环境数学模型多参数识别的一种方法

单纯形法是非线性模型参数识别的一种简便有效的方法，其突出的优点是参数优化过程不必求函数的偏导数，而只需计算函数的值，因此不受模型复杂性的限制。本文阐明该法的原理、方法及其应用，并用它计算福建沙溪口水库区河段纵向离散系数、取得满意的结果。     

改进的RSA方法在参数全局灵敏度分析中的应用

灵敏度分析是模型参数识别的重要方法.参照一维情形,采用统计分布特征值,对传统意义上的参数灵敏度分析进行了扩展,将参数灵敏度定义从一维扩展到多维,为在多维情形下分析参数的灵敏度提供思路.RSA方法是全局灵敏度分析的重要方法,但其对参数的二元划分具有一定的局限性,因此对其进行一定的改进:①将RSA方法对参数集的二元划分扩展为多元划分.②分析对象不局限于对模型参数值的分布,也包括模型目标函数的分布,即研究在函数各取值区间,参数的分布是否具有明显的变化;研究在参数各取值区间,函数的响应是否具有明显的变化.以,n=2的Rosenbrock函数作测试函数,对改进的RSA方法进行了检验.以模型参数为基础的分析结果和以模型目标函数为基础的分析结果均表明,模型的2个参数的全局灵敏度都非常高,二者的分析结论一致.     

活性污泥法动力学模型应用中的参数校核

对国际水协的活性污泥法动力学模型在应用中遇到的参数校核问题进行研究 ,总结了目前常用的三种方法 :专家法、灵敏度分析法和过程工程 (ProcessEngineering)法。分析了每种方法的原理、优点和不足之处 ,列举了实际应用的例子。     

地下水污染模拟模型的不确定性分析

为同时分析源汇项和水文地质参数不确定性对地下水污染数值模拟模型输出结果的影响,以抚顺市某煤矸石堆放场为研究实例展开研究.首先以硫酸根离子作为模拟因子,建立该场地地下水污染数值模拟模型.然后,分别采用局部灵敏度分析和全局灵敏度分析两种方法对模拟模型参数进行灵敏度分析并对比二者的结果,最终筛选出对模型输出结果影响较大的两个参数作为模型的随机参数.为减少反复调用模拟模型产生的计算负荷,分别对3口观测井应用克里格、核极限学习机、支持向量机和BP神经网络4种方法建立模拟模型的替代模型,根据这4种替代模型在不同井的拟合效果,为每口井优选出一个表现最好的替代模型,并利用优选出的替代模型完成蒙特卡洛随机模拟.最后,对随机模拟的结果进行统计分析与风险评估.结果表明,在置信度为80%时,1,2,3号三口井浓度的置信区间分别为:211.48~845.04mg/L,0~406.98mg/L,231.42~958.37mg/L.此外,依据《地下水质量标准》和各井的污染物浓度分布函数曲线得出:1号井和3号井的水质达标Ⅴ类水的概率分别为90.1%和93.1%,2号井达标Ⅲ类水的概率为80.7%,藉此为地下水资源管理和污染防治提供合理依据.     

环境模型参数识别与不确定性分析

在对水文模型实例的参数不确定性分析基础上,分别采用传统灵敏度分析方法、HSY算法、线性回归等方法对模型参数特性进行了识别与比较研究.结果表明参数优化算法与传统灵敏度分析方法不能解释模型结构复杂性特征,采用不确定性分析方法对环境模型参数进行识别提供了深入分析与理解模型系统的有效途径.     

厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)反应器稳态运行的过程动力学

从AAFEB反应器运行工况特点和全混合活性污泥动力学的理论出发,建立了AAFEB反应器稳态运行的过程动力学模型。并作了动力学模型参数估值、灵敏度分析,模型检验,以及运行参数影响的动力学模拟.     

多层含水层地下水数值模型参数灵敏度分析

为分析多含水层结构地下水数值模型中水文地质参数的影响特征,文章以辽宁阜新某项目区为例,采用地下水模拟软件(GMS)建立具有4层含水层结构的地下水数值模型,并进行拟合校正,选取渗透系数、给水度进行局部灵敏度和全局灵敏度分析。结果表明:渗透系数对模型结果的影响比给水度大;参数变幅为10%时,渗透系数灵敏度是给水度灵敏度的10倍左右;就全局灵敏度而言,参数联合灵敏度大于单个灵敏度之和。     

