施,以期能为鸣翠湖水体富营养化的改善提供参考。

洪湖水质富营养化评价方法比较

为科学评价水体富营养化程度,在对比分析各种富营养化评价方法基础上,引入卷积神经网络(CNN),建立卷积-富营养化(CNN-E)模型。根据洪湖2014~2019年月尺度水质及藻类监测数据,采用综合营养指数法、BP神经网络法与CNN-E模型评价其富营养化程度,并采用平均绝对误差、均方根误差、决定系数和纳什效率系数评价神经网络模型性能。结果表明,洪湖长期处于轻度富营养状态,富营养化程度不断加重。模型性能方面,CNN-E模型四种评价指标分别优于BP神经网络0.166、0.098、0.078与0.087。CNN-E模型可为湖泊水体富营养化预防及综合治理提供技术支持。

百花湖水体水质参数时空变化分析与富营养化评价

开展百花湖水体水质时空变化分析与多时段水体富营养化评价,对区域居民饮用水安全具有重要的意义。研究基于百花湖2017~2019年4月份(平水期)、8月份(丰水期)、11月份(枯水期)水质数据,采用综合营养状态指数法进行综合评价。结果表明:①百花湖水体水质参数存在较大时空分异,叶绿素a、总氮和高锰酸盐3个水质参数浓度值浮动较大,总磷和透明度相对较平稳;②百花湖水库富营养水平处于中营养-中度富营养之间,年营养水平均整体呈逐年增高后降低的趋势;③5个不同测点中,花桥营养状态最差,岩脚寨和麦西河情况次之,贵铝泵房和大坝情况较好,多呈中营养状态;④百花湖水体营养水平季节差异较大,整体上枯水期水质好于平水期和丰水期。

天目湖2001～2002年环境调查及富营养化评价

2001年6月~2002年5月,中国科学院南京地理与湖泊研究所与溧阳市环保局对天目湖进行了为期一年每月一次的生态调查,在此基础上结合历史资料,探讨了天目湖有关理化参数、水质指标的分布变化规律、水环境现状、富营养化评价及其演化趋势。分析结果表明,温跃层随着季节的变化而呈现增强-稳定-减弱-消失的周期变化;近年来天目湖水质下降极为明显,已经不能完全达到Ⅱ类水标准;全湖透明度在 0.5~2.4 m之间变化,年平均透明度为1.45 m;总氮在2001年至2002年周年平均值为0.54 mg/L,总磷的平均值是0.03 mg/L;年平均藻类个数为5 026万个/L,平均生物量为15.36 mg/L。湖泊达到中富营养化程度,随着渔业生产和游客的逐年增加,还有进一步加速恶化的趋势。

鄱阳湖氮磷营养盐变化特征及潜在性富营养化评价

根据2008-10至2009-07之间4次的记录资料,阐述了鄱阳湖区氮磷营养盐的时间以及空间变化特征,并对硝氮、氨氮、磷酸盐和pH进行了相关分析,对鄱阳湖区进行了潜在性富营养化评价.结果表明:该湖区氮磷营养盐随时间和空间的不同呈现不同的变化规律,湖区水质受河流径流以及浮游植物的影响较大.在时间分布上表现出4月份的N/P比值最小,说明该季节正是浮游植物生长和繁殖最主要时期.在空间分布上表现出鄱阳湖的上游污染物浓度远小于下游污染值,湖区向出湖口浓度有增高趋势.N/P值从10月份的7.8上升至1月份的31.2,随后下降到4月份的7.4,在7月份又上升至8.9.氮磷营养盐和pH表现出不同的相关关系,如在4月份无机氮和pH的相关系数达0.5.综合各项因子的分析可以得出,潜在性富营养化评价结果是鄱阳湖在调查期间为磷污染比较严重.

上海市10个城市公园景观水体富营养化评价

2006年10月至2007年9月以叶绿素a、总氮、总磷、高锰酸盐指数、氨氮等为主要水质指标,选用营养状态指数、多样性指数以及浮游植物优势种等生物指示法对上海市10个公园景观水体的水环境质量进行了分析和评价。结果表明,鲁迅公园、中山公园、黄兴公园、世纪公园的水体水质达到国家地表水环境质量标准(GB3838-2002)Ⅳ类标准;杨浦公园、人民公园、静安公园、共青森林公园水体水质达到Ⅴ类标准;而长风公园及和平公园的水体水质则属劣Ⅴ类。营养状态指数法评价结果表明夏季营养状态指数最高,为中度富营养;冬季最低,为轻度富营养。静安公园水体为中营养水平,和平公园水体接近重度富营养,其他各公园水体均为轻度富营养。运用Shannon-Wiener指数、Margalef指数评价各公园水体水质结果不完全一致,但都表明10个公园水体均受到不同程度的污染。利用浮游植物优势种评价水质结果为:除静安公园和中山公园水体外,其他各公园人工湖均面临着水体富营养化问题。

