环境水力学反问题研究进展

环境水力学反问题研究进展

刘晓东1,2,姚　琪1,2,薛红琴3,褚克坚1,2,胡　进2

(11浅水湖泊综合治理与资源开发教育部重点实验室,江苏南京　210098;21河海大学环境科学与工程学院,

江苏南京　210098;31南京林业大学土木学院,江苏南京　210037)

摘要:反问题广泛存在于环境水力学的各个研究领域,通过环境水力学反问题研究可以实现对水流及伴随水流系

统的污染物质迁移、输运过程的识别和控制,促进水资源的可持续利用。近年来,环境水力学反问题研究内容逐渐

丰富,其重要性日渐突出。基于反问题理念阐述了环境水力学反问题的内涵,从不同的角度对环境水力学反问题进

行了分类,强调了环境水力学反问题研究的重要意义。从参数反问题、源项反问题、边界条件反问题、初始条件反

问题和形状反问题5个方面分析评述了环境水力学反问题的研究现状和研究成果。在此基础上,讨论了研究现状存

在的问题并对该领域未来研究方向进行了展望。

关　键　词:环境水力学;水污染控制;反问题;参数估计;进展

中图分类号:T V122;X 52;G 353111 文献标识码:A 文章编号:100126791(2009)0620885209

收稿日期:2008212219

基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2008C B418202)

作者简介:刘晓东(1972-),男,江苏姜堰人,博士研究生,讲师,主要从事环境水力学方面研究。

E 2mail :lxd654321@1631com

自20世纪60年代以来,在地球物理、生命科学、材料科学、遥感技术、模式识别、信号(图像)处理、工业控制乃至经济决策等众多的科学领域中,都提出了各自领域的反问题。近年来,环境水力学反问题作为一个交叉热点课题正逐渐受到国内外众多学者的关注,并取得了一些阶段性研究成果,但总体而言尚不够系统深入。本文基于国内外的相关研究成果,对环境水力学反问题的内涵与分类进行了评述,综述了在参数、边界条件、源项、初始条件和形状等5方面的反问题研究进展,并对尚需研究的问题提出了看法。

1　环境水力学反问题的内涵和分类

111　环境水力学反问题的内涵

对于环境水力学反问题的概念至今尚未有明确统一的定义,其内涵与环境水力学和反问题的概念直接相关。反问题是相对正问题而言的,通常把研究得相对比较充分或完备的问题称为正问题,与此相对应的另一个问题称为反问题[1]。也有学者认为,由因求果,称为正问题;由果求因,则称为反问题[223]。因此环境水力学反问题也是相对于其正问题而言的。环境水力学是研究污染物质在水体中混合输移规律的科学,其正问题是指在确定的环境系统控制方程(模型结构及参数)、边界条件和初始条件下求解污染物在空间分布和随时间演化的规律。与此相对应,环境水力学反问题可以定义为已知污染物时空分布的部分信息反求水环境系统控制方程(模型结构及参数)、边界条件、初始条件等部分信息。

112　环境水力学反问题的分类

参照反问题的分类方法,按照不同的角度可以将环境水力学反问题分为不同类别。环境水力学反问题按求解目的可以分为两大类:识别问题和控制问题。根据环境系统控制方程又可将环境水力学反问题分为偏微分方

第20卷第6期

2009年11月 水科学进展ADVANCES I N W ATER SCIE NCE V ol 120,N o 16　N ov.,2009　

程控制系统反问题、常微分方程控制系统反问题和代数方程控制系统反问题。复杂的环境水力学反问题均属于偏微分方程控制系统反问题,可以用统一的数学语言来描述。设有边界Γ围成的区域Ω,则水环境系统控制方程为

L(Φ)=0 在Ω内

B(Φ)=0　在Γ上

I(Φ)=0 t=0时

(1)式中　Φ为因变量(如浓度);t为时间;L、B、I分别为控制方程的微分算子、边界条件算子和初始条件算子。按照式(1)中反问题求解内容的不同,又可细分为参数反问题、源项反问题、边界条件反问题、初始条件反问题和形状反问题。环境水力学反问题分类体系见表1。

表1　环境水力学反问题分类

T able1Sorts of inverse problems of environmental hydranlics

环境水力学反问题按求解目的分

识别问题

控制问题

按控制方程分

常微分方程控制系统反问题

偏微分方程控制系统反问题

代数方程控制系统反问题

参数反问题

源项反问题

边界条件反问题

初始条件反问题

形状反问题

2　环境水力学反问题研究现状

根据环境水力学反问题的分类,本文从参数、边界条件、源项、初始条件和形状5个方面对反问题进行分类评述。

211　参数反问题

(1)地下水水质模型参数估计　由于水质参数的客观性,参数反问题多数是识别问题,又称为参数估计或参数反演。参数估计问题作为最经典的一类反问题,研究得相对比较充分。环境模型参数识别早期研究以水文模型[4]、地下水模型[5]等研究为主,如地下水含水层渗透系数的确定。最初通常采用试错法来确定,由于试错法经验性强、效率低,且精度不高,远远不能满足工程实践的需要。从20世纪70年代起,人们利用一些常规的优化方法(如线性优化法、准线性优化法等)数值求解非均值渗透系数[6]。这些方法的原理是将若干点处的水头值作为附加条件建立目标泛函,采用不同的优化方法不断修正渗透系数使得计算得到的水头值在测点处与量测值得到最佳拟合。这类方法的缺点是:需要大量不同时刻、不同空间位置处的水头值作为附加信息;随着求解域尺度增大和维数的增高,难以搜索到全局最优解;非恒定问题计算量较大;如何保证求解的唯一性和稳定性,未能圆满解决。针对常规优化类解法存在的问题,相关系数优化法[7]及遗传算法[8]等一些现代智能优化算法也逐渐被应用于地下水模型参数估计中。

(2)一维河流水质模型参数估计　一维河流水质模型中纵向离散系数的确定是典型的参数反演问题。目前,天然河流纵向离散系数的确定方法主要有理论公式法、经验公式法和示踪试验法。前两种方法属于正问题的求解方法,而示踪试验法根据示踪试验的实测数据利用一维纵向离散方程在瞬时源条件下的解析解反推离散系数,属于反问题求解方法,先后发展了矩量法、拟合法、演算法、优化法等方法。

E instein首先提出了矩量法,该方法中用到的空间浓度过程线不易测量,因此T aylor和Fischer等利用“冻结云团假设”得出基于时间浓度过程线的矩量法[9]。矩量法通过计算时间浓度分布的方差计算离散系数,然而天然河道示踪试验得到的浓度分布往往有一个“长尾巴”,所以很难得到一个有意义的方差,这使得矩量法的误差较大。为此,众多学者通过对解析解的分析,提出了各种拟合逼近方法[10214]。如直线图解法[10]、相关系688水科学进展第20卷

数极值法[11]、抛物方程近似拟和法[12]、非线性逼近法[13]、非线性最小二乘法[14]等。拟合方法可以较好地克服矩量法需要求方差的缺点,但仍然基于理论上不严密的“冻结云团假设”,且不能克服初始段的影响。

为了克服初始段的影响,Fischer 等[9]把上游断面的浓度过程线视作下游断面的连续源投放过程,用试算的方法求出最适当的纵向离散系数,这种方法因类似于洪水演进算法,被称为演算法。该方法不要计算浓度过程线的方差,消除了矩量法的缺点。周克钊等[13]通过严格的公式推导,发现演算法中将上游断面浓度视作源是有问题的,提出了改进演算法。顾莉等[15]将演算法与优化法相结合提出了演算优化法,摈弃了“冻结云团假

设”,较传统演算法更快捷、更可靠。Deng [16]等人提出分数阶离散方程,该方程离散项的阶数F 不同于传统

FICK 模型等于2,F 是分数阶离散方程的控制性变量,变化范围在114～210之间。

由于反问题原则上可以转化为系统优化问题,因而优化算法成为环境模型参数识别的主流算法,其成果在文献[17]中进行了较详细的综述。传统优化方法具有搜索快、计算量相对较小等优点,但存在对函数要求高、初值依赖性强、常收敛于局部最优解的缺点,近年来,针对传统优化法的缺点,模拟退火算法[18]、遗传算法[19220]和禁忌搜索算法[21]等一些现代智能优化算法也逐渐被应用到水环境模型参数反演中来。优化算法不仅可以进行纵向离散系数反演,而且也适用于河流水质耦合模型的多参数联合反演[22]。这些现代优化算法具有较好的全局搜索性能,普适性强,但往往收敛速度较慢,在解决大型实际问题时存在困难。针对一个具体问题,能否利用这些算法求解,关键问题在于算法的设计和参数的选取。鉴于现代优化算法和传统优化方法具有不同的优缺点,混合算法已发展成为提高算法搜索性能的有效途径,目前国内外理论研究较多,但在环境水力学领域应用尚未成熟,在水文模型、地下水模型和大气模型中已有一些应用[23226]。

