A GIS/Simulation Framework for Assessing Change in Water Yield over Large Spatial Scales

Recent legislation to initiate vegetation management in the Central Sierra hydrologic region of California includes a focus on corresponding changes in water yield. This served as the impetus for developing a combined geographic information system (GIS) and simulation assessment framework. Using the existing vegetation density condition, together with proposed rules for thinning to reduce fire risk, a set of simulation model inputs were generated for examining the impact of the thinning scenario on water yield. The approach allows results to be expressed as the mean and standard deviation of change in water yield for each 1-km² map cell that is thinned. Values for groups of cells are aggregated for typical watershed units using area-weighted averaging. Wet, dry, and average precipitation years were simulated over a large region. Where snow plays an important role in hydrologic processes, the simulated change in water yield was less than 0.5% of expected annual runoff for a typical watershed. Such small changes would be undetectable in the field using conventional stream flow analysis. These results suggest that use of water yield increases to help justify forest-thinning activities or offset their cost will be difficult.     

混凝土结构施工中人因差错的模拟

以施工现场人因差错真实准确的调查实测数据为依据,笔者采用人的可靠性分析方法建立了混凝土结构施工中人因差错发生及其对混凝土强度影响规律的数学模型,并编制了相应的模拟计算程序。将该模拟计算程序所得的考虑人因差错的混凝土强度模拟计算结果与实测的混凝土强度调查结果进行比较,二者具有很好的一致性,说明该数学模型和模拟计算程序是比较符合实际的,也是比较合理的。上述模拟计算结果为考虑人因差错的结构安全性分析以及人因差错的有效控制措施研究提供了参考依据。     

基于随机模拟的地下水污染物最优水力截获量

水力截获技术是净化或抑制地下水污染最为广泛使用的一种方法，而该技术实施过程中，如何确定最优水力截获量是其需要重点解决的关键问题.本文针对传统确定性方法计算最优水力截获量不合理的问题，从水文地质参数的随机性出发，应用基于随机理论的蒙特卡罗方法，通过实例来研究渗透系数的空间变异性对地下水污染物水力截获系统的影响，并寻求估算最优水力截获量的新方法.通过研究表明：基于确定性方法计算出最优水力截获量为110m³/d时恰好能完全截获污染区的污染物；应用随机模拟研究含水层渗透系数的空间变异性对水力截获系统的影响，发现当以传统确定性方法所计算的最优水力截获量（110m³/d）抽水时，并不能总是完全截获地下水污染物，其面临的稳定平均风险率高达24%；充分考虑了含水层渗透系数空间变异的Monte Carlo方法较以往传统确定性方法更为可靠，为此本文提出利用随机方法从截获系统可接受风险角度确定最优截获量的新思路.     

Water quality modelling of the river Yamuna (India) using QUAL2E-UNCAS

This paper describes the utility of QUAL2E as a modelling package in the evaluation of a water quality improvement programme. In this study, QUAL2E was applied to determine the pollution loads in the river Yamuna during its course through the national capital territory of Delhi, India. The study aimed at examining the influence of different scenarios on river water quality. Four different pollution scenarios were analysed besides the 'business as usual' situation. The study revealed that it was necessary to treat the discharge from drains to the river Yamuna and diversion of a substantial load to the Agra canal for further treatment was also essential. It was also established through this study that maintaining a flow rate of more than 10 m(3)/s in the river could also help preserve the river's water quality. To clearly display the model outcomes and demarcate polluted zones in the river stretch, model results were interfaced with a Geographical Information System (GIS) to produce cartographic outputs. In addition, uncertainty analysis in the form of first-order error analysis and Monte Carlo analysis was performed, to realise the effect of each model parameter on DO and BOD predictions. The uncertainty analysis gave satisfactory results on simulated data.     

随机价格下杉木人工林的碳汇收益及最优轮伐期确定

发展林业碳汇是应对全球气候变化及实现中国2060年碳中和的重要举措。基于改进的Faustmann-Hartman模型,以中国南方浙江、福建和江西三个省份杉木人工林为研究对象,使用时间序列模型拟合并预测中国碳排放权交易市场的碳汇价格,通过蒙特卡洛模拟确定最优轮伐期及碳汇收益。研究结果表明：（1）依次纳入木材收益、地上生物量碳汇收益和死亡有机质碳汇收益时,杉木人工林的最优轮伐期分别为21.85年、22.98年和22.88年;（2）上述三种情景下,林地期望价值的净现值分别为20408.20元/hm²、24587.29元/hm²和28101.11元/hm²;（3）全面考虑包含死亡有机质碳库在内的林业碳汇效益,能够稳定提高林地所有者收益约7.02%~21.61%。此外,应进一步考虑多轮伐期下税收政策及自然风险等因素对碳汇营林的影响,这是确定最优轮伐期和碳汇收益后续研究值得重视的问题。     

