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基于混合策略改进的LightGBM土壤污染预测模型

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电子测量技术 2023年第16期46卷 10-15页

作者：李文杰王占刚北京信息科技大学信息与通信工程学院北京100101

社会经济快速发展,然而土壤污染中重金属污染所占的比例越来越大,对生态环境和人们的生命健康造成了巨大的威胁。针对以上问题,提出一种基于混合策略改进的土壤重金属污染预测模型,即先采用随机森林选出最优特征子集,再利用随机搜索对Li... 详细信息

社会经济快速发展,然而土壤污染中重金属污染所占的比例越来越大,对生态环境和人们的生命健康造成了巨大的威胁。针对以上问题,提出一种基于混合策略改进的土壤重金属污染预测模型,即先采用随机森林选出最优特征子集,再利用随机搜索对LightGBM参数进行优化,最后通过训练得到的LightGBM模型预测土壤的内梅罗综合污染指数,从而得出土壤重金属污染状况。以我国华北平原的某区域为研究区,并与RS-LightGBM、LightGBM、SVR模型的预测结果进行对比。结果表明,所提模型的均方误差、平均绝对误差相比于LightGBM模型分别降低了69.09%、39.09%,决定系数相比于LightGBM模型提高了6.11%。上述结果表明本论文提出的模型可以有效应用于土壤重金属污染预测研究中。

关键词：污染预测 LightGBM 随机森林随机搜索

基于BP神经网络的重点行业企业周边土壤重金属污染预测及评价

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华中农业大学学报 2019年第4期38卷 55-62页

作者：范俊楠张钰贺小敏郭丽施敏芳陈浩湖北省环境监测中心站武汉430072 湖北省计量测试技术研究院武汉430223 华中农业大学理学院武汉430070

对湖北省重点区域行业企业周边土壤理化指标和重金属含量进行监测;利用监测数据建立含有13输入、1个隐含层和6输出的3层BP神经网络模型,预测监测区域Mn、Co、V、Ag、Tl、Sb含量,综合重金属监测结果和预测结果,采用内梅罗指数对研究区域... 详细信息

对湖北省重点区域行业企业周边土壤理化指标和重金属含量进行监测;利用监测数据建立含有13输入、1个隐含层和6输出的3层BP神经网络模型,预测监测区域Mn、Co、V、Ag、Tl、Sb含量,综合重金属监测结果和预测结果,采用内梅罗指数对研究区域进行污染评价。结果表明,研究区域重金属存在不同程度超标情况,最大超标倍数范围为1.8~156.1倍;Mn、Co、V、Ag、Tl、Sb等6项重金属预测结果与实际测试结果相对误差范围在0.3%~19.9%,Mn、V、Ag、Tl、Sb在置信度为99%时均呈显著性相关(P预测模型具有良好的精准度;基于BP神经网络模型预测结果的内梅罗污染指数未超过警戒限的比例为77.3%,达轻度污染比例17.4%,达中度、重度污染比例均为4.0%。

关键词：土壤重金属污染 BP神经网络内梅罗污染指数人工神经网络污染预测土壤评价

基于Visual MODFLOW 某生活垃圾处理场飞灰填埋场地下水污染预测

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中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 2022年第11期 0169-0180页

作者：刘振龙蒙发强黄迪川广西壮族自治区第四地质队广西南宁530031

本论文选取某个生活垃圾处理场飞灰填埋场作为评价区,根据现状评价区内地下水的水质现状、以及项目污染源的分布及类型,用数值法选取COD和NH3-N特征污染物作为预测因子,对评价区进行地下水环境影响预测评价。通过情景假定,采用Visual Mo... 详细信息