近10余年来,脉冲谱法、正则化法等典型数学物理反问题求解方法开始应用到环境水力学领域,取得了初步成果。脉冲谱法是由Chen [27]于20世纪70年代在解决流体力学理想速度反问题时引入的,其基本思想是:输入信息在时间域中给出,而未知量确定在复频域中进行。李兰[28229]利用脉冲谱法提出一维水质模型参数反问题的时域算法和频域算法,并给出应用计算实例。脉冲谱法是一种理论比较严密的半解析方法,其优点主要有:可以克服参数反问题的不唯一性缺憾、需要的附加信息较少、求解效率高,但其在求解积分方程过程中需要求解G reen 函数,对于一般的微分算子和一般的边界条件,往往得不到G reen 函数的解析解,而数值求解需要相当大的工作量,因而目前尚不能成功地应用于复杂的工程实践当中,在环境水力学反问题领域应用研究尚有待进一步深入。

正则化方法是目前求解数学物理反问题最具普适性、在理论上最完备而且行之有效的方法,由T ikhonov 于20世纪60年代初以第一类算子方程为基本数学框架创造性地提出[30],后来又得到深入发展[1,31]。正则化方法研究成果主要集中在数学物理反问题领域[32233],应用到水环境模型参数估计已有一些初步研究成果。闵涛等[34]把T ikhonov 正则化方法应用于河流水质纵向弥散系数的反演中。栗苏文等[35]提出基于D obbins BOD 2DO 耦合模型的导数2正则化参数辩识方法。正则化方法为水环境模型参数估计提供了新的方法和思路,目前研究尚处于探索阶段,已有成果多基于简单水质模型,且优化参数较少。

近年来,针对水环境系统中含有许多不确定性因素,一些学者发展了基于随机理论的统计反演方法,主要有Bayesian 方法[36237]、RS A 法[38239]和G LUE 法[40]。统计反演方法考虑了环境水力学反问题求解中的不确定性问题,在一定程度上避免了由于“最优”参数失真而带来的决策风险。但是,由于参数的产生是随机的,当参数较多时,计算量随参数的增多呈指数增长,在实际中很难推广应用,这些统计方法只适合参数个数较少的情况。

(3)二维水质模型参数估计　相对于一维水质模型参数估计,二维水质模型参数估计增加了横向扩散系数,目前方法主要有经验公式、理论公式法和示踪试验法。郝醒华等[41]对常用的这3种方法求算黑龙江水体二维弥散系数计算结果进行了比较,认为示踪试验法相对较优。近年来,正则化方法[42]、统计反演法[43]等反问题数值方法开始被应用于求解二维对流2扩散方程的参数估计。河流二维水质模型参数估计目前研究成果多集中于稳态水流条件,其模型基础是稳态二维对流2扩散方程在瞬时源条件下的解析解,而对于非稳态模型的参数估计研究较少。赖锡军等[44]应用最优控制理论自动率定二维浅水方程的糙率参数。Shen [45]将其应用于湖

788　第6期刘晓东,等:环境水力学反问题研究进展

888水科学进展第20卷

泊富营养化模型的参数识别中,该研究在一个二维动态的富营养化模型基础上,利用变分原理开发了伴随模型,实现8项水质状态变量的模拟和13个未知参数的估值研究,该研究在美国拉帕汉诺克河(Rappahannock Riv2 er)成功应用。

(4)河网水质模型的参数估计　对于复杂的平原河网模型的参数估计,通常采用手工调试的试错法,工作量巨大且带有较大的任意性。为此,一些学者尝试从反问题的角度研究河网水力模型的参数估计。早在20世纪70年代,国外的一些学者开始探讨采用优化方法反求河道糙率,对于河网水量模型的参数反演则开始于20世纪90年代,Wasantha[46]将奇异值分解运用到河网糙率反演中,Rahman[47]发表了一系列文章,探讨了准则函数在不同噪声水平中的特性和样本量对计算结果可靠性的影响。韩龙喜等[48]根据糙率的物理意义,从反问题的角度,将河网参数率定问题提为参数反问题,并用复合形法求解,将该方法运用于江苏南通河网,有效地节省了工作量。但目前对于河网水质模型中纵向离散系数等水质参数估计的研究成果很少。

212　边界条件反问题

在环境水力学领域,已知环境系统控制方程结构、参数、初始条件以及Φ(x,t)的部分信息,推求边界条件的类型或参数,即为边界条件反问题。例如根据下游环境功能的要求推求上游边界的限制浓度,作为来水水质标准确定的重要依据,即为典型的环境水力学边界反问题。金忠青等[49250]分别应用脉冲谱2优化法和G reen 函数法求解了一维、二维对流2扩散方程边界条件控制反问题,基本解决了恒定水体中上游污染控制问题。韩龙喜[51]首次给出水网地区无约束的水质边界浓度反问题的提法,并采用局部基本解展开算法进行稳态条件下边界浓度反演。应当指出的是,从物理角度出发,边界条件及源项是两个不同的概念,但在水质模型中,当污染源位于边界时边界条件反问题与源项反问题常可相互转换,两者从数学角度看处理方法是一致的。

213　源项反问题

在环境水力学领域,已知环境系统控制方程部分结构(源项未知)、参数、初始条件、边界条件以及Φ(x, t)的部分信息,推求控制方程中的源项(外界过程),即为源项反问题。源项反问题在环境水力学中广泛存在,如为使水体某处或若干处的浓度不超过水质标准,应如何规划污染源位置和限制其排放量。水环境容量、污染物总量控制及分配、排污口优化、排污混合区的控制等问题均可归结为源项控制反问题。可见,源项反问题研究在环境水力学反问题研究中占据着重要地位,具有广阔的应用前景。源项反问题的传统解法主要有解析解法、尝试法(试错法)和优化方法等。国外对于污染源控制反问题,多数研究者都是借助系统优化原理将水体允许排污负荷计算与污染负荷分配统一在一个过程中,在研究水域允许排污量的同时,实现了排污口(或源)之间污染负荷的优化分配。在研究初期,Ecker[52],Loucks[53]都将流量等参量作为确定性变量处理,然后由线性规划方法计算治理投资最低情况下的水体允许排污水平。D onald和Barbara[54]基于水文、气象和污染负荷等不确定性因子的多重组合情况,提出了河流允许污染负荷计算及分配模式。Li等[55]在考虑了河流断面横向混合不均匀性基础上运用优化模型确定各排污口在给定水质标准下的允许排放量。Hutches on[56]还从保护水生生物的角度研究了污染源负荷分配问题。国内研究者多采用正问题解法研究环境容量等污染源控制问题,这一类研究成果较多,可参考相关文献。10多年来,脉冲谱法、遗传算法等反问题求解的数值方法开始得到研究和应用。如金忠青、陈金杭等[50,57]应用脉冲谱2优化法求解了一维和二维对流2扩散方程源项控制反问题,基本解决了恒定水体中多个污染源控制问题。韩龙喜等在文献[58]中以污水处理费用最小为目标函数,采用遗传算法求解了一维水质模拟带约束条件的污染物排放量控制反问题,在文献[59]中构造了河网地区带约束条件的污染源控制反问题,并采用约束最优化算法中的简约梯度法成功求解。后来遗传算法[54]等现代优化算法得到应用。Jae[60]利用遗传算法建立区域污水处理最优化的水质管理模型。

214　初始条件反问题

在环境水力学领域,已知环境系统控制方程结构、参数、边界条件以及当前Φ(x,t)的部分信息,推求初始条件,称为初始条件反问题,即时间反演问题(逆时问题)。应当指出,初始条件反问题在环境水力学领域的研究成果很少。这主要有两方面的原因:一方面初始条件反问题研究在水环境保护领域应用价值不显著;另一

方面其本身是一个严重不适定问题。目前的求解方法主要是通过正则化方法将其转化为条件适定问题再求解。Andreas 给出了一维扩散方程逆过程反问题的稳定性分析[61],但没有给出具体的求解方法。潘军峰等[62]沿用其思想,利用F ourier 分析理论研究了对流2扩散方程逆过程反问题,得到了在空间L 2中的稳定性定理,利用T ikhonov 正则化方法给出了一种反演算法。Hasanov [63]讨论了三维含有自伴椭圆算子抛物型方程的逆时问题。215　形状反问题

