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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

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基于深度学习的镜下岩石、矿物薄片识别

地学前缘 2024年第3期31卷 498-510页

作者：张利军鲁文豪张建东彭光雄卜建财唐凯谢渐成徐质彬杨海燕湖南省遥感地质调查监测所湖南长沙410015 中南大学有色金属成矿预测与地质环境监测教育部重点实验室湖南长沙410083 湖南省自然资源事务中心洞庭湖区生态环境遥感监测湖南省重点实验室湖南长沙410004

岩石、矿物显微图像的识别是岩矿鉴定的基础手段之一,对地质资源勘探有着重要意义。薄片显微图像一般情况下是在实验室中进行的,这项工作繁琐费时,需要大量的人力资源,并且准确性受限于鉴定者的经验。深度学习智能图像识别算法可以通过... 详细信息

岩石、矿物显微图像的识别是岩矿鉴定的基础手段之一,对地质资源勘探有着重要意义。薄片显微图像一般情况下是在实验室中进行的,这项工作繁琐费时,需要大量的人力资源,并且准确性受限于鉴定者的经验。深度学习智能图像识别算法可以通过卷积神经网络提取显微图像的深层特征,从而达到对显微图像进行快速、准确分类识别的目的。本研究以PyCharm平台为深度学习框架,以中国科学数据网上的南京大学教学岩石薄片数据集、南华北石炭纪灰岩显微图像数据集等6个数据集为基础制作了可以应用于岩石矿物显微图像分类识别训练的数据集,搭建具有针对性的VGG卷积神经网络模型,该模型具有对整个岩石薄片图像与单个矿物图像分别提取其深层中的特征信息的能力,从而达到识别岩石薄片的目的。实验结果显示,随着模型训练迭代的进行,预测值与真实值之间的损失函数在不断减小,识别准确率在不断增加,在分别经过50个和30个循环训练之后,模型的损失函数与识别准确率已经基本收敛。模型对显微图像测试集的识别成功率均高于90%,说明搭建的模型对于图像有很好的特征提取效果,可以完成岩石矿物显微图像识别的任务。通过本文的研究,可以认识到,深度学习对于处理岩矿鉴定这样的任务有着高超的效率与准确度,开发相关的模型并运用到前端软件上,可以加快矿产资源勘探工作的速度,对于生产实践有着重要的应用意义。

关键词：岩矿鉴定深度学习卷积神经网络机器学习图像识别

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乌江磷浓度与通量变化及来源解析

湖泊科学 2024年第1期36卷 64-76页

作者：娄保锋黄波黄小龙邓世江卓海华生态环境部长江流域生态环境监督管理局监测与科研中心武汉430010 四川省广元生态环境监测中心站广元628000

磷(P)是长江流域备受关注的污染物。乌江是长江八大支流之一,位于三峡水库近库尾江段。武隆断面是乌江入长江控制断面。对1998-2019时期武隆断面径流量、悬浮泥沙浓度(SS)与输沙量、磷浓度与通量(包括总磷(TP)、溶解态磷(DP)和颗粒态磷(... 详细信息

磷(P)是长江流域备受关注的污染物。乌江是长江八大支流之一,位于三峡水库近库尾江段。武隆断面是乌江入长江控制断面。对1998-2019时期武隆断面径流量、悬浮泥沙浓度(SS)与输沙量、磷浓度与通量(包括总磷(TP)、溶解态磷(DP)和颗粒态磷(PP))年际变化及季节特征进行研究,并基于河流基流分割原理对磷的来源进行了解析。结果表明,(1)1998-2019年,乌江武隆断面径流量在一定幅度内上下波动,而悬浮泥沙浓度和输沙量下降剧烈。(2)22年来,乌江TP和DP浓度与通量总体上呈先升高后下降的趋势,2009-2013年为磷污染峰值期,TP和DP浓度与通量远高于其它时期。(3)2007年是一个重要的时间节点,该节点前,TP的赋存形态以颗粒态为主,颗粒态磷在总磷中的占比均值为65%;该节点后,TP的赋存形态转变为以溶解态为主,颗粒态磷占比均值下降为16%,相应地,溶解态磷占比由35%上升为84%。水沙条件改变是磷形态发生显著变化的主要驱动力,磷污染程度亦是磷形态变化的重要影响因素。(4)磷通量在年内的季节分布发生了显著变化,丰水期磷通量减少,枯水期磷通量增加。(5)1998-2012、2009-2013和2014-2019年3个时期点源负荷占比分别为23.5%、36.8%和62.1%,呈增加趋势。(6)建议制定适宜的总磷控制目标,结合目前所存在的磷污染风险点,进一步强化监管,侧重源头治理。