本论文选取某个生活垃圾处理场飞灰填埋场作为评价区,根据现状评价区内地下水的水质现状、以及项目污染源的分布及类型,用数值法选取COD和NH3-N特征污染物作为预测因子,对评价区进行地下水环境影响预测评价。通过情景假定,采用Visual Modflow数值模型方法予对项目运营进行模拟、预测、分析发现:假定场地内污水处理池底由于遭受地基不均匀沉降事故导致污水渗漏液直接渗漏入含水层中时,将会对地下水环境产生较严重的影响,则10天后评价区内下游0-50m范围内地下水将受到污水渗滤液污染,污染晕COD浓度0~600mg/L、NH3-N浓度0~45mg/L;100天后下游20-200m范围内地下水将受到污水渗滤液污染,污染晕COD浓度0~20mg/L、NH3-N浓度0~1.6mg/L;500天后下游50-350范围内地下水将受到污水渗滤液污染,污染晕COD浓度0~6mg/L、NH3-N浓度0.5mg/L;1000天后下游100-500范围内地下水将受到污水渗滤液污染,污染晕COD浓度0~0.9mg/L、NH3-N浓度0.09mg/L.污水渗漏液进而污染致东北侧谷地一带。但随着时间推移和地下水净化作用下污染晕浓度逐渐变小,并逐渐消失。且在目前假定的情景下污染渗漏1000天后COD和NH3-N污染物的浓度达到Ⅲ类地下水标准。

关键词：飞灰填埋数值模拟污染预测环境影响评价

基于三次指数平滑法的乌鲁木齐市声环境质量污染预测及应用

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环境科学导刊 2022年第5期41卷 84-89页

作者：韩芹芹李凡王涛张守斌乌鲁木齐市环境监测中心站新疆乌鲁木齐830011 新疆维吾尔自治区自然资源厅机关服务中心新疆乌鲁木齐830002 中国环境监测总站北京100012

以2011—2021年乌鲁木齐市区域声环境和道路交通声环境常规监测数据作为研究对象,对全市声环境总体水平进行评价并建立静态及动态三次指数平滑模型,模型预测值与乌鲁木齐市的声环境污染状况基本一致,预测效果比较可靠,因此该模型可用于... 详细信息

以2011—2021年乌鲁木齐市区域声环境和道路交通声环境常规监测数据作为研究对象,对全市声环境总体水平进行评价并建立静态及动态三次指数平滑模型,模型预测值与乌鲁木齐市的声环境污染状况基本一致,预测效果比较可靠,因此该模型可用于首府城市声环境质量短期及中期预测,并用该模型对未来10年的声环境污染水平进行预测。结果显示:2022—2031年,乌鲁木齐市区域声环境质量水平总体保持在54.5dB(A)以内,道路交通声环境质量水平总体保持在65.0dB(A)以内,声环境质量将继续处于一个相对平稳的阶段,预测结果将为上级管理部门今后开展噪声污染防治工作提供依据。

关键词：指数平滑法区域声环境道路交通声环境污染预测乌鲁木齐市

基于地统计学的鄱阳湖经济区城市土壤中重金属污染评价与预测

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基于地统计学的鄱阳湖经济区城市土壤中重金属污染评价与预测

作者：罗一茗南昌大学

学位级别：硕士

鄱阳湖生态经济区作为江西省重要的经济发展中心群,拥有大量的工农企业坐落于此,这些农业生产过程大量使用的含有重金属的肥料以及工业企业排放的大量含有重金属的“三废”污染物通过大气沉降和水土物质交换等过程,进入土壤环境,引起土... 详细信息

