空气质量评价的参数化多元组合算子模型

传统的空气质量评价的参数化组合算子模型不具有可比性和普适性。在适当设定指标参照值cj0和指标规范变换式基础上,提出了一个对多项空气指标的规范值xj都适用的空气质量评价的参数化多元组合算子模型;采用混合蛙跳算法对模型中的参数进行优化,得到优化后对多项空气指标皆普遍适用的空气质量评价的参数化多元组合算子模型。该模型被应用于多个不同地区的不同组合指标的空气质量评价,其评价结果与用其它多种方法的评价结果相一致。结果表明:用指标规范值表示的参数化多元组合算子模型为空气质量评价提供了一种计算简便和普适通用的新方法。     

基于回归支持向量机的指标规范值的水质评价模型

传统的回归支持向量机的水质评价模型不具有普适性和通用性,当指标较多时,模型的学习效率和求解精度均会受到影响.若适当设定3类水体(地表水、地下水和富营养化水体)各项指标的参照值及指标值的规范变换式,使不同指标的同级标准的规范值差异不大,从而可以认为用规范值表示的不同指标皆“等效”于某个规范指标.因此,可建立用规范值表示的任意m项指标组合皆适用的水质评价的回归支持向量机模型.通过实例对模型的实用性进行了效果检验,结果表明:用基于回归支持向量机的指标规范值的水质评价模型对河桥地表水、黑龙洞泉域地下水和山仔水库富营养化水体的水质评价结果与用BP神经网络评价法、模糊综合评价法和属性识别评价法的评价结果基本一致.     

基于水环境信息规范变换的水质普适指数公式

为了建立科学合理、和谐统一、简洁实用的包括地表水、地下水和湖泊富营养化水体的水环境质量的普适指数公式,借鉴物理学中普遍存在的规范不变性(对称性)原理,适当设定水环境各指标的"参照值"和相对于参照值的指标值规范变换式,使不同指标的同级标准值经规范变换后的"标准规范值"彼此差异很小,从而可以认为用规范值或对数变换值表示的不同指标都与某个指标"等效".因此,基于规范变换的不同指标的某种形式水质指数公式都可以用该"等效指标"的相应水质指数公式等效替代.在满足一定的优化目标准则条件下,采用免疫进化粒子群混洗蛙跳算法对公式中的普适参数进行迭代优化,分别得出优化后对地表水、地下水和湖泊富营养化水体的72项指标皆适用的对数型幂函数、韦伯-费希纳定律、Г型分布函数、污染危害S型函数、参数化组合算子和加和型幂函数等6个水环境质量的普适指数公式.最后对公式的可靠性进行了理论分析,并通过若干实例对公式的实用性进行了效果检验.结果表明:水环境质量的多种形式的普适指数公式皆具有形式简洁、和谐统一、计算简便和普适通用的特点.     

基于模糊综合与可变模糊集耦合的地下水质量评价

模糊综合评价法和可变模糊集方法是常用的地下水质量评价方法,但可变模糊集评价法的隶属度计算复杂、可变参数多,而模糊综合评价法容易造成隶属度信息丢失.本文在充分吸取两者优点的基础上,构建了一种新的耦合地下水质量评价模型,优化了评价因子选择、权重确定、模糊算子选择等关键环节,并对青岛市大沽河水源地的地下水质量进行了评价和分析对比.结果表明,水源地中北部(W7~W11)地区,硝酸盐氮含量严重超标,耦合模型得到的水质等级均为4或5类水,评价结果符合该区域实际水质状况,说明新建的耦合模型是可靠的.另外,从监测井W2、W3、W4、W7、W10、W11、W12获得的最大隶属度小于0.5,说明模糊综合评价法不适用于这些点的水质评价,而耦合模型综合考虑了其它隶属度值对评价结果的贡献,其结果更加科学、合理.     

基于指标模糊权和协调性下的地下水水质评价模型构建及应用

在地下水质量标准中,各指标权重的选择与权重的内涵存在着不确定性;同一指标的分级界点值差异显著,近似地呈现几何级数变化。基于以上这两种情况,构建基于指标模糊权和协调性下的地下水水质评价模型。应用层次分析法和专家调查9标度法确定指标的相对权重,结合贝塔系数计算出指标的模糊权重。对评价标准及待评价地下水水质监测值进行对数变换,采用距离测度法来构造隶属函数,并对其进行求余,按最大隶属原则来评判地下水质量等级。应用此模型对徐州市的重要水源地——张集地下水水质进行评价。结果表明:研究区的20个采样点水质为Ⅱ、Ⅲ级的占90%,符合饮用水的要求。与投影寻踪法的评价结果基本一致。     

