流域污染负荷水质响应的时空数值源解析方法研究

以目前广泛应用的环境流体动力学模型EFDC为平台,构建时空数值源解析方法,理论上可以得到任意时刻任意空间点位污染物的来源构成.其原理是考虑水质模型的微分方程,直接对每个污染负荷再微分,从而将原来1个微分方程变为关于每个污染源的微分方程组,然后联立以EFDC的水动力模型求解,得到每个源对每个时空点的贡献.概化的抚仙湖模型作为数值案例用以验证方法.时空数值源解析的结果与传统扰动方法的结果几乎重合,验证了时空数值源解析方法的正确性.另一方面,数值案例中存在34个独立的污染源,扰动法则需要35次模拟,而时空数值源解析方法的结果通过单次模拟就可得到,说明时空数值源解析方法具有明显的计算效率优势.而通过对结果的进一步分析可以发现,时空数值源解析方法可以提供更精确的源贡献的动态描述.     

基于健康水循环理论的大理市海东新区水资源配置研究

以健康水循环理论作为指导,对大理海东新区的水资源需求、水量平衡进行了分析,根据水资源供给与需求在旱季、雨季时间分布上的区别,分别给出了旱季、雨季大理海东新区水资源配置方案。     

流域负荷削减的主观深度不确定性分析及稳健决策

深度不确定性影响着流域负荷削减及其决策.针对决策过程中主观层面产生的深度不确定性,本文提出了包含3个部分的稳健性决策方法:(1)确定衡量主观因素的权重的合理范围,采取适当采样方法确定每组合理权重下的最优决策;(2)稳健性指标计算;(3)以稳健性指标为目标结合进化算法求出稳健决策.将上述方法应用到江西八里湖的总氮(TN)负荷削减决策之中,该决策问题的相关模型考虑到了污染负荷与水质的响应关系及客观不确定性.以此为基础,在八里湖流域TN 277~297 t的年负荷削减水平下分析主观深度不确定性的影响.结果显示,即便结构相似的权重,细微的改变也能导致不同权重下的最优决策发生比较大的变化,而通过上述方法可以识别出污染负荷削减的稳健决策,该决策以点源及特定子流域的面源控制为主.在削减率上下波动5%(2.5%)的范围内,上述方案能够在83.5%(40.3%)的合理权重情况下保持最优,说明该决策能够满足绝大部分情况下对于不同站点之间的权衡考虑,可以为最终决策提供支持.     

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.     

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.