突变模型势函数的一般表示式及用于富营养化评价

通常的初等突变评价模型仅给出控制变量维数n≤4的突变模型的势函数及相应的归一化公式,对高维(n≥5)的复杂系统需将其分解为若干维数小于4的多层子系统后再递归进行,且一般只给出各评价结果的相对排序。通过对初等突变模型势函数形式和相应的归一化公式的观察、比较和分析归纳,推演出包括任意维的突变模型的势函数形式及其相应的归一化公式。将推导出的突变评价归一化公式和分层递阶降维突变评价模型相结合,实现对指标众多的复杂系统的评价和分类。将突变评价公式应用于北京市21个湖泊的富营养化评价,并与多种评价方法进行了比较。结果表明,除1个湖泊的评价结果有相邻一级之差外,其余20个湖泊的评价结果完全一致,表明推演出的高维突变势函数形式和归一化公式是合理的。将其用于湖泊富营养化评价具有简单、实用的特点。

基于水质状态和生态响应的综合富营养化评价模型——以山东半岛典型海域富营养化评价为例

对前期构建的长江口及其邻近水域的富营养化评价模型作了进一步改进,并根据2006年至2007年春夏秋冬四个季节的山东半岛典型海域的调查资料,将该模型应用于山东半岛典型海域的富营养化评价。评价结果表明:在"优、良、中、差、劣"五个富营养化等级中,山东半岛大部分海湾和近岸海域出现"中"到"差"程度的富营养化状况,且海湾内富营养化程度明显高于近岸海域。较突出的富营养化症状主要是夏秋季节高浓度的叶绿素水平和周期性发生的有毒有害藻华。烟台四十里湾、丁字湾和青岛胶州湾是山东半岛富营养化状况较严重的三个海湾。仅少数海域,如日照北部近海和黄岛近海的富营养化程度处于"良"的等级。评价模型同时包含富营养化压力因素(水质状态)和效应因素(生态响应)两个方面,在指标评分上不仅考虑评价浓度,还考虑浓度出现的频率和空间覆盖度等方面,以及对各指标合理分配权重,使得评价模型更能准确、全面地反映海域富营养化状况。

营养度指数法在寒地湖泊富营养化评价中的应用

针对北方寒地湖泊富营养化评价问题 ,采用营养度指数法 ,对北方寒地湖泊富营养化程度定量化进行了深入的研究 .阐述了参数因子选择、因子权重确定、参数物理量标准归一化等三方面问题所涉及到的数学方法 ,并选择了二龙山水库具有代表性的监测数据对寒地湖泊水体富营养化程度进行了评价 .评价结果更接近于客观实际环境 。

肇庆星湖浮游植物状况及其富营养化评价

研究了 1 996年 4月至 1 997年 7月肇庆星湖 5个子湖泊浮游植物种类和数量变化。在 1 996年 4月至 1 997年 7月 6次采样中 ,共鉴定出浮游植物 82种 ,其中绿藻门 37种 ,其次为硅藻和蓝藻门 ,优势种有鼓藻、栅藻、衣藻、席藻、直链藻、多甲藻和裸藻等。大多数采样点年平均浮游植物密度为 1 0 4 个 /L至 1 0 5个 /L,整个湖泊年平均密度为 4.2 8× 1 0 5个 /L。星湖各子湖泊全年的总氮、总磷含量分别低于 1 mg/L和 0 .1 mg/L ,以叶绿素 a、总氮、总磷、氨氮、COD和 BOD为参数的营养状态指数 (TLI) ,除波海湖外均小于 50。根据浮游植物种类和密度及综合营养状态指数评价结果 ,星湖的富营养化状况属于中营养化至富营养化之间 ,其中波海湖已达到富营养化水平 ,5个湖泊的富营养化程度由高至低依次为 :波海湖、仙女湖、里湖、青莲湖、中心湖。

重庆长寿湖富营养化评价及氮磷平衡研究

利用营养状态卡森指数和综合营养状态指数评价长寿湖富营养状况,结果表明各监测点均达到富营养化水平。长寿湖富营养化主要影响因子氮磷的输入输出研究结果为:氮输入总量7914 6t/a ,主要来源为上游来水,占总量约70 % ;磷输入总量5 91 84t/a ,主要来源为农田径流,占总量约4 7% ;氮磷输出量分别为2 4 19 5t/a和12 0 2t/a,截留率分别为6 9 4 %和79 7%。结合该地的实际情况,指出了防止湖泊富营养化加重。

人工神经网络模型在太湖富营养化评价中的应用

根据湖泊富营养化程度影响因素多,评价因素与富营养化等级之间关系复杂且是非线性的特点,研制了一个能自动对湖泊富营养化程度做出正确评价的BP人工神经网络模型,并在太湖富营养化评价中得到了应用.结果表明:只要把观测数据提供给网络,借助计算机就可获得能客观地反映水质富营养化状况的评价结果;对于富营养化标准样本,一旦训练完毕,只需通过简单的加法和乘法运算,就可对湖泊水质富营养化程度进行评价.