鄱阳湖生态经济区作为江西省重要的经济发展中心群,拥有大量的工农企业坐落于此,这些农业生产过程大量使用的含有重金属的肥料以及工业企业排放的大量含有重金属的“三废”污染物通过大气沉降和水土物质交换等过程,进入土壤环境,引起土壤中重金属含量超标。由于土壤环境与食物链、人类生活息息相关,本研究将鄱阳湖生态经济区土壤中的重金属含量作为研究重点,探索重金属在土壤中的污染分布,对土壤重金属污染进行合理的评价,期为研究区域人类社会可持续发展提供理论支撑。采集来自鄱阳湖生态经济区人口密度较大区域的72个土壤样品,采用国标方法测定其Cu、Zn、Pb、Cd、Cr、Ni、Hg、As等八种重金属元素的含量,并结合地统计学知识,运用ArcGIS软件对重金属元素的分布进行地理插值分析,采用多种污染评价和危害评估方法对污染进行风险评估。研究结论如下:(1)所有元素在各采样点均表现出了不同程度的超标,南昌市研究区土壤中Cu、Pb、Ni含量相对较高,鹰潭市研究区土壤中的Cu、Pb含量相对较高,景德镇市研究区土壤中Zn、Cd、Hg含量相对较高,九江市研究区土壤中Zn、Cr、Ni、Hg含量相对较高,且这四个城市污水处理厂污泥中重金属的含量分布和土壤中大致相同。八种重金属可以分为交通源(Cu、As、Pb)、工业源(Cd、Hg)和农业源(Cr、Ni、Zn)三大类。影响因子PH和TOC分别对Hg元素和Hg、Zn、Cu元素有一定的影响,可以通过调节土壤pH和TOC含量,对Hg、Cu和Zn元素进行-定的控制。(2)克里金污染插值分析结果表明,南昌市重金属污染在北部较集中;鹰潭市研究区东部的主要污染来自Cu、Zn、Hg,西部主要是Pb元素,南部主要是Cd、As元素;景德镇市研究区Cu元素在边缘部分地区污染较高,西南方向主要为Zn、Ni、Hg元素;九江市研究区分布在西南方向主要为Cu、Hg元素,西北方向主要为Pb元素,东北方向主要为Ni和As元素,中部主要为Zn元素,北部主要为Cd元素,东部地区主要为Cr元素。(3)单因子指数、Muller指数和单因子生态风险指数都表明重金属元素Cd的污染相对较重,而Zn和Cr的污染相对较轻,内梅罗指数和综合生态风险指数均说明鹰潭市的污染程度相对最重。重点关注Cd元素和鹰潭市土壤的重金属污染,可有效改善鄱阳湖生态经济区的土壤环境质量。(4)人体健康风险评价法显示经口腔摄入的非致癌健康风险和Cd、Cr、Ni、As的致癌风险最大,经皮肤接触摄入其次,呼吸系统摄入时的综合健康风险最小,且儿童比成人更易受到重金属带来的非致癌和致癌风险影响。(5)对南昌市Cu、As的污染预测结果显示:乐观情形下,2029年两种重金属的污染将比2014年轻;无突变情形下,2029年两种重金属的污染将略高于2014年;悲观情形下,2029年两种重金属的污染将明显高于2014年。

关键词：重金属地统计学 GIS 污染评价生态风险健康风险污染预测

基于BP神经网络的污染场地土壤重金属和PAHs含量预测

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环境科学研究 2021年第9期34卷 2237-2247页

作者：任加国龚克马福俊谷庆宝武倩倩山东科技大学地球科学与工程学院山东青岛266590 中国环境科学研究院环境基准与风险评估国家重点实验室北京100012

受土壤检测成本和项目周期等因素制约,污染场地土壤经常存在检测数据缺失的现象,如何利用有限的检测数据获得更全面的信息成为当前研究热点.以某金属加工厂污染场地为研究对象,运用多元统计方法分析土壤样品中重金属(As、Zn、Cu、Pb、Ni... 详细信息

