长江科学院院报

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陈进

长江科学院院报. 2015, 32(6): 1-6. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.001

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根据生态系统基本概念及理论,讨论河流生态系统的时空尺度及栖息地、水文过程与物质通量、水生生物及人类活动影响等特征;通过长江科学考察和已有研究成果之间的对比,分析长江生态系统中的环境特征及人类活动影响机制。研究结果表明:长江水系由于跨越区域大,人类活动影响程度不同,存在自然、半自然及受人类影响强烈的河段;总体水量和水质可以满足人类经济社会发展需要;由于栖息地和水文过程变化剧烈,珍稀和特有物种生存环境堪忧,需要特别重视流域整体生态系统的保护和管理。

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长江科学院流域水环境专业研究进展及展望

李青云

长江科学院院报. 2015, 32(6): 7-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.002

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分析了流域水环境专业的社会需求,阐述了长江科学院流域水环境专业的定位和主要研究方向,分6个方面介绍了流域水环境研究所创建5 a来取得的主要科研成果:①湖库富营养化水体和藻类治理技术;②农村水电生态环境影响评价方法及保护对策;③河湖纳污能力计算方法和评价技术;④水库对河流水沙与营养物质连续传输影响及生态响应机制;⑤重金属及环境激素污染水土体治理及生态修复技术;⑥地下水污染治理技术。最后对流域水环境专业在治江科研工作的几个重点研究领域进行了讨论和展望。

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基于数值模拟的纳污能力计算方法探讨

黄茁,冯雪,赵鑫,赵伟华

长江科学院院报. 2015, 32(6): 15-19. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.003

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以邻苯二甲酸二丁酯(DBP)为典型污染物,采用室内水槽试验、数值模拟及野外示踪试验,分析了水体中污染物降解的主要影响因素,研究了流速、含沙量、粒径等因素对污染物降解过程的影响,并将结果与水质模型进行耦合,提出了新的纳污能力计算方法。分别采用该方法以及《水域纳污能力计算规程》和《全国水资源综合规划地表水资源保护补充技术细则》的计算方法,计算了长江武汉段青山工业用水区DBP纳污能力。结果表明,基于数值模拟的纳污能力计算方法可以解决降解系数取值问题,可为更准确地核定水域纳污能力提供技术支撑。

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流域水环境数值模拟技术及应用研究展望

曹慧群,赵鑫

长江科学院院报. 2015, 32(6): 20-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.004

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在气候变化与人类活动影响新形势下,流域水环境发生了很大变化。水环境数值模拟可以定量描述流域水环境演变过程,是水环境规划、管理与保护工作的重要研究手段。从地表水环境模型、地下水环境模型、流域非点源污染模型3方面,分类归纳了当前主要的水环境数值模拟技术;从流域水环境演变与调控、水利工程对流域水环境的影响研究、水污染防治工程设计、水资源保护规划与管理等方面,总结了流域水环境数值模拟技术的应用情况;最后分析了当前水环境模拟技术的不足,并提出了流域水环境数值模拟技术的发展趋势。

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三峡库区大宁河口水体富营养化三维精细化模拟

赵鑫,冯璁,吴敏

长江科学院院报. 2015, 32(6): 25-31. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.005

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针对目前三峡库区水力控藻仍然缺乏有效工具的问题,利用2010—2011年大昌和大宁河口实测水文、水质数据,基于EFDC富营养化模块,构建了三峡库区大宁河口三维富营养化模型,并利用双龙和龙门断面实测数据进行了模型参数率定和验证。结果显示水温模拟效果最好,模拟值与实测值高度吻合,各误差统计量也较小,如相对误差均小于10%;总氮和总磷模拟值与实测值有一定偏差,吻合度依然较好,总氮相对误差均小于40%,总磷最大相对误差为67.002%;叶绿素a模拟误差较大,但仍能很好模拟叶绿素a变化趋势。该模型可为后续开展三峡水力调度抑制“水华”爆发提供技术支持。

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选矿尾砂在水流中的运动规律试验研究

罗平安,曹慧群,邢江鹏

长江科学院院报. 2015, 32(6): 32-36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.006