在环境水力学领域,已知环境系统控制方程结构、参数、初始条件以及Φ(x ,t )在部分区域Ω和Γ边界部分信息,推求区域Ω和边界Γ未知的另外一部分信息,称为形状反问题,又称几何反问题。在环境水力学领域,沉淀池等环境工程构筑物的设计问题就是典型的形状控制反问题,传统的方法是试错比较法,即在一组可行的形状中通过试验结果比较寻求相对最优的形状[64],很少有从反问题的角度通过求解形状反问题来进行优化设计。

此外,在环境水力学领域,区域边界位置的确定亦可归属形状反问题,例如水源保护区范围的确定、水功能区的划分等。国外一些学者尝试利用地下水数值模型建立反演模型进行地下水水源保护区的确定研究,如Vass olo [65]和Chevalier [66]。目前国内这些问题的研究较少采用反问题理论来研究,亟需开展相关研究工作。3　结论与展望

(1)环境水力学反问题是近年来发展起来的、与许多科技领域密切相关的新的交叉边缘研究方向。当前关于环境水力学反问题概念及其内涵多基于经验性,尚未形成完整的概念体系及理论框架,对于系统研究环境水力学反问题的求解方法及其相关支撑理论,建立环境水力学反问题的理论框架,完善其概念及内涵已迫在眉睫。

(2)反问题作为一个较新的研究方向,在环境水力学领域尚处于起步阶段,研究成果尚不够系统深入。从已有成果看,参数反问题研究得相对比较充分,但通常反演参数较少,对于参数众多时大型实际问题的求解,目前方法还存在困难;在源项、边界条件、初始条件和形状反问题等领域研究成果相对较少,研究的水质模型相对简单,单一恒定流河道模型反问题研究较多,而复杂的非恒定河口、感潮河网模型反问题研究较少。

(3)反问题广泛存在于环境水力学的各个研究领域,如废水排放污染源控制问题、废热排放控制问题、水环境容量计算问题、污染物总量控制及分配问题、水功能区范围确定、废水出流系统的最优设计问题、地下水污染控制问题、地下水渗透系数反演问题等,环境水力学反问题研究具有广泛而重要的应用背景。但限于人们对反问题研究意义认识的不足和反问题的非线性和不适定性所造成的求解困难,遇到这些问题时往往仍然从正问题角度来研究,而较少采从反问题角度来考虑。如何将环境水力学中的典型问题概化成数学物理反问题,建立起环境水力学和反问题之间的桥梁,尚需大量的研究工作。

(4)环境水力学反问题与数学物理反问题关系密切,数学物理反问题研究经过近半个世纪的发展,其求解方法已得到了长足进展,其中有些方法已经相对比较成熟,如脉冲谱技术、摄动法、非线性优化法以及近年来发展起来的正则化方法、现代智能优化算法和蒙特卡洛法等。如何将这些方法成功移植至环境水力学反问题研究领域,尚需大量的研究工作。目前环境水力学反问题求解方法繁多,各具特色但缺乏通用性。如何结合数学物理反问题研究的最新成果,寻求具有高性能、高效率、高稳定、高通用性的环境水力学反问题求解方法是今后重点研究的课题之一。

纵观环境水力学反问题研究的进展情况,可看出环境水力学反问题研究内涵丰富,前景广阔,必将受到人们日益广泛的重视。通过环境水力学反问题研究可以实现对水流及伴随水流运动的污染物质迁移、输运过程的识别和控制,使得水环境系统能真正达到可持续发展的战略目标并真正受到有效的保护。未来环境水力学反问题领域的研究将采用多学科、多方位、多层次、新技术的研究方法和技术手段,促进人口、社会经济和资源环境的可持续发展。

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88　第6期刘晓东,等:环境水力学反问题研究进展

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98　第6期刘晓东,等:环境水力学反问题研究进展

298水科学进展第20卷

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Advance in inverse problems of environmental hydraulics

ΞLI U X iao 2dong 1,2,Y AO Qi 1,2,X UE H ong 2qin 3,CH U K e 2jian 1,2,H U Jin 2

(11K ey Laboratory o f Integrated Regulation and Resource Development on Shallow Lakes ,Ministry o f Education ,Nanjing 210098,China ;

21College o f Environmental Science &Engineering ,Hohai Univer sity ,Nanjing 210098,China ;

31College o f Civil Engineering ,Nanjing Forestry Univer sity ,Nanjing 210037,China )

Abstract :The inverse problems exist widely in the field of the environmental hydraulics 1The flow and pollutants transporta 2tion ,coupled with flow ,can be identified and controlled by the study of the environmental hydraulics ,which benefits the con 2tinual utilization of water res ources 1Based on the idea of the inverse problem ,the connotation of the inverse problems of the environmental hydraulics is expounded 1The inverse problems of the environmental hydraulics are s orted according to the vari 2ous points of view 1And its im portance in research is em phasized 1In this paper ,the present study methods and results are an 2alyzed from the aspects of the inverse problems on the parameter ,s ource ,boundary condition ,initial condition and shape in the environmental hydraulics 1S ome unres olved issues and future research perspectives are als o addressed 1

K ey w ords :environmental hydraulics ;water pollution control ;inverse problems ;parameter estimation ;advances

声 明

本刊所登论文的中、英文摘要或全文同时被有关文摘刊物、检索系统、中国学术期刊(光盘版)、《中国期刊网》等有关网上期刊转载、传播,作者著作权使用费随本刊稿酬一次性给付。作者将稿件交本刊登载的同时也将网络传播权授予本刊编辑部。凡有不同意者,可另投他刊。本刊所付稿酬包含刊物内容上网服务报酬。

作者来稿文责自负,不得一稿多投。收到本刊收稿回执后3个月未接到本刊录用通知者,若无其他约定,可自行处理稿件。论文出版后,按本刊规定酌付稿酬,并赠阅当期期刊两份。受编辑部人力所限,退稿稿件恕不反馈审稿意见,敬请谅解。

《水科学进展》编辑部

3

98　第6期

刘晓东,等:环境水力学反问题研究进展ΞThe study is financially supported by the National Basic Research Program of China (N o 12008C B418202)1

国家开放大学电大《环境水力学》形成性考核3个

环境水利学形成性考核册

使用说明 形成性考核是课程考核的重要组成部分，是强化和调节教学管理，提高教学质量，反馈学习信息，提高学习者综合素质能力的重要保证。 “环境水利学”是工学科水利水电工程专业的一门专业必修课。通过本课程的学习，使学生了解环境水利的发展过程，认识水环境干扰与变化的规律，掌握水环境保护与修复的基本知识和技术、水利水电工程的环境影响及其评价方法，了解水利水电工程的环境管理。课程主要包括：环境水利基础知识；水体污染与水体自净；水利工程的环境影响；水环境的修复与管理；水质模型与水环境容量；水利工程的环境影响评价；了解水利工程的环境管理等内容。为从事与环境有关的专业技术工作打下基础。 本课程紧密联系水利水电建设实际，同时由于国民环境意识的提高以及国家建设坚持和谐可持续发展的基本指导思想，课程相关内容具有不断更新的特点。另外，环境水利所涉及的知识范围很广，除了水利工程技术，还涉及环境科学、生态学等多个学科，课程内容也比较多，给学习带来一定困难。 水利水电工程专业以在第一线工作的技术人员为主要培养对象，以业余学习为主要方式，旨在提高学习者的文化素质和专业技术水平。本形成性考核册的编写，考虑到学员的能力和环境，贯彻以“学生自学为中心”的教育思想，循序渐进，理论联系实际，努力做到介绍学科最新知识，学以致用，培养学生分析和解决实际问题的能力。 本课程以计分作业方式进行形成性考核。全部课程要求完成4次计分作业，分别对应于文字教材的1~2章、3~4章、5~6章和7~8章。学员应按照教学进度及时完成各次计分作业。每次计分作业满分为100分，由教师按照学员完成作业的情况评定分数，并按4次作业的分数计算学员的计分作业总成绩。因各次作业量不同，应按4次作业的加权平均分数计算总成绩（即形成性考核成绩），计算公式为： 形成性考核成绩 = 计分作业总成绩 = 第1次作业分数╳0.2 + 第2次作业分数╳0.3 + 第3次作业分数╳0.3 + 第4次作业分数╳0.2 形成性考核成绩占课程总成绩的20%，终结性考试成绩占课程总成绩的80%。课程总成绩满分为100分，60分为及格。 本次作业对应于文字教材1至2章，应按相应教学进度完成。

