平行因子法结合自组织映射神经网络的三维荧光特征及其与水质的关系
本文选题:光谱学 + 水质监测 ; 参考:《光学学报》2017年07期
【摘要】:利用三维荧光技术进行水质监测对干旱区绿洲河流水质的有效管理具有重要的意义。以三维荧光技术为手段,以艾比湖流域地表水为研究对象,结合平行因子(PARAFAC)法和自组织特征映射神经网络(SOM)方法,探讨了艾比湖流域地表水溶解性有机质的三维荧光特征及其与地表水水质指标之间的关系。通过PARAFAC法,有效提取了艾比湖流域地表水样中的4种荧光组分,C1荧光峰对应物质为紫外区类富里酸,C2荧光峰对应物质为类富里酸,C3包括2个峰C3(T1)和C3(T2),其中C3(T1)荧光峰对应物质为类蛋白,C3(T2)荧光峰对应物质为类腐殖酸,C4荧光峰对应物质为类腐殖质。经SOM训练,在不同聚类层中探讨水质参数分布情况,水质状况由差到好的顺序依次为博河上游、精河绿洲、乌苏周边农田、艾比湖周边。在艾比湖流域丰水期,酸碱度(pH)、电导率(EC)、溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)和五日生化需氧量(BOD5)与水样的三维荧光峰具有较为显著的相关性,而总磷(TP)、总氮(TN)及氨氮(NH+3-N)与各荧光峰相关性较弱。分别建立pH、EC、DO、COD及BOD5与各荧光组分间的多元线性回归方程,求得相关系数R分别为0.579、0.632、0.502、0.762和0.785,可以在一定程度上利用各荧光组分模拟水质参数的变化情况。在利用PARAFAC探讨地表水荧光特征的基础上,SOM网络作为一种有效的水体荧光光谱分析工具,可为干旱区水质监测和河流水质污染治理提供科学依据。
[Abstract]:The application of three dimensional fluorescence technique in water quality monitoring is of great significance to the effective management of the water quality of oasis rivers in arid areas. Taking the surface water of the Ebinur Lake Basin as the research object, using the three-dimensional fluorescence technique, the parallel factor PARAFAC method and the self-organizing feature mapping neural network (SOM) method were used. The three dimensional fluorescence characteristics of dissolved organic matter in the surface water of Ebinur Lake Basin and its relationship with the surface water quality index were discussed. Through the PARAFAC method, Four kinds of fluorescence components (C _ 1) and C _ (1) were effectively extracted from the surface water samples of Ebinur Lake Basin. The corresponding substances of C _ (1) fluorescence peak of C _ (1) C _ (1) and C _ (3) C _ (3) C _ (2) C _ (3) C _ (3) C _ (2) and C _ (3) C _ (3) T _ (1) were two peaks. The corresponding substance of the fluorescence peak of C _ (3) C _ (3) T _ (2) is the humus like substance of C _ (4) fluorescence peak of humic acid. After SOM training, the distribution of water quality parameters was discussed in different cluster layers. The order of water quality condition from bad to good was the upper reaches of Bo River, the oasis of Jinhe River, the farmland around Wusu and the periphery of Ebinur Lake. In the high water season of Ebinur Lake, the pH ~ (+) of pH, the conductivity of EC ~ (2 +), the do of dissolved oxygen, the chemical oxygen demand (COD) and the five days' biochemical oxygen demand (Bod _ 5) are significantly correlated with the three dimensional fluorescence peak of the water sample. However, TPN, TNN and NH _ 3-N) had a weak correlation with the fluorescence peaks. The multivariate linear regression equations between BOD5 and the fluorescent components were established, and the correlation coefficient R was 0.579U 0.632U 0.502N 0.762 and 0.785respectively. The variation of water quality parameters could be simulated by the fluorescence components to a certain extent. On the basis of discussing the fluorescence characteristics of surface water by using PARAFAC network, as an effective tool of water fluorescence spectrum analysis, it can provide scientific basis for water quality monitoring and river water pollution control in arid areas.
【作者单位】: 新疆大学资源与环境科学学院;新疆大学绿洲生态教育部重点实验室;新疆智慧城市与环境建模普通高校重点实验室;北京师范大学地理学与遥感科学学院;澳大利亚联邦科工组织水土研究所;
【基金】:国家自然科学基金(41361045);国家自然科学基金(新疆联合基金本地优秀青年人才培养专项)(U1503302) 2016年新疆大学大学生创新训练计划重点项目(XJGRI2016014)
【分类号】:O657.3;X832
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,本文编号:1779578
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