基于GLUE法的多指标水质模型参数率定方法

目前对水质模型进行参数率定通常利用计算机算法来实现,但由于水质模型日趋复杂的非线性结构往往会导致"异参同效"现象,无法通过单个似然度判断参数的取值是否能够取得真值.为避免这一情况,本文提出了一套基于GLUE法的多目标模型参数率定方法,并以WASP水质模型的应用为例,通过Sobol方法确定模型的敏感参数,并利用DO、CBOD、氨氮、硝态氮4项指标的似然函数对参数同时进行率定.结果表明,该方法既可以有效地避免因追求"过拟合"而造成模型参数取值不当,也可以减小模型参数的不确定性,为具有"异参同效"现象的复杂模型的参数率定工作提供了一个更为可靠的方法.     

NH3-N在大连湾的水环境行为模拟研究

应用三维水质模型对大连湾中的主要污染物NH3-N的行为进行了模拟,对NH3-N浓度的时空变化规律以及其影响因素进行了研究,选择主要的模型参数进行了灵敏度分析。由空间分布的模拟结果可知,在大连湾,NH3-N浓度主要集中在排污口附近区域,灵敏度分析显示,在排污口区水体的扩散能力对NH3-N浓度的影响较大。由季节变化模拟结果可知,在湾顶部的排污口区NH3-N浓度显示明显的季节变化趋势。在湾中部和朝海边界的湾口区NH3-N浓度较低,变化平缓。模拟结果可以为大连湾的污染控制、水质规划和管理提供科学依据。     

原水水质对输水管道硝化作用形成的影响

采用配制水样模拟Ⅱ类、Ⅲ类和劣Ⅴ类地表水,利用管道模拟反应器研究不同原水水质条件下输水管道中硝化作用的形成及对输水水质的影响.结果表明:原水中氨氮(NH4+-N)及溶解氧(DO)含量对NH4+-N去除均有一定影响,DO充足时,去除率随原水中NH4+-N含量的增加而增加,DO浓度低时,DO成为影响NH4+-N去除的主要因素;原水NH4+-N含量对运行初期NO2--N积累有重要影响,NH4+-N含量越高,NO2--N积累量越大,随着生物膜的成熟,影响作用逐渐减弱;反应器中AOB数量主要受原水NH4+-N浓度的影响,随NH4+-N浓度升高而增加;NOB数量受NH4+-N和DO浓度的双重影响,DO含量低会抑制NOB活性,使NOB数量减少,导致NO2--N积累;输水管道中的硝化作用是水中及生物膜中硝化细菌共同作用的结果,但生物膜中硝化细菌存在水平高,其硝化作用占主导地位.     

原水水质对输水管道硝化作用形成的影响

采用配制水样模拟Ⅱ类、Ⅲ类和劣Ⅴ类地表水,利用管道模拟反应器研究不同原水水质条件下输水管道中硝化作用的形成及对输水水质的影响.结果表明:原水中氨氮(NH4+-N)及溶解氧(DO)含量对NH4+-N去除均有一定影响,DO充足时,去除率随原水中NH4+-N含量的增加而增加,DO浓度低时,DO成为影响NH4+-N去除的主要因素;原水NH4+-N含量对运行初期NO2--N积累有重要影响,NH4+-N含量越高,NO2--N积累量越大,随着生物膜的成熟,影响作用逐渐减弱;反应器中AOB数量主要受原水NH4+-N浓度的影响,随NH4+-N浓度升高而增加;NOB数量受NH4+-N和DO浓度的双重影响,DO含量低会抑制NOB活性,使NOB数量减少,导致NO2--N积累;输水管道中的硝化作用是水中及生物膜中硝化细菌共同作用的结果,但生物膜中硝化细菌存在水平高,其硝化作用占主导地位.     

地表水中主要污染项目函数关系研究及其成果应用

以温岭市为例,研究了地表水水质中主要污染指标BOD5、CODMn、DO、NH3-N、NO3-N、NO2-N间的关系.结果表明：在地表水污染严重时,BOD5和CODMn与NH3-N间、NO3-N与DO间具有显著的线性正相关关系,NH3-N与DO间符合乘幂函数关系,CODMn和NO2-N与DO间符合乘幂、指数、对数的函数关系；在污染较轻时,主要污染指标的函数关系不明显。在建立主要污染项目函数关系的基础上,分析了研究指标存在相互关系的原因,该成果可用于地表水的污染治理、水质的评价和BOD5的测定。     

