河道曝气提升河流水质的WASP模型研究

曝气充氧是修复受污染河道的重要技术,数学模型是预测、评估环境污染状况的重要方法.本研究应用WASP水质模型评价不同时段河道曝气对河流水质的提升作用.初期模型验证结果表明,WASP水质模型拟合结果与实际监测结果基本吻合,可为水污染治理工程提供参考依据.在此基础上,对不同曝气条件进行模拟分析,结果表明,河道曝气能够有效降低河水中的化学需氧量(COD)和氨氮(NH+4-N)浓度,改善水质;随着曝气河段内溶解氧(DO)水平的提升,水质虽不断改善,但改善幅度逐渐减小;全年不同月份曝气效果差异显著,5~9月曝气效果较好.结合经济投入和环境效益,最终确定夏季提升DO水平达到4 mg·L-1为河道曝气最优条件.     

完全均匀混合质量平衡水质模型在滇池中的应用

介绍了完全均匀混合假设下以质量平衡为基础的湖泊水质模型,运用滇池的实测数据对模型进行了参数率定、验证,给出了模型在滇池水质预测中的应用实测,最后讨论了模型的几个假设条件对滇池的适应性。实例研究表明,该模型可适用于滇池水质有机污染长期浓度预测。      

基于BP神经网络与马尔可夫链的污水处理厂脱氮效果模拟预测

在实际污水处理厂运行过程中,其最终出水水质会受多种因素影响制约,而基于生物反应机理的活性污泥数学模型(ASM)并未将这些生物反应以外的因素考虑在内,由此带来一些不足.对此,本文提出可通过基于数据挖掘技术的黑箱模型对污水厂处理效果进行模拟预测.结合具体实际分析,提出可将BP神经网络与马尔可夫链组合应用于污水处理脱氮效果预测中.首先,通过BP神经网络模型对北京某大型污水处理厂实际进出水数据和工艺参数进行粗略拟合;其次,利用马尔可夫链对拟合结果及误差进行状态划分以进一步提高预测精确度;最后,运用基于BP神经网络与马尔可夫链的组合模型预测分析了该厂的实际出水水质.试验结果表明,BP神经网络适用于污水处理脱氮过程的拟合计算,而通过与马尔可夫链组合,可以提高模拟预测的精度和可靠性.     

水质模型研究进展及发展趋势

水环境数学模型的研究按照时间可以划分为3个阶段,对每个阶段的特点以及应用最广泛的WASP模型进行了简单叙述.介绍了国内的研究学者在水质模型研究方面所取得的成果,并说明水质模型未来的6个发展趋势:人工智能和水质模型的结合,多介质环境生态综合模型,不确定性水质模型的研究;模糊数学的应用,水质模型与"3S"的结合,流域管理模型的产生.     

混沌理论在水质预测中的应用初探

基于混沌理论、相空间重构思想和嵌入理论分析涟水流域溶解氧的时间序列,计算吸引子维数和最大的Lyapunov指数,研究河流水质系统的复杂性特征。结果表明,河流水质时间序列具有混沌特性,其外在表现为貌似随机的无规则特点;但系统本身内在的、固有的规律(表现在最大的Lyapunov指数),表明短期预测河流水质变化是可行的,并应用混沌相空间模线性回归模型进行了短期预测,其预测结果对涟水流域的水质管理和控制具有一定的参考价值。     

水文水质模型联合应用于水库水质预测研究

联合应用流域水文非点源AnnAGNPS模型和水库水质CE-QUAL-W2模型,AnnAGNPS模型输出黑河流域非点源污染负荷,将其转化为金盆水库入库浓度作为CE-QUAL-W2模型的输入,对黑河金盆水质进行预测,研究非点源污染对陕西金盆水库水质影响.结果表明,在对水库水质进行预测时,应对洪水期和非洪水期的非点源污染区别对待.非点源污染在洪水期时对金盆水库水质有较大影响,而在非洪水期时非点源污染对水库水质影响不显著.非点源污染对水库纵向和垂向水质影响存在差异性.林地对流域非点源污染削减起到很大作用.     

应用GM(1,1)模型预测阿什河水质变化趋势

GM(1,1)模型在水质预测中得到了较为广泛的运用。本文应用GM(1,1)模型对阿什河入松花江口内断面中高锰酸盐指数和氨氮两项指标的浓度变化趋势进行了预测,结果表明:高锰酸盐指数浓度呈上升趋势,氨氮浓度呈下降趋势。对比灰色动态模型群和子模型的预测结果精度,发现对于两极分化的数据,模型群预测结果的关联度低于子模型。本文将为制定阿什河水质改善方案提供科学依据。     

三峡库区EFDC模型集成与应用

为满足三峡库区大尺度的水质预测需求,降低专业水质模型使用门槛,实现模型业务化运行,采用涵盖"模型封装-接口服务-系统集成"全过程的模型封装集成技术方法,开展了EFDC模型集成研究,并在三峡库区水质安全评估与预警系统中进行验证和应用.结果表明:①基于实例化模型建立的模型预置参数库,是模型业务化运行中参数简化的前提,可有效解决模型本地驯化及模型实例的基础数据复用问题;②依据参数识别结果,将模型参数识别为"必调参数、可调参数、默认参数"三类,并采用B/S架构对输入文件、输出文件和主控文件中的不同参数进行分类封装,达到参数简化目的;③采用半紧密型方式建立的基于Web services的EFDC模型集成接口服务及标准,可为信息系统提供通用的EFDC模型计算服务;④该方法在EFDC模型与三峡库区水质安全评估与预警系统集成中得到验证,实现了全库区干流及主要支流COD_Cr、总磷、总氮等污染因子的长时间序列水动力水质预测联机在线运算,满足了用户在水质影响预测预警中低修改量、高运算效率和良好用户体验等需求,实现了模型的业务化运行.      

