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基于注意力机制优化的BiLSTM珠江口水质预测模型

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环境科学 2024年第6期45卷 3205-3213页

作者：陈湛峰李晓芳广东省生态环境监测中心广州510308

为提高珠江口水质预测精度和稳定性,提出了基于时间和特征双注意力机制优化的Bi LSTM水质预测模型,引入特征注意力机制强化模型捕获参数重要特征能力,加入时间注意力机制提高对时间序列相关性信息及水质波动细节信息的挖掘能力.将新模... 详细信息

为提高珠江口水质预测精度和稳定性,提出了基于时间和特征双注意力机制优化的Bi LSTM水质预测模型,引入特征注意力机制强化模型捕获参数重要特征能力,加入时间注意力机制提高对时间序列相关性信息及水质波动细节信息的挖掘能力.将新模型应用于珠江8个入海口水质预测,开展预测性能试验、泛化能力试验和特征参数扩展性试验.结果表明:①新模型在珠海大桥水质预测取得了较高的预测精度,预测值与实测值的均方根误差RMSE为0.0041 mg·L^(-1),决定系数R^(2)为98.3%.与Multi-Bi LSTM、Multi-LSTM、Bi LSTM和LSTM对比,表明新模型预测精度最高,验证了模型的精准性.②训练样本数量和预测步数均对模型预测精度产生影响,模型预测精度随着训练样本的增加而提升,海珠大桥断面总磷预测时,240组以上训练样本可获得较高预测精度;增加预测步数,会使模型预测精度迅速下降,预测步数大于5步时无法保障模型预测的可靠性.③将新模型应用于珠江8个入海口不同水质指标预测,预测结果均取得较高精度,模型具有较强的泛化能力;输入对象断面预测指标相关联的上游来水、降雨量等特征参数,能够提高模型预测精度.通过多方面多次试验,结果表明新模型能够较好地满足珠江口水质预测精度、适用性和扩展性要求,为复杂水动力环境水体水质高精度预测进行了新的探索.

关键词：特征注意力机制时间注意力机制 BiLSTM模型 LSTM模型珠江口水质预测

郑州市冬春季PM_(2.5)中金属元素污染特征、来源及健康风险评估

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环境科学 2024年第5期45卷 2548-2557页

作者：陶杰闫慧姣徐艺斐荆海涛河南省郑州生态环境监测中心郑州450007

于2021年1月和4月利用在线金属分析仪对郑州市大气PM_(2.5)中的18种金属元素进行连续测定,分析了元素浓度变化特征;采用富集因子、正定矩阵因子分解法(PMF)和特征雷达图对金属元素进行溯源;采用美国EPA健康风险评价模型评估其健康风险,... 详细信息

于2021年1月和4月利用在线金属分析仪对郑州市大气PM_(2.5)中的18种金属元素进行连续测定,分析了元素浓度变化特征;采用富集因子、正定矩阵因子分解法(PMF)和特征雷达图对金属元素进行溯源;采用美国EPA健康风险评价模型评估其健康风险,并通过后向轨迹法和浓度权重轨迹法(CWT)分析了健康风险的潜在源区.结果表明,春季元素浓度较高,Fe、Ca、Si和Al浓度之和分别占冬季和春季总元素浓度的89.8%和87.5%.Cd属于重度富集,受人为污染影响严重.冬季Pb、Se、Zn、Ni、Sb和K以及春季Cr、Ni、Fe、Mn、V、Ba、Ca、K、Si和Al浓度随污染等级的提高而增加.PMF源解析和特征雷达图结果表明,冬春两季金属元素主要来源为工业源、地壳源、机动车源和混合燃烧源,冬季多发生工业源和混合燃烧源污染,春季多发生地壳源污染.冬春两季均存在明显的非致癌风险,冬季健康风险更严重,Mn造成明显的非致癌风险.冬季健康风险主要受郑州及周边城市传输影响和西北方向远距离输送影响,春季健康风险主要受郑州及周边城市影响.