生态需水研究进展及估算方法探索论文

生态需水研究进展及估算方法探索论文 1国内生态需水研究进展 国内生态需水研究尚处于起步阶段，归结起来大致可分为3个阶段：（1）20世纪70 年代末为初步认识阶段。先是探讨河流最小流量问题，主要集中在河流最小流量确定方法 的研究方面。以长江水资源保护科学研究所的《环境用水初步探讨》为代表。（2）20世 纪80年代为探索阶段。针对水污染日益严重的问题，国家环境保护委员会在《关于防治 水污染技术政策的规定》中指出：在水资源规划中要保证为改善水质所需的环境用水，主 要集中在宏观战略方面的研究，对如何具体实施和管理仍处于探索阶段。4（3）20世纪 90年代后期~21世纪初期为蓬勃发展阶段。在国家“九五”科技攻关项目“西北地区水资 源保护与合理利用”和1999年中国工程院项目“中国可持续发展水资源战略研究”等的 推动下，真正揭开了我国生态用水研究的序幕，有关生态需水研究的迅速开展起来，研究 对象也从河流生态系统逐渐拓展到植被、湖泊、湿地、城市等各种生态系统。如倪晋仁[13]针对黄河河流系统的主要功能目标，利用1950年以来的观测资料，分析了黄河下游 河流各类最小生态环境需水量；赵文智[14]在评述干旱区生态水文过程研究进展的基础上，提出了生态需水量的概念及相关确定方法，并从恢复生态学和生态水文学的角度，确定干 旱区适宜人工植被的种类组成和格局；崔保山[15]从生态水文学原理出发，对湖泊最小生 态需水量的`概念进行了探讨，并提出了计算最小生态需水量的3种方法（1.曲线相关法； 2.功能法； 3.最低生态水位法）；李九一[16]提出了沼泽湿地生态储水量的概念与内涵， 界定了其与生态需水量的区别与联系，探讨了两者的计算依据与方法，并以扎龙湿地为实 例进行了计算；杨志峰[17]从降水量概念和水资源量概念两个角度界定了城市生态环境需 水量的概念与内涵，分析其类型和属性特征，建立了城市生态环境需水量的方法体系。（4）21世纪初期以来的实证研究阶段。主要从水循环角度研究具体河流的河道生态需水，如渭河、黄河、海滦河、塔里木河等，研究重点也转向河道生态需水在实践中如何配置的 问题，另有学者从水量和水质相结合的角度重新认识生态需水[18]。综上分析，我国生态 需水研究是在巨大的人口压力导致生态环境严重恶化的背景下提出的，多从河流地貌学、 水文和水资源角度研究，主要集中在干旱、半干旱地区和半湿润地区，其内涵和外延均较 国外大，涵盖面较广。 2生态需水的分类及估算方法 生态需水估算方法归纳起来主要涵盖两个方面：一是河流生态需水即河道内生态需水；二是陆地生态需水即河道外生态需水。生态需水估算应根据各种生态类型的需水特点，考 虑不同保证率下的生态需水状况。 2.1河流生态需水 已有的常见各类方法的代表模型、优缺点及适用范围见表1。以上各大类中都包含许 多具体方法，而每种具体方法又有其不同的适用条件和范围。在实际应用中，关键是能够

水环境安全的研究进展实用版

YF-ED-J3959 可按资料类型定义编号 水环境安全的研究进展实 用版 Management Of Personal, Equipment And Product Safety In Daily Work, So The Labor Process Can Be Carried Out Under Material Conditions And Work Order That Meet Safety Requirements. （示范文稿） 二零XX年XX月XX日

水环境安全的研究进展实用版 提示：该安全管理文档适合使用于日常工作中人身安全、设备和产品安全，以及交通运输安全等方面的管理，使劳动过程在符合安全要求的物质条件和工作秩序下进行，防止伤亡事故、设备事故及各种灾害的发生。下载后可以对文件进行定制修改，请根据实际需要调整使用。 1安全 1.1人类历史是一个不断追求安全的历程安全是一个既古老又新兴的话题，是人类基本需求中最根本的一种需求。纵观人类发展的历程，就是一个不断躲避各种危险，追求安全状态的奋斗过程：在原始社会里，人类抵抗自然的能力还比较弱，受大自然的主宰，因而人类对安全的追求处于一种被动状态，只能选择逃避危险的生存环境；进入农业社会，人类改造自然的能力有所增强，比如有意识的修建水利工程，追求水的安全等，但是这种能力还很有

限，只是有意识的营造安全环境；进入工业社会，伴随着科学技术的进步，人类改造自然的能力越来越大，能够有效的确保人类生活的安全。然而，人类在改造自然的过程中，也给对安全的追求带来了新的压力和难题，如人类的过度开发，造成越来越严重的水资源短缺、水质恶化等水危机问题，给人类的生存提出了新的挑战。人类的发展一方面增强了追求安全的能力，另一方面也加大了追求安全的难度。由此可见，安全问题伴随着人类的产生和发展而始终存在。 1.2安全的概念在词典里对“安全”下的定义包括了相关的困难和疑惑：免受和远离危险（客观安全），有安全感（主要安全），不为事物或人所疑惑（自信和自明）。这些都是

关于生态环境需水量若干问题的探讨

关于生态环境需水量若干问题的探讨 崔树彬 摘要生态环境需水量是指一个特定区域内的生态系统的需水量。对其计算，国内外已有一些方法。但水土保持需水量不必作为生态环境需水量进行单独的计算，河道水沙平衡需水量也不宜纳入生态环境需水量。 关键词生态环境需水量定义计算 概念和定义 在美国，环境用水系指服务于鱼类和野生动物、娱乐及其他美学价值类的水资源需求。主要包括：①联邦和州确定的自然和景观河流的基本流量。联邦制定了《自然和景观河流法》，将部分河流划定为自然风景类河流，以保护其不被开发或阻止开发与该法案目的不一致的水利工程。一些州也划定出本州的自然和景观河流加以保护。②河道内用水。指用于航运、娱乐、鱼类和野生动物保护以及景观的用水。③湿地需水。主要指湿地保护区的需水包括咸水湿地、微盐沼泽和淡水湿地的需水。④海湾和三角洲的流量。为保持和控制海湾和三角洲的环境（咸度、入海流量）而规定的需水量。我国1990年的《中国水利百科全书》将环境用水量定义为：“改善水质、协调生态和美化环境等的用水”。并进一步解释为：改善水质，即“对于河流，应保证枯水期的最小流量，使其得到一定的污径比，以改善水质”；协调生态用水，即“水生物受外界非生物环境的影响……一般可根据不同鱼类区系，鱼类组成及生理习性来考虑维持鱼类生态环境用水。为了防止入海河口泥沙淤积，维护河口地区生态环境，需要保持一定的河道径流水量”；美化环境用水，即“对于旅游区的水库、湖泊和河流，应考虑旅游景观和通航要求，保持一定的湖面和水深……在城市，主要应根据各地气候条件和水源条件，考虑城市的净化、绿化即公园湖泊等用水要求”；此外，还有为控制地面沉降的回灌用水，为减轻咸潮倒灌而加大枯水季河道水量用水等。 上述定义和概念基本上都是基于水体及与水体有直接联系的“水生态”和“水环境”的用水量。目前，我国水利界及社会各界所讨论的“生态环境用水量”，已经大大超过了上述内容和范围。例如，由中国工程院组织43位院士和近300位院外专家参加完成的《21世纪中国可持续发展水资源战略研究》认为：广义的生态环境用水，是指“维持全球生物地理生态系统水分平衡所需用的水，包括水热平衡、水沙平衡、水盐平衡等，都是生态环境用水”。“狭义的生态环境用水是指为维护生态环境不再恶化并逐渐改善所需要消耗的水资源总量”。狭义的“生态环境用水计算的区域应当是水资源供需矛盾突出以及生态环境相对脆弱和问题严重的干旱、半干旱和季节性干旱的半湿润区”。狭义的生态环境用水主要包括“保护和恢复内陆河流下游的天然植被及生态环境；水土保持及水保范围之外的林草植被建设；维持河流水沙平衡及湿地、水域等生态环境的基流；回补黄淮海平原及其他地方的超采地下水”等方面。由此可见，不论是广义的还是狭义