基于变权欧式距离模型的阜新农村地下水质综合评价

为克服综合评价模型中因子权重定量的不确定性与主观性,体现出同一地下水质因子在不同地下水水源地评价单元中存在的差异性,采用地下水质因子污染贡献率确定各地下水质因子的权重,改进了欧式距离模型,建立了农村地下水源地水质评价的变权欧式距离模型,并以阜新市典型乡镇后新秋镇、苇子沟乡、哈尔套镇3个农村地下水水源地为评价对象,将2013年阜新市农村地下水水源地水质实测数据、标准数据规范化,运用数轴模型距离尺度进行地下水水质分割。评价结果与F值法结果基本吻合,变权欧式距离模型的距离尺度能够提高地下水水质评价结果的定量灵敏度,变权欧式距离模型具备一定的环境参数评价充分性、一致性及有效性。     

封洞库低渗介质地下水渗流场数值模型的参数反演

在地下水数值模拟工作中,模型参数是影响数值模型计算准确度的关键因素。对于低渗裂隙介质场,传统的参数分区方法很难准确地刻画低渗裂隙介质场的非均质性,因此需要利用有效的方法优化数值模型参数,使其计算结果更加准确、可靠。建立了烟台某地下水封洞库的低渗介质地下水渗流场数值模型,并对模型中的关键参数——岩体渗透系数进行了参数反演,得到了模型中两个关键层位的岩体渗透系数场。结果表明:研究区岩体渗透系数表现出强烈的非均质性,丁烷洞库在-94～-100m深度上形成了强渗透带,造成丁烷洞库地下水涌水量偏大。参数优化后的数值模型的计算精度进一步提高,能够准确地刻画地下水封洞库的运行状态。     

基于自适应遗传小波神经网络的水质评价建模

水环境污染过程的非确定性和非线性,使得传统的水质评价方法存在局限性。为了提高水质评价的准确性,提出了一种基于改进小波神经网络(wavelet neural network,WNN)的水质评价模型。采用自适应遗传算法(adaptive genetic algorithm,AGA)对小波神经网络的初始权值进行优化,再通过小波神经网络算法对网络进行训练,最后对训练好的网络展开测试。仿真结果表明,自适应遗传算法和小波神经网络的结合提高了网络的训练效率,该方法可以用于水质评价建模,并且评价结果具有较高的精度和准确性。     

不同地下水水质评价方法的对比研究——以宜良县为例

不同的水质评价方法有不同的适应性,为准确评测昆明市宜良县地下水水质,以2015年宜良县10个主要监测井的监测数据为基础,选取硫酸盐、硝酸盐氮等6个水质评价因子,分别采用传统、改进内梅罗污染指数法、加附注评分法和主成分分析法进行水质评价。研究结果表明:传统内梅罗指数法评价效果较差;改进内梅罗指数法仅适用于掌握水体的污染程度;主成分分析法适用评价指标过多的情况,通过降维对其简化,最大限度保留原始信息;加附注评分法在评价过程中将全部指标纳入模型计算,评价结果拟合度高、适应性、稳定性好,评价更为科学客观,最适合用于研究区地下水评价。     

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.     

指标变换值表示的空气质量评价的普适指数公式

为了建立形式简单、普适通用的空气质量评价的普适指数公式,适当设定空气指标的参照值和指标值的变换式,使不同指标的同级标准值经变换后的标准变换值差异不大,而标准变换值的对数值的差异更小,从而可以认为用变换值表示的不同指标皆与某个指标"等效"。因此,用变换值表示的不同指标的某种类型的空气质量评价的指数公式都可以用该"等效"指标相应的空气质量评价指数公式代替。在满足一定的优化目标准则条件下,采用猴王免疫进化算法对公式中的参数进行迭代优化,分别得到优化后对基于空气质量标准(GB3095-1996)的7项空气指标皆适用的对数型幂函数、韦伯-费希纳定律、Γ型分布函数、污染危害S型函数、加权加和型幂函数及参数化组合算子等6个空气质量评价的普适指数公式。对公式的可靠性进行了理论分析,对其实用性进行了效果检验,其评价结果与其他方法评价结果基本一致,并与实际相符合。结果表明:空气质量评价的多种形式的普适指数公式皆具有形式简洁、计算简便和普适通用的特点。     

典型案例地下水污染模拟预测评估

针对典型案例地下水污染模拟预测评估,可以选取中国东北部某典型工业污染源,应用地下水有限差分软件Visual Modflow,在地下水水均衡计算的基础上,结合气象、地质、水文、水质等资料,建立了典型工业污染源地下水水流水质预测模型.研究了地下水运动规律及水中污染物迁移转化规律,预测出未来两年内的地下水流及水质变化情况,为当地政府提出地下水污染防治对策和措施提供了理论依据.这样可以利用中国东北部某典型工业污染源,为地下水的保护提供保障.     