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选矿过程会产生大量尾砂,尾砂大部分堆放在尾矿库,而堆放在尾矿库的尾砂可能随降雨进入河道,对河流产生影响。通过在长宽高分别是23,1,0.6 m的水槽中开展试验,研究流速为0.05~0.3 m/s、投砂速率为20~315 g/min条件下的选矿尾砂在水流中的运动规律,分析尾砂扩散、淤积形态和淤积量分布、含沙量沿程分布规律。试验结果表明,尾砂进入水槽后,存在明显扩散;尾砂淤积总量占投砂总量的比例随流速增大而减小,当流速从0.05 m/s增加至0.3 m/s时,淤积比例从75%以上降至不足25%;投砂主要影响区域内含沙量沿程呈减小趋势,含沙量分布与指数公式拟合的较好,相关系数R²值约为0.9。

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太阳能曝气人工垂直潜流湿地去除生活污水氮磷的试验研究

汤显强,吴敏

长江科学院院报. 2015, 32(6): 37-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.007

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利用芦苇和砾石构建太阳能曝气人工垂直潜流湿地处理生活污水。设定水力负荷400 mm/d,气水比10∶1,当进水氨氮(NH₄-N)、总氮(TN)、溶解性反应磷(SRP)和总磷(TP)平均浓度为5.14,7.56,0.40,0.53 mg/L时,引入太阳能曝气后,各自的平均去除率分别提高24.8%,9.4%,15.7%和11.5%。随着气温下降和进水浓度降低,湿地微生物脱氮除磷能力下降,曝气对改善生活污水氮磷去除作用不显著。对试验系统而言,太阳能曝气湿地基本建设费用是无曝气湿地的2.85倍;但以20 a运行为基础折算出的污水处理费比无曝气湿地仅高0.02元/m³。综上,从污染去除性能和污水长期处理费用来看,太阳能曝气湿地在生活污水处理方面具有较好的技术经济优势。

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人工湿地填料除砷效率及影响因素试验研究

吴敏,赵良元,冯雪

长江科学院院报. 2015, 32(6): 42-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.008

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人工湿地是净化含砷水体的重要途径之一,而填料是决定人工湿地除砷效果的关键因素。通过填料如砾石、锰砂、沸石和陶粒的理化性质的测定,以及各种填料的吸附动力学、吸附等温线和吸附影响因素试验,研究了填料的除砷性能及影响因素。结果表明:4种填料均能在24 h内达到吸附平衡,一级动力学方程和二级动力学方程能很好地拟合其吸附过程;锰砂、陶粒、沸石和砾石最大吸附容量依次为36.62,25.39,11.96,7.04 mg/kg,Freundlich方程能较好地拟合填料的等温吸附过程;在0.25~0.50 mm范围内,粒径对锰砂和陶粒吸附砷影响不显著;溶液中氨氮浓度在0.50~2.50 mg/L范围内几乎不影响填料对砷的吸附;当砷初始浓度低于0.4 mg/L时,磷酸盐在0.25~0.50 mg/L范围内对填料吸附砷的影响不显著;砷初始浓度高于0.4 mg/L时,随着磷酸盐浓度从0.25 mg/L增加至0.50 mg/L时,陶粒对砷的最大吸附量降低了2.57 mg/kg,对锰砂的吸附量降低了1.85 mg/kg。

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微电流电解对尿素降解的机理及影响因素研究

林莉,谢雯静,李青云,赵良元,吴敏,冯璁

长江科学院院报. 2015, 32(6): 49-52. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.009

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采用微电流电解技术对模拟游泳池水中的尿素进行降解处理,探索了电解对尿素的去除机理,研究了电流密度和氯离子浓度等因素对电解去除尿素效果的影响。结果表明:以钌钛和不锈钢分别做阳极和阴极材料,当水溶液中有较高浓度的氯离子存在时,电解过程中产生的活性氯使得尿素被氧化,尿素降解产物中无氨氮、氯胺等二次污染物,尿素极有可能通过电解生成了N₂等气体挥发到空气中。电流密度和氯离子浓度对尿素的去除效率有很大影响,随着电流密度和氯离子浓度的增加,尿素去除效率逐渐上升。在400 mg/L的氯离子浓度条件下,电流密度为12 mA/cm²时,电解处理30 min时尿素去除率可达99.5%。将微电流电解技术应用于游泳池水中的尿素去除,无需添加电解质,即能达到较高的尿素去除效果,采用该技术对游泳池水中的尿素进行降解去除完全可行。