广西铁山港海草生态区无机N的季节变化规律及其相关性分析

根据铁山港海草生态区2008年1月～2008年11月冬、春、夏、秋4个季节的调查资料,首次探讨了无机态N的季节变化规律及其相关因子的影响。结果表明:研究海区无机态N具有春夏季明显高于秋冬季的特征,其中春、夏、秋季以陆源输入影响为主,冬季以海区自身N的补充影响为主;DIN的组成变化受水温影响较明显,水温较高的春夏季主要以NO3-N为主,分别占DIN的57.91%和73.00%,秋冬季则以NH4-N为主,分别占DIN的78.23%和50.59%。相关分析显示,无机态N与环境因子之间的相关性以夏秋季出现显著性较多,春季次之,冬季最少;形态N之间的相关性,则集中体现在春夏季节NO3-N与NO2-N、NO2-N与NH4-N之间显著以上的正相关影响上,而且三种形态N同时成为DIN含量的控制因子;秋冬季节所有形态N之间均无相关性出现,只有秋季的NH4-N成为DIN含量的主控因子;但所有季节NO3-N与NH4-N之间均无相关性的出现,却从另一个角度说明,浮游植物优先吸收NH4-N并与之构成直接循环已成为海草生态区无机态N循环的最大特点。     

应用神经网络对地下水反硝化效果预测与验证

应用人工神经网络对生物脱氮工艺进行预测并验证。采用工艺参数如COD、NO3-N、NO2-N、DO等作为输入节点,COD、NO3-N作为输出节点。结果显示神经网络能够较好地预报出水的水质参数。出水硝酸盐和COD预测结果与试验结果符合得较好,相对误差分别在10％和5％范围内。     

湄洲湾水质季节变化特征及评价

根据2005年1月～2005年11月间4个航次的调查资料,阐述了湄洲湾海域营养盐的变化特征,并对NH4-N、NO3-N、NO2-N、PO4-P、pH、盐度、DO、COD和叶绿素等进行了分析,对海域进行了富营养化评价及有机污染评价.结果表明:该海域N、P营养盐随月份呈现不同的变化规律.不同季节的N/P值变化较大.根据有机污染评价,湄洲湾海域属于水质较好类型;富营养化评价的结果显示,湄洲湾海域秋季和冬季处于富营养化状态.     

不同养殖水体溶解氧与环境因子关系的比较

根据2003年7月到2004年6月间对厦门铁道公司东山牙鲆工厂化养殖车间和同安湾网箱养殖区养殖水体水环境监测的资料分析整理而得.研究结果表明:东山牙鲆养殖车间的DO、NH4-N、NO2-N均达到了二类渔业水质标准,但COD偏高,超出四类渔业水质标准.在工厂化养殖中,由于受人为的影响,DO与其他环境因子不存在线性关系.而在同安湾,NH4-N、NO2-N、DO和COD均达到了二类渔业水质标准,同时DO与COD,DO与NH4-N之间都存在较好线性关系.     

京杭运河常州段氮形态的时空分布特征研究

对京杭运河常州段8个研究点位水体中的氮形态（TN、NH4＋-N、NO2--N和NO3--N）和环境因子（pH、T和DO）进行了连续9个月的动态监测,全面研究了各氮形态的随时间和空间的动态变化规律,并对各氮形态及环境因子进行了相关性分析。常州段水体月平均NH4＋-N变化范围为（0.589±0.351）～（3.148±1.178）mg.L-1,TN变化范围为（3.373±1.379）～（7.373±2.307）mg.L-1,枯水期到丰水期各氮形态整体表现出波动性下降趋势,其中出境断面NH4＋-N下降趋势平稳,NO3--N则是主导出境断面TN含量的主要形态。各点位NH4＋-N的平均浓度范围为（1.202±0.492）～（2.813±1.566）mg.L-1,TN范围为（3.520±0.504）～（8.349±3.679）mg.L-1,各形态氮含量基本呈现出上游段（S）〈新运河（G）〈老运河（L）〈下游（X）的空间分布特征,其中下游段存在一个重要的氮素上升突变段,NO3--N是对TN的贡献率（43.8%～57.4%）最大的无机态氮,其次是NH4＋-N、ON、NO2--N,其中有机氮对TN的贡献率（13.3%）则以老河段最高。NH4＋-N和NO3--N、TN、pH相关系数分别为0.397＊＊、0.932＊＊、0.261＊,与DO相关系数为-0.344＊＊,陆源输入及DO不足是京杭运河常州段氮污染严重的重要原因。     

城市降雨径流污染模拟的水质参数局部灵敏度分析

在城市降雨径流污染模拟研究中,参数灵敏度分析是进行模型率定和验证的必要研究环节,同时也是理解非点源污染产生和变化过程及进行城市降雨径流污染管理的重要参考.运用修正的摩尔斯分类筛选法(Morris screening method)对暴雨管理模型(Storm Water Management Model,简称SWMM)的水质参数进行局部灵敏度分析.研究结果显示,占区域比例较大的不透水地表的累积和冲刷参数灵敏度较高;在强降雨过程中,降雨中污染物浓度的灵敏度较高.研究表明,对占区域比例较大的不透水地表的累积和冲刷参数进行仔细识别,对于非点源污染模型的验证具有重要意义;强降雨时雨水本底浓度的测量误差会影响降雨径流污染模拟的准确度.     

