基于贝叶斯优化的三维水动力-水质模型参数估值方法

随着水质目标管理要求的提升,基于复杂的三维水动力-水质模型的决策成为流域精准治理的必需.水质模型通常具有复杂的结构,包含大量的方程和参数,而参数取值的准确性会影响模型对水体系统表征的可靠性,进而影响根据模型结果进行水环境管理的效果,因此,有必要探究适用于复杂水质模型的高效参数估值方法.传统的自动参数估值方法应用于复杂的水质模型时会面临计算瓶颈,而贝叶斯优化适用于高运算成本模型的优化问题.本研究提出基于贝叶斯优化的复杂水质模型参数估值方法,主要包括:①重要影响参数识别;②重要参数敏感性排序与筛选;③采用贝叶斯优化对筛选出的参数进行估值;④方法的适用性评估.同时,将该方法应用于云南异龙湖的三维水动力-水质模型的参数估值中,发现进行参数估值后模型lg(NSE)均大于0.65,表明模型达到了满意的级别.研究表明,当贝叶斯优化算法的采集函数为EI时,仅需要141次迭代lg(NSE)即可达到0.766,该方法对复杂水质模型的参数估值具有一定的借鉴意义.     

人口与资源预测中Logistic模型承载量参数的自回归估计

在人口、资源、环境和生态诸多系统的预测中,Logistic函数都是一个非常重要的模型。但是,确定Logistic模型的参数又是一件困难的事情。论文基于最小二乘算法和多元回归分析发展一种参数估值方法：首先对模型求导,化为微分方程;然后将微分方程离散化,得到差分方程;然后将差分方程转换为二元线性回归模型,利用自回归分析确定模型参数;最后将回归系数转换为Logistic模型参数。根据对称性思想提出了Logistic模型参数估计效果检测的对称性指数。大量的试验表明,只要研究对象具有S形曲线的增长特征,这种方法就行之有效。借助城市人口和城市化水平预测,给出了两个计算实例,由此说明上述方法的具体应用步骤。     

生物处理动力学参数测定研究

结构化的废水生物处理过程模型引入了较多的模型参数。参数估值是关系到模型实用性的重要课题。本文介绍了利用批量反应器试验技术测定模型参数YH、bH、μ_max和K_hs的原理、方法以及对城市污水处理厂活性污泥的测定结果。采用所设计的试验程序,通过对OUR或DO动态变化的测定、分析和计算,即可得到有关的参数值,方法简便易行。     

废水特性鉴定的批量OUR法试验研究

对活性污泥法过程模型化应用的重要课题－废水特性鉴定进行了理论和试验研究,提出利用批量反应器OUR测定,进行废水有机组分鉴定试验的数据分析方法,并对取自两个城市污水处理厂的初沉后污水进行了测定。结果表明,应用批量OUR方法能够对废水中的可生物降解的有机组分,直接进行试验测定和估值;初始OUR控制技术有助于产生适宜的OUR动态响应,以方便和较为精确地进行数据分析处理。利用试验测定结果作为模型输入,比较模型模拟和实测的OUR动态,得到了较好的吻合。     

市政脱水污泥的间接干化动力学研究

以食用油为热介质,在不同油浴温度下,对市政脱水污泥进行间接干化试验,推导出间接干化动力学模型,并对收集的冷凝液进行水质分析。结果表明:冷凝液为高浓度有机废水,TOC占TC的比例为73.2010%~75.5983%;VFAs的主要组分是乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、异戊酸和正戊酸,其中异丁酸所占比例最高(45.597%),其次为丙酸(24.554%);通过动力学模型的参数估值,Z模型(n≠1)因高R~2值和低RSS值而能很好的预测间接干化过程。     

溶解性代谢残余物生成系数的测定

介绍了活性污泥生物反应结构化动力学模型中的一个重要计量参数ｆｓｐ的估值试验原理和方法，以及对城市污水处理厂的污水和污泥进行测定的研究结果。结果表明，采用污泥好氧消化方法测得的ｆｓｐ值为０．０３０－０．０３２，采用分批试验方法测定的值为０．０６３－０．０７５。     

GSA法在水质模型参数估值中的应用

在传统遗传算法(Genetic Algorithms,GA)基础上引入模拟退火技术(simulated Annealing,SA),提出了遗传模拟退火算法(GSA)，并将其应用到水质模型参数估值中。计算结果表明，GSA法综合了2种优化方法各自的优点，克服了传统GA容易早熟的缺点，加强了算法的收敛速度，因而具有良好的优化性能。不同的参数估值方法比较，进一步验证了新方法的有效性。     

