基于不确定度和敏感度分析的LCA数据质量评估与控制方法

通过提出定量评估并控制LCA数据质量的系统化方法(称为CLCD-Q方法),从LCA案例的原始数据和清单数据算法开始评估不确定度;然后通过两次蒙特卡罗模拟,先后得出单元过程清单数据及LCA结果的不确定度;最后结合敏感度分析,辨识出LCA模型中具有高不确定度和高敏感度的关键数据,从而指出控制和改进数据质量的关键点.结果发现,上述方法可在eBalance软件和CLCD数据库中实现.同时,对中国电网电力生命周期的示例研究表明,上述方法将传统的LCA数据质量评估延伸到了原始数据层面,从而为数据收集过程中的原始数据与算法选择提供了直接的支持,同时也可以针对数据质量不达标的LCA结果,指出最有效的改进方向.     

产品碳足迹评价中不确定度与敏感度相结合的数据质量分析

产品碳足迹评价中,数据种类、来源、获取途径和量化方法的选择不同将直接影响到评价结果的可靠与否.本文建立了结合敏感度和DQI-Monte Carlo不确定度分析的产品碳足迹评价数据质量分析模型.首先通过敏感度分析识别出产品碳足迹评价中的主要数据,再采用DQI-Monte Carlo不确定度分析方法对主要数据进行数据质量判定,甄选出影响评价结果可靠性的关键数据,并由此有针对性地提出数据质量改进意见,从而有效地优化数据收集方案,减少碳足迹评价结果的不确定度.建立的方法应用于我国某塑料软包装印刷企业的印刷前阶段碳足迹评价中.     

考虑参数和边界条件不确定性的地下水污染随机模拟

为了分析模型参数的随机变化和边界条件的随机变化对地下水溶质运移模型输出结果的不确定性影响,采用蒙特卡洛模拟对一假想算例展开研究,并结合风险评估阐述不确定性分析结果.首先,建立研究区地下水溶质运移数值模拟模型,并综合利用局部灵敏度分析和全局灵敏度分析方法筛选出对模型输出结果影响较大的参数,连同模型的边界条件(第一类边界条件-水头值)一起作为随机变量.然后,利用优化超参数的高斯过程回归(GPR)方法建立模拟模型的替代模型,代替模拟模型完成蒙特卡洛随机模拟.最后,对随机模拟的结果进行统计分析和区间估计,并利用污染物浓度的概率分布函数对1、2、3号观测井进行地下水污染风险评价.结果表明:置信水平>80%时,1,2,3号观测井污染物浓度值的置信区间分别为34.77~35.03,57.74~58.04,100.07~100.69mg/L.此外,1,2,3号观测井为轻度污染的风险分别为6%,100%,100%;为中度污染的风险分别为0%,0%,99.6%;为重度污染的风险分别为0%,0%,0.5%,藉此为地下水污染修复防治和地下水的合理利用提供可靠参考依据.     

基于全局敏感性分析方法的WASP模型不确定性分析

为了定量讨论WASP(The water quality analysis simulation program,水质分析模拟程序)模型中各参数对模拟结果的影响及其不确定性,本文在Simulink环境下对模型进行重组,利用Sobol方法,对影响DO、CBOD、NH3-N、NO3--N等4项输出的各参数敏感性进行了研究,重点讨论了输入条件如时空变化对参数敏感性的影响.结果表明:Sobol全局敏感性分析方法能够有效地筛选出WASP模型中对DO、CBOD、NH3-N、NO3-变化模拟较为敏感的参数,在实现模型参数“本土化”中具有较大的应用潜力;对比总敏感性与一阶敏感性指数之间的差异, WASP模型当中的若干参数(如GP1、PNH3、anc等)耦合性较强,不宜使用一次一个变量法对这些变量进行敏感性分析;在参数敏感性变化方面,即使对于同一条河流,WASP的参数敏感性指数会因边界条件的时空变化而发生改变.敏感性受空间变化的影响不大,但受时间(季节)变化的影响显著;输入变量随时间的变化,会引起模型不确定性在各季节上的较大的差异;WASP模型当中存在明显的“异参同效”作用,仅靠传统方法进行全局寻优率定,并不能体现水体各组分之间相互转化的过程,还需要结合实验对关键参数进行率定.     