水环境中水生态监测的研究进展

水环境中水生态监测的研究进展 发表时间：2019-06-19T10:36:42.703Z 来源：《基层建设》2019年第8期作者：李翠玲 [导读] 摘要：伴随经济的飞速发展与科学技术的不断进步，人类为了获取更高的经济利益，以破坏水生态环境系统作为代价，造成水资源匮乏的局面。 广东鼎建工程咨询监理有限公司广东省肇庆市鼎湖区 526070 摘要：伴随经济的飞速发展与科学技术的不断进步，人类为了获取更高的经济利益，以破坏水生态环境系统作为代价，造成水资源匮乏的局面。同时，当水资源承载能力达到一定程度的时候，河流断流，进而使水生态环境遇到严重的破坏。因此，对水生态环境保护迫在眉睫，要使经济发展与水生态系统处于协调一致的发展状态中，促进社会的可持续发展。 关键词：水环境；水生态监测；研究进展 1水环境检测质量控制的目的和意义 我国的生态环境和人民生活质量都会受到水环境好坏的直接影响，所以，加强水环境检测质量控制是十分必要的。环境检测这项工作涉及到的范围很广，而且十分的复杂，所以环境检测的任务很艰巨。环境质量控制的作用体现在检测过程中起把关作用，环境检测控制将水进行采样并且分析相关数据，再进行严格的管理并提高环境检测数据的真实可靠性，用准确的数据来支持环境分析，这样就有利于工作人员找到环境保护的手段。水环境检测质量控制包括制定计划、收集样品、明确分析方式等，其是一个非常复杂的工程。人类的生活离不开水，我国发展经济的重要能源里也包括水，所以，就更需要好好地保护水环境。但是在经济发展的情况下，人们对水资源的使用远超从前，而且在开发过程中造成了严重的水源浪费情况，没有对水资源进行充分的利用，另外，相关人员也没有完善水资源的保护措施，这就造成了水资源的短缺，甚至影响到了人们的正常生活。改善水资源环境需要依靠水资源环境检测，所以，就必须要提高水资源环境的检测。 2水生态环境存在的问题 2.1环境禀赋不优越 在受到不同气候影响的情况下，我国很多省份地处干旱与半干旱等不同气候区域，同时，在人类进行活动的时候，土壤环境会受到极大程度的破坏，会呈现沙漠化的发展倾向。此外，对于湿润地区而言，生态环境也会出现较多的问题，土壤环境及水质环境也会受到较大的破坏。对于一些高原地区而言，生态系统更是极其脆弱。我国具有许多生态环境脆弱敏感的地区，对各种生态问题的承载能力较弱，在人类进行过度破坏的时候，生态系统会出现较多的问题，如水土流失等一系列挑战。当问题出现的时候，人类对其进行治理会具有较大的难度，并且极难恢复到原先的状态，不能保障整体环境的协调统一性，使日后的环境治理出现较大的难度，不能促进环境的稳定性发展。 2.2生态用水被挤占 现今人类生活水平获得普遍提高，但却缺乏保护环境的意识，对水资源的用量逐渐增大，不能使整体的环境处于稳定的发展状态中。同时，人类对各河流湖泊中的水进行大量的索取，当水资源不具有较大承载能力的时候，会使水生态系统具有较大的压力，人类对各种水资源进行过度的开采，不能使整体的生态系统处于稳定的状态中。当各种生态用水被挤占的时候，人类的可利用水资源数量会不断减少，并呈现匮乏的发展局面，不能维持生态系统的稳定性发展，对人类社会的发展造成巨大的影响，生态系统的基本功能会逐渐丧失。因此，此种现象应获得人类的高度重视，并对各种生态用水具有合理的认识态度，使生态系统具有可持续性的发展局面，促进整体生态系统的永续性发展。 2.3水生态系统功能被破坏 人类过度的利用水资源会使水生态系统功能遭到严重的破坏，并使水资源呈现退化的状态，造成不可挽回的后果。在生态系统遭到破坏的情况下，并且当生态系统处于干旱条件下的時候，会使整体的生态环境处于不断恶化的状态中，不能维持生态系统的稳定性发展，使整体的系统处于不合理的发展状态中，不能促进整体生态系统的可持续性发展。同时，河道会处于断流的状态中，不能保障整体环境的合理性发展，河流的基本维持功能会不断减弱，并且流入海里的水量不断减少，呈现一种萎缩的功能，整体的功能呈现消极化的发展局面。此外，当人类过量抽取地下水时，会使地表呈现沉降的现象，并且水质呈现恶化的状态。因此，水生态系统应获得人类的高度重视，并对整体的水生态系统具有基本的认识。 3水生态监测技术概况。 水生态监测一般需要采取常规监测加水质自动监测结合的方式，即必测指标、选测指标、特定指标等常规监测项目与水温、pH、总氮、总磷等自动监测项目相结合。常规监测执行国家地表水水环境质量标准中规定的方法，自动监测项目执行国家环境保护部批准的水质自动监测技术规范。常规的点位采样技术能够提供较为精确的水质测量值，但监测周期长，难以进行空间尺度的准确描述，在湖泊、水库等大面积水域的水生态监测中不具优势。 图像识别技术在水生态监测中的应用主要用于浮游生物等鉴定。近年来在动物行为方面的分析及藻类监测中也得到初步应用。尽管浮游藻类个体微小，且存在杂质干扰，给显微拍摄带来难度，但作为一种新的技术，随着显微拍摄技术、立体扫描技术等不断发展，图像识别的成功率也会得到进一步提升。 流式细胞技术在海洋微型浮游生物监测中应用广泛，目前逐渐用于淡水生物的监测和研究。在国内有学者应用流式细胞计数技术对长江口蓝细菌进行研究，也有学者应用流式细胞计数技术对淡水微型浮游植物进行研究。伴随流式细胞技术的发展，在流式细胞仪的基础上加用CCD，使其与显微技术相结合，实现了对浮游植物的探测、拍摄和技术。 回声探测设备在20世纪90年代得到广泛应用，在青海湖裸鲤资源研究、长江中华鲟繁殖个体研究、三峡水库成库期间鱼类时空分布研究中都应用了该项技术。在水生态监测中鱼探仪的应用可以探测水生生物的分布和密度情况，为水体营养化程度的评估提供依据。作为水生态监测常用的声学仪器，鱼探仪采样面积大、监测迅速、不损害水体生物资源，且能够实现连续获取数据，但受到自身盲区和天气、气泡、鱼类及浮游生物时空变化等外在因素的影响较大。 在片状分布的水体叶绿素a监测中，需要结合遥测手段辅助船舶采样监测，卫星遥感技术结合传统原位测量，可以有效进行水生态系统的空间监测。利用遥感信息进行水生态监测，还能够分析水体和污染物的光谱特性。我国学者在海河、大连河、渤海湾、苏南大运河等水体的监测中，利用遥感监测技术有效分析水体的油污染、有机物污染、富营养化等问题。在太湖水质污染的预测、分析和评价中，应用遥

生态环境需水量的分析与计算 (1)

生态环境需水量的分析与计算 □胥洪军□朱东彪（河南省许昌水文水资源勘测局） 摘要：生态环境需水量是维持生态与环境功能和进行生态环境建设所必需的最小需水量，对人与社会和谐可持续发展具有重要意义。本文结合《许昌市东区水系治理及补源工程建设项目水资源论证报告》，阐述了生态环境需水量的含义及其计算方法简介，从保持水生态环境的目标出发，在建设项目水资源论证中更合理对生态环境需水量的进行分析计算。 关健词：建设项目生态需水水资源论证计算方法 2002年5月1日，由国家水利部和计委颁布的《建设项目水资源论证管理办法》开始实施。建设项目水资源论证，主要是从取水、用水、退水及其影响等方面，对建设项目取用水全过程进行分析计算，对建设项目用水的可行性、合理性以及对周围环境的作用、对其他用水户的影响等诸多因素进行分析，最终提出建设项目用水的水量、水质、工艺流程、排污等一系列方案，作为取水（预）许可申请的技术依据。在需水预测分析计算中，除考虑传统的农业需水、工业需水、城市生活需水外，从重视生态环境，协调生活、生产、生态用水等方面考虑，在建设项目水资源论证中还必需考虑生态环境需水问题。在生态环境脆弱地区，对生态环境需水需要赋予更高的优先级。因此，在2005年5月水利部颁布实施的《建设项目水资源论证导则（试行）》（SL/Z 322—2005）中明确提出在需水预测中应包括河道内生态需水量。本文将根据国内外的有关理论方法，结合水资源论证实践，对生态环境需水量的分析和计算进行初步探讨。 1.生态环境需水的基本概念 1.1生态环境需水的定义 对于生态环境需水的研究有不同的途径与观点，目前还没有形成一个系统、科学的理论体系，研究者对于生态环境需水的概念还不能达成一致。从总体上来看，多数人认为生态需水是水资源短缺地区为了维护生态系统的稳定和保持生态

电大环境水力学作业题.