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氯离子浓度与电流密度对电解抑制铜绿微囊藻生长的影响

冯璁,林莉,李青云

长江科学院院报. 2015, 32(6): 53-58. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.010

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通过分析电解前后铜绿微囊藻液的光密度与叶绿素荧光动力学参数变化,探究了氯离子(Cl^-)浓度及电流密度对微电流电解抑制铜绿微囊藻生长的影响。结果表明:微电流电解产生的活性氯在抑藻过程中起了重要作用,对初始细胞密度5×10⁵个/mL、体积100 mL的铜绿微囊藻液而言,当藻液中初始Cl^-浓度为18 mg/L时,电解后藻细胞的生长受到了完全抑制;而对于无氯藻液,电解后藻细胞的生长未受明显影响。当电流密度为10 mA/cm²、电解时间为15 min,而藻液中的初始Cl^-浓度在0～18 mg/L范围内时,电解抑藻效率会随着Cl^-浓度的升高而逐步提高;并且当Cl^-浓度≥12 mg/L时,电解后藻细胞彻底死亡,无法再恢复活性。当电解时间为15 min、藻液中初始Cl^-浓度为18 mg/L,电流密度在0～20 mA/cm²范围内时,随着电流密度的增加电解抑藻效率也会提高。成果为深入研究微电流电解的持续抑藻机理提供了基础。

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南水北调中线水源地水质保护立法及建议

王振华,黄茁,吴敏

长江科学院院报. 2015, 32(6): 59-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.011

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南水北调中线水源地水质保护法规建设,是中线水源地保护管理的重要内容和关键环节。通过分析中线水源地水质保护相关法规的现状,总结了现行法规在管理体制、水源保护区划分与污染防治、监测预警、突发事件应急管理、生态补偿、环境信息共享与公众参与、法律责任、保护经费投入等方面的规定对中线水源地水质保护管理的适用性,并指出了存在的问题。针对中线水源地水质保护法规建设需求和现行法规存在的不足,借鉴国外饮用水水源地保护立法的成功经验,提出了完善中线水源地水质保护法规的立法建议。

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长江下游干流水体中氮的空间分布特征

刘敏,林莉,董磊,赵良元

长江科学院院报. 2015, 32(6): 65-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.012

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为全面了解长江下游干流氮素的含量水平,于2014年6月对长江下游干流表层、中层和底层水体中总氮(TN)、溶解性氮(TDN)、氨氮(NH₄⁺-N)的含量进行检测,分析了氮素的空间分布特征。研究结果表明:TDN是氮在长江下游干流水体中的主要形态,而且表层、中层、底层水体中氮素含量均不相同;长江下游干流水体中TN的含量范围为0.85～2.46 mg/L,表层和底层水体中TN平均含量均高于中层水体中TN的平均含量;水体中TDN的含量范围为0.72～2.08 mg/L,表层水体中TDN平均含量相对较高;水体中NH₄⁺-N的含量范围为0.13～0.75 mg/L,表层、中层和底层水体中NH₄⁺-N的含量相近;从研究区域上游至下游,TN和TDN的平均含量呈现上升的趋势;不同城市间的NH₄⁺-N平均含量波动较大。通过相关性分析还发现,TDN与叶绿素a (Chl-a)呈显著负相关, 水温(T)与叶绿素a (Chl-a)呈显著正相关,其它形态氮与水的理化性质无明显相关关系。此研究结果可作为控制长江下游干流水体中氮素污染的基础数据。

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长江中、下游干流磷的沿程分布特征研究

董磊,林莉,赵良元,刘敏

长江科学院院报. 2015, 32(6): 70-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.013

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为了解长江中下游磷营养盐的分布特征及磷素的污染状况,2014年5月29日至6月7日沿长江中、下游干流在湖北武汉,江西九江,安徽安庆,江苏的南通、镇江、南京,上海等地设置采样断面,现场监测表层、中层和底层水体中总磷(TP)、溶解性总磷(TDP)、颗粒态总磷(TPP)、溶解性正磷酸盐(SOP)的含量,分析干流磷的沿程分布特征。研究结果表明:长江中、下游干流各采样地TP平均含量范围在0.15~0.25 mg/L,各采样地下游TP平均含量高于上游,各采样地下游左岸及右岸TP平均含量较中泓处高,且左岸TP平均含量较右岸高;各采样地TDP平均含量范围为0.02~0.13 mg/L,且采样地下游TDP平均含量较上游高;各采样地TPP平均含量范围为0.10~0.20 mg/L,沿长江中下游沿程方向TPP占TP百分比逐渐减小,但TPP仍是长江中下游TP的主要贡献者,TPP分布与叶绿素a的分布极为相似,二者呈显著正相关;各采样地SOP平均含量范围为0.02~0.11 mg/L,且 SOP平均含量沿长江中、下游沿程方向显示出增加趋势,SOP是TDP的主要组成部分,SOP平均含量占TDP平均含量70%以上。总体上,长江中下游水体中各形态磷含量较低,水质良好。

