多时间尺度HSPF模型参数不确定性研究

模型参数的不确定性是水文模型应用研究领域的重点与难点.本研究以密云水库东北部的潮河流域为例,构建了潮河流域HSPF水文模型,并采用1998~2010年逐月地表径流量数据对模型参数进行校准与验证,并结合GLUE算法分析了模型参数的敏感性和不确定性.结果表明:(1)经过参数调整,HSPF模型径流模拟取得了较好的效果,率定期和验证期的纳什系数分别为0.84和0.55;(2)可将影响HSPF模型的参数分为3类,即全局敏感性参数(LZSN、INFILT、IRC和AGWRC)、局部敏感性参数(UZSN)和不敏感参数(DEEPFR、BASETP、AGWEPT、INTFW和CEPSC);(3)不同敏感性参数间存在复杂的相关关系,参数组合(LZSN与INFILT)、(INFILT与UZSN)和(UZSN与AGWRC)间均呈极显著负相关关系;(LZSN与UZSN)和(UZSN与AGWRC)呈极显著正相关;(4)HSPF模型参数存在大量复杂的"异参同效"现象,证实影响模拟结果优劣的是参数组合而非某一参数值;(5)模型不确定性发现,模型预测的不确定性范围与降雨量密切相关,即降雨量越大,模型预报的不确定性就越大,反之亦然;(6)不同时间尺度下HSPF模型的模拟效果总体较好,但是也存在一定差异性,年尺度、季节尺度和月尺度下不确定性范围分别包含了81.80%、78.70%和80.56%的观测值,即年尺度效果略优于月尺度和季节尺度;该研究结果可为HSPF模型在相似区域应用与参数本土化提供科学参考和借鉴.     

HSPF径流模拟参数敏感性分析与模型适用性研究

选择太湖丘陵地区典型小流域,在分析径流模拟关键参数敏感性的基础上,对HSPF模型进行了率定与验证,并评价了该模型在太湖丘陵地区的适用性.采用基于扰动分析法的相对灵敏度方法,分析了影响水文过程的AGWRC、UZSN、INFILT、LZSN、DEEPFR这5个关键参数的敏感性,进而通过参数调整对模型率定与验证,模拟估算了2005～2010年的径流量.其中率定期径流模拟的偏差百分比均控制在10%以内,分别为-6.39%、-8.76%、9.66%,模拟精度很好;验证期偏差百分比分别为-13.31%、5.22%,模拟结果在良好范围内.在率定期和验证期,模型的效率系数(Ens)分别达到了0.87、0.69,相对误差(RE)分别为1.63%、4.14%,精度满足模拟要求,模拟结果能反映中田河流域年径流量变化规律.研究结果表明,HSPF模型在太湖丘陵地区模拟流域径流量具有较好的适用性,对该地区水文过程模拟具有科学指导意义,也为HSPF模型在国内不同地区的应用和推广提供借鉴.     

HSPF水文水质模型应用研究综述

HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran)模型采用FORTRAN语言编写,以Stanford水文模型为基础,能够综合模拟径流、土壤流失、污染物传输、河道水力等过程,并大量应用于气候变化与土地利用变化的流域水环境效应情景模拟.该模型是半分布式水文水质模型的优秀代表,在国外得到广泛的应用.HSPF模型包括PERLND、IMPLND与RCHRES等3个主要模块,分别实现对透水地段、不透水地段与地表水体的水文水质模拟.总体来看,HSPF模型在国外水文、水质过程模拟,以及涉及气候变化和土地利用影响的情景分析中发挥重要作用,但是国内该模型的应用非常有限.HSPF模型存在的主要问题包括:①模型中某些方案和算法还有改进和完善的空间;②模型对数据输入要求较高,模拟的精度受到空间和属性等数据的限制;③模型只限于均匀混合的河流、水库和一维水体模拟,对于复杂流域或水体的模拟研究,需要与其它模型整合以解决更加综合的问题.目前,针对发展与完善HSPF模型的研究仍在继续,包括模型平台开发、模型功能扩展、模型校正方法研究、参数敏感性研究等方面.随着我国基础数据的积累及共享程度的提高,HSPF模型在我国的应用也将更加广泛.     