遗传模拟退火算法在水质模型参数估值中的应用研究

在传统遗传算法 (GeneticAlgorithms,GA)基础上引入模拟退火技术 (SimulatedAnnealing,SA) ,提出了遗传模拟退火算法 (GSA) ,并将其应用到水质模型参数估值中。计算结果表明 ,GSA法综合了 2种优化方法各自的优点 ,不但克服了传统GA容易早熟的缺点 ,还加强了算法的收敛速度 ,因而具有良好的优化性能。不同的参数估值方法比较进一步验证了新方法的有效性。GSA法在环境优化领域中将具有广阔的应用前景     

化工过程本质安全化技术研究进展

介绍了化工过程本质安全概念的发展历程和本质安全化设计的主要原则,分析了化工过程整体安全策略的实施方法,介绍了几种本质安全化评价方法及常见方法的实施特点;介绍了本质安全化设计和本质安全化评价的实践情况,以丙酸异丙酯合成反应为例,展示了本质安全化设计在化工过程设计阶段的实用效果;提出了化工过程本质安全化技术进一步研究的建议,包括本质安全化设计思路实践、本质安全化评价方法的选择和化工过程整体安全防护体系的建设等.     

厌氧附着膜膨胀床(AAFEB)反应器稳态运行的过程动力学

从AAFEB反应器运行工况特点和全混合活性污泥动力学的理论出发,建立了AAFEB反应器稳态运行的过程动力学模型。并作了动力学模型参数估值、灵敏度分析,模型检验,以及运行参数影响的动力学模拟.     

Simulation of the energy budget of an urban canyon—I. Model structure and sensitivity test

This paper presents the formulation and results of a simple numerical model designed to simulate the climate of an urban canyon. The model is two-dimensional in nature and is based on the observation that ambient airflow which tranverses the long-axis of a symmetrical canyon drives a circulating vortex within the canyon air space which results in the exchange of heat, mass and momentum at the canyon top. A simple model is described which consists of two components: a semi-empirical model to relate within-canyon airflow to ambient wind velocity, and an energy budget model for canyon surfaces. The model is capable of simulating many aspects of the canyon climate, including the canyon surface and top energy budget and surface and air temperatures. Sensitivity tests with the model indicate that the canyon top energy budget is remarkably stable for many changes in canyon parameters. Canyon geometry (expressed as a height/width ratio) caused the greatest changes with increased narrowness being associated with less heat exchange across the canyon top. The model's predictions appear intuitively reasonable and compare well with existing measurement data. The results suggest that the coupling between the urban boundary and canopy layers in terms of heat exchange may be a function of canyon geometry.     

基于METRIC模型的江汉平原蒸散量估算适应性分析

蒸散发是整个水文循环中的关键环节,现有传统测量方法虽具有较高的点位精度,但空间代表性不足,无法满足大空间尺度的遥感估算.以半湿润区为主的江汉平原为研究区域,以遥感蒸散模型为核心手段,首次引入METRIC模型,探讨METRIC模型在江汉平原蒸散量估算中的适用性,并应用METRIC模型和SEBAL模型对研究区域进行遥感蒸散...     

基于高分一号卫星影像的柽柳地上生物量遥感估算研究——以昌邑柽柳国家海洋特别保护区为例

柽柳是滨海湿地植被中的典型物种,多生长在潮间带和潮上带,在保护海岸、改良滩涂等方面发挥着巨大的作用。国民经济与社会发展"十三五"规划明确提出实施"南红北柳"湿地修复工程,凸显了柽柳在滨海湿地保护中的核心作用,应用遥感技术估算大范围柽柳的生物量对柽柳保护具有重要意义。本文以昌邑柽柳国家海洋特别保护区为例,应用国产GF-1卫星遥感数据和地面生物量实测数据,构建了柽柳地上生物量估算模型,选取了最优模型并开展了应用试验。结果表明:(1)5个植被指数中,比值植被指数RVI与柽柳地上生物量(AGB)相关性最高,为0.686;(2)RVI对应的三次多项式生物量估算模型决定系数最高,为0.81,且平均相对误差MRE和均方根误差RMSE最小,分别为4.7%和0.05 kg/m2;(3)应用2014年9月4日获取的昌邑柽柳国家海洋特别保护区GF-1卫星遥感影像,利用RVI三次多项式估算模型进行生物量遥感估算,得到研究区柽柳林地上平均生物量为0.75 kg/m2,总生物量为15020 t。     

煤矿城市大气质量评价的变权识别模型的建立及应用研究

利用煤矿城市各评价单元中大气评价因子的污染贡献率确定相应各个因子在各评价单元中的权重,充分体现不同单元内部相同因子之间的客观各异性;实现对属性识别理论模型的改进,建立变权识别模型;建立在有序分割和属性识别准则的功能基础之上的变权识别理论模型信息利用率高,能进行点位排序,划分出更细微的污染程度差别.最后对辽宁阜新矿业城市进行大气质量评价,将所得结果与综合指数法计算结果进行比较分析,给出变权识别模型的适用度,效果良好.     

