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.     

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.     

环境承载力不确定性多目标优化模型及其应用

为明确给出环境承载力的实质内涵“人类活动阈值”,利用不确定型多目标优化方法,建立了区域环境承载力优化模型.应用该模型对北京市通州区进行区域战略环境影响评价.结果表明,水环境容量是制约通州区社会经济发展的瓶颈;《通州新城规划》的人口与经济发展目标与其“滨水宜居新城”目标相违,必须削减其人口与经济目标,2010 年和2020 年适度人口规模分别为44.88~50.39 万人和85.29~96.40万人;适度经济规模分别为132.57~182.02 亿元和862.9~1141.22 亿元.通过加大投资力度,调整投资结构,《通州新城规划》的三次产业结构目标基本可以实现.2010 年和2020 年三次产业适度的结构分别为(6%~7%):(39%~43%):(51%~54%)与2%:(23%~30%):(68%~75%).为实现这些目标,对于高能耗、高水耗行业(造纸与化工等)应限制其发展,并逐步淘汰     

环境模型参数识别与不确定性分析

在对水文模型实例的参数不确定性分析基础上,分别采用传统灵敏度分析方法、HSY算法、线性回归等方法对模型参数特性进行了识别与比较研究.结果表明参数优化算法与传统灵敏度分析方法不能解释模型结构复杂性特征,采用不确定性分析方法对环境模型参数进行识别提供了深入分析与理解模型系统的有效途径.     

地下水污染模拟模型的不确定性分析

为同时分析源汇项和水文地质参数不确定性对地下水污染数值模拟模型输出结果的影响,以抚顺市某煤矸石堆放场为研究实例展开研究.首先以硫酸根离子作为模拟因子,建立该场地地下水污染数值模拟模型.然后,分别采用局部灵敏度分析和全局灵敏度分析两种方法对模拟模型参数进行灵敏度分析并对比二者的结果,最终筛选出对模型输出结果影响较大的两个参数作为模型的随机参数.为减少反复调用模拟模型产生的计算负荷,分别对3口观测井应用克里格、核极限学习机、支持向量机和BP神经网络4种方法建立模拟模型的替代模型,根据这4种替代模型在不同井的拟合效果,为每口井优选出一个表现最好的替代模型,并利用优选出的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与风险评估.结果表明,在置信度为80%时,1,2,3号三口井浓度的置信区间分别为:211.48~845.04mg/L,0~406.98mg/L,231.42~958.37mg/L.此外,依据《地下水质量标准》和各井的污染物浓度分布函数曲线得出:1号井和3号井的水质达标Ⅴ类水的概率分别为90.1%和93.1%,2号井达标Ⅲ类水的概率为80.7%,藉此为地下水资源管理和污染防治提供合理依据.     

观测误差对非线性环境模型参数识别的影响

采用SCE-UA方法和RSA方法，比较了在不同的观测误差条件下，优化方法和不确定性分析方法对于非线性模型参数识别的影响。分析表明，RSA方法是在具有观测误差的数据条件下进行参数识别的一种有效手段。同时，通过比较分析，发现RSA方法预测的浓度平均值和概率最大值与“真实值”并不完全一致。因此，在使用RSA方法时，应该充分考虑预测区间，以降低决策风险。     

基于CMAQ模型的随机响应曲面不确定性传递分析方法实现与评价

针对蒙特卡洛法在复杂环境模型进行不确定性传递分析时对计算机和时间资源需求巨大的缺点,本文引进快速高效的随机响应曲面法,并将其成功应用于CMAQ区域空气质量模型的不确定性传递分析,建立了基于CMAQ区域空气质量模型的不确定性分析概念框架.采用2阶和3阶随机响应曲面法,研究了排放清单不确定性对臭氧模拟结果的影响,并与1000次蒙特卡洛模拟结果进行对比.结果表明:3种模拟情景下臭氧浓度的均值几乎相同,模拟结果的概率分布曲线也基本一致,而采用随机响应曲面法可以极大节省模拟所需时间,提高计算效率,显示随机响应曲面法具有在复杂大气环境模型中进行不确定性传递分析的潜在价值.     

流域环境系统不确定性多目标规划方法及应用——不确定性模糊多目标规划模型

提出一种新的不确定性模糊多目标规划（IFMOP）模型。该模型将不确定性信息直接引入优化过程,从而得到以区间数表示的优化解;在模型优化解的解译过程中,将各个变量在区间内进行适当组合就能得到各种决策方案;模型能够与决策者直接进行交互,充分考虑决策者的反馈意见,以便获得最终满意的决策方案。该模型计算方便,其求解过程中不会生成复杂的中间模型。该模型已被成功地应用于云南洱海流域可持续发展环境规划研究     

我国潮滩环境的近期研究现状和展望

随着我国经济的迅速发展，对资源的重视程度开始加大。潮滩是我国相对研究较少的区域，近几年潮滩环境的研究主要集中在潮滩地貌定量化和模型化，新技术在潮滩沉积机制研究中的应用和潮滩环境的物质循环研究。本文在分析成果的基础上提出了我国当前潮滩环境研究应解决的问题和粗略的提出了解决对策。     

环境承载力不确定性多目标优化模型及其应用——以北京市通州区区域战略环境影响评价为例

为明确给出环境承载力的实质内涵"人类活动阈值",利用不确定型多目标优化方法,建立了区域环境承载力优化模型.应用该模型对北京市通州区进行区域战略环境影响评价.结果表明,水环境容量足制约通州区社会经济发展的瓶颈;<通州新城规划>的人口与经济发展目标与其"滨水宜居新城"目标相违,必须削减其人口与经济目标,2010年和2020年适度人口规模分别为44.88～50.39万人和85.29～96.40万人:适度经济规模分别为132.57～182.02亿元和862.9～1141.22亿元.通过加大投资力度,调整投资结构,<通州新城规划>的三次产业结构目标基本可以实现.2010年和2020年三次产业适度的结构分别为(6%～7%):(39%～43%):(51%～54%)与2%:(23%～30%):(68%～75%).为实现这些目标.对于高能耗、高水耗行业(造纸与化工等)应限制其发展,并逐步淘汰.     