关键词：郑州市正定矩阵因子分解法(PMF) 特征雷达图健康风险潜在源区

典型矿冶城市土壤重金属累积驱动因子研究和概率风险评估

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地学前缘 2024年第2期31卷 31-41页

作者：丁祥袁贝杜平刘虎鹏张云慧陈娟生态环境部土壤与农业农村生态环境监管技术中心北京100012 泰州市生态环境监测站江苏泰州225300 中国环境科学研究院北京100012

明确土壤重金属来源及其健康风险是有效开展土壤污染风险管控的重要环节。本研究以某典型矿冶城市作为研究案例,采用地累积指数法(I_(geo))评价8种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Hg)的污染特征,结合相关分析和正定矩阵因子分解(P... 详细信息

明确土壤重金属来源及其健康风险是有效开展土壤污染风险管控的重要环节。本研究以某典型矿冶城市作为研究案例,采用地累积指数法(I_(geo))评价8种重金属(As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn和Hg)的污染特征,结合相关分析和正定矩阵因子分解(PMF)模型分析土壤重金属的潜在来源,进一步应用冗余分析探索土壤重金属累积的环境驱动因子,借助健康风险评估模型量化土壤重金属的风险水平。I_(geo)结果显示,Cd污染处于中度污染水平,Cu、Pb和Zn污染处于轻度污染水平。依据PMF模型确定研究区域土壤重金属存在4个可能的污染来源,结合相关分析和区域特征,判断污染来源包括铅锌矿采选和冶炼源(Cd和Pb)、自然源与铜矿采选和冶炼的混合源(Cr、Ni、Cu和Pb)、有色金属冶炼排放源(Hg)、金矿采选和冶炼源(As),其中自然源和铜矿采选、冶炼的混合源是最主要的来源(70.10%)。冗余分析进一步明确,阳离子交换量、含水率和企业距离是土壤重金属累积的关键驱动因子。从健康风险评估结果来看,研究区域土壤重金属对儿童存在不可接受的致癌风险(概率为15.21%),对成人的致癌风险以及对儿童和成人的非致癌风险处于可接受风险水平。值得注意的是,As是研究区域主要的致癌因子,致癌风险的95%分位值(1.75×10-4)超过可接受风险阈值1×10-4。上述研究结果可为研究区域土壤重金属的优先管控和污染防治提供数据支撑。

关键词：矿冶城市土壤重金属源解析 PMF模型冗余分析概率风险评估

广东新丰江水库极端旱情期浮游藻类功能群特征及与环境因子的关系

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湖泊科学 2024年第2期36卷 416-429页

作者：张辉彭宇琼邹贤妮张婷婷廖志惠林小平乔永民陈瑞广东省河源生态环境监测站河源517000 暨南大学水生生物研究所广州510632

为了解极端旱情对新丰江水库的浮游植物功能群(functional group)的演替规律及驱动机制,在干旱期以月为频次开展浮游植物和水质调查。结果表明,水库旱情期(2021年)浮游植物功能群可归类为23个,其中功能群A/E/F/J/K/L_(o)/M/MP/NA/P/SN/T... 详细信息

为了解极端旱情对新丰江水库的浮游植物功能群(functional group)的演替规律及驱动机制,在干旱期以月为频次开展浮游植物和水质调查。结果表明,水库旱情期(2021年)浮游植物功能群可归类为23个,其中功能群A/E/F/J/K/L_(o)/M/MP/NA/P/SN/TB/X1/X2/X3/Y频率较高,且A/E/F/J/L_(o)/MP/P/X3/Y为优势功能群,水库功能群变化趋势为A/E/MP/P/X3(1月)→E/L_(o)/MP(2月)→A/E/L_(o)(3月)→A/E/L_(o)(4月)→A/L_(o)(5月)→A/L_(o)/Y(6月)→A/F/L_(o)/MP/Y(7月)→A/F/L_(o)/Y(8月)→A/F/L_(o)(9月)→A/F/L_(o)/MP(10月)→A/E/F/L_(o)/MP/Y(11月)→A/E/L_(o)(12月)。适应贫营养生境的功能群A/E/L_(o)/Y等为旱情期藻类群落结构的主体优势类群。相关分析(Spearman)和冗余分析(RDA)结果表明,旱情期影响水库浮游植物功能群组成的主要驱动因子是水温和透明度。水库月度生态状态指数(Q)值范围为4.07~4.87,达到极好水平,说明旱情对新丰江水库浮游植物群落结构影响相对较弱。

关键词：新丰江水库极端旱情功能群环境因子

千岛湖沉积物中碳、氮、磷的分布特征及污染评价

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环境监测管理与技术 2024年第2期36卷 38-43页

作者：张明唐访良程新良徐建芬郑文婷许燕冰浙江省杭州生态环境监测中心浙江杭州310007 杭州市淳安生态环境监测站浙江杭州311700

通过测定千岛湖柱状沉积物中有机质(OM)、总氮(TN)和总磷(TP)含量,分析其污染分布特征,并评价污染水平。结果表明,千岛湖沉积物中OM、TN、TP平均值分别为1.44%、1.86 mg/g、0.89 mg/g。空间分布差异明显,城区库湾、新安江干流沿线污染... 详细信息