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向家坝蓄水前后长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区物理完整性评价

赵伟华,曹慧群,黄茁,王振华

长江科学院院报. 2015, 32(6): 76-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.014

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采用流量过程变异程度、高流量频率、高流量历时偏差、岸坡稳定性、栖息地类型多样性、底质类型多样性、河岸植被覆盖度、垂向透水性等8项指标对向家坝蓄水前后长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区部分关键河段的物理完整性进行了评价研究。结果表明:赤水河的物理完整性远高于长江干流,长江干流的3个河段中江津段的物理完整性较高,其次是宜宾和合江。向家坝蓄水前后,高流量频率、高流量历时偏差、栖息地类型多样性、垂向透水性等4项指标差异较大。向家坝蓄水对保护区关键河段水文过程,特别是脉冲流量及其持续时间、底质中值粒径和水深、流速的分布等具有一定程度的影响。研究结果可为长江上游干支流物理完整性评价提供借鉴。

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水生植物对沉积物微生物群落功能多样性的影响

赵良元,陶晶祥,刘敏

长江科学院院报. 2015, 32(6): 81-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.015

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为研究水生植物对沉积物微生物群落功能多样性的影响,采用Biolog-Eco微平板法分析非根际沉积物及菖蒲根际沉积物微生物群落功能多样性差异。结果表明:水生植物菖蒲的生长可大大提高沉积物中微生物的活性及多样性,菖蒲根际微生物总活性(AWCD)、微生物多样性指数(包括Shannon-Wiener 指数、丰富度指数及Pielou 均匀度指数)均显著高于非根际沉积物。菖蒲根际沉积物微生物主要是一些利用酯类及糖类作为碳源的微生物类群,而非根际沉积物微生物主要利用酯类及胺类碳源。菖蒲根际沉积物及非根际沉积物之间的代谢差异的碳源主要有D-纤维二糖、β-甲基D-葡萄糖苷、葡萄糖-1-磷酸、D-半乳糖醛酸及D-葡萄胺酸、苯乙基胺、N-乙酰基-D-葡萄胺、D-半乳糖内酯、D-甘露醇及D,L-a-甘油。根际及非根际微生物群落功能多样性差异可为揭示水生植物对水环境沉积物的根际效应机制提供一定的科学依据。

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梯级引水式水电站对底栖动物群落结构的影响

郭伟杰,赵伟华,王振华

长江科学院院报. 2015, 32(6): 87-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.016

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为研究梯级引水式水电站对底栖动物群落结构的影响,对云南景谷河3座梯级电站影响下河流底栖动物的群落结构进行了调查研究。研究结果表明,水电站的修建显著改变了河流的流速及水深;减水段和混合段水体底栖动物的物种丰度和多样性指数存在一定差异;不同级电站混合段底栖动物密度和生物量均高于减水段;功能摄食类群上混合段的滤食者、撕食者和捕食者相对丰度均显著高于减水段;丰度/生物量比较曲线表明,相对于混合段,水电站影响下减水段底栖动物群落受到了一定程度的干扰。故修建梯级小水电站时,应关注其对底栖动物的群落结构的影响。

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长江中下游干流浮游藻类空间分布特征初探

李欢,赵伟华,林莉

长江科学院院报. 2015, 32(6): 94-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.017