关键词：乌江磷通量形态来源解析

一次典型沙尘过程对我国热带地区空气质量影响分析

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环境科学学报 2024年第2期44卷 310-319页

作者：盛慧颜为军孟鑫鑫许杏红麦修齐徐文帅海南省生态环境监测中心海口571126

2023年3月中上旬,受北方地区沙尘天气的影响,位处我国热带地区的海南省大部分市县均出现颗粒物浓度骤然升高的现象.为进一步探究我国环境空气质量变化受沙尘天气的影响以及进行颗粒物远距离传输来源解析,本文利用常规大气污染物及气象数... 详细信息

2023年3月中上旬,受北方地区沙尘天气的影响,位处我国热带地区的海南省大部分市县均出现颗粒物浓度骤然升高的现象.为进一步探究我国环境空气质量变化受沙尘天气的影响以及进行颗粒物远距离传输来源解析,本文利用常规大气污染物及气象数据,结合海南边界点位颗粒物组分数据,运用后向轨迹分析、相关性分析等方法研究了此次沙尘过程对海南省环境空气质量的影响及来源分析.结果表明:(1)海南省全省范围内均受到此次沙尘天气不同程度的影响,浮尘由北向南扩散,PM_(10)浓度显著升高.(2)以海口市为例,受沙尘过程影响后,PM_(10)浓度出现明显上升,PM_(2.5)/PM_(10)比值迅速下降,O_(3)、CO、NO_(2)及SO_(2)浓度出现同步上升趋势.(3)沙尘过程造成PM_(10)中化学组分浓度整体升高,其中,硅、铝、硫、钙等地壳元素上升显著,硫元素受本地源及沙尘天气共同影响虽浓度增加但占比降低,氯元素等海盐粒子则与此次过程关系较小;相关性分析得出,铝、硅、钾、钙、锰、铁、铅、钛、锌、磷、硫元素与PM_(10)具有显著相关性,氯元素与大部分元素不具有相关性.本研究表明仍需关注沙尘过程远距离传输对我国热带地区空气质量造成的影响,也为海南省环境空气污染防治精细化治理及预警预报提供了理论依据.

关键词：沙尘海南省环境空气质量后向轨迹无机元素

基于DRASTIC模型优化的地下水污染风险评价研究

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环境科学学报 2024年第2期44卷 227-236页

作者：侯宇徽窦筱艳保善磊高海鹏杨悦锁文一王明铭吉林大学新能源与环境学院长春130021 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 青海省生态环境监测中心西宁810000

地下水污染风险评价是地下水污染防治的方法之一,但传统的地下水污染风险评价仅考虑了自然条件因素,未考虑人类活动影响.因此,本文提出一种地下水脆弱性与污染荷载结合的评价方法,通过引入土地利用类型指标对DRASTIC模型进行优化,从毒... 详细信息

地下水污染风险评价是地下水污染防治的方法之一,但传统的地下水污染风险评价仅考虑了自然条件因素,未考虑人类活动影响.因此,本文提出一种地下水脆弱性与污染荷载结合的评价方法,通过引入土地利用类型指标对DRASTIC模型进行优化,从毒性、释放可能性和可能释放量3个方面定量评价污染源荷载;同时,构建了基于DRASTIC模型优化的地下水污染风险评价指标体系,并以西部半干旱地区西宁市为例,在宏观尺度上评价该地区地下水污染风险,并通过地下水脆弱性和污染源荷载叠加,研究了该区域地下水污染风险.结果表明,研究区地下水脆弱性整体偏低,污染风险水平较低;较高脆弱性和高脆弱性区域主要分布在湟水河河谷两侧,占比约23%,该区域地下水埋深浅,含水层厚度薄;此外,工业污染源的潜在污染风险最高,高荷载区占评价区域总面积的0.272%;较高风险和高风险区面积为293.96 km^(2),占总面积的3.84%,主要分布在湟中区东部和城东区南部.本研究结果可为后续地下水污染防治重点区划等工作提供科学依据和参考.