地下水DNAPLs污染多相流的随机模拟及其不确定性分析

水文地质参数本身存在不确定性,为分析水文地质参数不确定性对地下水DNAPLs污染多相流数值模拟模型输出结果的影响,本文针对假想算例展开研究,首先建立了研究区地下水DNAPLs污染多相流数值模拟模型;然后,运用灵敏度分析法筛选对模型输出结果影响较大的参数作为随机变量;为减少反复调用多相流模拟模型产生的计算负荷,运用克里格方法建立多相流模拟模型的替代模型,利用替代模型完成蒙特卡洛随机模拟;最后,对随机模拟的结果进行统计分析并完成地下水污染风险评价.结果表明,利用污染物浓度分布函数可以估算单井遭受污染的风险;利用地下水污染风险图可以对全区地下水遭受不同程度污染的风险大小进行分区,为地下水污染防治提供更加科学、丰富的参考依据.     

环境风险评价中的不确定性问题

介绍了环境风险评价中的不确定性问题的分类及其影响因素,论述了定量分析不确定性问题的4种方法,即传递函数法、数值模拟法、置信区间法和二间矩法。最后提出减少不确定性问题的途径,即多目标规划法、非参数回归法、回归分析法和专家意见法。     

An occupational chemical priority list for future life cycle assessments

A chemical priority list is presented to screen and identify relevant chemicals, for which more detailed and industrial-sector specific quantitative exposure, risk and life-cycle assessments should be completed. A list of 38 solvents were ranked according to the framework of the LCA toxicity model, USEtox, and according to the framework proposed by the UNEP/SETAC working group on Indoor Exposure Assessment in LCA. An additional method, based on a risk assessment (RA) framework, was used to examine the robustness of the priority rank. Under both schemes dichloromethane, ethanol, formaldehyde, hexane and toluene all rank in the top ten positions. These chemicals are currently relevant with regard to health effects on a population level. Some of these chemicals are known as hazardous, while others, such as ethanol, have a low toxicity but were prioritized because of their extensive use and high exposure levels. This study attempts to combine the knowledge and methods of the LCA and occupational hygiene communities in assessing health impacts. It provides a consistent and transparent method for rapid comparative assessments of different chemicals and identifies the chemicals and workplaces that will require more thorough investigations.     

总有机碳不确定度评价

根据燃烧氧化非分散红外吸收法(NDIR),用TOC测定水中的中有机碳(TOC),并且分析了主要的测量不确定度来源,即工作曲线不确定度、标注溶液不确定度、测量重复性不确定度和仪器分辨率不确定度,分别量化后加以合成绩的总有机碳的测量不确定度.     

环境模型中敏感性分析方法评述

模型本身及其参数的不确定性使其模拟结果的可靠性备受争议,科学地认识模型的不确定性并对其进行定量的评价一直是环境模型研究的前沿,也是环境模型构建和应用过程中不可缺少的环节.通过敏感性分析,研究模型输入参数的变化对模型输出结果的影响程度,有助于了解并简化模型结构、提高参数率定效率、增进模型精度并增加模型应用的可靠性.本研究总结了敏感性分析在环境模型中的作用,并对常见的敏感性分析方法的原理、应用范围和优缺点进行了综述.最后,阐述了敏感性分析在环境模型模拟决策中应用的现状和未来研究方向.     

考虑边界条件不确定性的地下水污染风险分析

为分析边界条件不确定性对地下水污染质运移数值模拟模型输出结果的影响,运用Monte Carlo方法对一算例进行阐明,并从污染风险预报方面对模拟结果进行分析.为减少重复调用模拟模型产生的大量计算负荷,将边界条件（第一类边界条件-水头值）作为随机变量,建立地下水污染质运移数值模拟模型的Kriging替代模型,在保证较高精度的同时,实现了Monte Carlo模拟.结果表明：边界条件的不确定性,对地下水污染质运移数值模拟模型预报的结果有很大影响,考虑与未考虑边界条件不确定性得到的研究区污染羽分布差别较大.对地下水污染质运移数值模拟模型的Monte Carlo模拟结果进行统计与分析,可以评估研究区观测井1,2,3污染物浓度预报结果的可靠程度,并且可以预报出研究区观测井1,2,3遭受不同程度污染的风险.     