通过测定千岛湖柱状沉积物中有机质(OM)、总氮(TN)和总磷(TP)含量,分析其污染分布特征,并评价污染水平。结果表明,千岛湖沉积物中OM、TN、TP平均值分别为1.44%、1.86 mg/g、0.89 mg/g。空间分布差异明显,城区库湾、新安江干流沿线污染相对较重;垂直分布,OM、TN、TP整体上均从湖底由下而上呈逐步上升变化过程。相关性分析表明,该湖沉积物中OM、TN、TP具有较高的同源性,氮、磷多以有机形式存在。C/N值表明,该湖沉积物中有机质主要来自内源的水生生物分解。评价结果显示,综合污染指数范围为1.1~4.2,该湖整体上处于重度污染水平,TP污染重于TN;有机指数范围为0.04~0.52,整体上属于轻度污染水平。

关键词：有机质总氮总磷沉积物分布特征污染评价千岛湖

珠三角典型河道49种抗生素污染现状及风险评估

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中国环境监测 2024年第1期40卷 173-182页

作者：何蕴琦陈弘丽广东省中山生态环境监测站广东中山528400

为评估抗生素在珠三角地表水中的生态及健康风险,在石岐河布设20个监测点位,分别采集丰水期和枯水期样品,用固相萃取/超高效液相色谱-质谱法对4大类共49种抗生素进行检测。结果显示,在丰水期和枯水期样品中共检出抗生素30种,检出种类和... 详细信息

为评估抗生素在珠三角地表水中的生态及健康风险,在石岐河布设20个监测点位,分别采集丰水期和枯水期样品,用固相萃取/超高效液相色谱-质谱法对4大类共49种抗生素进行检测。结果显示,在丰水期和枯水期样品中共检出抗生素30种,检出种类和抗生素总浓度都呈现出枯水期明显大于丰水期的现象。从总量上看,喹诺酮类是影响石岐河生态环境安全的主要抗生素类别。石岐河抗生素浓度在枯水期主要受污水处理设施出水的影响,在丰水期主要受沿岸养殖业排水的影响。采用风险熵法对生态风险进行评估,发现枯水期生态风险高于丰水期,头孢匹啉、克林霉素、诺氟沙星3种抗生素处于高生态风险级别,罗红霉素、磺胺二甲异恶唑和奥索利酸3种抗生素处于中等生态风险级别,另有4种抗生素处于低生态风险级别,应引起重视。采用健康风险评价模型对人群健康风险进行评价,发现石岐河抗生素致癌风险和非致癌风险皆处于可接受的健康风险范围内。

关键词：抗生素地表水生态风险健康风险

杭州市临安区冬季PM_(2.5)化学组成特征和来源解析

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浙江大学学报（理学版） 2024年第4期51卷 511-520页

作者：马勤许振波杭州市临安生态环境监测站浙江杭州311399

为研究杭州市临安区PM_(2.5)的污染特征及来源,于2021年12月23日至2022年2月28日在线监测临安区的PM_(2.5),并运用正交矩阵因子分解法(PMF)进行来源解析。结果表明,观测期间临安区PM_(2.5)平均质量浓度为53.91μg·m^(-3),NO_(3)^(-)和... 详细信息

为研究杭州市临安区PM_(2.5)的污染特征及来源,于2021年12月23日至2022年2月28日在线监测临安区的PM_(2.5),并运用正交矩阵因子分解法(PMF)进行来源解析。结果表明,观测期间临安区PM_(2.5)平均质量浓度为53.91μg·m^(-3),NO_(3)^(-)和有机物对PM_(2.5)的贡献较大,分别占31.07%和19.66%。氮氧化率(NOR)、硫氧化率(SOR)和二次有机物(SOC)浓度的分析结果表明,临安区冬季PM_(2.5)的二次转化较明显,对PM_(2.5)有重要贡献。来源解析结果表明,临安区冬季PM_(2.5)主要有七类来源,分别为二次硝酸盐(52%)、二次硫酸盐(16%)、机动车尾气(14%)、燃煤(6%)、扬尘(5%)、工业排放(5%)和生物质燃烧(2%)。在污染过程中,二次硝酸盐和机动车尾气的贡献有所上升,建议当地政府在污染期间控制机动车尾气排放,降低PM_(2.5)浓度。