基于SWAT模型的挠力河流域地表径流数值模拟与不确定性分析

为探究水文模型参数敏感性及模型不确定性对径流模拟的影响,运用SWAT模型对挠力河流域地表径流过程进行了数值模拟,利用SUFI-2方法评价模型参数敏感性及不确定性对模拟结果的影响,选取决定系数（R2）与Nash-Sutcliffe效率系数（E_NS）对模型精度进行评价。敏感性分析结果表明:对挠力河流域径流模拟影响最大的4个参数是CN2（SCS径流曲线数）、SLSUBBSN （平均坡长）、SOL_BD （土壤湿密度）和SOL_K （土壤饱和导水率）,表明SCS径流曲线数、土壤与地形地貌是影响挠力河流域地表径流最重要的因素。月径流模拟过程与实测水文过程拟合较好,率定期和验证期R2与E_NS分别为0.68、0.67和0.76、0.44,均达到令人满意的结果。不确定性分析结果表明:p因子为0.78,r因子为0.94,模型不确定性较小,进一步验证了模型的适用性。研究结果可为其他相似流域SWAT模型的应用及参数的率定提供参考。     

基于扰动分析方法的AnnAGNPS模型水文水质参数敏感性分析

参数敏感性分析对于水文水质综合模型的构建及推广应用具有重要的意义.本研究基于AnnAGNPS模型机制,选取可能对模型产生影响的地形、水文气象、田间管理、土壤等4大类31个参数,以太湖地区典型低山丘陵小流域——中田河流域为实验区,利用扰动分析方法评价了模型参数对水文水质模拟结果的敏感性.结果表明,11个地形参数中,LS对径流、泥沙与氮磷等模拟结果普遍敏感,RMN、RS和RVC对泥沙输出分别为一般敏感和弱敏感,其余参数不敏感.水文气象参数中CN对模型径流和泥沙输出特别敏感,对其余结果也都比较敏感.田间管理与植被作物肥料参数中CCC、CRM和RR对泥沙和颗粒态污染物输出弱敏感,6个肥料参数(FR、FD、FID、FOD、FIP、FOP)对氮磷营养盐输出特别敏感.土壤参数中,K对模型除径流之外的所有结果都特别敏感,土壤氮磷含量的4个参数(SONR、SINR、SOPR、SIPR)对相对应的氮磷输出结果弱敏感.通过对中田河流域2005~2010年径流量的模拟和校正检验发现,模拟期与校正期年径流量偏差基本都在10%以内,模拟精度优秀.本研究对AnnAGNPS模型构建中的参数选取与校验调整具有直接参考价值,对研究区的径流模拟结果也证明了模型敏感性分析对于调参过程的可行性和该模型在太湖地区低山丘陵流域径流模拟的适用性,对于模型在国内的推广应用具有重要的指导意义.     

生物滤池工艺的数值模拟与运行优化

以筼筜污水处理厂生物滤池工艺(DNBF+BAF)为研究对象,应用Bio Win软件,构建该工艺的Bio Win模型,基于2013年9月和10月的实际运行数据,结合两种灵敏度分析方法,对Bio Win模型进行校正.结果表明,校正模型可对DNBF+BAF工艺进行有效模拟,且对该工艺的Bio Win模拟结果影响最为显著的3类参数为:与生物膜有关的参数、与异养菌(OHOs)有关的参数和曝气参数.然后应用校正模型模拟该工艺在不同工况条件下的运行结果,对其进行工艺优化.结果表明:1一级B排放标准的最佳运行条件为:回流比=50%,取消甲醇投加,此时进水C/N=4.43;2一级A排放标准的最佳运行条件为:回流比=50%,投加甲醇后的进水COD=155 mg·L-1,此时进水C/N=5.10.     