Mixed uncertainty analysis of polycyclic aromatic hydrocarbon inhalation and risk assessment in ambient air of Beijing

This article presents the application of an integrated method that estimates the dispersion of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in air, and assesses the human health risk associated with PAHs inhalation. An uncertainty analysis method consisting of three components were applied in this study, where the three components include a bootstrapping method for analyzing the whole process associated uncertainty, an inhalation rate (IR) representation for evaluating the total PAH inhalation risk for human health, and a normally distributed absorption fraction (AF) ranging from 0% to 100% to represent the absorption capability of PAHs in human body. Using this method, an integrated process was employed to assess the health risk of the residents in Beijing, China, from inhaling PAHs in the air. The results indicate that the ambient air PAHs in Beijing is an important contributor to human health impairment, although over 68% of residents seem to be safe from daily PAH carcinogenic inhalation. In general, the accumulated daily inhalation amount is relatively higher for male and children at 10 years old of age than for female and children at 6 years old. In 1997, about 1.73% cancer sufferers in Beijing were more or less related to ambient air PAHs inhalation. At 95% confidence interval, approximately 272–309 individual cancer incidences can be attributed to PAHs pollution in the air. The probability of greater than 500 cancer occurrence is 15.3%. While the inhalation of ambient air PAHs was shown to be an important factor responsible for higher cancer occurrence in Beijing, while the contribution might not be the most significant one.     

楠溪江硝态氮来源定量识别及其不确定性分析

选择温州市楠溪江流域为研究区,通过水化学分析和硝态氮中氮氧稳定同位素示踪技术,对水体硝态氮时空分布特征、迁移转化过程和污染来源进行识别,结合稳定同位素源解析模型(SIAR),定量识别不同污染源的贡献率,并在此基础上应用概率统计方法对模拟结果的不确定性进行分析.结果 表明:研究区水体氮素赋存形态以硝态氮为主;硝态氮含量呈...     

基于生命周期评价的产品水足迹计算方法及案例分析

科学评价人类活动对水资源的影响是实现水资源可持续利用的前提。对比目前广泛应用的以虚拟水理论为基础的水足迹计算方法,详细介绍了基于生命周期评价(LCA)的产品水足迹计算方法,并以我国小麦生产为例进行实证研究。与虚拟水方法相比,LCA方法评价结果体现了水资源利用的环境影响,便于不同产品、不同生产阶段以及不同产地产品间水足迹的比较。实例研究表明:我国黄河、海河流域小麦水足迹平均为1 262 L H₂Oe·kg^-1,而长江流域仅为31 L H₂Oe·kg^-1;小麦生产对我国极度缺水的北方造成的压力远高于水资源较为丰富的南方地区。LCA方法能科学评价农产品生产对水资源的影响,为我国保障粮食安全和水资源可持续利用提供科学依据。     

A tool model for predicting atmospheric chemical kinetics with sensitivity analysis

Ａｐｒｏｂｌｅｍｗｈｉｃｈｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙａｒｉｓｅｓｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｋｉｎｅｔｉｃｓｉｓｔｈｅｈｉｇｈｄｅｇｒｅｅｏｆｃｏｕｐｌｉｎｇｏｆｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ .Ｆｏｒｅｘａｍｐｌｅ ,ｉｎｍａｎｙｒｅａｌｉｓｔｉｃｃｈｅｍｉｃａｌｐｒｏｃｅｓｓｅｓ,ｐａｒｔｉｃｕｌａｒｌｙｔｈｏｓｅｒｅｌａｔｅｄｔｏａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ,ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｐｈｅｎｏｍｅｎａ,ｐｅｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ,ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｐｒｏｃｅｓｓ,ｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｒｅ…     

广州地区典型多溴联苯醚迁移和归趋行为模拟

运用多介质逸度模型对典型PBDEs(BDE47、BDE99、BDE209)在广州地区大气、水体、土壤、沉积物中的浓度分布与多介质间的迁移、归趋进行了模拟研究并分析了3种化合物在研究区域环境多介质间的迁移通量,确定其在环境中的主要迁移过程;结合实际监测数据,对模型的可靠性进行验证;以BDE47和BDE209为例,对模型的输入参数进行灵敏度分析;并以BDE209为例,对模型进行不确定性分析.通过模拟浓度与实测浓度的对比,表明模型在该地区具有很好的适用性.结果表明,环境系统达到平衡时,BDE47、BDE99和BDE209在土壤和沉积物中的含量分别占其在环境系统总含量的17.73%和82.26%,14.65%和85.35%,4.81%和95.19%;PBDEs从环境系统中的消失途径主要为大气平流输出和土壤降解;logKow和大气平流输入是影响化合物在环境相中浓度分布的最主要因素;不确定性分析指出BDE209在土壤相中浓度的变异系数最大.     