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.     

浅谈水质模型

数学模型不是现实情况的简单复制,因此同时存在着机理性和经验性;数学模型的复杂程度应与能够获得的数据相对应,才能尽可能取得比较准确的预测结果;模型预测结果的不确定性不可避免;而模型的最终相似性为数学模型应用的合理性提供了一定的依据。     

伊洛河水质模型与预报系统研究

本文从中国河流水文的具体情况出发,研究了水质变化的机制。在充分取得水质系统信息的条件下。进行了模型的选择、参数识别和分段动态水质模型的建立。考虑了天然河道中随机因素对水质的影响,引进模型随机误差来体现随机因素对BOD-DO浓度的影响,然后利用自适应技术自动校正河流状态估计和预报系统,应用卡尔曼滤波技术建立伊洛河水质状态估计和预报系统。这是从天然河道特点出发,引进数学计算技术改进和提高水质模型精度的尝试,结果是很令人满意的。     

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.      

非点源污染影响下清河水库小流域水质模糊综合评价

针对铁岭市2011年饮用水源地清河水库小流域内水质状况,建立模糊综合评价数学模型,通过分析非点源污染对水质的影响进行水污染风险综合评价。目的是定量分析评价清河水库水环境质量现状和存在的问题。计算结果表明:清河水库小流域水质较差,水库入口、红花甸、聂家沟、曾家屯、腰堡的水质均属于V类水,说明水库水质已受到严重污染,而非点源污染是造成水库水质污染和波动性变化的主要原因和影响因素,急需进行科学的治理,否则将带来严重的环境、经济和社会损失。     

HSPF水文水质模型应用研究综述

HSPF(Hydrological Simulation Program-Fortran)模型采用FORTRAN语言编写,以Stanford水文模型为基础,能够综合模拟径流、土壤流失、污染物传输、河道水力等过程,并大量应用于气候变化与土地利用变化的流域水环境效应情景模拟.该模型是半分布式水文水质模型的优秀代表,在国外得到广泛的应用.HSPF模型包括PERLND、IMPLND与RCHRES等3个主要模块,分别实现对透水地段、不透水地段与地表水体的水文水质模拟.总体来看,HSPF模型在国外水文、水质过程模拟,以及涉及气候变化和土地利用影响的情景分析中发挥重要作用,但是国内该模型的应用非常有限.HSPF模型存在的主要问题包括:①模型中某些方案和算法还有改进和完善的空间;②模型对数据输入要求较高,模拟的精度受到空间和属性等数据的限制;③模型只限于均匀混合的河流、水库和一维水体模拟,对于复杂流域或水体的模拟研究,需要与其它模型整合以解决更加综合的问题.目前,针对发展与完善HSPF模型的研究仍在继续,包括模型平台开发、模型功能扩展、模型校正方法研究、参数敏感性研究等方面.随着我国基础数据的积累及共享程度的提高,HSPF模型在我国的应用也将更加广泛.     

供水管网水质评价方法的探讨及其应用

利用了模糊数学评价模型和综合指数评价模型分别对南方某市部分给水管网水质进行评价。评价结果分析表明,模糊数学评价法具有评价准确性好、操作简单的特点;综合指数法具有评价结果直观、精确度较高的优点。从评价结果上看,综合指数法较模糊数学评价法更为合理。     

Good manufacturing practice for modelling air pollution: Quality criteria for computer models to calculate air pollution

To spur on quality assurance for models that calculate air pollution, quality criteria for such models have been formulated. By satisfying these criteria the developers of these models and producers of the software packages in this field can assure and account for the quality of their products. In this way critics and users of such (computer) models can gain a clear understanding of the quality of the model. Quality criteria have been formulated for the development of mathematical models, for their programming—including user-friendliness, and for the after-sales service, which is part of the distribution of such software packages. The criteria have been introduced into national and international frameworks to obtain standardization.     

水质模型在东莞污染源负荷估算中的应用

为解决水环境规划中经常碰到的污染源数据缺失问题,以水质数学模型为基础,通过污染源-水质响应关系,建立了从水质监测数据推算污染源负荷的计算方法.主要步骤包括：通过水质模型建立污染源负荷和水质数据之间的响应关系;提出估算污染源负荷的优化目标和约束方程;优化问题求解,评估污染源负荷估算效果,确定污染源负荷. 同时,以东莞市为例,对该市用水量和污染源特征进行了分析,并采用圣维南方程,建立了一维河流水质模型. 最后以东莞市2005年水质调查数据为基础,对比实测水质数据和模型模拟结果,对东莞市2005年的污染源负荷进行了评估. 结果表明,东莞2005年生活和工业污染源CODCr排放量为25.2×104 t,其中,生活源占60.4％,工业污染源占39.6％. 东莞污染源负荷估算结果能够较好地反映当时条件下的水质变化过程.     

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.     

中国水污染物排污权交易发展现状及面临的主要问题研究

在中国排污权交易制度需全面完善的背景下,水污染物排污权交易环节的建设显得更为薄弱,总体来看,中国的水污染物排污权交易还存在一些必须明确的问题和必须面对的挑战.为更好地开展水污染物排污权交易,通过分析实施水污染物排污权交易过程中的若干技术问题,提出以满足《污水综合排放标准》和《地表水环境质量标准》为前提的水污染物排污权交易计算方法,量化排污权交易可行性,预测由水污染排污权交易导致的水质变化.