基于贝叶斯的苯并(α)芘PBPK模型优化与健康风险评估应用

应用基于生理的药代动力学(PBPK)模型预测苯并(α)芘(BaP)暴露的人体内部剂量,基于贝叶斯的马尔科夫链蒙特卡洛模拟(MCMC)方法对模型参数进行校准和优化,最后运用已优化的模型对BaP内暴露基准值进行推导.研究发现,基于贝叶斯的MCMC方法对模型后验参数校准后,模型精度明显提高,两个数据集验证结果显示残差平方和分别降低了72%和94%.PBPK模型以BaP和子代谢物3-羟基苯并(α)芘(3-OHBaP)的体内动力学过程为结构基础,模拟BaP体内浓度分布大小为脂肪>肾脏>皮肤>缓慢灌注组织>快速灌注组织>静脉血>肝脏;3-OHBaP体内浓度分布大小为肾脏>快速灌注组织>脂肪>肺>静脉血>缓慢灌注组织>肝脏>皮肤.敏感性分析显示,快速灌注组织-血分配系数对模型输出影响最大,灵敏度系数超过了200%;排泄系数影响最小,只有肾小球过滤率K_BR的灵敏度系数超过了1%.以美国国家环境保护局推荐的参考浓度2.0×10^-6mg/m³为外暴露安全基准值,基于PBPK模型推导了职业暴露的BaP生物监测当量(BE),结果显示BE值为0.405pmol/mol肌酐(尿液3-OHBaP平均浓度),为基于人体内暴露剂量水平进行定量健康风险评估奠定了基础.     

基于Monte Carlo模拟的河流水质评价——以温瑞塘河为例

基于水质评价的综合污染指数（CWQI）法和水质指标实测含量的统计分析,应用Monte Carlo模拟方法,建立了河流水质评价的Monte Carlo-CWQI耦合模型并进行实例研究.通过建立的耦合模型和温瑞塘河流域14个监测断面2004~2010年的水质监测数据,定量分析各监测断面隶属于不同污染等级的概率水平和各水质指标对水体污染的影响程度.结果表明：温瑞塘河水系水质污染十分严重,勤奋、九山、东水厂、十字河、南白象、灰桥、新桥、米筛桥、仙门、光明、郭溪、瞿溪、西岙和梧田监测断面处于重度污染的概率分别为28.50%,0.55%,92.71%,59.73%,78.85%,39.38%,78.87%,83.09%,65.32%,78.08%,0.00%,0.96%,68.09%,86.06%;处于严重污染的概率分别为71.28%,0.01%,4.33%,39.76%,21.07%,60.59%,4.42%,12.41%,11.02%,21.24%,0.00%,0.02%,1.42%,13.12%.各监测断面总氮（TN）,氨氮（NH₃-N）和溶解氧（DO）的Spearman等级相关系数范围分别是0.41~0.76、0.25~0.63和0.14~0.66,是其他指标的2倍以上,表明影响该地区水质达标的主要因子是TN,NH₃-N和DO.本研究拓宽了河流水质评价的研究视角,能够为流域水环境管理提供丰富的决策依据.     

中国农田土壤Cd累积分布特征及概率风险评价

通过检索2000~2022年国内外公开发表的文献资料,获得31个省240个市（县）区域160446个农田土壤样点的镉（Cd）含量数据,利用单因子污染指数、地累积指数和概率风险评价方法从整体上分析了我国农田土壤Cd污染时空分布特征及其健康风险,为农田土壤Cd污染治理和风险管控提供了科学依据.结果表明,我国农田土壤ω（Cd）范围在0.012~23.33 mg ·kg^-1,几何均值为0.473 mg ·kg^-1,是我国农用地土壤Cd风险筛选值（6.5华南>西北>东北>华东>华北;从时间尺度来看,我国农田土壤Cd含量在各时间段并无统计学意义的显著性差异（P>0.05）.我国农田土壤Cd对儿童、青年、成年人和老年人尚无非致癌风险,但其对成年人和老年人存在潜在致癌风险,约5.81%和4.49%的成年人和老年人的致癌风险超过美国环保署规定的限量值（1E-06）.为提高农田土壤Cd健康风险评价的准确性,概率生态风险评价中还需要进一步考虑土壤Cd的生物有效性和农产品的摄食暴露途径.     

基于云模型的海上交通系统风险蒙特卡罗仿真

为扩展海上交通系统(MTS)风险的数据样本,更好地开展海上交通系统风险评估研究,有必要研究系统风险仿真中的模型与算法问题。在讨论不确定性信息中随机性和模糊性的基础上,引入云模型来取代概率分布参数下的蒙特卡罗仿真模型。经对无确定度的原始云特征参数求解,获得海上交通系统风险的还原云滴,有效增加海上交通系统风险数据样本,进而分析出风险数值仿真下的海上交通系统风险特征。通过有效性检验,云模型下仿真的变异系数比基于对数正态分布下仿真的结果更稳定。云模型下的仿真结果更准确地逼近原始样本的特性。风险的模糊性和随机性信息量化问题得到解决。     

基于Matlab的火灾探测报警系统可靠度Monte Carlo仿真

介绍了火灾探测报警系统的结构,指出了火灾探测报警系统失效原因,针对火灾探测报警系统的特点,确定了蒙特卡洛可靠度分析法.给出了系统的概率模型,确定了在Matlab下应用Monte Carlo方法对火灾探测报警系统的可靠度进行仿真的具体步骤,得到火灾探测报警系统可靠度仿真曲线.将仿真结果与试验结果相比较,基本一致,验证了该仿真方法能正确描述火灾探测报警系统的可靠度随使用寿命的变化规律,为进一步应用该方法来分析火灾探测报警系统的的各可靠性指标提供了理论基础.