综合遥感与地面观测的巢湖水体富营养化评价

提出一种将地面观测数据空间插值与遥感反演结合的湖泊富营养化评价方法与业务化运行模式。对叶绿素a等可反演参数利用遥感影像反演,并利用实测值校正获得高精度反演结果;对总磷等不易反演参数采用空间插值获取全湖区数据,采用综合营养指数法对巢湖富营养化状态进行反演,获得2015年5月12日巢湖富营养化状态空间分布情况。结果表明,巢湖全湖为轻度和中度富营养化状态,呈现出西半湖高于东半湖的总体空间分布趋势。结合相关数据对巢湖富营养化成因进行推断,认为南淝河等上游河流各类营养物质输入量较大是造成西半湖北部富营养化严重的主要成因;西南部杭埠河等河流氮磷输入量较大,但其他营养物质输入较少,使得该区域总体呈现出富营养化程度偏低的现象。

一种改进的集对分析法在湖泊富营养化评价中的应用

将构建的湖泊富营养化评价标准集合和"比较标准"集合组成一个集对,并针对集对分析中联系数表达式的差异度系数i取值的不确定性,采用遗传算法对i的取值进行优化。将优化后的集对分析联系数表达式用于我国若干湖泊富营养化评价,其评价结果与用其他多种方法的评价结果基本一致,亦与湖泊富营养化实况相符合,为i值的确定和湖泊富营养化评价提供了一种可行的方法。

真光层深度的遥感反演及其在富营养化评价中的应用

真光层深度直接影响水体中浮游植物的分布和初级生产力以及水体生态环境，是水生态研究的一个重要参数。利用2006年10月24日-11月2日太湖水下实测光谱数据和光合有效辐射（PAR）数据，通过数据的处理和分析，尝试建立真光层深度与水面以下遥感反射率的关系模型，并利用真光层深度与透明度的关系，建立水体富营养化真光层深度评价模型。研究结果表明：真光层深度与归一化遥感反射率具有很好的相关性；选用特定波段的归一化反射率作为变量，建立两者的关系模型能较好的反演真光层深度，所建立的模型算法中，指数模型拟合办科的综合效果好于其他模型，波段比值算法反演精度要好于单波段算法；利用利用真光层深度进行寓营养化评价具有一定的应用价值，利用该模型对太湖水体进行富营养化评价，得出太湖西部湖区大部分已富营养化，东部湖区处于小营养化和轻度富营养化状态。

模糊数学在洪湖富营养化评价中的应用

为了更准确地反映洪湖营养化状态,为更有效地管理湖泊提供决策依据,选取模糊数学方法对洪湖的河流入湖区、养殖区、开阔水体、湿地保护区及全湖的营养化状态作了评价,并用该方法评价结果与综合营养状态指数法评价结果作了比较。洪湖入湖区的总磷、总氮、高锰酸盐指数、叶绿素а和透明度的监测结果分别是0.126 mg·L-1,1.86mg·L-1,5.16 mg·L-1,3.70μg·L-1和0.95 m;养殖区为0.079 mg·L-1,1.77 mg·L-1,5.41 mg·L-1,3.00μg·L-1和0.81 m;开阔区为0.056 mg·L-1,1.32 mg·L-1,5.06 mg·L-1,2.60μg·L-1和0.61 m;保护区为0.050 mg·L-1,1.04 mg·L-1,4.91mg·L-1,3.23μg·L-1和0.92 m;全湖为0.065 mg·L-1,1.41 mg·L-1,5.20 mg·L-1,3.30μg·L-1和0.73 m。模糊数学方法评价的结果是:河流入湖区与养殖区轻度富营养化,开阔水体、湿地保护区和全湖中营养。综合营养状态指数法的评价结果是:河流入湖区轻度富营养化,养殖区、开阔水体、湿地保护区和全湖中营养。结合监测结果可判断:模糊数学评价法的评价结果比综合营养状态指数法的结果与实际情况更吻合,洪湖全湖有富营养化趋势。

鄱阳湖水质变化特征及水体富营养化评价

为及时掌握鄱阳湖水生态环境变化,分别于2017年4月(平水期)、8月(丰水期)、12月(枯水期)采集了湖区表层水样,对水质理化参数进行了测定分析,并通过单因子指数法和综合营养状态指数法对水质进行了综合评价。结果表明:鄱阳湖水体理化参数存在显著的时空差异,水质总体为Ⅴ类水。其中,枯水期水质最差,丰水期水质相对较好。不同时期各样点水体pH值、溶解氧、高锰酸盐指数、氨态氮等指标均达到或优于Ⅲ类标准,但大部分水域的总氮和总磷为Ⅳ类或Ⅴ类水。鄱阳湖平、丰水期为中营养状态,并向轻度富营养化过渡,枯水期表现为轻度富营养状态。湖口至屏峰、都昌至棠荫两段水域3个时期总体呈现轻度富营养状态,而星子至都昌水域为中营养。