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流域模型 GWLF 平臺(tái)介紹：通用流域污染負(fù)荷模型（簡(jiǎn)稱 GWLF 模型）是 1987 年由美國(guó)康奈爾大學(xué)提出的一種半分布式、半經(jīng)驗(yàn)式 流域模型算法，主要用于在中尺度流域(幾百～萬 km2 左右)模擬水文 及污染物負(fù)荷通量，可以提供逐月的模擬結(jié)果并對(duì)關(guān)鍵斷面（如國(guó)家、 省級(jí)考核斷面，跨區(qū)域（跨行政區(qū)）分界斷面，生態(tài)補(bǔ)償斷面）污染 源構(gòu)成進(jìn)行來源解析。其所需數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)量與我國(guó)的水環(huán)境、水 資源管理部門所能提供的數(shù)據(jù)類型相匹配，保證了該模型在我國(guó)流域 管理中的適用性和可達(dá)性，為流域尺度或區(qū)域尺度（一般市級(jí)行政區(qū) 域大小為幾百～萬 km2）水環(huán)境及水資源規(guī)劃、決策與管理提供可靠 支持。該模型為美國(guó) TMDL 計(jì)劃實(shí)施推薦流域模型之一。利用該模 型所得結(jié)論可以進(jìn)一步加工分析并結(jié)合 GIS 等空間分析軟件，得出時(shí) 圖 1：南開大學(xué)國(guó)家環(huán)境保護(hù) 城市空氣顆粒物污染防治重點(diǎn)實(shí)驗(yàn) 室“顆粒物來源解析及污染防治技 術(shù)研究與應(yīng)用”城市分布圖空差異分析結(jié)果，為區(qū)域或城市水環(huán)境管理急需的決策提供支持與建 議。

流域模型 GWLF 平臺(tái)介紹：通用流域污染負(fù)荷模型（簡(jiǎn)稱 GWLF模型）是 1987 年由美國(guó)康奈爾大學(xué)提出的一種半分布式、半經(jīng)驗(yàn)式流域模型算法，主要用于在中尺度流域(幾百～萬 km2 左右)模擬水文及污染物負(fù)荷通量，可以提供逐月的模擬結(jié)果并對(duì)關(guān)鍵斷面（如國(guó)家、省級(jí)考核斷面，跨區(qū)域（跨行政區(qū)）分界斷面，生態(tài)補(bǔ)償斷面）污染源構(gòu)成進(jìn)行來源解析。其所需數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)量與我國(guó)的水環(huán)境、水資源管理部門所能提供的數(shù)據(jù)類型相匹配，保證了該模型在我國(guó)流域管理中的適用性和可達(dá)性，為流域尺度或區(qū)域尺度（一般市級(jí)行政區(qū)域大小為幾百～萬 km2）水環(huán)境及水資源規(guī)劃、決策與管理提供可靠支持。該模型為美國(guó) TMDL 計(jì)劃實(shí)施推薦流域模型之一。利用該模型所得結(jié)論可以進(jìn)一步加工分析并結(jié)合 GIS 等空間分析軟件，得出時(shí)空差異分析結(jié)果，為區(qū)域或城市水環(huán)境管理急需的決策提供支持與建議。

近年來，我國(guó)突發(fā)性重大環(huán)境污染事件頻繁發(fā)生，對(duì)國(guó)民健康、生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。從我國(guó)當(dāng)前重大環(huán)境污染事件發(fā)生的實(shí)際狀況出發(fā)，研究開發(fā)重大環(huán)境污染事件特征污染物現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，是提升我國(guó)環(huán)境保護(hù)技術(shù)水平，推進(jìn)環(huán)境友好型社會(huì)建設(shè)的迫切要求。特征污染物現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)作為應(yīng)對(duì)突發(fā)性環(huán)境污染事件的前提，首先要求判斷污染物的種類，利用快速檢測(cè)手段給出定性、半定量和定量的檢測(cè)結(jié)果，確認(rèn)污染事件的危害程度和污染范圍等。開發(fā)一套功能完善、便攜、快速的特征污染物現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)決策、減少污染危害程度等具有極其重要的意義。本課題采用納米生物技術(shù)、電化學(xué)或光化學(xué)傳感技術(shù)和信息技術(shù)，并將其有機(jī)組合，建立環(huán)境污染事件的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)，最終形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的環(huán)境污染物現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)技術(shù)和儀器裝備，為國(guó)家環(huán)境安全和人民健康提供保障。