环境水利学 形成性考核册 学生姓名： 学生学号： 分校班级： 中央广播电视大学编制

使用说明 本考核册是中央广播电视大学水利水电工程专业“环境水利学”课程形成性考核的依据，与《环境水利学》教材（许士国主编，中央广播电视大学出版社出版）配套使用。 形成性考核是课程考核的重要组成部分，是强化和调节教学管理，提高教学质量，反馈学习信息，提高学习者综合素质能力的重要保证。 “环境水利学”是中央广播电视大学工学科水利水电工程专业的一门专业必修课。通过本课程的学习，使学生了解环境水利的发展过程，认识水环境干扰与变化的规律，掌握水环境保护与修复的基本知识和技术、水利水电工程的环境影响及其评价方法，了解水利水电工程的环境管理。课程主要包括：环境水利基础知识；水体污染与水体自净；水利工程的环境影响；水环境的修复与管理；水质模型与水环境容量；水利工程的环境影响评价；了解水利工程的环境管理等内容。为从事与环境有关的专业技术工作打下基础。 本课程紧密联系水利水电建设实际，同时由于国民环境意识的提高以及国家建设坚持和谐可持续发展的基本指导思想，课程相关内容具有不断更新的特点。另外，环境水利所涉及的知识范围很广，除了水利工程技术，还涉及环境科学、生态学等多个学科，课程内容也比较多，给学习带来一定困难。 开放式教育是新型的远距离教育模式。水利水电工程专业以在第一线工作的技术人员为主要培养对象，以业余学习为主要方式，旨在提高学习者的文化素质和专业技术水平。本形成性考核册的编写，考虑到学员的能力和环境，贯彻以“学生自学为中心”的教育思想，循序渐进，理论联系实际，努力做到介绍学科最新知识，学以致用，培养学生分析和解决实际问题的能力。 本课程以计分作业方式进行形成性考核。全部课程要求完成4次计分作业，分别对应于文字教材的1~2章、3~4章、5~6章和7~8章。学员应按照教学进度及时完成各次计分作业。每次计分作业满分为100分，由教师按照学员完成作业的情况评定分数，并按4次作业的分数计算学员的计分作业总成绩。因各次作业量不同，应按4次作业的加权平均分数计算总成绩（即形成性考核成绩），计算公式为： 形成性考核成绩 = 计分作业总成绩 = 第1次作业分数╳0.2 + 第2次作业分数╳0.3 + 第3次作业分数╳0.3 + 第4次作业分数╳0.2 形成性考核成绩占课程总成绩的20%，终结性考试成绩占课程总成绩的80%。课程总成绩满分为100分，60分为及格。 环境水利学作业一

河流生态需水

论河流生态环境需水 倪晋仁1,崔树彬2，李天宏1，金玲1 (1.北京大学环境工程系，水沙科学教育部重点实验室； 2.黄河水利委员会水资源保护研究所） 摘要：回顾了生态环境需水量研究的进展，讨论了实现河流各项基本功能目标的河流生态环境用水分类、各类生态环境用水量的计算方法及其间关系。提出了河流生态环境用水量及其阈值确定的各项原则，包括功能性需求原则、分时段考虑原则、分河段考虑原则、主功能优先原则、效率最大化原则、后效最小化原则、多功能协调原则和全河段优化原则。 关键词：河流；生态环境需水量；功能；阈值；原则 基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(G1999043603) 作者简介：倪晋仁(1962-)，男，山西山阴人。教授，主要研究方向：河流泥沙，环境科学与工程。 l 生态环境需水量的概念 什么是生态需水量，对此目前还没有一个公认的定义。生态需水量应该是特定区域内生态系统需水量的总称，包括生物体自身的需水量和生物体赖以生存的环境需水量，生态需水量实质上就是维持生态系统生物群落和栖息环境动态稳定所需的用水量。因此，生态需水量

不但与生态系统中生物群体结构有关，而且还应与气候、土壤、地质和其它环境条件有关。只有在设定的生态环境标准下，生态需水量才具有明确的意义。 什么是环境需水量，对此迄今也没有一个统一的认识。在美国，环境需水量系指服务于鱼类和野生动物、娱乐及其它具有美学价值目标的水资源需求[1]。在中国，环境需水量被看作为满足水质改善、生态和谐与环境美化目标的水资源需求[2]。环境需水量实质上就是为满足生态系统的各种基本功能健康所需的用水。只有在明确目标功能的前提下，环境需水量才能够被赋予具体的含义[3]。 然而，就像离开环境讨论生态或撇开生态谈论环境一样，生态需水量与环境需水量很难隔裂开来探讨。事实上，不管怎样表述，己有关于生态需水量和环境需水量的研究多数都基于“水生态”和“水环境”两方面需水的考虑。在不具备分别探讨生态需水与环境需水的条件时，如果将生态需水量与环境需水量结合考虑，则会自然地提出“生态环境需水量”的概念。广义地讲，生态环境需水可以被认为是维持全球生物地理生态系统水分平衡所需的用水，包括水热平衡、水沙平衡、水盐平衡用水等[4]。狭义地讲，生态环境需水可以被视作为维护生态环境不再恶化并有所改善所需的水资源总量，包括为保护和恢复内陆河流下游天然植被及生态环境的用水、水土保持及水保范围之外的林草植被建设用水、维持河流水沙平衡及湿地和水域等生态环境的基流、回补区域地下水的水量等方面[2，4]。广义的生态环境需水

水环境安全的研究进展.docx

水环境安全的研究进展 1安全 1.1人类历史是一个不断追求安全的历程安全是一个既古老又新兴的话题，是人类基本需求中最根本的一种需求。纵观人类发展的历程，就是一个不断躲避各种危险，追求安全状态的奋斗过程：在原始社会里，人类抵抗自然的能力还比较弱，受大自然的主宰，因而人类对安全的追求处于一种被动状态，只能选择逃避危险的生存环境；进入农业社会，人类改造自然的能力有所增强，比如有意识的修建水利工程，追求水的安全等，但是这种能力还很有限，只是有意识的营造安全环境；进入工业社会，伴随着科学技术的进步，人类改造自然的能力越来越大，能够有效的确保人类生活的安全。然而，人类在改造自然的过程中，也给对安全的追求带来了新的压力和难题，如人类的过度开发，造成越来越严重的水资源短缺、水质恶化等水危机问题，给人类的生存提出了新的挑战。人类的发展一方面增强了追求安全的能力，另一方面也加大了追求安全的难度。由此可见，安全问题伴随着人类的产生和发展而始终存在。 1.2安全的概念在词典里对“安全”下的定义包括了相关的困难和疑惑：免受和远离危险（客观安全），有安全感（主要安全），不为事物或人所疑惑（自信和自明）。这些都是“安全”这一概念的一个部分。最早人们对安全的理解，主要是指预测危险并消除危险，取得不使人身受到伤害，不使财产受损失，保障人类自身再生、健康发展的自由（宫

学栋，1999）。亦即人们一提到安全自然想到的人身安全、健康安全等。邝杨（1997）视“安全”为人类个体或人类组织的生存免受威胁之状态。蔡守秋（2001）在此基础上考虑得更细致，将安全分为两种：一种安全主要是针对人类健康和生产技术活动而言，指对人的健康没有危险、危害、损害、麻烦、干扰等有害影响，常见的有生产安全、劳动安全、卫生安全、安全生产、安全使用、安全技术等；而另一种安全主要是对人为暴力活动、军事活动、间谍活动、外交活动等社会性、政治性活动以及社会治安与国际和平而言，常见的有社会安全、国家安全、国际安全等。王广民、郑保义（2001）也基本赞同对安全的这种分法，将安全分为狭义安全（生产技术性安全）和广义安全（社会政治性安全）。西方国家对广义安全区分为传统安全和非传统安全，前者指传统的国家政治制度安全、军事安全等，而后者指一些新的因素如环境恶化、有组织的跨国犯罪、大规模移民、金融一体化、网络犯罪等对国家安全带来的威胁等（刘东国，2002）。可见，安全科学是从安全需要（目标）出发，研究人-机（物）-环境之间的相互作用，求解人类生产、生活、生存安全的科学知识体系（张景林、王桂吉，2001）。综上所述，人类对安全的理解是有一个发展历程的：从单纯追求人类的生存安全出发，关注人的自然属性，提出了狭义的安全概念；伴随着人类对自身认识的加深，在安全的理念里融入人的社会属性，安全概念有了拓展，提出了广义的安全概念，以至传统性安全与非传统性安全的划分。可以看出，对安全概念的理解与深入体现了人类文明的进步。表1汇总了文献中有关安全概念的演化和进展状况。