基于过程模拟的地下水污染风险评价方法研究

通过对简易垃圾填埋场污染地下水过程的系统分析,提出了以抽水井作为保护目标进行地下水污染风险评价的方法,确定了地下水污染风险评价因子,建立了基于过程模拟的污染物迁移转化数学模型.以特征污染物Cl-的污染范围和程度划分了风险等级.利用构建的地下水污染风险评价方法,以我国北方某简易垃圾填埋场作为案例进行了地下水污染风险评价.结果表明,污染源与污染物迁移转化的共同作用决定了地下水污染范围和风险等级.地下水污染风险评价方法的建立为开展简易垃圾填埋场地下水污染有效监管提供了一种方法.     

土壤污染对地下水影响的2种评估方法的应用与比较

以某含1,2-二氯乙烷等10种有机物污染土壤回填项目为例,介绍了2种方法(三相平衡耦合地下水稀释模型和Sesoil耦合地下水稀释模型)在评估土壤污染对地下水影响中的具体应用并进行了比较. 结果表明,采用US EPA(美国国家环境保护局)推荐的三相平衡耦合地下水稀释模型预测的地下水中目标污染物浓度高于新泽西州推荐的Sesoil耦合地下水稀释模型的3~10倍,污染物亨利常数及碳水分配系数越高,二者的差异越明显,达到1个数量级. 对于多环芳烃类的强疏水性有机污染物,2种方法的评估结论无本质差异. 出于保守性及调查成本的考虑,在制订国家或区域范围基于保护地下水的土壤通用筛选值时,建议采用所需参数相对较少的三相平衡耦合地下水稀释模型的方法,以节约调查成本. 对于具体评估项目,当污染物浓度超过通用筛选值时,建议进一步对场地水文地质条件进行调查,采用Sesoil耦合地下水稀释模型重新评估并计算该特定场地的筛选值,以节约修复成本.      

基于灰色关联聚类的地下水评价指标优化研究

地下水环境指标间既有联系又有差异,在保证评价指标能够全面、准确反映区域地下水质量的前提下,可对其进行分类、筛选和优化,简化评价指标,进而减轻监测工作量。本研究采用灰色关联聚类法,对研究区域地下水指标进行优化,并且优化前后水质综合评价结果一致,表明地下水评价指标的灰色关联聚类优化是合理可行的。     

随机森林理论及其在水文地质领域的研究进展

随机森林理论是近年来快速发展的一种人工智能集成学习算法,由于其对数据系列中异常值的容忍度较高,且预测结果准确度显著高于其他常用算法,在以水文地质领域为代表的自然科学研究中的应用越来越广泛.本文在介绍随机森林算法理论和应用方法的基础上,结合国外内已有研究成果,分析其在地下水潜力评估、地表水-地下水转化、地下水水质评价和地下水污染预测等水文地质领域的应用效果,对随机森林理论在水文地质领域的应用前景和进一步发展的方向进行了讨论.结果表明,随机森林理论可以有效解决水文地质领域研究中的参数和过程不确定性问题,在水文地质结构精确刻画、水文地质参数准确反演、水文地质过程的描述均具有广阔的应用前景.     

水质模型参数优化的遗传算法实现及控制参数分析

参数识别是数学模型应用的前提.遗传算法是一种通用的全局优化算法,结构简单.一个实际应用问题能否利用遗传算法解决,关键在于遗传算法的设计和控制参数的选取.本文结合水质模型参数优化的特点,提出采用正交试验设计的方法来考察遗传算法不同控制参数对参数优化性能的影响,结果显示,正交法较好地识别了关键影响因素,并提出可能的最优方案.表明遗传算法能较好地应用于复杂多参数水质模型的参数识别研究.     

基于“生态水位-水质-水源地”协同作用的地下水环境风险评价方法研究

地下水生态水位、地下水水质和地下水水源地是地下水环境的关键敏感属性,而现有关于地下水环境保护的研究多侧重于污染风险评价,常忽视地下水生态水位作为环境要素综合风险的重要性.为突破以往地下水风险评价中以污染要素为主的现状,在区域尺度针对地下水污染及地下水水位变化导致地下水系统生态服务功能失衡等问题,提出以地下水生态水位、地下水水质和地下水水源地作为风险受体,综合研究地下水系统对地下水风险源的暴露途径及响应关系,采用地下水防污性能指数指征地下水环境的空间差异性,构建了基于“生态水位-水质-水源地”协同作用的GERRM模型（地下水环境相对风险模型,groundwater environmental relative risk model）,定量描述地下水污染和地下水水位突变耦合的地下水环境风险,并将建立的方法在下辽河平原进行案例研究.结果表明:①Ⅳ、Ⅴ级风险区主要位于化工企业、危险废物填埋场周围一定范围区域及沈阳市地下水水源地保护区和生态水位敏感性较高区,面积为2 107.33 km2,占总面积的8.93%.②Ⅰ、Ⅱ级风险区主要为农田种植区、林地种植区和农业城镇建设区,面积为17 704.51 km2,占总面积的75.01%.研究显示,GERRM模型适用于区域地下水环境风险评价,下辽河平原区化工企业、危废填埋场周围一定范围区域以及沈阳地下水水源地保护区相对风险最高,需采取相应的管理保护措施.