項(xiàng)目成果/簡(jiǎn)介:本服務(wù)體系主要依托 SPARROW 模型，它是一款由美國(guó)國(guó)家地質(zhì)調(diào)查局（USGS）開發(fā)的非線性流域污染物評(píng)估模型，其介于傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)模型與機(jī)理模型之間，用于估計(jì)流域地表水體中污染物負(fù)荷與污染源之間的關(guān)系。是美國(guó) TMDL 計(jì)劃推薦流域模型方法之一。 原始 SPARROW 模型基于 SAS（統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)）平臺(tái)運(yùn)行，使用 IML 語(yǔ)言編寫，其嵌套的統(tǒng)計(jì)模塊可以輕松調(diào)用非線性加權(quán)最小二乘法（NWLS）進(jìn)行方程的求解，完成所需參數(shù)的估計(jì)，雖然SPARROW 本身可以免費(fèi)使用，但是 SAS 平臺(tái)購(gòu)買費(fèi)用不菲，為此我們基于 SPARROW 模型的原理，使用 FORTRAN 語(yǔ)言開發(fā)了面向我國(guó)特點(diǎn)的具有空間響應(yīng)特性的水環(huán)境管理模型，簡(jiǎn)化了原SPARROW 模型中不適用于中國(guó)的模塊，并增加 jackknife 不確定性分析模塊，按照中國(guó)水環(huán)境管理需求補(bǔ)充可能實(shí)現(xiàn)的模塊，優(yōu)化模型功能，改善人機(jī)交互形式，使數(shù)據(jù)輸入及模型運(yùn)行更加方便易學(xué)并符合中國(guó)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)。利用 ArcGIS 生成河網(wǎng)、劃分子流域等，提取與整合必要的與流域河流屬性相關(guān)的輸入數(shù)據(jù)，并利用該平臺(tái)將模擬結(jié)果進(jìn)行可視化表達(dá)。應(yīng)用范圍:模型已應(yīng)用于東北松花江流域、黃山新安江流域，成功完成對(duì)這些地區(qū) N、P、COD 等污染負(fù)荷的空間解析，并設(shè)置敏感斷面（松花江流域的同江斷面，新安江流域的跨省斷面--街口斷面）進(jìn)行溯源分析，能夠?yàn)榱饔颍▍^(qū)域）水環(huán)境管理決策的制定與實(shí)施提供技術(shù)支持。效益分析:（1）污染源空間解析：進(jìn)行各子流域污染源組成比例分布預(yù)測(cè)以及各子流域的污染來源追溯等，由于監(jiān)測(cè)站點(diǎn)只能評(píng)價(jià)靜態(tài)的理化指標(biāo)，SPARROW 模型則綜合考慮流域內(nèi)的地質(zhì)地貌、氣象要素等，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)追溯污染來源，分析來自不同污染源的污染量和比例，有針對(duì)性地對(duì)水質(zhì)進(jìn)行控制和管理，找出污染貢獻(xiàn)最大的區(qū)域加以治理，實(shí)現(xiàn)投入產(chǎn)出的效益最大化； （2）面向水質(zhì)達(dá)標(biāo)的監(jiān)測(cè)站點(diǎn)空間布局優(yōu)化與設(shè)計(jì)：利用有限水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)過去一段時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)外推流域內(nèi)其他未監(jiān)測(cè)河段 的水質(zhì)情況，有效解決布設(shè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)成本高、監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)位數(shù)量少、代表性差的問題，通過對(duì)流域整體水質(zhì)狀況的預(yù)測(cè)分析，找出水質(zhì)較差河段，進(jìn)而有效優(yōu)化監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的空間設(shè)置，為水環(huán)境質(zhì)量達(dá)標(biāo)提供支持。 （3）面向敏感區(qū)（達(dá)標(biāo)斷面）的削減措施優(yōu)化：例如海岸帶、湖庫(kù)、飲用水取水區(qū)、達(dá)標(biāo)考核斷面等，作為考核或評(píng)估斷面進(jìn)行污染物傳輸分析，分析上游各子流域?qū)ζ湮廴矩暙I(xiàn)大小，甄別污染貢獻(xiàn)最大的區(qū)域，優(yōu)化管理措施的設(shè)置。