受土壤检测成本和项目周期等因素制约,污染场地土壤经常存在检测数据缺失的现象,如何利用有限的检测数据获得更全面的信息成为当前研究热点.以某金属加工厂污染场地为研究对象,运用多元统计方法分析土壤样品中重金属(As、Zn、Cu、Pb、Ni、Cd、Cr)和多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)〔苯并[a]芘(BaP)、二苯并[a,h]蒽(DBA)、苯并[k]荧蒽(BkF)、苯并[b]荧蒽(BbF)、苯并[a]蒽(BaA)、萘(Nap)、艹屈(Chr)〕之间的关联性,并以此为基础,利用已知数据建立BP神经网络模型,预测缺失土壤样本中重金属和PAHs的含量.结果表明:与GB 36600—2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》中的风险筛选值对比,重金属超标率表现为w(Ni)>w(Cu)>w(As)>w(Pb)>w(Zn)=w(Cd)>w(Cr),除w(Chr)未超标外,其他6种PAHs按超标率排序为w(BaP)>w(DBA)>w(BbF)=w(BaA)>w(Nap)>w(BkF).重金属Zn与Pb、As与Cd关联性较好,Cu与Ni关联性较好,Cr与其他6种重金属关联性较差,PAHs中除Nap外,BaP、DBA、BkF、BbF、BaA和Chr彼此关联性均较好;构建的BP神经网络模型的污染物浓度预测值与实测值的决定系数(R 2)范围为0.812~0.993,模拟效率系数(NSE)范围为0.779~0.959,均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)均较小.研究显示,研究区土壤重金属和PAHs含量整体存在不同程度的超标现象,构建的BP神经网络模型对污染物浓度预测结果准确可靠,利用该模型对土壤污染进行空间分析与评价具有可行性,且关联性较弱的因子作为输入参数能进一步提高预测模型的精度.

关键词：污染土壤重金属多环芳烃(PAHs) BP神经网络污染预测

基于光谱参数和Cu^(2+)吸收机理的玉米叶片铜污染预测研究

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科学技术与工程 2017年第33期17卷 104-111页

作者：夏天杨可明刘聪张文文张伟中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院北京100083

依据多个浓度梯度下Cu^(2+)胁迫的玉米盆栽实验,通过采用多种光谱特征参数、红边位置(REP)、红边一阶微分包围面积(FAR)和归一化植被指数(NDVI)等光谱参量;以及另五种植被指数(红边归一化植被指数NDVI_(705),改进红边比值植被指数mSR_(7... 详细信息

依据多个浓度梯度下Cu^(2+)胁迫的玉米盆栽实验,通过采用多种光谱特征参数、红边位置(REP)、红边一阶微分包围面积(FAR)和归一化植被指数(NDVI)等光谱参量;以及另五种植被指数(红边归一化植被指数NDVI_(705),改进红边比值植被指数mSR_(705),改进红边归一化植被指数mNDVI_(705),光化学植被指数PRI和结构不敏感色素指数SIPI);并结合Cu^(2+)的光谱吸收机理,同时基于玉米叶片的反射光谱和Cu^(2+)含量实验室实测数据,开展了玉米叶片光谱参数及植被指数与铜污染程度预测的相关性分析研究。实验结果表明:本文提到的大部分光谱参数及植被指数与叶片中Cu^(2+)含量具有一定的相关性;随着Cu^(2+)浓度增加,盆栽玉米在低于200μg/g浓度时仍可正常生长;而在高于浓度为200μg/g后生长受到抑制。玉米受Cu^(2+)污染时,在Cu^(2+)特征吸收峰810 nm处反射率有下降趋势,与无Cu^(2+)污染时反射率上升的趋势相反,说明Cu^(2+)光谱吸收机理可以用来区分和预测玉米是否受到Cu^(2+)污染。

关键词：高光谱遥感盆栽玉米重金属铜光谱参数光谱吸收机理污染预测

基于过程模拟的地下水污染预测及风险评价——以淮安某化工厂为例

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基于过程模拟的地下水污染预测及风险评价——以淮安某化工厂为例

作者：马群宇南京农业大学

学位级别：硕士

地下水水质安全直接影响着人类健康与发展,地下水污染预测作为地下水环评中具有前瞻性的部分,对地下水污染防治意义重大。而地下水污染风险评价作为地下水保护的基础性工作,已成为地下水监管中重要的手段。2016年1月7日,《环境影响评价... 详细信息