关键词：地下水脆弱性 DRASTIC模型 ArcGIS 污染源荷载风险评价西宁

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宽滩山对花海和酒西盆地的水文地质作用研究

地球物理学进展 2024年第2期39卷 811-817页

作者：廖秀英余昕程辉王波梁继田茂军湖南科技大学湘潭411201 洞庭湖区生态环境遥感监测湖南省重点实验室长沙410004 湖南省自然资源事务中心长沙410004

本文就宽滩山对河西走廊南侧酒西盆地与北侧花海盆地的水文地质作用开展研究.根据目标区域面积大、水文地质类型复杂的特点,采用卫星遥感数据判读区域构造,划分水文地质单元的基础上进行相应的地球物理勘探工作;通过宏观大尺度遥感影像... 详细信息

本文就宽滩山对河西走廊南侧酒西盆地与北侧花海盆地的水文地质作用开展研究.根据目标区域面积大、水文地质类型复杂的特点,采用卫星遥感数据判读区域构造,划分水文地质单元的基础上进行相应的地球物理勘探工作;通过宏观大尺度遥感影像与沿线地质-地球物理小尺度地球物理证据分析,表明宽滩山对南侧的酒西盆地补给作用较小,对祁连山北侧山前补给形成阻水构造;同时宽滩山对花海盆地形成南侧高地,宽滩山发育的季节性河、泉为花海盆地补给来源之一,但作用较小,形成了花海盆地南侧阻水构造.通过调查认为宽滩山将酒西盆地与花海盆地分为了2个独立的水文地质单元.

关键词：水文地质单元宽滩山卫星遥感影像地球物理证据

巢湖浮游植物群落季节动态变化特征及其影响因素

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中国环境监测 2024年

作者：朱超孙逊杨晓冉唐晓菲胡雅琴张敏安徽省生态环境监测中心

为了解巢湖浮游植物群落的季节动态变化特征及其与环境因子的关系，分别于2022年1月（冬季）、4月（春季）、7月（夏季）和10月（秋季）对巢湖水质状况和浮游植物变化情况进行了调查与分析。结果显示，在监测时间内，共鉴定出浮游植物7... 详细信息

为了解巢湖浮游植物群落的季节动态变化特征及其与环境因子的关系，分别于2022年1月（冬季）、4月（春季）、7月（夏季）和10月（秋季）对巢湖水质状况和浮游植物变化情况进行了调查与分析。结果显示，在监测时间内，共鉴定出浮游植物7门60属110种，以绿藻门、蓝藻门和硅藻门为主。浮游植物细胞密度和群落结构存在明显的时空差异，不同季节的全湖平均密度由高到低依次为秋季（10月）、春季（4月）、夏季（7月）和冬季（1月），水华发生区域呈现由东向西逐步发展的趋势。优势种/属主要有微囊藻、水华长孢藻、水华束丝藻、土生假鱼腥藻、具尾逗隐藻、啮蚀隐藻和针形菱形藻，其中冬季（1月）和春季（4月）以水华长孢藻占据绝对优势，夏季（7月）和秋季（10月）以微囊藻占据绝对优势，具有明显的季节演替特征。冗余分析结果表明，溶解氧、电导率和pH为影响巢湖浮游植物群落结构变化的主要环境因子。Pearson相关性分析结果表明，水华长孢藻和微囊藻的季节演替与总磷、水温、溶解氧、透明度、浊度、电导率等环境因子显著相关。研究结果可为掌握巢湖水生态系统状况以及支撑巢湖水环境管理提供一定的基础数据。

关键词：巢湖浮游植物群落结构季节动态环境因子

黄河小浪底水库地表水中重金属的时空变化与概率健康风险

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环境科学 2024年第4期45卷 2054-2066页

作者：王亮邓雪娇王潇磊李明刘奕尧娄亚敏涂响张坤锋河南省济源生态环境监测中心济源459000 中国环境监测总站北京100012 河南省生态环境监测和安全中心郑州450046 中国环境科学研究院北京100012

小浪底水库地表水重金属污染是我国黄河流域水安全的一个重要问题.2014~2022年期间,调查了6种重金属(Cu、Zn、Pb、As、Hg和Cd)的时空分布并采用重金属污染指数、内梅罗指数和污染程度对其污染水平进行评价.结果表明,重金属污染水平较低(... 详细信息

小浪底水库地表水重金属污染是我国黄河流域水安全的一个重要问题.2014~2022年期间,调查了6种重金属(Cu、Zn、Pb、As、Hg和Cd)的时空分布并采用重金属污染指数、内梅罗指数和污染程度对其污染水平进行评价.结果表明,重金属污染水平较低(HPI平均值为18.15),符合地表水Ⅲ类水质阈值.6种重金属检出率为91.6%~92.9%,浓度中值范围为0.020(Hg)~1.850(As)μg·L^(-1).呈现出丰水期浓度低于平枯水期,下游断面浓度较高,且在过去的9 a呈现下降趋势的时空特征.重金属污染主要来源于工农业生产和人为排放.此外,结果发现TN、高锰酸盐指数和NH_(4)^(+)-N与重金属浓度有很强的相关性(P环境管理都有潜在的应用价值.

关键词：小浪底水库表层水体重金属年际变化营养盐概率风险