毒性污染物质水质模型评估

毒性污染物质水质模型的研究,是当前水质模型研究领域的难点与热点.该文在查询了世界范围内开发的水质模型基础上,对当今得到广泛应用的毒性污染物质水质模型的主要特征进行了分析,以方便使用者根据研究需要而选择合适的模型,同时促进相关研究的进展.     

基于贝叶斯优化的三维水动力-水质模型参数估值方法

随着水质目标管理要求的提升,基于复杂的三维水动力-水质模型的决策成为流域精准治理的必需.水质模型通常具有复杂的结构,包含大量的方程和参数,而参数取值的准确性会影响模型对水体系统表征的可靠性,进而影响根据模型结果进行水环境管理的效果,因此,有必要探究适用于复杂水质模型的高效参数估值方法.传统的自动参数估值方法应用于复杂的水质模型时会面临计算瓶颈,而贝叶斯优化适用于高运算成本模型的优化问题.本研究提出基于贝叶斯优化的复杂水质模型参数估值方法,主要包括:①重要影响参数识别;②重要参数敏感性排序与筛选;③采用贝叶斯优化对筛选出的参数进行估值;④方法的适用性评估.同时,将该方法应用于云南异龙湖的三维水动力-水质模型的参数估值中,发现进行参数估值后模型lg(NSE)均大于0.65,表明模型达到了满意的级别.研究表明,当贝叶斯优化算法的采集函数为EI时,仅需要141次迭代lg(NSE)即可达到0.766,该方法对复杂水质模型的参数估值具有一定的借鉴意义.     

基于自由搜索的投影寻踪水质综合评价方法

为解决水质评价指标的不相容性以及现有评价方法对等级的分辨率较粗略等问题,提出了水质状况评价的投影寻踪方法(Projection Pursuit,PP).根据地表水环境等级划分标准,构建了能够反映水质状况变异信息的投影指标函数;引入自由搜索(Free Search,FS)算法,优化投影指标函数寻求最佳投影方向;利用最佳投影方向信息研究了各种水质指标对水质状况评价的影响程度.以山西省汾河流域为例,进行水质评价分析,并与基于加速遗传算法优化投影寻踪模型(RAGAPP)和利用粒子群优化投影寻踪模型(PSOPP)得到的投影值结果进行对比.实例应用表明,该模型评估结果误差精度优于RAGAPP和PSOPP,评价结果符合当地水质状况实际情况,且对水质等级划分清晰.     

基于自组织映射与随机森林耦合模型的流域水质空间差异性评估

流域水环境质量空间分布特征分析是推进流域精细化管理的基础.本研究基于流域特征指标与水质的关联性,以子流域为分析单元,利用自组织映射人工神经网络模型（SOM）对苕溪流域水质数据聚类分析为3类后与随机森林模型（RF）进行耦合,对全流域水质进行了空间差异性评估.研究结果显示,上游山地区域水质较好,而平原河网人口集聚区的COD_Mn、NH₃-N及TP浓度较高,山地与平原过渡地带水质则主要受到COD_Mn和TN的影响.采用自然环境、社会经济及土地利用/覆盖指标作为流域特征进行水质分级模式识别,SOM与RF模型耦合模型的准确率稳定在80%左右;在对强相关性特征进行筛选识别后,将蒸发蒸腾量、坡度、人口密度、大于10℃积温、旱地占比、城镇用地占比及景观多样性指数为作为输入特征,准确率可达83%,可以有效地开展全流域水质分级评估.     

针对高溶解氧、高锰酸盐指数的地表水水质评估方法研究

在进行水体研究的过程中,选择适当的评估方法对水体进行评估必不可少。为寻找更加适用于高溶解氧、高锰酸盐指数较高的水体的水质评估模式,在分析现有水质评估方法的基础上,对评价安全性最高的单因子评价法和最能体现生态修复能力的有机污染综合指数评价法进行了比较分析,建立了单因子-有机污染综合指数耦合方法,建立了基于两种方法联合使用的水质分析模式。利用监测数据,分析了该模型应用于高溶解氧与高锰酸盐指数的地表水水质评估的可行性。结果表明,该方法适用于高溶解氧、高锰酸盐指数的地表水水质评估。     

