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.     

区域性湖泊营养盐基准的适用性研究

营养盐基准是湖泊富营养化控制与管理的基础,目前多采用以生态分区为基础的基准确定方法.由于同一生态分区内湖泊间的差异性,对区域性湖泊营养盐基准的适用性需要做进一步的探究.本研究提出了基于响应关系的聚类方法(RCA),包括:(1)基于线性混合效应模型和平均绝对百分误差的层次聚类过程;(2)基于赤池信息准则(AIC)的模型选择过程.基于长时间数据的可得性,选择我国云贵湖区和东部湖区作为对象,采用RCA对叶绿素a与营养盐(总氮和总磷)之间的响应关系进行分析.结果发现,区域性响应关系对应的AIC值均为最高,模型权重均小于0.001,且可能导致生态谬误;表明区域性湖泊营养盐基准不能完全适用于生态分区内全部湖泊.该研究可为我国湖泊营养盐基准的空间尺度确定和浓度限值识别提供参考.