水质数学模型研究的发展阶段与空间层次

水质数学模型的研究按照时间的顺序可以划分为3个发展阶段，按照空间层次可以划分为一维、二维、三维模型和水系模型，模型系统，对水质模型研究的发展阶段和空间层次进行了详细叙述，并对国际上常用的水质模型软件按空间层次分类进行了介绍，还介绍了水质模型研究在国内的研究现状及国际上的发展趋势。     

水质模型研究发展综述

污染物在水体中的分布受物理、化学、生态等过程的影响,其物理过程通过水质模型控制方程中的对流扩散项来考虑,化学及生态过程通过控制方程中的源汇项来考虑。根据化学、生态作用的细化过程,将水质模型的发展分为3个阶段:第1阶段为考虑氧平衡阶段,第2阶段为考虑生态作用阶段,第3阶段为加入泥沙吸附作用阶段。文中总结了各个阶段的主要研究内容,并简单叙述了各个阶段具有代表性的水质模型,最后展望水质模型的进一步发展方向。     

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.     

基于熵权的模糊物元模型在水环境质量评价中的应用研究

水环境质量评价是水资源规划与管理及水质水量统一量化研究的重要部分.引入模糊物元方法,结合熵权和欧氏贴近度理论,建立基于熵权的水环境质量模糊物元评价模型.利用伊通河3个监测断面的水质分析资料,选取反映地表水环境质量状况的部分评价指标,应用模糊物元模型对伊通河水环境质量进行了综合评价.研究结果显示伊通河水环境质量年均值多为Ⅴ类和劣Ⅴ类,水质污染较重且有加重趋势.实例分析表明基于熵权的模糊物元模型应用于水环境质量评价是切实可行的,具有一定的应用价值.     

长江口及毗邻海域水质和生态动力学模型与应用研究

为系统地实施污染控制和生态保护措施,国家环保总局从2005年起组织开展"长江口及毗邻海域碧海行动计划"调查与研究工作.评估行动计划实施效果,开展海域水质和生态动力学模型研究是十分必要的.在长江口及毗邻海域流场、盐度场、温度场和泥沙场模型的基础上建立了二维水质模型,主要模拟指标为高锰酸盐指数、氨氮、无机氮、无机磷,通过2005年夏季和秋季实测水质资料进行了模型的验证和率定,确定了污染物的综合降解参数,利用二维水质模型进行设计水文条件下33个概化排污口控制污染物的水质响应系数场的模拟计算,为海域容量计算和总量分配奠定了基础.建立了长江口及毗邻海域三维生态动力学模型,利用三维生态模型对应用水质模型计算得出的总量控制方案进行了校验模拟.结果表明实施全海区功能达标控制方案后,原赤潮易发区叶绿素浓度值显著降低,叶绿素高浓度区域面积基本消失,中高浓度区域的面积也由现状方案约1万km2减少了90%.     

地表水水质模型综合评价技术体系研究

水环境数学模型开发及应用的不规范会严重影响水环境管理决策的有效性和科学性.为了更好地发挥模型的职能,减少因采用的模型差异而造成差别管理等不公平因素,应当建立科学的模型筛选制度和评价体系.基于模型开发及应用的生命周期全过程,在文献调研和专家咨询基础上,提出了包含目标层、准则层和指标层的地表水水质模型综合评价指标和评价方法,其中指标层包括通用性、可靠性、友好性、先进性和易用性5个准则的29个指标.采用层次分析法和专家打分法确定指标值及指标权重,并以国内外常用的水质模型,即HEC-RAS、MIKE11、CE-QUAL-W2、WASP、EFDC和Delft3D模型为例,进行了水质模型的综合评价.案例应用的模型评价得分高低的排序依次为Delft3D、EFDC、CE-QUAL-W2、MIKE11、WASP和HEC-RAS模型,结果表明建立的水质模型综合评价技术体系科学、可靠、易用,可为我国水环境数学模型的规范化建设提供重要参考.      

常规污染物质水质模型评估与应用

在查询了国际上开发的水质模型的基础上,根据提出的水质模型评估标准,对目前得到广泛应用的常规污染物质水质模型的主要特征进行了分析,并给出了水质模型WASP在苏州河水质模拟中的应用.评估旨在方便使用者根据研究需要选择合适的模型,同时促进相关研究的进展.     

Dobbins概率边界模型及应用

在W.J.Padgett等对随机水质模型研究的基础上,本文以样本资料为重要信息,直接推求BOD和DO的联合分布函数。以此为基础,结合地面水水质标准,推出BOD-DO的耦合达标率公式,同时结合Dobbins模型导出了上游断面的BOD-DO概率边界值计算式。以沱江流域顺河场至中瓷厂水质资料作为实例进行计算,结果表明模型有广阔应用前景。      

水源地生态补偿标准动态测算模型及其应用

为响应政府号召、提供水源地保护环境经济手段支撑,在对现有生态补偿标准核算方法研究总结的基础上,提出水源地生态补偿标准动态测算模型,并应用于鹤地水库水源地生态补偿标准测算中.水源地生态补偿标准动态测算模型是把生态补偿过程分为试行?修复?稳定3个阶段,根据阶段特点及目标的不同,采用相应的测算方法：试行阶段采用条件价值评估法,修复阶段采用基于总成本修正模型和水资源价值法的博弈模型,稳定阶段采用水质污染赔偿法.结果显示,鹤地水库生态补偿试行阶段期限为2015年~2017年,补偿标准总额为14.4亿元;修复阶段期限为2018~2020年,补偿标准总额为89.4亿元;稳定阶段为2021年后,需每年计算补偿标准.水源地生态补偿标准动态测算模型实现了生态补偿标准核算的动态化,且该模型采用的具体核算方法认可度高?应用广泛?计算简单,便于推广.     

人工神经网络模型在水质预警中的应用研究进展

水质预警模型是大数据时代构建环境智能决策与管理体系的关键技术.近年来,水质自动化监测能力的提升以及测管协同对环境模型的强烈需求,激发了研究人员探索新的建模方法并努力提高模型预测性能.其中,人工神经网络(Artificial Neural Network, ANN)模型发展迅速.本文综述了3大类ANN模型的发展历史和模型结构特点,梳理了ANN模型在水质数据软测量、数据异常检测和时间序列预测等方面的研究进展,归纳了一般建模流程、技术建议和常用的模型性能指标,发现ANN模型的应用依赖于监测数据质量,存在模型可解释性差、模型运行硬件资源要求较高等不足,提出未来水质预警模型的研发思路和重点,需要加快推进水环境监测技术与预警模型的协同发展和业务化应用,通过多种应用场景检验实现技术迭代,形成大数据驱动的水质在线监测-智能预警-应急管理支撑体系,助力我国环境治理能力现代化.