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.     

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。     

三峡水库大宁河流域非点源污染参数的不确定性分析

以大宁河流域为研究区,在基于参数敏感性分析的基础上,分别选取对径流量、泥沙负荷、有机氮和有机磷模拟计算最敏感的前10位参数,采用FOEA(first-order error analysis)不确定性分析方法,分析这些参数对非点源负荷不确定性的影响.结果表明,仅有少数几个参数对模型输出结果的不确定性有显著影响,这些参数对不确定性的贡献在90%以上.对泥沙负荷、有机氮、有机磷模拟计算的不确定性影响最大的是径流曲线数,说明非点源污染负荷的不确定性主要受径流产生过程的参数的影响.在径流量、泥沙负荷、有机氮和有机磷4个输出结果中,泥沙的不确定性最大.     

基于HSPF模型的大阁河流域径流量模拟

文章应用HSPF模型对潮河支流大阁河流域进行径流量模拟,采用大阁水文站1972～1975年逐日流量观测数据,通过参数灵敏度分析和校正,使模拟的流量和实测的数据拟合,对模型进行校正。在此基础上采用1982～1985年逐日流量观测数据对模型进行验证。采用相对误差(RE)以及Nash-Suttcliffe效率系数(Ens)作为模型适用性的评价系数,模拟结果得出流量多年相对误差为0.17、Ens为0.87,表明HSPF模型对研究区流域长期的连续径流量模拟具有较好的适用性。     

基于流域水环境模型评估重金属面源污染负荷

为定量评估重金属面源污染负荷,以分布式流域水环境模型SWAT模型为基础,借鉴输出系数模型,考虑溶出率影响,发展了一个重金属面源污染模型—SWAT-MT模型. SWAT-MT模型模拟重金属在流域内的大气沉降、地表径流冲刷、土壤和河道中的运移过程,结构较为简单,兼具机理模型和输出系数模型的优点. 本文应用SWAT-MT模型评估了湘江株洲段一个子流域的铅面源负荷,并通过敏感性分析和蒙特卡洛模拟识别了铅面源模拟的敏感参数,量化了模型输出中的不确定性. 结果表明:①研究区铅的面源侵蚀量为2.09 t/a,侵蚀强度为5.27 kg/(km2·a). 铅侵蚀强度时空差异明显,汛期(4—7月)雨水集中,铅的侵蚀量大. 侵蚀强度高的地方集中在流域下游,城镇用地的侵蚀强度约为流域平均水平的2倍. ②流域出口的铅负荷为0.79 t/a,约60%的铅侵蚀量滞留在河道,说明沉降是河道运移的主要过程. ③蒙特卡洛模拟结果显示,模型输出存在显著的不确定性, 95%置信区间下,铅的面源侵蚀量为1.62～2.59 t/a,流域出口负荷为0.50～1.16 t/a;为降低模拟不确定性并提高模型可靠性,应重点关注城市地表积尘的铅浓度、铅溶出率和河道铅沉降速率等敏感参数的取值. 研究显示,通过合理的参数赋值,SWAT-MT模型能够提供较为可靠的重金属面源负荷估算结果,为重金属污染综合防治工作提供科学工具.      

