流域系统优化调控的新模型与应用

流域系统具有复合性和非线性特征,其机理过程的数值描述本身也存在随机和认知不确定性.在此前提下,如何优化调控流域系统,实现水质改善和水生态系统健康成为当前水资源、水环境及水生态领域亟待解决的突出问题.本文提出了贝叶斯递归回归树模型和区间不确定性的风险决策分析方法,与强化区间线性规划结合形成了新的不确定性＂模拟-优化＂间接耦合模型,实现流域系统优化调控及风险决策方案.上述方法将应用于美国佛杰尼亚州Chesterfield县Swift Creek水库营养盐TMDL分配方案,确定8个子流域的最小负荷分配以实现叶绿素a浓度达标.结果表明该耦合模型既能表征流域系统特征,也能兼顾不确定性模拟的准确度、计算效率以及不确定性优化与风险决策的解空间全局最优性、绝对可行性,为流域系统优化调控及其未来非线性系统的预测与最优控制提供了新的计算工具.     

北湖流域水质改善系统动力学研究

利用系统动力学擅长研究动态、非线性复杂系统的特点,将其应用于北湖水质改善分析,构建了系统动力学-水质耦合模型,可实现长时间序列的连续模拟和水环境管理的情景分析。文章定量分析了三产比例调整、城镇化率提高与污水集中处理等因素对流域纳污控制及水质改善的影响,推演出可协调经济发展-水环境保护-污水治理资金三方矛盾的合理方案,为类似小城镇的发展提供可借鉴的思路和方法。     

水质管理决策支持系统在太湖流域(浙江片区)水环境综合管理平台中的应用

太湖流域(浙江片区)水环境综合管理平台是基于DHI水质管理决策支持系统,进行的二次开发,主要实现了突发污染物事故管理和水质日常管理2个模型。该模型基于C/S客户端和B/S浏览器相结合的方式进行开发。用户可以在C/S客户端设置模型的相关数据、对应模型参数等,通过B/S浏览器对事件进行预测与发布展示,为制定各类突发事件和防控措施提供决策支持信息。     

基于结构方程的流域水环境承载力评价——以湟水流域小峡桥断面上游为例

针对流域水环境承载力评价中指标体系构建及权重确定缺乏客观依据的问题,以湟水流域小峡桥断面上游为例,通过兼顾压力与水环境承载力的控制断面水质影响路径分析,建立了面向水环境承载力评价的结构方程模型(Structural Equation Modeling, SEM);在此基础上,构建了湟水流域的水环境承载力综合评价体系,并获得各指标权重,进而利用向量模法对流域水环境承载状态进行了综合评价.结果表明:SEM模型能够定量反映土地利用/景观格局及污染物排放因素与水环境承载状态的相关关系;SEM模型的路径分析可为水环境承载力综合评价指标体系的建立提供科学依据;由SEM模型得到的路径影响相关系数,可为权重的确定提供新的科学方法;研究区16个控制子单元呈上、中、下游水环境承载状态逐渐变差的梯度特征;最后,针对湟水流域不同区域的社会、经济、环境和资源差异,从流域水环境承载力双向调控的角度,提出改善水环境承载状态的相关建议,进而为流域水系统持续协调发展提供精细化管理支撑.     

松花江流域水污染防治规划决策支持系统构建与应用

采用SOA C/S架构,按照数据层、应用层和表现层的规范设计开发了松花江流域水污染防治规划决策支持系统。系统的数据层包括基础地形数据、水文数据、重点污染源监测数据、水质监测数据、气象数据以及经济效益数据等。应用层包括数据处理和分析、GIS查询分析服务等功能应用。表现层包括模型模拟结果展示、决策支持应用展示等。该系统为松花江流域的水环境管理提供了实用的工具。通过流域水环境形势诊断、流域水质模拟预测两个子系统,模拟了2011—2014年松花江流域水环境质量的变化情况,对比了"十二五"与"十三五"期间嫩江流域水质的改善效果,为决策者制定流域环境管理措施和方案提供有力支持。     

基于韦伯-费希纳定律的海河流域水库水环境预警评价

水库作为水源地在流域水环境安全中具有重要作用.根据韦伯-费希纳定律(Weber-FechnerLaw,W-F),选取与水库水环境关系密切的水质评价指标,通过确定水环境综合影响指数Ki值与水环境状态之间的关系,建立基于人类感觉强度与外界水环境质量变化关系定量化的水环境预警模型.并以海河流域4座水库为实例进行应用与验证.结果表明:水库Ki值与水环境状态是线性函数关系,水库Ki值与营养指数间是指数函数关系.此模型可以用于流域内不同时空条件下水库水环境状态和富营养化的预警与水环境综合评价.官厅水库水环境综合影响指数Ki值为0.0494,水环境综合预警等级为轻警,主要的污染指标为COMMn、TN和TP.4座水库的Ki值变化范围在0.0107～0.0564之间,密云水库富营养化预警级别为轻警,官厅水库、潘家口水库和岳城水库均为中警;4座水库水环境预警等级空间上差异明显,从高到低顺序为潘家口水库、官厅水库、岳城水库、密云水库.潘家口水库水环境时间上恶化趋势明显,建议加强流域水库水环境的监控和采取更严格的管理措施.     