本服務(wù)體系主要依托 SPARROW 模型，它是一款由美國(guó)國(guó)家地質(zhì)調(diào)查局（USGS）開發(fā)的非線性流域污染物評(píng)估模型，其介于傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)學(xué)模型與機(jī)理模型之間，用于估計(jì)流域地表水體中污染物負(fù)荷與污染源之間的關(guān)系。是美國(guó) TMDL 計(jì)劃推薦流域模型方法之一。 原始 SPARROW 模型基于 SAS（統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)）平臺(tái)運(yùn)行，使用 IML 語(yǔ)言編寫，其嵌套的統(tǒng)計(jì)模塊可以輕松調(diào)用非線性加權(quán)最小二乘法（NWLS）進(jìn)行方程的求解，完成所需參數(shù)的估計(jì)，雖然SPARROW 本身可以免費(fèi)使用，但是 SAS 平臺(tái)購(gòu)買費(fèi)用不菲，為此我們基于 SPARROW 模型的原理，使用 FORTRAN 語(yǔ)言開發(fā)了面向我國(guó)特點(diǎn)的具有空間響應(yīng)特性的水環(huán)境管理模型，簡(jiǎn)化了原SPARROW 模型中不適用于中國(guó)的模塊，并增加 jackknife 不確定性分析模塊，按照中國(guó)水環(huán)境管理需求補(bǔ)充可能實(shí)現(xiàn)的模塊，優(yōu)化模型功能，改善人機(jī)交互形式，使數(shù)據(jù)輸入及模型運(yùn)行更加方便易學(xué)并符合中國(guó)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)。利用 ArcGIS 生成河網(wǎng)、劃分子流域等，提取與整合必要的與流域河流屬性相關(guān)的輸入數(shù)據(jù)，并利用該平臺(tái)將模擬結(jié)果進(jìn)行可視化表達(dá)。

持久性有機(jī)污染物（POPs）是《斯德哥爾摩公約》的控制對(duì)象，是全球關(guān)注的環(huán)境污染物，其環(huán)境污染特征和去除控制原理是環(huán)境學(xué)科重要的基礎(chǔ)科學(xué)問題。該項(xiàng)目緊緊圍繞鹵代POPs 污染水平和存在形態(tài)、脫鹵機(jī)理和降解原理、吸附特性和去除機(jī)理三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題，通過深入剖析典型受污染環(huán)境，揭示了傳統(tǒng)POPs 和新增列POPs 的污染水平和賦存狀態(tài)等環(huán)境污染特征；針對(duì)鹵代POPs 難降解特點(diǎn)，突破了高效催化脫鹵降解和吸附去除等物化技術(shù)原理，持續(xù)研究15 年，成果得到國(guó)內(nèi)外同行的高度認(rèn)可。