环境水力学复习题

一、选择题： 1、对线性问题应用叠加原理时，下列说法不正确的是( ) A. 多个污染源输入时，可分别计算每个污染源的浓度响应，再进行浓度叠加 B. 对空间起始分布源输入，可将起始分布源分解为若干瞬时平面源，再对每个瞬时源引导的浓度进行求和 C. 对恒定连续源输入，可将连续源按时间分解为若干瞬时源，再对每个瞬时源引导的浓度进行求和 D. 断面上某点流速可分解为平均速度、偏差速度和脉动速度之和 2、下列说法不正确的是( ) A. 分子扩散方程实质上是质量守恒原理在环境水力学中的应用 B. 宽浅型河流的分散系数一定与河流水深成正比 C. 误差函数)(z erf 始终是增函数 D. 分子扩散系数z y x D D D ≠≠，即不符合各向同性 3、上游来水COD Cr (u)=14.5mg/L ，Q u =8.7m 3/s ；污水排放源强COD Cr (e)=58mg/L ，Q e =1.0m 3/s 。如忽略排污口至起始断面间的水质变化，且起始断面的水质分布均匀，则采用完全混合模式计算得到其浓度为( )。 A. 20.48mg/L B. 17.98mg/L C. 18.98mg/L D. 19.98mg/L 4、下列不属于瞬时源浓度解的有( ) A.?? ????-=222exp )0,0,(z z y H U m x c σσσπ B. ?????????? ??++???? ??-= )exp(442),(0 D xu Dt ut x erfc Dt ut x erfc c t x c C. ?????????? ??---???? ? ?+-= Dt b ut x erf Dt b ut x erf c t x c 442 ),(0 D. ( ) ?? ????++--= Dt z y ut x Dt M t z y x c 4)(exp 4),,,(2223 π 5、下列说法不正确的是（ ） A. 物理过程：指污染物在水体中的混合稀释和自然沉淀过程 B. 化学过程：指污染物在水体中发生的理化性质变化等化学反应，对水体净化起作用的主要是氧化还原反应 C. 生物自净过程：微生物在溶解氧充分的情况下，将一部分有机污染物当食饵消耗掉，将另一部分有机物氧化分解为无害的简单无机物 D. 紊动扩散：指水流的紊动作用引起的水中污染物自低浓度向高浓度区域扩散过程 6、河流稀释混合模式中，点源稀释混合模型是（ ） A. ()Q W Q Q c Q c c s e e u u 4.86+ += B. ()()e u e e u u Q Q Q c Q c c ++= C. d t k c c 101+= D. ?? ???? -=V x k c c 86400ex p 10

黄河干流生态与环境需水量研究综述

【摘要】本研究在收集分析国内外有关生态环境需水研究进展的基础上, 紧密结合黄河水环境和水生态特点, 界定了黄河生态环境需水量的内涵和组成。对宁蒙(下河沿—头道拐) 、龙三(龙门—三门峡)和下游3个重要河段的河道生态需水量、环境需水量计算方法及生态需水量、环境需水量耦合等问题进行了研究, 提出了黄河干流10个重要水文断面的适宜生态环境水量和最小生态环境水量。【关键词】生态需水量; 环境需水量; 水质目标; 河道湿地; 耦合研究; 黄河黄河是中华民族的母亲河, 是我国西北、华北地区最大的供水水源, 代写论文以其占全国河川径流2%的有限水资源, 承担着本流域和下游占全国15%耕地面积引黄灌溉、12%人口及50多座大中城市的供水任务。近20年来, 随着流域经济社会的快速发展 , 黄河水资源的过度开发以及日益增加的污染排放量, 致使流域水资源的供需矛盾和水污染问题愈加突出, 也导致了诸如河道频繁断流、河槽萎缩、水质恶化、鱼类产卵场退化、河口湿地面积萎缩等一系列问题, 黄河流域生态系统整体呈恶化趋势。1 黄河生态环境需水量概念及内涵国外对生态环境需水的研究始于20 世纪40 年代, 主要侧重于河道内流量的研究, 这期间有很多定量研究的方法( tennant, 7q10法, 河道湿周法, if-im法, r-cross法等等) 。在我国, 更多的是对流域生态需水和区域生态需水的研究, 特别是对西北内陆河生态需水和黄淮海流域生态需水的研究。尽管目前国内外有关“生态环境需水量”方面研究很多, 但对其概念界定尚无统一的认识, 研究者多根据其研究目标及其要保护的主要功能提出相应的定义[ 1 - 3 ] 。基于对黄河生态系统、水文水资源特性、水资源开发利用程度及水环境状况的认识, 本文认为黄河生态环境需水量概念为: 生态需水量是指为维持黄河水生生物特别是鱼类的正常生存繁殖, 满足河道湿地、河口湿地生态系统基本功能和维持一定规模的水量。环境需水量是指为改善黄河水体水质, 基本满足其环境功能所需要的水量, 环境需水量实质上有着满足水量和水质的双重概念。其内涵主要包括以下几个方面:一是保护河道内水生生物正常生存繁殖的水量; 二是维持河流水体功能水质的水量; 三是满足河道湿地基本功能的水量; 四是维持河口一定规模湿地的水量;五是有利于河口水生生物生存及河口生态修复的水量。黄河适宜生态环境水量是指维系黄河生态系统良性循环的较佳水量, 此时系统状态较理想, 能够发挥较好的生态环境功能。在此状态下, 黄河系统的恢复目标为: 一是黄河水质满足水功能目标要求, 水环境质量有明显改善; 二是黄河主要保护物种鱼类能够获得一定的生存空间, 遭到破坏的鱼类产卵场得到逐步恢复; 三是河道湿地和河口湿地生物多样性、生态完整性能够得到维持, 发挥湿地应有的生态环境功能。最小生态环境水量是指维持系统生存所需的最低水量或底限阈值, 若低于该水量, 系统会发生退化。代写毕业论文对于黄河下游河道来说, 最小生态环境水量也是为了防止河道水体断流并发生功能性裂变, 维持河道水流循环的最小流量。2 理论及方法 2.1 生态需水量根据黄河生态系统和水环境的特点, 一方面由于黄河缺乏长期的水生生物的调查及其生长习性的观测数据, 缺乏相应典型河段主要保护物种生理需水的基础研究支持, 另一方面考虑黄河水生生物并不丰富的实际, 因此, 现阶段很难做到完全生态学意义上的定量研究。足够流动的水体是构成河流生态系统的基础, 从水量及其相关因子考虑, 目前国内外有很多学者利用历史流量法和水力学参数法来计算研究河流生态环境需水量。这种保持河流一定流态的流量可认为是维持河流生命的基本水量。因此研究利用历史流量法(tennant法和90%保证率设定法)计算河道基流,在环境水量研究的基础上, 考虑河口生态修复需水,结合水力学参数法, 对该流量级下的水文要素(如水深、流速、湿周等) 能否满足黄河鱼类的生存空间进行判别, 以体现保护鱼类生存繁衍和维持生境的生态水量需求。（1）tennant法: 脱离特定用途的生态环境用水量计算方法, 也叫tennant法或montana法, 是非现场确定河流生态环境需水的典型方法。该方法以河流水生态健康情况下的多年平均流量观测值为基准, 将保护水生态和水环境的河流流量划分为若干个等级,推荐的标准值是以河流健康状况下多年平均流量值的百分数为基础。tennant法生态环境水量计算的核心问题是必须给出一个预先确定的年平均流量。本研究采

城市景观格局演变的生态环境研究进展

城市景观格局演变的生态环境研究进展 摘要：随着人类生活的进化、进步，逐渐形成城市这一现象。随着城市的诞生，不可避免的出现了城市景观，城市景观对于人类活动的影响开始逐渐突显出来，而且越来越明显的影响着人类的生活各个方面。城市景观格局的改变影响物质循环、能量流动等生态过程，降低区域生态系统的抗干扰能力好稳定性，这样就产生了一系列的生态环境效应。本文的目的是研究的原因和在调查的演变生态环境研究进展的影响演化的城市景观格局分析的影响。 关键词：城市景观，格局演变，环境效应，热岛效应 中图分类号：TU984.2 文献标识码：A DOI： 10.11974/nyyjs.20150932025 1 景观格局研究进展 1.1 景观分类 景观生态学是一个跨学科的多个领域。景观生态系统本身是非常庞杂和层次，也就是因为这个，景观生态分类系统就出现了一定的必要性和可能性。 景观分类是建立在景观格局分析的基础上的，期间最主要的就是确定好景观类型，因为这样可以直接决定景观分类的精度。想要确定景观类型的方式是多种多样的，但是在早