GIS技术在滇池流域水环境管理中的应用

针对滇池流域水环境管理现状及特点整合流域信息资源,探讨利用GIS技术开发流域水环境管理可视化平台的可能性,根据流域地理水文等特点,结合ArcGIS系列开发软件和SQL数据库开发技术,以NET为中间件开发平台,完成系统设计与构建,主要实现流域信息数据管理维护、数据搜索查询和可视化决策功能,利用GIS可视化功能反映流域水环境的特点,为滇池流域水环境管理起到辅助决策作用。     

产业结构调整对流域供需水平衡及水质改善的影响

基于系统动力学(SD)模型和水质(WQ)模型建立了描述深圳河流域社会、经济、水资源和水环境系统的耦合模型(SD-WQM).定量分析了三产比例调整、工业结构内部调整及产业技术提升对流域供需水平衡和水质改善的影响.结果表明,三产比例调整对流域水资源平衡有一定改善作用,但对流域水质变化不敏感;工业调整中劳动密集型产业的比重减少或技术提升、第三产业技术提升对流域的水资源平衡和水质改善作用明显.根据各措施的敏感性,设计了可以满足流域供需水平衡与水质要求的综合调整方案.     

密云水库及其流域营养物集成模拟的模型体系研究

近年来由于连年干旱,密云水库面临着严重的水质和水量问题.为实现密云水库及流域的营养物集成模拟和预测,研究开发了以流域非点源模型、水体生态动力学模型和河流模型为基础的,在GIS、RS技术支持下的密云水库水环境模拟预测集成模型.生态动力学模型是由WASP模型和EFDC模型耦合而成,流域非点源模型选用SWAT模型系统,该系统同时包括了污染物在河流中的迁移转化模拟.研究采用马尔科夫链蒙特卡罗法进行参数识别.结果表明,实测水质数据基本位于模拟数据分布众数曲线上下,并基本落入了水质变量模拟分布80%置信度的置信区间内,模拟结果与监测数据匹配较好.说明流域集成模型体系得到了有效识别并能满足实际应用.     

密云水库及其流域营养物集成模拟的模型体系研究

近年来由于连年干旱,密云水库面临着严重的水质和水量问题.为实现密云水库及流域的营养物集成模拟和预测,研究开发了以流域非点源模型、水体生态动力学模型和河流模型为基础的,在GIS、RS技术支持下的密云水库水环境模拟预测集成模型.生态动力学模型是由WASP模型和EFDC模型耦合而成,流域非点源模型选用SWAT模型系统,该系统同时包括了污染物在河流中的迁移转化模拟.研究采用马尔科夫链蒙特卡罗法进行参数识别.结果表明,实测水质数据基本位于模拟数据分布众数曲线上下,并基本落入了水质变量模拟分布80%置信度的置信区间内,模拟结果与监测数据匹配较好.说明流域集成模型体系得到了有效识别并能满足实际应用.     

水污染预警DSS系统框架下的白河水质预警模型研究

为了应对频发的水环境污染事故,在污染事故发生后快速有效地制定应急响应措施,保护水环境,有必要在水源保护区建立水污染预警DSS系统,重点对系统建立的核心与难点——水质预警模型进行研究.密云水库是北京市最重要的地表水源地,以密云水库上游的白河为研究区域建立水污染预警DSS系统,设计水污染预警DSS系统的三层结构框架,将控制端、核心预警模型、GIS空间数据库紧密联合起来;在此基础上对核心预警模型的建模过程、参数取值等进行研究;最后以典型污染物氰化钠为例,设置水污染事故情景以及应急措施预案情景,进行了情景模拟分析.实例研究表明,此水质预警模型能够较准确地对污染发展趋势进行分析预测,并对不同的应急处理方案的实施效果进行模拟分析,模拟结果能够支持应急方案的制定与优选决策,达到了DSS系统的功能需求.     

