Multiple-pattern parameter identification and uncertainty analysis approach for water quality modeling

This paper presents a multiple-pattern parameter identification and uncertainty analysis approach for robust water quality modeling using a neural network (NN) embedded genetic algorithm (GA). The modeling approach uses an adaptive NN–GA framework to inversely solve the governing equations in a water quality model for multiple parameter patterns, along with an alternating fitness method to maintain solution diversity. The procedure was demonstrated through a coupled 2D hydrodynamic and eutrophication model for Loch Raven Reservoir in Maryland. The inverse problem was formulated as a nonlinear optimization problem minimizing the degree of misfit (DOM) between model results and observed data. A set of NN models was developed to approximate the input-output response relationship of the Loch Raven Reservoir model and was incorporated into a GA framework in an adaptive fashion to search for near-optimal solutions minimizing the DOM. The numerical example showed that the adaptive NN–GA approach is capable of identifying multiple parameter patterns that reproduce the observed data equally well. The resulting parameter patterns were incorporated into the numerical model, and a multiple-pattern robust water quality modeling analysis, along with a compound margin of safety (CMOS) method, was proposed and applied to analyze the parameter pattern uncertainty.     

丘陵区坡面土壤有机碳及颗粒有机碳分布特征

测定了紫色丘陵区疏林地、荒草地和坡耕地三种土地利用方式下土壤有机碳和颗粒有机碳含量,探讨不同利用方式与坡位下土壤有机碳和土壤颗粒有机碳的分布特征.结果表明:不同土地利用方式下上坡位和中坡位土壤有机碳和颗粒有机碳含量均为疏林地＞坡耕地＞荒草地,而在下坡位两者含量变化差异较大;不同土地利用方式下各坡位土壤剖面有机碳含量均是在0～5 cm层富集,颗粒有机碳的含量也表现出一定在剖面分异性;不同土地利用方式土壤颗粒有机碳分配比例为(0.74±0.01)～(0.34±0.02),不同土地利用方式之间土壤颗粒有机碳分配比例差异较小.相关分析表明,不同利用方式下土壤有机碳、全氮和颗粒有机碳含量之间均呈显著的相关性.     

黄土高原马栏林区辽东栎的种子产量

辽东栎种子产量对其种群更新和恢复具有重要意义.调查研究了黄土高原马栏林区天然辽东栎次生林的种子产量,结果表明.该区天然辽东栎次生林处于较成熟阶段,结实植株所占比例高且种子产量丰富.分析发现,辽东栎结实植株数目表现出密度依赖效应,即样地结实植株密度与辽东栎植株的大小呈极显著的负相关,而辽东栎结实植株比例与样地密度呈极显著的负相关.通过埘标准枝上发育良好种子和败育种子数目的分析发现,在植株水平受精胚珠数与其发育种子数呈极显著的正相关;单株理论种子产量与胸径呈极显著的线性关系,表明辽东栎个体大的植株产生更多的种子;而对不同结实枝条,其高度与受精胚珠数、败育种子数和发育种子数均呈饭显著的线性关系,表明传粉或光照可能起到重要作用.此外,阳坡辽东栎林结实植株比例显著低于阴坡,表明样地水平坡向对辽东栎林结实也有一定的影响.图5 表3 参19     

密云水库不同封育年限灌丛群落结构及演替规律

灌丛群落为华北土石山区常见的次生植被类型,揭示其演替规律对明确北京区域森林动态及经营管理具有重要意义.采用样线调查方法,选择封育5、7、10和15 a的4个地段,进行10 m×10 m样地调查.运用空间代替时间数据处理方法,分析了灌丛群落的物种重要值、生物多样性指数、群落均匀度指数、生态优势度指数以及单位面积生物量变化情况.结果表明:随着封育年限的递增,灌丛先锋阳生性优势种重要值下降,阴生性和乔木树种重要值上升;封育到第7年时,乔木加入演替序列,到第15年时开始构建乔木层片;群落生态优势度指数降低,均匀度指数上升,灌丛植被向生物多样化和生态稳定的方向演替;研究区内植被潜在演替序列为:荆条Vitex negundo var.heterophyllax酸枣Ziziphus jujuba var.spinosa灌丛→三裂绣线菊Spiraea trilobata灌丛→山杨Populus davidiana×椴树混交林→蒙古栎Quercus mongolica林.     

白腐真菌-活性污泥联合处理棉浆黑液的研究

棉浆黑液是一类较难处理的工业有机废水,其中含有大量木质素,木质素不仅是化纤工业废水中主要污染物,而且也是造纸工业的副产物,由于得不到充分利用,变成环境污染物,严重污染了环境.因此,迫切需要一种高效低成本的处理方法来解决这一问题.为了有效处理化纤厂棉浆黑液,采用以白腐真菌糙皮侧耳(Pleutrotus ostreatus)B1为降解菌的鼓泡塔反应器与活性污泥法联合处理棉浆黑液,初步摸索可行的处理工艺并确定相关参数.棉浆黑液经鼓泡塔反应器预处理、活性污泥法后处理,废水COD去除率为94%～97%,出水COD低于国家污水三级排放标准(1 000 mg·L-1).将白腐真菌糙皮侧耳B1投加到活性污泥中,逐渐增加进水负荷,COD去除率为55%～83%,明显好于活性污泥单独处理工艺.实验结果表明了白腐真菌.活性污泥联合处理棉浆黑液是可行的.     