湖泊水动力模型外部输入条件不确定性和敏感性分析

以我国典型的大型浅水湖泊太湖为研究区域,采用国内外常用的环境流体动力学模型(EFDC),结合拉丁超立方取样(LHS)方法,研究湖泊水动力模型中4个重要的外部输入条件,即3个边界输入条件(出入湖流量、风速、风向)和1个初始输入条件(初始水位),对模型水动力模拟结果(水位、水龄以及流场)的影响与贡献.结果表明,初始水位的设定对模拟全湖水位和水龄产生决定性影响,不确定性的贡献率分别达到85.73%和66.125%,对垂向平均流速影响的贡献率只有3%;风速对表面流速模拟结果影响较大,贡献率达到58.70%,而对水位和水龄的贡献率分别为5.25%和3.00%.在垂向上,各层流速受外部输入条件不确定性的影响规律相似,贡献率排序为风速(55%~60%)>风向(10%~15%)>初始水位≈出入湖流量(1%~5%).因此在模拟大型浅水湖泊水动力过程时,可以根据不同的输出目标能够有针对性地提高外部输入条件的准确度,为提高模型精确度提供有效信息.     

湖泊水动力模型外部输入条件不确定性和敏感性分析

以我国典型的大型浅水湖泊太湖为研究区域,采用国内外常用的环境流体动力学模型(EFDC),结合拉丁超立方取样(LHS)方法,研究湖泊水动力模型中4个重要的外部输入条件,即3个边界输入条件(出入湖流量、风速、风向)和1个初始输入条件(初始水位),对模型水动力模拟结果(水位、水龄以及流场)的影响与贡献.结果表明,初始水位的设定对模拟全湖水位和水龄产生决定性影响,不确定性的贡献率分别达到85.73%和66.125%,对垂向平均流速影响的贡献率只有3%;风速对表面流速模拟结果影响较大,贡献率达到58.70%,而对水位和水龄的贡献率分别为5.25%和3.00%.在垂向上,各层流速受外部输入条件不确定性的影响规律相似,贡献率排序为风速(55%~60%)>风向(10%~15%)>初始水位≈出入湖流量(1%~5%).因此在模拟大型浅水湖泊水动力过程时,可以根据不同的输出目标能够有针对性地提高外部输入条件的准确度,为提高模型精确度提供有效信息.     

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.     

五种底栖动物对优控污染物的敏感性评价

参照美国水生生物基准技术指南以及欧盟、美国和中国优控污染物名录,搜集、筛选了伸展摇蚊、日本沼虾、河蚬、霍甫水丝蚓和泥鳅等5种代表性淡水底栖动物的优控污染物生物毒性数据,通过数据分析,筛选出对淡水底栖动物毒性最大的10种优控污染物,主要包括有机氯农药和重金属两大类.对筛选得到的10种优控污染物的物种敏感度分布进行了分析,结果表明伸展摇蚊与泥鳅对有机氯农药较为敏感,具有作为相关农药污染的指示生物以及水质基准研究的受试生物的潜力.     

基于不确定性拔销器的机构运动可靠性分析

目的 实现拔销器可靠性的定量分析和高效精确评估,研究拔销器工作过程中随机变量对可靠性的影响,提出一种基于不确定性的拔销器机构运动可靠性建模与分析方法。方法 首先,基于应力–强度模型和拔销器的机构运动失效模式,建立极限状态方程;然后,综合考虑工作过程中不确定性因素的影响,采用基于Kriging代理模型逼近极限状态方程的机构运动可靠性分析方法,对拔销器的机构运动进行高效可靠性分析;最后,对拔销器机构运动中的随机变量进行可靠性灵敏度分析,确定随机变量对拔销器的机构运动的可靠性影响程度,为优化设计提供方向。结果 拔销器机构运动的可靠度均大于0.999 9,达到设计要求。影响拔销器活塞启动可靠性最大的是剪切销直径d,其次是A、f、ρ等,影响活塞运动可靠性最大的是A,其次是f、ρ。结论 该方法能够准确描述不确定性因素对拔销器机构运动的影响,提升机构运动可靠性定量分析的精度和效率,为拔销器的精细化设计提供了理论支撑。