三峡库区EFDC模型集成与应用

为满足三峡库区大尺度的水质预测需求,降低专业水质模型使用门槛,实现模型业务化运行,采用涵盖"模型封装-接口服务-系统集成"全过程的模型封装集成技术方法,开展了EFDC模型集成研究,并在三峡库区水质安全评估与预警系统中进行验证和应用.结果表明:①基于实例化模型建立的模型预置参数库,是模型业务化运行中参数简化的前提,可有效解决模型本地驯化及模型实例的基础数据复用问题;②依据参数识别结果,将模型参数识别为"必调参数、可调参数、默认参数"三类,并采用B/S架构对输入文件、输出文件和主控文件中的不同参数进行分类封装,达到参数简化目的;③采用半紧密型方式建立的基于Web services的EFDC模型集成接口服务及标准,可为信息系统提供通用的EFDC模型计算服务;④该方法在EFDC模型与三峡库区水质安全评估与预警系统集成中得到验证,实现了全库区干流及主要支流COD_Cr、总磷、总氮等污染因子的长时间序列水动力水质预测联机在线运算,满足了用户在水质影响预测预警中低修改量、高运算效率和良好用户体验等需求,实现了模型的业务化运行.      

不确定性方法耦合水质模型研究综述

水质模型是模拟和预测水体中污染物迁移和转化的重要工具.水质模型作为水环境保护的有效工具,已经广泛应用于环境污染控制和水质规划管理中.详细清晰地阐述了水质模型的研究进展、几种常用的确定性水质模型的特点及适用范围、在模型构建的过程中产生的不确定性的研究方法、模型结构的不确定性研究方法以及不确定性方法与水质模型耦合的研究现状,并说明了水质模型未来的研究方向和发展趋势包括:加强对模型的不确定进行数学描述与评价,在模型构建过程中,各种不确定性方法应相互渗透;将不确定性研究方法与传统的水质模型进行耦合,构建各种不确定性水质模型的多样化、复杂化、耦合化;将水质模型与“3S”技术结合,使应用水质模型实时、动态的反应水质变化成为可能.     

基于COHERENS模型三维数值模拟的研究及进展

COHERENS模型是由欧盟的海洋学专家学者联合研究和发展的一个三维海洋及近岸模型,该模型功能强大,广泛应用于海洋水动力及水质数值模拟.介绍了该模型的模块、特点,及在不同方面的研究现状,并根据模型的不足提出了应用COHERENS模型的建议,讨论了进一步研究的发展趋势.     

WRTDS模型对长时间序列水质变化的研究进展

评估地表水水质变化和趋势,准确把握从上游流域到下游接收水体的水质成分的质量或负荷信息对于水资源的有效管理至关重要.近年来,伴随水质数据集长度的增加、统计方法的提升、计算机软件和硬件的改进,一系列统计方法用于探索和分析水质趋势和通量变化.时间、流量和季节加权回归模型(WRTDS)因其相对复杂和灵活性的特点,不断发展成为了长时间序列水质趋势分析的主要工具.本文围绕WRTDS模型在水质分析中的研究进展展开综述,总结了WRTDS模型基本原理(浓度/通量和归一化流量浓度/通量的估计)和发展状况,梳理了当前水质趋势和通量估计的方法和应用,汇总了WRTDS模型在长时间序列水质变化和趋势中应用情况和与其他模型对比情况.分析了WRTDS模型目前存在的不足,并结合我国实际水环境问题,展望了未来WRTDS模型可结合流域模型、遥感反演、人工智能等技术手段进行拓展和延伸,以期更好地指导未来流域水环境管理工作.     

河流水质系统灰色模型的识别、模拟和应用

借助于灰色系统理论的思想和方法可以构造河流水质灰色模型,根据实测水质资料可以识别出河流水质灰色模型中的最优灰参数,在此基础上,可以对河流水质系统进行灰色模拟。灰色模拟考虑了实际河流水质系统中客观存在的不确知因素和偶然因素影响。本文概述了河流水质灰色模型的构造、河流水质灰色模型的研究意义、河流水质灰色模型的灰参数识别、河流水质系统的灰色模拟及其在四川沱江水质系统模拟中的应用。