二氧化锰氧化降解双酚A的动力学

以室内实验方法,在25℃室温下,以二氧化锰为氧化剂,研究了pH4.12的水溶液中双酚A降解的反应动力学,并讨论了反应溶液的pH对反应动力学的影响.动力学研究采用了批处理实验方法和螺旋盖反应瓶.振荡器反应体系.结果表明,在无二氧化锰的条件下,双酚A的浓度在1周内检测没有明显的变化.在二氧化锰存在的条件下,双酚A对二氧化锰的氧化作用具有较强的反应感受性.pH一定的条件下,当二氧化锰相对过量时,在1小时之内,反应遵循准一级反应动力学,双酚A降解速率随其自身及二氧化锰浓度的增大而增大.随着反应的进行,双酚A的降解速率变慢.反应遵循的不是简单的准一级反应动力学而是复合的反应动力学.此外,随着溶液pH值由3.5升高至6.6,双酚A的降解速率显著下降.     

区域大型环境空气综合观测中外场观测与实验室分析数据质量控制研究

环境监测的质量保证是监测数据准确性、可比性的重要保障.在区域大气联合观测项目中,完善的质量保证体系应包括管理机制和技术措施两部分,但目前我国对这类项目质量保证尚无统一标准.针对大气重污染成因与治理攻关项目（简称"大气攻关项目"）外场观测任务量大、承担单位多、监测项目复杂的特点,为保证观测数据的质量,避免出现由于监测和质控方法不统一造成的数据可比性差、结果矛盾的问题,提出了大气攻关项目质量保证体系和管理机制.其中,质量保证体系包括制定总体要求（技术文件、监测项目及质控要求）、外场观测质量保证（内部质量管理体系、项目外场观测质量保证体系）、实验室分析质量保证（实验室遴选、项目实验室分析多级质量保证体系、实验室比对和飞行检查）和数据质量控制（数据线上审核、项目实验室分析质控报告、项目数据质量评价）4个方面.管理机制为项目管理办公室、质控实验室和承担单位三级主体,两级监督的分级管理模式.通过项目实践,项目质量保证体系达到了保证观测数据准确性、可比性的预期效果,为揭示区域雾霾形成机理、突破污染控制关键技术提供了有力的技术支持,同时为区域大气联合观测项目的数据质量保证提供了借鉴.      

序列间歇式活性污泥法处理毛纺厂废水的研究

采用序列间歇式活性污泥法处理毛纺厂废水。试验结果表明,经4h曝气处理,进水COD为190～650mg/L时,出水COD始终低于100mg/L,去除率大多在80％～90％之间,色度去除率大多在50％以上,出水COD和色度均达到行业排放标准。还对较低COD浓度下序列间歇式活性污泥法的COD降解过程进行了研究,推导出一级反应动力学关系式Sr＝So（1－10￣^-k1^t）,并以试验数据进行了拟合,求解出动力学常数k1和So。     

食管癌高发区粮食防霉实验

磁县是我国食管癌高发区,当地居民饮食中霉菌及其毒素污染严重。为了从病因水平上预防肿瘤发生,进一步探讨了磁县食管癌高发区居民饮食防霉措施。本实验研究了防腐剂富马酸二甲酯（DMF）对磁县农户正在食用的储粮的抑霉防霉及抑菌作用。结果发现DMF可明显抑制粮食中霉菌的生长。小麦洗液培养56小时后DMF处理组霉菌菌落数平均为2.3个,而对照组可达123.7个,抑制率为95.15％。在含有DMF的培养基上霉菌不能生长。此外DMF还有明显抑菌作用,加DMF后48h即可抑制细菌生长,施药处出现明显的抑菌环。因此,应在食管癌高发区对农村储粮推广使用DMF防霉措施,以期通过降低霉菌及其毒素的污染,阻断食管癌的霉菌病因,进一步降低食管癌发病率。     

不同环境条件下聚羟基烷酸(PHAs)薄膜生物降解性研究

采用不同形态的PHAs薄膜（聚β－羟基丁酸（PHB）及β－羟基丁酸与β－羟基戊酸的共聚物（PHBV）膜）,在各种环境（如土壤和水体）的不同条件下,对膜的生物降解性进行了研究,并对其降解机制作了初步探讨。结果表明：PHAs膜具有生物降解性,在无菌条件下不能被降解;在不同的环境中,如不同土壤和水体,PHAs膜的降解情况不同;不同的条件,如pH、温度,对环境中PHAs膜的降解率有着不同的影响;PHB膜的生物降解速度比PHBV膜快;PHAs膜的厚度对其降解能力有很大影响。