稀疏数据下复杂流域的水质模拟:以赣江为例

以赣江流域为例,对稀疏数据条件下复杂流域水质模型的建立和参数识别进行了探讨．采用了结构相对比较简单的CSTR模型,将其参数划分为水文参数和水质参数,并分别进行识别．水文参数采用回归方法进行识别,对水文参数的扰动实验表明,水质对于水文参数在可能的取值范围内的变化不敏感,因此在随后的水质参数的识别中,将其固定在回归方法求出的最优值上．水质参数的确定则采用了模型方法和资料方法相结合的手段,综合考虑了赣江流域可获得的数据信息、文献资料中对于参数的经验取值和模拟者在大量数学建模中的经验,最终根据河流的不同类型确定了赣江流域的水质参数,并对模型进行了验证。     

水质模型参数识别与验证的探讨

参数识别与模型验证是水质模型应用的两个重要步骤。在对模型参数的本质含义进行辨析的基础上,对模型参数的时变性、集成性和可识别性进行了分析。采用科学哲学的方法,对水质模型验证的必要性和不足进行了讨论,指出虽然模型验证必不可少,但也不能证实模型本身就是实际物理和生化过程的反映,因此应充分地意识到“经过验证的”模型在预测中的风险。     

SWAT模型在我国流域水环境模拟应用中的评估验证过程评价

模型评估验证是模型开发和应用过程中的重要环节,是管控模型应用于管理决策风险的重要手段.近年来,以SWAT模型为代表的流域水环境模型在我国流域水环境管理中得到广泛应用,但模型评估验证过程尚缺乏规范性指导.结合SWAT模型建模过程和模型评估验证的基本步骤,梳理总结SWAT模型评估验证过程的评价方法,针对确定研究或决策目标、获取输入数据、构建模型、模型率定验证、展示模型结果等5个阶段分别设计评价指标.筛选中国知网收录的2015—2017年发表的以SWAT模型为主题的428篇学术论文作为研究对象,评价现有研究的模型评估验证过程,分析我国SWAT模型评估验证的现状以及存在的问题和不足.评价结果表明,我国现有的SWAT模型应用研究总体比较重视模型评估验证过程,能够清晰定义研究区域、建模目标和期望产出,说明输入数据来源和质量以及模型概化、参数灵敏度分析、参数识别、不确定性分析的方法和结果,模型模拟效果较好.但是,针对SWAT模型评估验证方法的研究较少,在模型参数识别方面还存在参数选取未考虑研究区域特征、参数识别结果不合理等问题.建议在SWAT模型应用研究中关注参数灵敏度分析和参数识别,结合研究区域特征建立本地化应用数据库,加强模型评估验证方法研究.当模型应用于流域水环境管理决策时,应完整地开展模型评估验证,并分析模型不确定性对决策的影响.      

基于模拟-优化方法的地下水污染源溯源辨识

以抚顺市某煤矸石堆放场为研究区,根据研究区的实际条件建立地下水污染质运移模拟模型,预测地下水污染质未来时空变化特征.基于正演预报结果构建了假想例子,应用模拟-优化方法对地下水污染源源强及场地的渗透系数进行反演识别.为减小优化模型反复调用模拟模型所产生的计算负荷,分别采用Kriging方法和BP神经网络方法建立了模拟模型的替代模型.最后运用模拟退火法求解优化模型,得到反演识别结果.研究表明：应用Kriging方法建立的替代模型输出结果的平均相对误差为0.3%;应用BP神经网络方法建立替代模型的输出结果平均相对误差为1.5%,应用两种替代模型对污染源源强识别的相对误差均小于0.5%,对场地两个参数分区渗透系数识别的相对误差均不大于5%.综上,应用Kriging方法建立的替代模型精度高于BP神经网络方法,利用基于两种替代模型的模拟-优化方法对污染源源强和渗透系数进行同步识别精度可以满足实际需求,是有效可行的.     

密云水库及其流域营养物集成模拟的模型体系研究

近年来由于连年干旱,密云水库面临着严重的水质和水量问题.为实现密云水库及流域的营养物集成模拟和预测,研究开发了以流域非点源模型、水体生态动力学模型和河流模型为基础的,在GIS、RS技术支持下的密云水库水环境模拟预测集成模型.生态动力学模型是由WASP模型和EFDC模型耦合而成,流域非点源模型选用SWAT模型系统,该系统同时包括了污染物在河流中的迁移转化模拟.研究采用马尔科夫链蒙特卡罗法进行参数识别.结果表明,实测水质数据基本位于模拟数据分布众数曲线上下,并基本落入了水质变量模拟分布80%置信度的置信区间内,模拟结果与监测数据匹配较好.说明流域集成模型体系得到了有效识别并能满足实际应用.     