关键词： PM_(2.5) 化学组成二次生成硝酸盐来源解析

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湖库型饮用水源地水体PAEs季节变化特征及风险评价

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人民长江 2024年

作者：李国文施艳峰刘淑娟云南省生态环境厅驻玉溪市生态环境监测站云南抚仙湖高原湖泊站玉溪师范学院化学生物与环境学院

为探究湖库型饮用水源地水体邻苯二甲酸酯（ phthalate esters， PAEs ）的季节变化特征和健康风险状况，以玉溪市城区东风水库和飞井海水库水体为研究对象，基于2021—2023年逐月水质监测数据，分析了研究水体PAEs质量浓度水平、季节... 详细信息

为探究湖库型饮用水源地水体邻苯二甲酸酯（ phthalate esters， PAEs ）的季节变化特征和健康风险状况，以玉溪市城区东风水库和飞井海水库水体为研究对象，基于2021—2023年逐月水质监测数据，分析了研究水体PAEs质量浓度水平、季节变化规律及分布特征，并开展了成人和儿童的健康风险评估。结果表明：2021—2023年，研究水体中邻苯二甲酸二丁酯（ dibutyl phthalate， DBP ）和邻苯二甲酸二（2-乙基己基）酯（ di-2-ethylhexyl phthalate， DEHP ）的检出率较高（≥94.4%），其中，DBP检出质量浓度的平均值和最大值分别为0.48 μg·L-1和2.91 μg·L-1，DEHP为1.12 μg·L-1和3.94 μg·L-1，均未超过我国水质卫生标准（GB 5749—2022）和水质量标准（GB 3838—2002）规定限值；研究水体DBP和DEHP质量浓度的月均值分布具有显著的季节性差异，两者质量浓度大小随季节变化规律具有一致性，均表现为夏、秋两季＞春、冬两季，从不同水量期来看，两者质量浓度大小表现为丰水期＞枯、平水期，且研究水体中DEHP质量浓度月均值普遍高于同期DBP；经饮水和皮肤渗入途径，DBP对成人和儿童的最大非致癌健康风险值处于10-3水平，为无风险，而DEHP对成人和儿童的最大致癌健康风险值达到1.57×10-6和2.07×10-6水平，存在潜在致癌健康风险，应予以重视。饮水是致癌和非致癌健康风险的主要暴露途径，须重点关注由其引起的致癌风险。

关键词：邻苯二甲酸酯分布特征季节变化健康风险评价饮用水源地

极端旱情期大型水库浮游植物群落演替特征——以新丰江水库为例

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中国环境科学 2024年第1期44卷 329-343页

作者：张辉彭宇琼邹贤妮张婷婷廖志惠林小平乔永民陈瑞广东省河源生态环境监测站广东河源517000 暨南大学水生生物研究所广东广州510632

2021年新丰江水库流域经历60年来最严重的极端旱情.为了解旱情对水库的浮游植物群落演替特征影响,2020年1月至2021年12月对新丰江水库的浮游植物群落结构和水体理化指标进行了2年调查.结果表明,旱情前(2020年)和旱情期(2021年)新丰江水... 详细信息

2021年新丰江水库流域经历60年来最严重的极端旱情.为了解旱情对水库的浮游植物群落演替特征影响,2020年1月至2021年12月对新丰江水库的浮游植物群落结构和水体理化指标进行了2年调查.结果表明,旱情前(2020年)和旱情期(2021年)新丰江水库水质均达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)Ⅰ类标准,2021年TLI(Σ)范围介于14~28之间,保持贫营养状态,但年度TLI(Σ)上升了19.1%.2020年和2021年分别共鉴定出浮游植物8门90属201种和8门86属191种,均以绿藻门、蓝藻门、硅藻门、裸藻门和甲藻门为主.浮游植物群落结构旱情前为蓝藻-绿藻型,旱情期为绿藻-硅藻型,2020年和2021年浮游植物丰度均值分别为1.38×10^(6)和0.41×10^(6) cells/L,受外源营养盐大幅减少的影响,旱情期藻类丰度低于旱情前,极端旱情期因降水量大幅减弱,引起水库营养盐输入量降低,从而限制了营养盐需求高的藻类增殖活动,导致藻类时间变化和组成差异.相关分析和冗余分析(RDA)结果表明,旱情前水库浮游植物的主要环境影响因子为NH3-N、WT、DO、TP和SD,旱情期主要影响因子转变为EC、WT、pH值、TN、COD_(Mn)、NH_(3)-N和SD,其中WT、SD和NH_(3)-N在旱情前和旱情期均为水库浮游植物的主要环境影响因子,说明极端旱情期由于水文和营养盐输入量变化,引起藻类主要关联因子随之变化.

关键词：新丰江水库极端旱情浮游植物时空变化环境因子