示踪实验确定河流纵向离散系数的单纯形加速法

应用单纯形加速法结合实例求出福建闽江干流富屯溪洋口段纵向离散系数ＤＬ＝２．６２ｍ＾３／ｓ。研究结果表明,该法用于估计非线性模型参数优于“非线性逼近法”。由于单纯形法寻优过程不需要计算目标函数的偏导数,不受模型复杂程度的限制,因而计算简便,可广泛应用于环境,生态模型的拟合和参数估计。     

似然度函数对GLUE方法的影响

GLUE方法是不确定性条件下参数识别的重要方法,似然度函数的选择是GLUE方法的关键.为克服观测误差和模型结构误差对研究结果的影响,利用合成的数据序列,以污染物衰减模型为基础,分析了似然度函数对参数识别和模型预测结果的影响.从识别结果来看,由于似然度函数的变化改变了参数似然度之间的对比,因此对参数识别及灵敏度分析的结果都产生了影响,甚至能够改变参数全局灵敏度的相对排序.从预测结果来看,似然度函数的变化影响了模型预测的分布,但即使预测结果的模糊性在减少,精度并没有相应地提高.因此,似然度函数的恰当选择对分析结果具有重要的影响,应结合研究问题的具体特点和对模拟结果的要求,采用概率论等相关方法选择出尽可能体现参数真实重要性的函数.     

加速基因算法在海洋环境预报中的应用

基于自然选择和自然基因机制的基因算法是一种优秀的寻优方法，它利用遗传操作算子来模拟生物界的优生劣汰的规律，是一种多路径全局优化方法。为增强经典基因算法对实际模型参数变化范围的适应性，加快其全局寻优速度和简化算法参数设置技术，本文给邮了一种改进基因算法，并在海渔期预报，冰情预报中得到成功应用。该法可广泛用于各种工程模型优化之中。     

脉冲涡流不拆保温探头优化设计的数值模拟方法研究

通过比较分析国外脉冲涡流不拆保温探头的技术原理和设计范例,针对现有文献中探头的参数,进行上下梯度模拟,提出具有针对性的探头优化设计方法。通过理论计算和数值模拟,取灵敏度为优化指标,得到最优发射线圈的直径与高度数据;通过数值模拟和计算求解,得到发射线圈最优线径和最优匝数;通过数值模拟得到最优的接收线圈线径和匝数;通过实际测试和正交试验,得到实际应用化的发射线圈最佳线径和匝数,以及接收线圈的最佳线径和匝数。依据有限元模型,脉冲涡流不拆保温探头的参数在一定范围内都进行了优化。针对特有脉冲涡流系统的传感器探头,依据现有文献中参数进行理论计算和数值模拟提出的探头优化设计方法是可行的。     

气相色谱质谱-内标法检测油漆中苯系物

以氯苯为内标物,采用气相色谱-质谱联用仪对油漆中苯系物的检测技术进行了研究,考察了主要苯系物的线性、回收率和精密度情况,开发出一种同时检测油漆中六种苯系物的高灵敏度方法。对样品的色谱分离条件、提取溶剂、定量方法及内标物选择等进行了优化,实现了一次进样同时定性定量检测油漆中6种苯系物。六种苯系物在1.0~500.0μg/mL范围内线性良好,各种苯系物的标准工作曲线线性相关系数0.995 4~0.999 8;在100.0~500.0μg/mL浓度范围内,加标回收率在85.01%~107.44%之间,精密度在2.58%~12.43%之间;5种苯系物组分中苯、甲苯、乙苯、间(对)二甲苯、邻二甲苯的最小检测浓度(按三倍信噪比)分别为0.01、0.002、0.05、0.05、0.05μg/mL。该方法灵敏度较高,所得数据准确,是一种检测油漆等化工品中苯及同系物含量的有效方法。     

人工林经营过程密度最优控制研究

在连续状态动态规划方法建立的人工林种群密度决策模型的基础上，首次提出应用遗传算法优化人工林林分经营过程的间伐时间和主伐时间的最优组合方案，并阐明其数学模型和具体方法。杉木人工林经营过程的密度最优控制方案优化实例表明，用遗传算法优化能收到良好效果。优化结果表明，杉木人工林经营过程中以间伐两次为最优，第一次在１１～１２年，第二次在１５～１８年，而主伐年龄以２５年为最优。     