期的时候，仍然是采用集中国土、林业、测绘部门的土地覆盖利用的数据进行。当前社会，随着社会技术的发展，景观格局的研究形式也采用到了遥感数据这样的高技术，变成了提取景观信息的不可忽视的方式。 最传统的遥感图像分类办法有2种，监督和非监督分类办法，而且这2种办法都是依据光谱信息统计作为基础的。其中，监督分类的精度较高，但是缺点是需要率先建立起训练样本，因此对需要分类地物、地形要有了解。而非监督分类就是比较简单的一种，不需要像监督分类那样提前进行信息的了解，因此判别的精度就会稍微差一些了。 具有不同光谱的光谱和光谱分类过程异物常常基于的分类精度的特性函数的冲击性能。分形维数可以有效地显示出质地粗糙，并揭示了表面的性质的自相似性，因此，在基本的分形纹理的复杂功能受到关注的分类。因为在一定范围内，该材料的分形性质是独立的分辨率和视角是稳定的。基于分形理论的分形维数的景观分类是根据稳定的一个大问题，计算出的差异，如何提高分类准确度，该方法进一步研究分形维数的稳定和优化。 1.2 景观演变驱动力 景观格局变化的影响是多种因素作用的结果，通常分为2种自然力和社会经济，并且在不同的时空尺度上，2种驱动力作用也是不尽相同的。

环境水力学案例分析

1、 某河段河水的水温为15 oC ，水力水质数据如下图，试计算距始端60，90km 处的 BOD 、DO 浓度值。 Q 11L 11O 11 解：此题不考虑弥散作用。使用Streeter-Phelps 模型： ) (211s O O K L K dx dO u L K dx dL u -+-=-=在上边界给定L(0)=0L ,O(0)=0O 的条件下，其解为： ) ()(//2 101/0/02121u x K u x K u x K s s u x K e e K K L K e O O O O e L L ------+ --== 水温T 与s O 的关系是：s O ＝T +6.31468 15度时s O =10.06 mg/L 在第一个断面，有01L ＝ ,/8650.686400 400004040*0600*86400 40000 111 11L mg Q q QL L q =+ += ++01O ＝ ,/9563.986400 400004040*1*86400 40000 111 11L mg O Q q QO O q s =+ +=++ x=60000m 时，L mg e L e L L u x K /58.332 .0/60000*86400/3.001/01601===-- O 60=L mg e e K K L K e O O O u x K u x K u x K s s /48.8)()(//2 1011/01212=--+ ----- 在第二个断面，先发生混合，然后衰减。 L mg q Q q L q L Q q L /2889.4)(2 12 260102=++++=

黄河干流生态环境需水量

黄河干流生态环境需水量 摘要:黄河干流生态环境需水量是黄河健康生命水量的重要组成部分。黄河河道生态环境需水量应主要包括以下几个方面:保护河道内水生生物正常生存繁殖的水量;维持河流水体功能水质的水量;满足河道湿地基本功能的水量;维持河口一定规模湿地的水量;有利于河口水生生物生存及河口生态修复的水量。对黄河干流重点河段环境需水量的分析认为:1现状纳污水平下,黄河干流所需流量很大,在目前水资源条件下很难实现;o阶段目标控制水平下,龙门以上河段所需流量基本可以得到保证,但龙门以下河段难以得到保证;?要实现黄河/污染不超标0的目标,入黄支流必须满足入黄水质目标要求,入黄排污口必须满足国家污水综合排放标准。 “维持黄河健康生命”是一种全新的治河理念,其核心是解决黄河”水少”、”沙多”和”水沙不平衡”,以及如何保持以黄河为中心的河流生态系统良性发展的问题[1]。黄河干流生态环境水量是黄河生命水量的重要组成部分,是维持黄河健康生命的关键,也是实现黄河水资源可持续利用的基础。 1 黄河水资源开发利用现状与水污染形势 1.1 水资源开发利用现状 由于黄河天然径流量的变化和沿黄各省区社会经济发展对水资源的过度开发利用,使得黄河水资源供需矛盾日益突出。沿黄地区近10年(1988~1997年)平均总用水量498亿m3,其中地表水量381亿m3,水资源开发利用率为70%以上,远远超过国际上公认的40%警戒线。其结果是黄河下游频繁断流,入海水量锐减。黄河水资源量的减少不仅加剧了黄河水资源的供需矛盾,而且挤占了河道内生态环境用水,严重影响了黄河流域的生态环境安全。 1.2 水污染形势分析 据近年来非汛期水质监测资料初步评价结果,在黄河干流5 464 km河长中,?、ò类水质河长为2 105 km,占总评价河长的38.5%,主要分布在兰州钟家河桥以上河段;ó类水质河长为325 km,占总评价河长的5.9%,主要分布在兰州)下河沿河段;?类水质河长为714 km,占总评价河长的13.1%,主要分布在下河沿)青铜峡、府谷)龙门等河段;?~劣?类水质河长为2 320 km,占总评价河长的42.5%,主要在宁、蒙间的叶盛公路桥)头道拐、喇嘛湾)府谷以及潼关以下河段。水污染因子主要是化学需氧量(CODCr)和氨氮。上述结果表明,黄河干流除源头至下河沿河段水质较好,能基本满足水体功能要求外,下河沿以下河段现状水质都超过功能区水质目标,其中石嘴山)头道拐、潼关)三门峡、小浪底)花园口河段更为突出,以上河段应是研究生态环境水量重点关注的河段。 2 黄河生态系统的基本特征 通过对黄河水生生物调查可知,黄河水生生物种群结构相对较为简单,生物种类、生物种群数量相对较少,这是黄河的自然属性和区域自然环境条件所决定的。黄河干流已修建了12个大型水利枢纽,这些工程在修建时都没有考虑生物通道问题,不但人为改变了河流形态,阻断了水流的连续性和水体自然状态的交换,而且阻隔了水生生物特别是鱼类的洄游。20世纪80年代黄河干流及其支流上的一些鱼类产卵场大多已经消失或发生了相应变化,如伊洛河口的鱼类产卵场由于水污染问题已遭到很大程度的损害。从生态学意义上讲,水利工程的开发对生态环境有一定的负面影响,这就要求人们在河流的开发和水利工程建设时,重视利用非工程措施协调人水关系,最大限度减轻水利工程对自然生态的影响。但是,也不能片面地强调生态保护而简单地否定修建任何水利工程,这同样不符合科学的发展观。应该看到,以鱼类为顶级物种的黄河水生态系统有着较强的自身修复功能和适应调节能力。1999年3月1日起,经国务院批准,由黄委对黄河干流实施全河水量统一调度以来,至今没有发生水文意义上的断流,

国内外环境效率研究进展

Sustainable Development 可持续发展, 2020, 10(1), 45-50 Published Online January 2020 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/aa12646354.html,/journal/sd https://https://www.wendangku.net/doc/aa12646354.html,/10.12677/sd.2020.101006 Research Progress on Environmental Efficiency at Home and Abroad Jingrong Sun School of Tourism and Social Management, Nanjing Xiaozhuang University, Nanjing Jiangsu Received: Nov. 29th, 2019; accepted: Dec. 12th, 2019; published: Dec. 19th, 2019 Abstract As an effective tool to measure the coordination degree of human economic development and en-vironmental protection, relevant organizations and institutions have carried out in-depth re-search on it and achieved a lot of research results, at present, the application research on envi-ronmental efficiency has penetrated into various fields, since it was put forward in the early 1990s. This study mainly analyzes the concept and connotation of environmental efficiency, environ-mental efficiency index system, environmental efficiency research method system, regional envi-ronmental efficiency, industrial environmental efficiency, enterprise environmental efficiency, product environmental efficiency, etc. Finally, on the basis of the above analysis, the future re-search of environmental efficiency is prospected from the aspects of measurement model, re-search index system and research scale, so as to bring reference significance to the further devel-opment of environmental efficiency in the future. Keywords Environmental Efficiency, Research Progress, Research Prospect 国内外环境效率研究进展 孙景荣 南京晓庄学院旅游与社会管理学院，南京江苏 收稿日期：2019年11月29日；录用日期：2019年12月12日；发布日期：2019年12月19日 摘要 环境效率作为一种衡量经济发展与环境保护协调度的有效工具，自20世纪90年代初提出以来，相关组织