基于模型评估的生物滞留带效能及参数评价

基于低影响开发(LID)理念,选取南宁市某生物滞留设施,采用水文模型法评价了该生物滞留设施对径流的消纳效果及影响因素,并分析了相关参数的敏感程度,以及单因素、多因素条件下参数变化与径流控制率的关系。结果表明:水文模型可以较为客观地评价海绵设施径流消纳效果,生物滞留设施对于较小降雨量具有较好的控制效果,但随着降雨强度增加,径流的控制效果下降迅速。同时明确了不同参数条件对该海绵设施效果的影响,模型法在海绵设施建设评价和设计中具有重要作用。     

基于HSPF模型的滇池流域非点源污染模拟

介绍HSPF模型的主要结构和功能,通过对该模型参数的灵敏度分析和参数调整,利用滇池流域各入湖河流1988,1989年的水质监测数据及相关统计资料,分别对该流域的水文、水质过程进行了模拟.结果表明,SS是滇池流域非点源污染的首要污染物,大约80%的入湖SS来自非点源.在枯水年(1988年),非点源贡献了约1/3的TN、TP入湖负荷量.而BOD的主要贡献者则是点源污染.     

森林与径流关系——一致性和复杂性

@论文综述国外近一个世纪以来在配对集水区研究方面所取得的结论,从水的自然属性出发,从森林变化对径流(年径流量、洪峰与枯水径流)的影响,径流响应的干扰临界值及水文恢复各方面探讨森林变化与径流关系的一致性与复杂性。森林变化与径流关系的一致性主要表现在由较长时间尺度表达的年径流量上。绝大多数的配对集水区的试验研究表明,采伐森林就会增加年径流量,而在荒地上造林就会减少年径流量。而由较短时间尺度表达的洪峰径流与枯水流量则呈现较大的复杂性和难预估性。综述表明,对径流特别是洪峰与枯水径流的定义及分析方法的不同也是造成森林与径流关系复杂性的重要原因。森林与径流关系的复杂性要求人们在研究及应用其关系时就必须有系统观,必须考虑植被、径流与其它过程(土壤变化、气候变化等)的相互作用。论文还认为尽管配对集水区试验作为一种研究方法为研究者提供了许多可靠的结论,但由于许多研究者只把集水区看作是“黑箱”Q从而对认识森林与径流关系的复杂性有一定的局限性。未来的研究应把配对集水区的试验与其它对过程的研究技术(同位素、GIS等技术)结合起来。     

科技与可持续发展

科学技术对生产力发展的巨大作用。不仅表现在它对生产力3个要素的渗透性影响。而且表现在它促进生产力结构的优化和系统功能的发挥，但经济发展会带来资源破坏和环境污染等负面影响。应在发挥科技作为第一生产力作用的同时，遏制其带来的负面影响，以促进可持续发展。     

砷的污染、检测与防治

在环境化学污染物中,砷是最常见、最严重的污染物之一.随着现代工农业生产的发展,砷对环境的污染日趋严重.为了更好地评价砷污染对环境和人体的影响,介绍了砷污染的来源、对人体的危害、标准的检测方法和目前砷污染治理的现状.     

土壤及果树中HCH和DDT残留及分布规律研究

采用索氏提取、弗罗里土固相微萃取小柱净化结合GC-ECD测定了苹果园土壤和果树样品中4种六六六(HCH)和4种滴滴涕(DDT)的残留量,并对果树的根、枝、叶中HCH和DDT的分布规律进行了研究。实验结果表明,土壤和果树样品中均有HCH和DDT检出。土壤样品中两类农药的含量分别在0.51～3.97ng/g和1.46～15.55ng/g之间,其中β-HCH是六六六残留的主体,滴滴涕类的含量以p,p'-DDT为最高,并且(DDE+DDD)/DDT<1表明近期果园中有新的DDT输入。果树样品中,HCH和DDT的残留量分别在0.22～2.01ng/g和0.38～6.08ng/g之间,都要低于相应土壤中有机氯农药的浓度。果树中总OCPs的含量在4.88～17.94ng/g之间,是土壤和大气中OCPs污染共同作用的结果。根部的OCPs的含量明显高于枝和叶,其分布规律为根>叶>枝,这主要取决于根、枝、叶各组织的结构以及农药的理化性质。     