ICP-MS测定地表水中多个元素的分析方法研究

研究并提出了用ICP-MS测定地表水中多个元素的分析方法。由于利用ICP-MS测定地表水中多个元素的国家标准方法还未形成,所以本文以灵敏度、氧化物产率、信背比、双电荷为考察指标优化仪器参数设置,从曲线、检出限、准确度、精密度等方面对ICP-MS测定地表水中多种元素的分析方法进行了研究和探讨,并按照该方法对实际样品进行了分析,由结果可知,该方法具有快速、简便,能同时分析多个元素等优点。其中Li、Al、Cr、Mn、Sr、Ba六个元素在测定中加标回收还需要进一步研究。     

随机因素对河流水质模型参数最优估值影响

 用多宾斯－BOD－DO（Dobbins－BOD－DO）水质模型，生成真实的无干扰和有干扰的仿真水质数据。在此基础上，用绘制目标函数响应面的方法，分析水质监测数据中的随机噪声对水质模型参数最优估值的影响。分析结果表明，随机噪声干扰使最优估计参数＂漂离＂系统真实参数，并增加最优估计参数的不唯一性问题。     

SEM照片孔隙参数提取技术研究

扫描电镜技术对岩土体微观结构的分析起着越来越重要的作用,从SEM照片中获得定量化的信息参数是众多岩土工程研究者关注的问题。本文以湖南省郴州市王仙岭的黏性土SEM照片的二维和三维分析方法为例来说明SEM照片孔隙参数的提取,并对这两种方法所得结果进行分析比较,结果表明:通常采用的二维及三维分析方法所求得的孔隙率参数值往往偏大;在二维方法中合理选择分割阈值是孔隙率提取的关键,过大过小的阈值都会导致较大的误差;三维方法中需要考虑实际的颗粒形态而不能简单地按照像素值进行三维高程建模。     

基于环境风险的危险废物填埋场安全寿命周期评价

通过系统分析危险填埋场的设计功能,结合安全寿命周期的定义,对危险废物填埋场的安全寿命周期进行了定义.在此基础上,通过文献查阅和理论推导确定了描述危险废物填埋场主要单元性能衰减的老化模型,并结合课题组开发的渗漏环境风险分析模型,建立了危险废物填埋场的安全寿命评估模型,并选择中部某危险废物填埋场进行了案例研究.结果表明:随着防渗材料老化以及导排层淤堵,渗滤液渗漏量将逐渐增加,其安全贮存功能将逐渐丧失,并逐渐达到其安全寿命周期.仅就本案例而言,该填埋场的安全寿命周期为385a;对安全寿命周期相关参数的敏感性分析表明,浸出浓度与填埋场安全寿命周期呈负相关,包气带厚度和含水层厚度与安全寿命周期呈正相关,相关系数分别为-0.79、0.99和0.72,这说明包气带厚度对安全寿命周期影响更大,其次为浸出浓度,最后为含水层厚度;应加强填埋场相关单元老化模型研究,开展其他因素对填埋场安全寿命周期的影响,进一步完善危险废物填埋场安全寿命周期评价理论和方法.     

金属基体复合材料圆锥壳的材料参数识别及动力学敏感性研究

目的 研究以金属作为基体的碳酚醛复合材料圆锥壳的动力学特性,基于模态实验建立复合材料参数优化识别方法。方法 通过建立金属基体复合材料圆锥壳结构的动力学模型,表征各层材料参数对结构动力学特性的影响。开展典型铝合金-环氧胶-碳酚醛圆锥壳自由模态实验,在模态实验结果基础上,采用数值仿真开展复合材料参数识别,并采用响应面优化法研究获得材料参数的全局最优解。最后,开展结构模态对复合材料参数的敏感性分析。结果 基于拉丁超立方抽样和多项式代理模型,建立了多层复合圆锥壳的高效代理模型。对于[0, 90]S铺层的复合材料圆锥壳结构,前5组模态频率参数对E11最敏感,对v23最不敏感,剪切模量的影响介于拉伸模量及泊松比之间。结论 建立了针对各向同性-正交各向异性材料组合的多层复合圆锥壳结构的动力学模型及参数识别方法,可为结构动力学设计提供参考。     

基于遗传算法的大气颗粒物的源解析

遗传算法是一种全局优化的随机搜索方法，适用于模型参数寻优。将遗传算法用于大气颗粒物源解析的ＣＭＢ方程组中参数的优化，得到各污染源对大气颗粒物的优化贡献率。该方法应用于成都市大气颗粒物的源解析结果与用其他多种源解析法得出的结果基本一致。理论分析和应用实践表明了遗传算法用于大气颗粒物源解析研究具有简便、准确和实用性强等特点。