环境监测分析中不确定度的估算

阐述了环境监测分析中不确定度的基本概念和测定不确定度的评估过程,介绍了A类不确定度估算中的贝塞尔法、组合实验标准法、极差法、最小二乘法以及B类不确定度的一般信息来源及估算,并结合环境监测分析的具体情况,举例分析操作过程中不确定度各分量的估算,建立了测量结果的溯源性,对实验室提供数据的质量保证具有十分重要重的意义。     

基于MCMC法的水质模型参数不确定性研究

参数识别是数学模型应用的前提.鉴于常用贝叶斯离散化方法在搜索复杂模型参数后验分布时的计算限制的原因,本文引入了MCMC采样法.为考察MCMC法对参数后验分布的搜索性能和效率,进行了2个案例研究.结果表明,MCMC法对参数后验分布的搜索,无论是搜索性能还是搜索效率,均表现出了独特的优越性.同时,Gelman收敛判别准则计算表明,MCMC采样序列均能稳定收敛到参数的后验分布上.可见,MCMC法适用于复杂环境模型的参数识别和不确定分析研究.     

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。     

大型浅水湖泊磷模型参数不确定性及敏感性分析

以太湖作为大型浅水湖泊的代表,以EFDC模型为基础建立关于磷的沉积成岩模型,运用拉丁超立方抽样方法、普适似然不确定性分析方法和区域敏感性分析方法,对成岩模块中与磷迁移转化有关的16个参数进行敏感性分析.结果表明,太湖全湖区磷酸盐和总磷的时间空间分布都极不均匀,成岩模块参数的不确定性在磷酸盐和总磷的模拟方面都存在强烈影响.以上覆水磷酸盐为输出目标,"沉积物-水"界面遭受的风浪扰动在水深相对更浅的湖区更为直接,湖湾区水的流通性较差,利于沉积物中溶解态磷释放.以上覆水总磷为输出目标,湖心区颗粒态磷和溶解态有机磷的质量浓度受成岩模块参数不确定性的影响较大.敏感参数主要是动力特性与和氧相关的两类参数.对于大型浅水湖泊,底泥沉积成岩模块敏感参数的重要性不弱于水动力、水质模块,针对不同水质、底泥分布的水域,模拟磷元素时应注重敏感参数的取值率定.     

CALPUFF模型研究中文文献统计与分析

以文献计量学方法,统计分析了2002年-2013年间中国知网学术文献总库、重庆维普资讯有限公司的中文科技期刊数据库、北京万方数据股份有限公司的中文科技期刊全文数据库中收录的所有CALPUFF模型研究相关的185篇文献,以期为CALPUFF模型的研究者提供参考。共有65种期刊刊登过CALPUFF模型研究相关文献,其中发表2篇以上的有17种,另有73．8％的期刊每刊只发表l篇这类文章;共有署名作者358位,这些作者隶属于134个机构,以高等院校、研究机构为最多。近几年国内对CALPUFF模型研究的关注度正在提高,与其它软件的耦合将是模型未来的发展趋势之一。     

城市环境地球化学调查研究方法综述

总结了城市环境地球化学调查的技术路线,论述了城市环境地球化学解释的思路和方法,提出了城市环境地球化学调查研究的重点问题及研究方向,为开展城市环境调查和评价工作提供了有参考价值的研究线索。     

结构应力逆向推演模型及其不确定度定量分析

目的 针对现有结构安全在线监测与评估方法存在的短板,结合人工智能方法探索新的解决方案。提出一种基于有限测点应力逆向推演整体结构应力分布的方法,以数据驱动的模式,基于神经网络技术搭建算法模型。方法 以结构有限元仿真数据为基础,运用相关性分析方法,获取代表结构响应特征的有限个测点,利用神经网络方法构建基于有限测点应力推演结构全场应力分布的算法模型。结果 以科学试验平台的连接器结构为对象,开展该算法模型的应用研究,并且对该应用实例下的算法模型开展不确定度分析,推演结果的相对不确定度u95rel为8.6%。结论 该算法模型的推演结果正确反映了结构总体响应特征。从建模过程角度分析,该算法模型的不确定度来源主要包括相关性分析方法、神经网络建模以及模型收敛条件3个方面。     

城市固体废物不确定性多目标优化管理模型

在对城市固体废物管理进行系统分析,以及对各种模型深入研究的基础上,提出了不确定性多目标动态优化固体废物管理模型.模型以系统成本最小和环境影响最小为目标框架,采用不确定性分析、污染损失理论,将城市固体废物管理过程中对环境产生的影响进行货币化,使环境和经济有效地统一起来,以更加客观地解决多目标问题;同时采用完整、合理的约束条件,进一步对模型进行有效补充.将该模型应用于案例城市的优化结果表明:采用该模型可使每t固体废物处置成本较原方案减少8～18元,每年最少可节约2.8×107元,大大减少了运营成本.该模型采用二次污染处理至达标排放的费用,因此可以在系统成本最小的基础上,兼顾固体废物对环境产生影响最小的目标,有效地解决了多目标解法存在的问题.