BIOLAK工艺的BioWin稳态模拟及优化研究

利用BioWin 3.0软件,对丹徒污水处理厂进行BIOLAK工艺建模,基于监测、运行及前期调研数据,进行预设稳态模拟、模型参数的敏感性分析、模型校准及验证.模型参数敏感性分析表明,对出水水质有影响的动力学及计量学参数有12个,通过参数调整,可以校准模型.模型验证表明,已建工艺模型基本能模拟实际运行出水状况.采用经验证的BioWin模型模拟了不同运行工况下出水水质的变化,结合污水厂设备设施运行情况,预测并总结出优化的运行方案.     

密云水库及其流域营养物集成模拟的模型体系研究

近年来由于连年干旱,密云水库面临着严重的水质和水量问题.为实现密云水库及流域的营养物集成模拟和预测,研究开发了以流域非点源模型、水体生态动力学模型和河流模型为基础的,在GIS、RS技术支持下的密云水库水环境模拟预测集成模型.生态动力学模型是由WASP模型和EFDC模型耦合而成,流域非点源模型选用SWAT模型系统,该系统同时包括了污染物在河流中的迁移转化模拟.研究采用马尔科夫链蒙特卡罗法进行参数识别.结果表明,实测水质数据基本位于模拟数据分布众数曲线上下,并基本落入了水质变量模拟分布80%置信度的置信区间内,模拟结果与监测数据匹配较好.说明流域集成模型体系得到了有效识别并能满足实际应用.     

卡尔曼滤波方法在地下水污染源反演中的应用

采用卡尔曼滤波方法反演识别地下水污染源的个数和大概位置.借助一个假想算例,建立地下水系统水流和溶质运移模拟模型,利用灵敏度分析方法筛选出对模拟结果影响最大的参数作为随机变量,对该参数进行抽样,运用蒙特卡罗方法将抽样结果输入模拟模型,生成污染质浓度场.采用卡尔曼滤波方法构造迭代过程,逐个利用采样点处浓度的实测值不断更新综合浓度场.引入模糊集理论表示污染羽,对比综合污染羽和单个污染羽的模糊集来更新各潜在污染源的权重,根据潜在污染源权重大小和综合污染羽收敛形状判断真实污染源的个数和大概位置.算例结果表明：采用卡尔曼滤波方法可以成功反演识别出地下水污染中真实污染源的准确个数和大概位置;引入模糊集理论表示污染羽,通过对比综合污染羽和单个污染羽的模糊集,可以确定各潜在污染源的权重.     

SCS-CN模型中土壤参数的作用机制研究

土壤参数是地表径流模型中的关键参数,对径流过程模拟有重要影响,因此有必要明确土壤参数的作用机制。论文结合SWAT (Soil and Water Assessment Tool) 模型,以广泛应用的径流曲线数模型(SCS-CN) 为例,对土壤参数在SCS-CN模型中的作用进行了理论推导、分析和实例研究。分析表明,土壤饱和含水量参数与田间持水量参数的比值,是影响不同土壤湿度下地表产流能力的重要因素,两者比值越大,土壤含水量对地表产流能力的调节越弱,导致基于不同土壤模拟的地表径流量随土壤湿度的波动而上下反转。以实际流域为例,发现不同土壤数据模拟地表径流间差别的显著季节性特征;阐明该差别季节性变化的内在机制,验证了理论分析结论。为深入理解产流过程、合理选择土壤数据、模型参数优化及模拟结果解释提供了参考。     

河流水质系统灰色模型的识别、模拟和应用

借助于灰色系统理论的思想和方法可以构造河流水质灰色模型,根据实测水质资料可以识别出河流水质灰色模型中的最优灰参数,在此基础上,可以对河流水质系统进行灰色模拟。灰色模拟考虑了实际河流水质系统中客观存在的不确知因素和偶然因素影响。本文概述了河流水质灰色模型的构造、河流水质灰色模型的研究意义、河流水质灰色模型的灰参数识别、河流水质系统的灰色模拟及其在四川沱江水质系统模拟中的应用。     

现代受体模式评述

传统的数学受体模式可概括地分为两大类,即化学质量平衡法(CMB)和多元技术(MVT),CMB由于要求已知所求源的成分谱。从而在应用中受到限制。MVT以因子模式为中心,由于因子模式的本征向量解法求解不唯一或称误差太大,使得MVT给人一种人造数据的印象。近年来,元素示踪体系将受体模式的应用范围从城市尺度扩展到区域尺度,由于该体系经验性太强,未能得到广泛的应用。本文针对现代受体模式中存在的一些关键性问题作了系统的评述。      

环境-经济系统双向控制模型的辨识

运用系统模型的辨识方法,讨论了环境-经济系统双向控制模型的辨识问题,重点探讨了这类模型体系中的最优控制模型,其途径是采用大系统建模思想.即在对大系统结构分析基础上,通过分解把整体建模转化为易于处理的子系统建模,再通过建立关联模型,得到整体模型,并进一步简化和进行参数辨识.     

