流域系统优化调控的新模型与应用

流域系统具有复合性和非线性特征,其机理过程的数值描述本身也存在随机和认知不确定性.在此前提下,如何优化调控流域系统,实现水质改善和水生态系统健康成为当前水资源、水环境及水生态领域亟待解决的突出问题.本文提出了贝叶斯递归回归树模型和区间不确定性的风险决策分析方法,与强化区间线性规划结合形成了新的不确定性＂模拟-优化＂间接耦合模型,实现流域系统优化调控及风险决策方案.上述方法将应用于美国佛杰尼亚州Chesterfield县Swift Creek水库营养盐TMDL分配方案,确定8个子流域的最小负荷分配以实现叶绿素a浓度达标.结果表明该耦合模型既能表征流域系统特征,也能兼顾不确定性模拟的准确度、计算效率以及不确定性优化与风险决策的解空间全局最优性、绝对可行性,为流域系统优化调控及其未来非线性系统的预测与最优控制提供了新的计算工具.     

北京市生活垃圾填埋场产甲烷不确定性定量评估

为了提高北京市生活垃圾填埋场产CH4评估精度,联合FOD模型和Monte Carlo方法,依靠本地和国家数据及专家经验,对模型进行不确定性识别和敏感性分析,量化各参数对模型输出结果的影响.结果表明,2008年北京市因填埋产CH4量95%的概率分布范围为(11.80～19.76)×104t.a-1,均值为15.58×104t.a-1,排放的不确定范围为-24.26%～26.83%.FOD模型中甲烷修正因子MCF(2000年后)对2008年排放结果的影响最大,其结果不确定性的贡献率为41.4%.研究提高了北京市生活垃圾填埋场CH4排放量评估精度和质量,为指导填埋场温室气体清单改进和数据收集提供科学依据.     

地表水悬浮态多环芳烃时空变化特征及主要输入源响应机制

多环芳烃（PAHs）是具有三致效应的一类典型持久性有机污染物,具有较高的生态风险.随着工业不断发展,地表水已成为PAHs重要的汇.由于其疏水性特征,PAHs易附着在地表水悬浮颗粒物表面,逐渐积累并可以随地表水长距离迁移而扩大其污染区域,对人体健康和生态环境造成威胁.因此,对地表水悬浮颗粒物中PAHs长时间尺度的时空分布特征和输入源的定量解析研究,可为生态管控和环境政策的制订,提供重要理论依据.对典型地表水悬浮颗粒物中16种优控PAHs长期监测数据进行分析,采用Mann-Kendall趋势检验法评估了PAHs时间变化趋势和突变点;利用小波分析研究其周期变化规律;采用特征比值法和正定矩阵因子分解（PMF）模型分析PAHs的来源,并从拟合优度、因子交换现象和PMF基础运行重现性等方面评估了源解析结果的不确定性.∑₁₆PAHs含量时间变化分析表明,研究区域地表水悬浮颗粒物中∑₁₆PAHs含量呈现显著递减趋势（P<0.05）,平均值最大为6 239μg·kg^-1（2006年）,最小为2 760μg·kg^-1     

大气可降水量卫星遥感反演不确定性对太阳总辐射模拟的影响

辐射传输方程模拟法作为一种较为准确有效的太阳总辐射间接获得方法,其模拟精度受到代入方程的大气参数精度的影响。论文通过将香港2005—2013年卫星遥感反演的大气可降水量产品与地面站数据对比,以68.3%的置信水平分析了卫星遥感反演的大气可降水量的不确定性;并通过收集2005—2013年香港其他影响大气上界太阳辐射到达地表的大气参数,如气溶胶光学厚度、气溶胶单次散射反照率、臭氧含量综合模拟大气环境,确定了大气可降水量的不确定性在夏季和冬季对太阳总辐射模拟（250~2 800 nm）造成的相对误差。研究结果表明,受大气可降水量不确定性影响,使用辐射传输方程法模拟获得的太阳总辐射有1%~3%的相对误差。使用该方法冬季受大气可降水量不确定性影响程度比夏季大。决定相对误差大小的主要因素是波长,大气水汽吸收作用强的波长上,相对误差也大;其次因素是太阳天顶角,太阳天顶角越大,该方法模拟所得太阳总辐射相对误差越大。研究为大气可降水量参数不确定性影响下太阳总辐射模拟的误差评估提供了依据。     

再生水补给型水体中病原微生物的来源、归宿及其风险评估

我国北方地区,以污水处理厂出水等非常规水源补给为主的河/湖逐渐成为城市群下游河流的主导类型;以污水处理厂尾水为补给水源的湿地公园近年来亦大量涌现.在节约城市用水、改善生态环境的同时,污水所携带的病原体对环境安全和人类健康带来潜在的威胁.为评估水环境病原微生物污染的健康风险,深入了解水体中病毒的类型以及病毒污染与环境因素之间的关系,认识病原微生物在水环境系统中的迁移轨迹、人暴露风险点及暴露途径具有重要的意义.针对典型再生水补给型水体存在的公共卫生安全问题,借鉴同时探索污水流行病学方法,并结合微生物定量风险评估（QMRA）分析,通过“污染-风险评价-风险预警”的流程,可以实现病原微生物污染全过程风险管理,为城市水环境的管理和良性运行提供理论支撑.     