长江三角洲夏季一次典型臭氧污染过程的模拟

利用WRF/Chem空气质量模式对长江三角洲夏季一次典型臭氧(O3)污染过程的时空分布特征和物理化学机制进行了数值模拟研究.结果表明,模式能够合理地再现这次长江三角洲夏季典型O3污染过程的时空分布特征和演变规律.2013年8月10~18日,长江三角洲主要受副热带高压影响,晴天、高温和小风的气象条件有利于光化学污染的形成.模拟结果表明,长江三角洲地区气象场、地理位置、区域输送和化学生成都对O3的时空分布有影响.敏感性实验表明,上海O3浓度在海洋性气流影响下较低,但上海排放源对长江三角洲O3浓度时空分布的影响较为显著;南京近地面高浓度O3主要贡献为化学生成(烯烃和芳香烃)和高层O3的垂直输送,杭州和苏州近地面高浓度O3主要来源于物理过程.在O3生成速率最大时(11~13h)对O3前体物减排,对长江三角洲15:00的O3峰值浓度影响较为明显.     

辽宁太子河流域非点源氮磷负荷模拟分析

以辽宁太子河流域为研究区,为定量估算该区非点源氮磷污染负荷,经过实地调研和资料收集后,利用单位负荷法和SWAT模型相结合的方法对流域进行1997~2008年径流、泥沙和营养盐输出的模拟研究,进行了多参数、多目标和多站点详细的参数率定和模拟验证,最后分析了非点源氮磷负荷的时空分布规律.结果表明:径流模拟效果较好,泥沙和营养盐模拟结果符合要求,模型在太子河流域适用性较好,可以模拟分析该地区的非点源污染负荷问题;1997~2008年年均总氮和总磷负荷为17357.43t和7110.91t,氮磷负荷的时空分布受降雨径流过程的影响,汛期(6~9月)负荷总量占全年的77.76%和80%;负荷强度的空间差异较大,全流域多年平均值为13.20,5.41kg/hm2,流域内污染负荷关键源区是灯塔市和辽阳县.     

Ozone sensitivity analysis with the MM5-CMAQ modeling system for Shanghai

Ozone has become one of the most important air pollution issues around the world. This article applied both O3/(NOy-NOx) and H2O2/HNO3 indicators to analyze the ozone sensitivity in urban and rural areas of Shanghai, with implementation of the MM5-CMAQ modeling system in July, 2007. The meteorological parameters were obtained by using the MM5 model. A regional emission inventory with spatial and temporal allocation based on the statistical data has been developed to provide input emission data to the MM5-CMAQ modeling system. Results showed that the ozone concentrations in Shanghai show clear regional differences. The ozone concentration in rural areas was much higher than that in the urban area. Two indicators showed that ozone was more sensitive to VOCs in urban areas, while it tended to be NOx sensitive in rural areas of Shanghai.     

基于PEST的HSPF水文模型多目标自动校准研究

参数校准是流域水文模型构建的关键步骤之一。针对HSPF水文模型,系统梳理并形成PEST-HSPF多目标自动校准的输入、输出、交互、迭代和终止等流程,以滇池流域中和子流域为研究对象（数据为1999—2010 年日流量）,与人工校准（HSPEXP）和单目标校准做对比分析。结果表明：①提出的以日流量、月流量和流量频率的偏差最小化为目标函数、各目标初始偏差的倒数为权重的校准思路,可实现相对人工、单目标更好的模拟精度、变化趋势和一致性;②人工校准擅长于把握径流总量和年际变化趋势,但对于日径流过程（精度和变异性）改进效果有限;③多目标自动校准不仅平衡了3 类目标函数的偏差贡献,还能一定程度上继承各目标函数的优势,在捕捉日月总径流量、整体变化趋势、局部变异性、不同保证率特征值上表现出可靠的特征。     

某飞机系统故障率敏感性分析研究

目的 解决某飞机系统针对不同服役阶段和使用环境的故障率敏感性分析问题,发现影响系统故障率的重要因素。方法 结合Sobol方法和Kriging模型,发展一种适用于某飞机系统的故障率敏感性分析方法。该方法通过收集该飞机系统在不同使用年限和使用环境下的故障率数据,并将其作为训练样本训练Kriging模型成为满足系统故障率预测要求的黑箱函数,然后利用训练好的Kriging模型预测敏感性分析所需的样本故障率。结果 利用该方法对某飞机子系统进行了故障率敏感性分析,给出了影响系统故障率的各变量的主效应及全效应指标,发现平均温度和平均湿度为影响该系统故障率的重要因素。结论 该方法可以更加高效地计算故障率影响变量的敏感性指标,并给出相对重要度排序,可为飞机系统的故障预防、故障诊断和故障维修提供依据。