SWAT模型融雪模块的改进与应用研究

融雪是水文过程的重要影响因素,为了对天山北坡气候极端高寒地区进行长期洪水预报预警,该研究以SWAT （土壤和水评估工具）模型为基本框架对其融雪模块进行修改,将基于物理过程的分布式融雪径流模型耦合入SWAT模型,并基于高程带对改进前后的模型进行了对比验证。通过对新疆天山北坡军塘湖河流域进行模拟、参数率定与验证后发现,原SWAT 模型在参数率定期间（2000 年1 月1 日至2004 年12 月31 日）的Nash-Stucliffe 效率系数（NSE）略低于基于物理过程的模型SWAT-JTH,但在验证期（2006 年1 月1 日至2010 年12 月31 日）,SWAT原模型NSE高于改进后的SWAT-JTH 模型。两种方法模拟效果均可以满足实际融雪模拟精度的需求。研究发现,温度因子方法（SWAT融雪模块）虽较基于物理过程的模型结构更简单,但在合理率定参数后却可以得到较好的效果。虽然现今观测和实验手段还不能满足物理过程模型精度要求,以及物理模型本身的错误叠加现象对目前的研究带来了诸多不确定性,但由于物理模型对于极端条件下的模拟及物理过程的模拟具有很大优势,未来随数据精度的提高,将继续深入该物理模型的改进研究。该研究将对高寒山区分布式融雪径流预报预警的发展起到一定的促进作用。     

A tool model for predicting atmospheric chemical kinetics with sensitivity analysis

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

负指数分布自由车流噪声的近似计算公式

用等效车的方法将K Takagi等人提出的单车道单车种负指数的分布的车流噪声计算公式加以推广,使之可应用于对多车道多车种自由车流的累计分布噪声级L_x和等效声级L_(eq)作出预报多次应用的结果证实本计算公式的精度可满足实用要求.     

属性识别理论模型在生态工业园综合评价中的应用

属性识剐理论模型是近年提出来的一种数学模型,它已成功地用于质量评价中。现将该模型;1用到生态工业固综合评价中,运用所建模型对生态工业因进行了二级综合评价与实例分析,并与模糊综合评价模型相对照;实例分析结果表明,用属性识别理论模型评价的结果比用模糊综合评价模型评价的结果更加客观、合理,更能反映真实情况,而且计算简单,可用于不同类型生态工业园的综合评价,为生态工业园综合评价提供了一种简便实用的新方法。同时可为生态工业园的建设和管理提供科学参考依据。     

污染地块VOCs源衰减对室内蒸气入侵风险的影响

我国挥发性有机物(VOCs)污染地块普遍采用J&E模型预测蒸气入侵风险,该模型假定污染源含量在整个暴露周期内恒定,与其在地块中的客观变化规律不符.以某VOCs污染地块为例,采用J&E恒定源模型、 SD衰减源模型及RBCA衰减源模型,分别预测VOCs侵入建筑物室内的质量浓度及蒸气入侵风险.结果显示,J&E预测暴露期内的源含量及室内污染物质量浓度始终较高,SD和RBCA衰减源模型预测显示两者均呈指数下降.RBCA衰减源模型预测的源衰减更快,但其室内污染物质量浓度预测结果小于SD衰减源模型预测结果.SD模型中建筑物室内外压差是影响源衰减的关键参数,压差增大,污染物以对流方式侵入室内,源衰减速率增加.压差降低,污染物以扩散方式侵入室内,建筑物对源衰减的作用减弱,预测结果与J&E模型差异不明显. J&E模型预测的致癌风险和危害商最高,SD次之,RBCA最低.因此,J&E模型易高估暴露期内蒸气入侵风险,RBCA衰减源模型未考虑建筑物对源衰减的阻滞而低估风险,SD模型考虑了建筑物对源衰减的影响,更适用于评估实际场地的室内蒸气入侵风险.     

基于能值定理的生态足迹模型修正研究

能值生态足迹模型是定量分析区域可持续发展的重要方法,然而其计算未考虑到经济发展和科技进步对生态承载力的影响,得出的结论往往具有一定的误差.因此,本文引入社会经济虚拟承载力账户对该模型进行修正,并以长沙市为例进行验证.结果表明:通过相关性对比分析,修正模型可突破传统模型具有生态偏向的弱可持续性评价局限,其计算结果更加科学合理.基于修正模型,2000~2011年长沙市的生态承载力变化不大,年均值为2.31hm2/人,而生态足迹呈现快速增长趋势,年均值为2.44hm2/人.这导致该地区出现逐年加剧的生态超载现象,年人均生态赤字为0.13hm2/人.通过多元统计分析方法得出,农牧业生产和重工业能耗的压力大是造成其生态赤字的主要原因.