伊宁市城市水系现状调查及问题与对策

以泉水来源的伊宁市城市水系,具有特有城市标志的同时对伊宁市起着重要的生态、景观、润泽作用。近年来,城市建设的快速发展给伊宁市水系带来了新的问题。文章以如何保护好伊宁市城市水系为出发点,以现场调查及相关数据为基础,对现状问题进行分析,提出了城市水系保护方面的一些建议对策。     

Homology and phylogeny and their automated inference

The analysis of the ever-increasing amount of biological and biomedical data can be pushed forward by comparing the data within and among species. For example, an integrative analysis of data from the genome sequencing projects for various species traces the evolution of the genomes and identifies conserved and innovative parts. Here, I review the foundations and advantages of this "historical" approach and evaluate recent attempts at automating such analyses. Biological data is comparable if a common origin exists (homology), as is the case for members of a gene family originating via duplication of an ancestral gene. If the family has relatives in other species, we can assume that the ancestral gene was present in the ancestral species from which all the other species evolved. In particular, describing the relationships among the duplicated biological sequences found in the various species is often possible by a phylogeny, which is more informative than homology statements. Detecting and elaborating on common origins may answer how certain biological sequences developed, and predict what sequences are in a particular species and what their function is. Such knowledge transfer from sequences in one species to the homologous sequences of the other is based on the principle of 'my closest relative looks and behaves like I do', often referred to as 'guilt by association'. To enable knowledge transfer on a large scale, several automated 'phylogenomics pipelines' have been developed in recent years, and seven of these will be described and compared. Overall, the examples in this review demonstrate that homology and phylogeny analyses, done on a large (and automated) scale, can give insights into function in biology and biomedicine.     

国内外产排污系数开发现状及其启示

通过对国外产排污系数开发应用现状的系统分析,重点研究了美国产排污系数的基本特征、开发方法和途径以及遇到的障碍,结合我国产排污系数的开发现状和存在的问题,得出了对我国该领域研究的启示:建立产排污系数开发和管理的官方常设机构,定期发布最新数据;构建国家产排污系数信息管理平台;细化行业污染源分类,完善污染物种类;深入对产排污系数开发的理论体系和技术方法的研究,建立产排污系数核算方法学.指出了产排污系数不确定性评估研究将是未来重要的研究内容.      

真菌和细菌对染料的吸附脱色及再生能力的研究

进行了真菌和细菌共培养对染料的吸附脱色和吸附脱色能力再生的研究。结果表明，青霉菌G－1首先对偶氮染料S－119、蒽醌染料艳紫KN－B（C．I．Reactive violet 22）水溶液中染料进行快速吸附去除，菌丝对同种染料的吸附速度随菌丝培养液中葡萄糖浓度的增加而加快，吸附染料的G－1菌丝在与细菌的共培养中完成对染料的脱色降解，脱色速度受培养液中葡萄和氮源浓度影响较大，从吸附速率和完全脱色时间综合评价，以葡萄糖浓度为5g/L、酒石酸铵为20mmol/L的培养基中培养的菌丝对染料的吸附脱色效果最好，吸附在菌丝上的艳紫KN－B脱色后菌丝吸附脱色能力得到再生，菌丝对100mg/L的艳紫KN－B染料水溶液可重复处理4次。青霉菌G－1对酸性染料废水处理3h，色度去除率为75．9％，吸附染料的菌丝在与细菌共培养中完成对染料的脱色，对试验所用染料废水，菌丝的处理能力获得1次再生。     

油气集输联合站火灾爆炸危险分析与事故后果模拟

以某联合站为例,根据油气集输联合站站场功能,将联合站划分为油气处理、储运及污水处理3个单元,对各单元发生火灾爆炸事故的可能条件进行分析,并利用DNV公司的SAFETI软件对事故后果进行模拟计算,根据事故影响范围数据,提出相应的安全措施。