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为更全面了解长江中下游干流浮游藻类资源现状,于2014年夏季对长江中下游武汉—河口江段的浮游藻类空间分布特征进行调查,共设置了19个调查断面。本次调查共检出浮游藻类6门66种,其中硅藻24种,绿藻23种,优势种属共检出3门6种;浮游藻类平均细胞丰度为(13.43±5.34)×10⁴ cell/L,其中武汉上游最高,为23.18×10⁴ cell/L,上海河口最低,为5.19×10⁴ cell/L;浮游藻类多样性指数均值为3.37±0.35,其中南京下游最高,为4.1,上海上游最低,为2.7;调查样点根据浮游藻类细胞丰度大致可聚为3类:芜湖—南通段、武汉下游—大通段、武汉上游和上海上游。调查结果表明,长江中下游干流浮游藻类数量与空间分布可能受到水文条件的影响,而非受到营养盐的限制。

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典型污染物对藻类生态毒性效应研究进展

郐安琪,赵伟华,李青云,李欢

长江科学院院报. 2015, 32(6): 100-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.018

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随着科技的进步和工业文明的发展,各种污染物质源源不断进入到水体,对水环境造成了严重污染。以藻类为研究对象,综述了重金属、有机化合物及人工纳米材料对藻类生态毒性效应的研究进展,重点从藻的生长、酶活性、光合作用、细胞结构和代谢等方面进行了归纳,最后对该领域的研究提出了建议及展望。期望能为藻类敏感物种的筛选和生态毒理学基础研究奠定基础。

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长江上游保护区径流变化特征及其对气候因子响应的区域差异性研究

唐见,陈进,周建中

长江科学院院报. 2015, 32(6): 110-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.019

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分析河川径流的演化规律和动因,对于变化环境下的水生态环境和水资源适应性规划管理十分重要。以长江上游保护区屏山、朱沱和赤水站的1956—1990年的近自然状态径流为研究对象,分别利用小波分析方法、非参数Mann-Kendall趋势分析方法和弹性系数方法,探究了径流变化的多时间尺度演变特性、变化趋势和径流变化对气候因子的响应状况。结果表明:3个研究站点的年径流周期性变化存在相似性,都有着10~14 a的丰枯震荡周期。各站点的径流在年和季节尺度上呈现增加的趋势,但在月尺度上,屏山和朱沱站情况相似,在8月份径流存在明显的下降趋势,赤水站径流在3,4月份有显著增加。3个站点的径流都对降雨的敏感度较高,但是各站点年径流对气候因子的响应也存在区域差异性,流经区域大多位于高山峡谷的屏山站和赤水站,其年径流对降雨的弹性系数要大于朱沱站,而位于四川盆地区域的朱沱站的年径流对蒸发的弹性系数要稍微大于屏山和赤水站。

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基于极大似然法的负偏水文序列参数估计方法研究

胡诗松,陈进,尹正杰

长江科学院院报. 2015, 32(6): 116-119. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.020

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针对皮尔逊Ⅲ型曲线参数估计方法中尺度参数β>0,无法适用于潮位、水位等负偏水文序列(β<0)参数估计的问题,从正偏序列与负偏序列的关系出发,提出了一种极大似然估计的新方法。该方法是将负偏序列先后转换为正偏序列、伽马分布序列,并利用负偏序列确定ξ初值,通过伽马分布序列迭代计算得到α,β的极大似然估计值。以某潮位站44 a的最高潮位数据为算例,比较了负偏极大似然法、负偏矩法、正偏查表法3种估计方法对负偏序列拟合的精度,结果发现负偏极大似然估计法的3项拟合指标:PPCC检验值为0.993,OLS检验值为0.010,KS检验值为0.052,均优于负偏矩法、正偏查表法。为此,负偏极大似然法对负偏序列拟合的精度为最优。

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浅析水利移动GIS应用软件开发

李凌霄,谭德宝,张煜

长江科学院院报. 2015, 32(6): 120-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1001-5485.2015.06.021

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在移动互联网时代,人们对基于位置服务(Loacation-Based Service,LBS)的需求与日俱增,对于水利行业的从业人员来说也不例外。对水利行业的移动地理信息系统(Mobile GIS)移动端应用软件(Application,简称App)的开发进行总结,内容包括:移动GIS的概念、移动GIS相较于传统桌面级GIS的特点和结构体系的介绍;面向水利业务的移动GIS应用软件的需求分析;移动GIS移动端应用软件的3种典型开发模式(本地Native、网络Web、混合Hybrid)探讨;最后通过对若干水利移动GIS的开发实例进行介绍与比较,并结合云计算、物联网等新技术趋势,对未来移动水利GIS可能实现的功能进行了展望。

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2015年, 第32卷, 第6期　
刊出日期：2015-06-20

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