喀斯特石漠化综合防治空间决策支持系统研究

为了更好地配合喀斯特石漠化的综合治理,结合地理信息系统(GIS)和决策支持系统(DSS)技术,采用Map Object开发方法,开发了喀斯特石漠化综合防治空间决策支持系统。充分利用喀斯特石漠化地区各种空间信息,建立石漠化强度现状分析、石漠化发生率计算、石漠化年变化率分析等决策分析模型以及石漠化综合防治效果监测模块。通过实际应用可知,基于空间决策支持系统(SDSS)建立空间信息系统可以很好的为喀斯特石漠化的防治提供决策分析,可以更好地监测石漠化强度的变化,有助于石漠化的治理工作。     

环境空间决策支持集成系统的设计原理与应用

空间决策支持系统(SDSS)是地理信息系统(GIS)和决策支持系统(DSS)的有机结合.笔者在已有研究成果基础上,以厦门市环境管理空间决策支持集成系统(XME-SDSS)为例,介绍了空间信息集成系统的设计原理和实现方法,包括数据分析模型、系统的数据流、数据库结构以及系统的集成方式.      

三峡库区水量水质综合数据库系统开发与应用

三峡库区空间跨度大、数据海量且格式类型多样,亟需建立三峡库区水量水质综合数据库系统,为库区综合管理与研究提供有效数据支持。该研究通过集成最新的ArcGIS Server、Microsoft Silverlight、Microsoft SQL Server和Microsoft NET等技术,开发了基于Web-GIS的三峡库区水量水质综合数据库系统,实现水量水质数据综合管理、可视化展示和数据共享。该系统友好易用,不仅可以为三峡库区水量水质综合研究提供数据支撑和结果可视化,也可用于三峡库区水资源综合管理,提高工作效率,为科学决策提供可靠的信息支持。     

基于GIS的流域水质目标管理TMYL构架研究——以赣江流域为例

以赣江流域为例,提出了基于GIS的TMYL计划技术框架,构建了以保持水生态系统健康为目标的流域水质目标管理技术体系.在ARCGIS9.3的环境中,利用GIS的叠置技术,建立基于控制单元为管理核心、污染源在线监控为配套建设的三级监控体系.结合流域水污染防治绩效评估体系的建立及评估分析,为流域水污染控制的总量控制方案和对策...     

中国省级环境决策支持系统的系统分析

中国省级环境决策支持系统(DSS)是基于GIS和各种模型的空间决策支持系统?该文介绍了DSS系统的系统分析方法和内容,包括软件需求说明?数据需求说明和总体设计      

环境管理决策支持系统的研究

环境管理决策支持系统是实现环境管理科学化和现代化的重要手段。通过对决策支持系统的论述,提出了便于ＥＤＳＳ实现的新的决策支持系统的结构图。给出了环境管理决策支持系统的严格定义,组织内容,系统组织方法,各部分的接口方法及系统实现中需注意的问题。     

基于水质模拟的不确定条件下两阶段随机水资源规划模型

针对流域内不同企业的水资源分配及企业生产污染排放导致的水环境问题,运用区间两阶段随机规划的方法,耦合区间两阶段模型（ITSP）和区间水质模型（IS-P）,建立不确定两阶段随机水质-水量耦合规划模型（ITSP-SP）.该模型以流域内系统利益最大为目标函数,模拟了流域内各个企业的水量分配及排污过程中河道水质变化,并在保证河流水质达标前提下优化预计分配水量,调整企业生产规模.通过模型运算得到区间解,为管理者提供了多样的决策方案.并且,该模型充分考虑不确定因素对系统利益的影响,能够有效的规避系统决策失误及方案缺失现象.     

基于物联网与GIS的环境质量管理信息系统设计

设计了一种基于物联网与GIS技术的环境质量管理信息系统,系统以GIS为主干,辅以物联网技术,将GPS定位模块集成到RFID中,实现数据的快速采集与空间定位。该系统可以充分发挥物联网无线识别与地理信息系统空间数据表达分析能力强的优势,更好地为环境质量管理提供决策支持。     

针对地表来用水状况的水量水质联合评价方法

随着社会经济的发展,水资源与水环境问题愈来愈突出。为了摸清流(区)域水资源总量中不同水质的水量分布与变化情况,急需探讨和建立水资源数量和质量联合评价的体系与方法。针对地表来用水状况,分别从单元(集总)系统和复合(分布)系统出发,提出水量与水质联合评价的途径,以华北滦河为例进行了实例研究。结果表明,该方法简单、易于操作,能够直观地反映出流(区)域水资源数量和质量的时空分布状况,能够为流(区)域水资源综合规划、配置和水环境管理提供重要的决策依据。