地下水水质安全直接影响着人类健康与发展,地下水污染预测作为地下水环评中具有前瞻性的部分,对地下水污染防治意义重大。而地下水污染风险评价作为地下水保护的基础性工作,已成为地下水监管中重要的手段。2016年1月7日,《环境影响评价技术导则—地下水环境》(HJ 610-2016)颁布并实施,在落实简政放权,放管结合,优化服务具体措施并简化环评流程的基础上,对建设项目地下水环境影响评价提出了更高的要求。《导则》中明确要求二级评价采用数值法或解析法进行影响预测。目前,数值法已经有相对成熟的软件,但均为商业性质,普遍存在价格昂贵、模拟周期长的问题。本研究以解析法为基础,实现地下水溶质运移解析模型模拟可视化,为地下水污染预测及风险评价提供技术支撑。本文首先利用一维稳定流动一维水动力弥散解析模型在不同条件下的解析解,实现溶质运移解析模型模拟可视化,对特征污染物的污染程度和污染范围进行预测;其次,提出以保护地下水为目标的风险评价方法,并以某化工厂为案例进行了地下水污染预测与风险评价实证研究,以期为同类建设项目的地下水污染预测与风险评价提供一种简单有效的新方法。主要研究结果如下:(1)溶质运移解析模型模拟可视化以Excel为平台,结合VB编程实现了一维稳定流动一维水动力弥散模型的可视化操作界面,包括界面设计,参数输入设计,编写代码和结果输出四个部分,为地下水环评提供了新的思路和方法。(2)地下水污染预测以淮安某化工厂为例,利用一维稳定流动一维水动力弥散解析模型进行预测,结果如下:突发事故后100d,高锰酸盐指数最大迁移距离11.6m,镍最大迁移距离10.8m,分别超出厂界范围8.8m和8.0m,地下水中污染物扩散速度快,因此本项目场地建设时应重点做好防渗处理,并对污染源进行定期跟踪监测,一旦发现泄漏,及时处理应急措施,项目运行期加强设备维修和生产管理,防止滴漏等无组织排放,同时规范工程防渗分区。(3)地下水污染风险评价利用构建的基于过程模拟的地下水污染风险评价方法,参照地下水质量标准划分风险等级后进行风险评价,结果如下:W1属于低污染风险等级,W2属于较高污染风险等级,有向高污染风险靠近的趋势,W3属于中等污染风险等级。因此工厂在生产过程中需对排污管道、污水处理设备进行定期检查,将污染物泄漏的地下水风险事故降低到最低程度,制定风险应急预案和应急治理程序,一旦发生重大污染事故,立即采取应急措施,防止其向下游进一步扩散。

关键词：地下水污染预测解析解溶质运移风险评价

盘山县某化工园区非正常工况下地下水污染预测与防治

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盘山县某化工园区非正常工况下地下水污染预测与防治

作者：严冬冬辽宁工程技术大学

学位级别：硕士

本文通过分析某化工园区周边的水文地质条件和地下水水质现状,利用现有的地下水水质的空间分布资料、地下水现状监测的资料及相关的研究成果,建立污染因子随地下水流运移和弥散模型,采用Visual MODFLOW 4.2软件模拟分析,预测地下水污染... 详细信息

本文通过分析某化工园区周边的水文地质条件和地下水水质现状,利用现有的地下水水质的空间分布资料、地下水现状监测的资料及相关的研究成果,建立污染因子随地下水流运移和弥散模型,采用Visual MODFLOW 4.2软件模拟分析,预测地下水污染物的运移规律,为预防与控制环境恶化、保护地下水资源和环境管理提供科学依据。通过地下水污染模拟得出：在正常工况下,化工园区不会对该地区地下水造成污染;非正常工况下,由于排水管道发生泄漏,硫化物和氨氮分别以600mg/L和50mg/L的浓度排放时,5年后,污染物超出厂区,对厂区周边的居民饮用水以及灌溉用水造成影响,10年后污染物超出厂区位置更远,污染浓度更大。针对本次模拟结果提出了地下水污染防治措施,采用源头控制和分区控制等方式作为防污措施,以确保在非正常工况下也能保证对该地区地下水不会造成污染。

关键词：地下水水文地质条件污染预测硫化物氨氮