本服務(wù)體系主要依托 SPARROW 模型，它是一款由美國(guó)國(guó)家地 質(zhì)調(diào)查局（USGS）開發(fā)的非線性流域污染物評(píng)估模型，其介于傳統(tǒng) 統(tǒng)計(jì)學(xué)模型與機(jī)理模型之間，用于估計(jì)流域地表水體中污染物負(fù)荷與 污染源之間的關(guān)系。是美國(guó) TMDL 計(jì)劃推薦流域模型方法之一。 原始 SPARROW 模型基于 SAS（統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)）平臺(tái)運(yùn)行，使 用 IML 語(yǔ)言編寫，其嵌套的統(tǒng)計(jì)模塊可以輕松調(diào)用非線性加權(quán)最小 二乘法（NWLS）進(jìn)行方程的求解，完成所需參數(shù)的估計(jì)，雖然 SPARROW 本身可以免費(fèi)使用，但是 SAS 平臺(tái)購(gòu)買費(fèi)用不菲，為此 我們基于 SPARROW 模型的原理，使用 FORTRAN 語(yǔ)言開發(fā)了面向 我國(guó)特點(diǎn)的具有空間響應(yīng)特性的水環(huán)境管理模型，簡(jiǎn)化了原 SPARROW 模型中不適用于中國(guó)的模塊，并增加 jackknife 不確定性 分析模塊，按照中國(guó)水環(huán)境管理需求補(bǔ)充可能實(shí)現(xiàn)的模塊，優(yōu)化模型 功能，改善人機(jī)交互形式，使數(shù)據(jù)輸入及模型運(yùn)行更加方便易學(xué)并符 合中國(guó)的數(shù)據(jù)特點(diǎn)。利用 ArcGIS 生成河網(wǎng)、劃分子流域等，提取與 整合必要的與流域河流屬性相關(guān)的輸入數(shù)據(jù)，并利用該平臺(tái)將模擬結(jié) 果進(jìn)行可視化表達(dá)。

針對(duì)礦區(qū)地表徑流和河道的重金屬污染問題，結(jié)合礦區(qū)流域特點(diǎn)，在礦區(qū)徑流匯集區(qū)構(gòu)建以改性生物質(zhì)材料、天然礦物以及甲殼質(zhì)和微生物為填充材料三級(jí)攔截箱，當(dāng)?shù)乇韽搅髁鹘?jīng)攔截箱時(shí)，在填料和微生物的共同作用下，吸附徑流中重金屬離子，實(shí)現(xiàn)地表徑流中重金屬有效削減。在河道構(gòu)建挺水、浮水和沉水植物搭配的水生植物修復(fù)帶，并輔以自主研發(fā)的生態(tài)浮床，利用不同植物對(duì)各重金屬的富集特征及各植物間的協(xié)同強(qiáng)化作用，構(gòu)建水生植物生態(tài)削減緩沖屏障，以進(jìn)一步削減河道水體重金屬。通過濱岸攔截溝和河道植物修復(fù)帶，實(shí)現(xiàn)河道水體中重金屬 V、Cr、As、Cd、Pb、Hg 濃度穩(wěn)定低于地表 II 類水標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)目前國(guó)內(nèi)小流域范圍內(nèi)污染源輸入增加，河道及濕地自然凈化能力降低的問題，對(duì)小流域展開全面的的調(diào)查和治理，包括污染源頭截污強(qiáng)化凈化、流域水質(zhì)生態(tài)凈化、生態(tài)系統(tǒng)自然修復(fù)、生態(tài)景觀提升美化四大工程。經(jīng)過成套技術(shù)整治修復(fù)后的小流域能形成水系暢通、水質(zhì)良好、生物多樣性豐富、濕地景觀優(yōu)美的健康格局，實(shí)現(xiàn)自我維持與良性演化。 在流域匯水過程中，對(duì)流域內(nèi)不同的點(diǎn)源及面源污染通過不同的方式進(jìn)行凈化，在出水端構(gòu)建單位面積處理效率高的人工濕地系統(tǒng)，由組合工藝提升出水水質(zhì)，滿足水體入河的排放標(biāo)準(zhǔn)。然后在流

本發(fā)明公開了一種結(jié)合點(diǎn)特征和線特征描述子的圖像匹配算法，包括：(1)分別對(duì)模板圖和實(shí)時(shí)圖在多尺度下提取角點(diǎn)；(2)獲得實(shí)時(shí)圖和模板圖角點(diǎn)周圍的邊緣集合；(3)計(jì)算步驟(1)獲得的最終選定的實(shí)時(shí)圖與模板圖角點(diǎn)的類ORB點(diǎn)特征描述子；(4)利用最小截平方Hausdorff距離描述步驟(2)獲得的實(shí)時(shí)圖和模板圖的邊緣集合的匹配相似度；(5)計(jì)算步驟(3)中獲得的實(shí)時(shí)圖與模板圖角點(diǎn)的類 ORB 點(diǎn)特征描述子的匹配相似度；(6