裂纹梁损伤识别的一种新型方法

在能量有限元法研究基础上,提出了基于能量密度的结构损伤识别方法。以工程结构基本构件梁为研究对象,以能量密度突变作为损伤识别指标,对损伤结构进行了仿真;在此基础上,对结构损伤中最常见的形式——裂纹进行损伤识别试验。结果表明基于能量密度的损伤识别方法适用于中高频场合,具有对结构微小缺陷敏感、操作简便、精确度高、无需复杂数据处理等优点,有较高的工程应用价值。     

湖北省自然保护区信息系统的研究

以湖北省自然保护区数据库为核心 ,把有关信息和数据储存在计算机中 ,在计算机硬软件的支持下 ,实现对这些信息和数据的输入、输出、更新、传输、保密、检索、统计、评价、预测、模拟和决策等功能。该系统的使用 ,将会大大节省环境管理中的人力、物力、财力 ,而且能够快速、高效的为自然保护区的建设和发展提供可靠的决策依据。     

街道地表物的累积与污染特征：以成都市为例

本文研究了成都市区74km~2范围内地表物的累积规律和污染特征.结果表明,街道地表物累积受土地用途影响;地表有机物受人类活动的影响;重金属受城市交通的影响.粒径分布研究发现街道地表物小于360μm的微粒占70％,且各种污染物主要吸附于细小的微粒上.使用地表污染物边坎累积模型计算了街道地表物和各种污染物的累积量.成都市区每天累积地表物达111吨,BOD,达78kg,COD达411kg,克氏氮6kg和总磷2kg.     

Some questions about landscape modlling

ＭｏｄｅｌｌｉｎｇｅｃｏｓｙｓｔｅｍｓｈａｓｂｅｅｎｄｏｎｅｂｙｍａｎｙｐｅｏｐｌｅｓｉｎｃｅｔｈｅｉｎｉｔｉａｌｌａｕｎｃｈｇｉｖｅｎｂｙＯｄｕｍ (Ｏｄｕｍ ,1983) .Ｂｕｔｍｏｄｅｌｌｉｎｇｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｉｎｇｏｆｌａｎｄｓｃａｐｅｓｉｓｎｏｔｓｏｆｒｅｑｕｅｎｔａｎｄｌａｎｄｓｃａｐｅｅｃｏｌｏｇｙｉｓｓｏｙｏｕｎｇｔｈａｔｔｈｅｔｙｐｅｏｆｍｏｄｅｌｗｈｉｃｈｈａｓｔｏｂｅｃｈｏｓｅｎｉｓｎｏｔａｌｗａｙｓｅｖｉｄｅｎｔ.Ａｆｉｒｓｔｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｉｓｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｍ…     

电除尘器船型灰斗内部粉尘在停机后的温度研究

本文以土耳其SILOPI 2#机电除尘器为工程分析对象,对燃煤电厂电除尘器船型灰斗内的粉尘在停机后的温度变化情况进行分析计算和有限元模拟,通过粉尘随时间的温度变化数据判断粉尘的凝结情况,得出该项目在最低气温-9.3℃环境下,119小时内船型灰斗不会因粉尘凝结而发生严重堵塞情况,模拟结果与实际一致。本文为工程上电除尘器因故停机的检修提供时间参考。     

Setting national emission ceilings for air pollutants: policy lessons from an ex-post evaluation of the Gothenburg Protocol

The Gothenburg Protocol set national emission ceilings for transboundary air pollutants in 2010. These ceilings were formulated in 1999 using the Regional Air Pollution Information and Simulation (RAINS) model and national forecast data. The 2010 ceiling deadline is approaching as is a revision process which may lead to the setting of emission ceilings for 2020. This paper considers the original 1999 projections of six countries that were used within the RAINS model to inform the setting of their respective Gothenburg Protocol 2010 emission ceilings. These data are then contrast against recent inventory data and contemporary short-term forecasts out to 2010. These recent forecasts indicate that major downward shifts in the trends of pollutant emissions have been achieved, and whilst compliance challenges remain, there is a clear indication of the potential of such international agreements and their associated legislative and policy driven mechanisms. However, in a process governed by a maxim of achieving international environmental objectives at ‘least-cost’, the recent experience offers some valuable lessons. Specifically, in relation to the accuracy of energy projections and assumptions of other relevant variables in the modelling process. This paper considers these lessons and opens a discussion on the role of more adaptable mechanisms for the ongoing management of international agreements with long-term compliance horizons.