南京地区典型有机污染物长距离输送潜力研究

为研究典型有机污染物在南京地区的长距离输送潜力,以p,p’-DDT、γ-HCH、BaP和HCB为研究对象,运用TaPL3模型计算了其在研究区大气及水体中的长距离输送潜力.结果表明,BaP和p,p’-DDT通过大气的特征迁移距离(CTD)较小,分别为198 km和255 km,表现为大气污染长距离输送能力较小,污染较难扩散;而γ-HCH和HCB则更倾向于通过水体或大气进行长距离输送,其水体CTD分别为91 558 km和19 056 km,大气CTD分别为1 858 km和21 104 km,有利于其在研究区的扩散;水对γ-HCH和HCB的黏着度为负值,分别为-2.1和-54.86,表明γ-HCH和HCB更倾向于滞留在大气环境中,其通过大气并达到稳态后在大气中的质量分数为0.551%和2.2%;通过水体且达到稳态后在大气中的质量分数为0.149%和1.05%,高于p,p’-DDT和BaP.     

不确定性模糊多目标模型在生态城市水资源配置中的应用

针对生态城市水资源配置的不确定性、模糊、多目标特点,建立了基于不确定性基本理论的不确定性模糊多目标(IFMOP)水资源配置模型.该模型改变了以往按照确定性目标进行优化的思路,用区间参数的方法将现实中的不确定因素表现为区间形式,将各变量在区间内组合求解,并且通过决策者与模型的交互,用MATLAB软件编程求解,很好地体现了实际决策过程.通过采用华北某市新区水资源数据进行优化配置实例验证,得到了较为合理的2020年水资源优化配置方案.     

基于不确定性分析的太湖水体多环芳烃的生态风险评价

利用概率法[蒙特卡罗抽样(monte carlo sampling,MCS)和拉丁超立方抽样(latin hypercube sampling,LHS)]、区间分析法、模糊数法和方差传递等不确定性处理方法,分析了太湖水体ΣPAH8生态风险的不确定性,量化了不确定性因素影响的太湖水体ΣPAH8的生态风险.结果表明,基于概率理论的MCS和LHS模拟结果为太湖水体ΣPAH8危害商值的概率分布,危害商值的平均值分别为0.37和0.35,90%的置信区间分别为(0.000 18,0.89)和(0.000 17,0.92),超过临界值1的概率分别为9.71%和9.68%,敏感性分析表明毒性数据对ΣPAH8商值概率分布的影响较大;区间分析结果表明太湖水体ΣPAH8危害商值范围为0.000 17～0.99;模糊数计算得到可信度为0.9对应的太湖水体ΣPAH8危害商值的区间值为(0.001 5,0.016 3);方差传递结果表明太湖水体ΣPAH8的危害商值在90%置信水平下的置信区间为(0.000 16,0.88),各种不确定性分析均表明PAHs的生态风险较低.通过各种方法比较,基于概率理论的不确定性处理技术更适合太湖水体PAHs的生态风险评价,可为水体有机污染物的风险管理和控制提供科学依据.     

浙江省2008~2018年人为源氨排放清单及分布特征

以浙江省为研究区域,通过收集11个地级市各类氨排放的活动水平数据,采用排放因子法建立了2008~2018年浙江省人为源氨排放清单,并利用ArcGIS进行1 km×1 km空间网格分配.结果表明,2008~2018年浙江省人为源氨排放量总体呈现下降趋势,年均下降率约3.97%;2018年浙江省氨排放量为108.52 kt,其中农业源为90.02 kt,非农业源为18.50 kt,排放强度为1.03 t ·km^-2;杭州市、嘉兴市和温州市的氨排放量高于其他城市,分别占全省总量的14.72%、11.86%和11.80%;空间分布特征显示,氨排放主要分布在浙江省北部区域,呈现出"北高南低"的排放趋势;不确定性分析表明,氨排放量模拟平均值为108.37 kt,在95%置信区间的不确定度范围为-5.40%~5.60%.     

PnET-CN模型对东亚森林生态系统碳通量模拟的适用性和不确定性分析

东亚地区森林类型多样,开展区域生态系统碳循环模拟时应考虑森林类型的差异。论文利用基于叶氮浓度-最大净光合作用速率关系的PnET-CN模型,对东亚地区8 个森林生态系统通量观测站点的总生态系统碳交换（GEE）和生态系统呼吸（RE）进行模拟,以探讨模型的适用性并对不确定性来源进行分析。研究结果表明：①PnET-CN模型能较为准确地模拟东亚地区大部分森林生态系统站点的GEE和RE;②模型的适用性排序依次为温带、寒温带、亚热带、 热带,模型未能很好地模拟热带湿地森林GEE和RE 的季节与年际变异;③在同一气候区中,PnET-CN模型更加适用于针叶林碳交换的模拟;④PnET-CN模型比较准确地反映了东亚森林生态系统GEE、RE对气候因子（例如,温度或辐射）的响应,但在低温、较弱辐射条件下模型低估了GEE,在高温或较强辐射条件下高估了GEE;在低温条件下模型低估了RE,在高温条件下模型高估了RE。针对东亚多个森林通量站点的模拟情况,论文提出模型应在以下方面进行改进：①PnET-CN模型计算物候时除了考虑温度之外还应加入土壤湿度的影响,并对不同气候区森林生态系统赋予不同叶片凋落时长;②PnET-CN模型中温度对GEE的限制以及光合最适温度应该根据不同站点设置;③PnET-CN模型应该考虑森林生态系统对环境胁迫的适应性,加强对干旱等干扰的模拟;④同时对于拥有复杂水文条件的森林生态系统应该改进土壤含水量的算法,以准确反映该类型森林生态系统GEE和RE的季节变化。