SWMM模型在城市不透水区地表径流模拟中的参数识别与验证

为了研究城市不透水下垫面的降雨径流过程和污染负荷,以屋面为例,选择径流管理模型SWMM,采用独立场次实测数据,应用基于不确定性分析的HSY算法和Monte Carlo采样方法对模型中的水文水力和水质参数进行识别和验证.结果表明,地表不透水区径流模型中主要包含6个关键参数,分别为不透水区初损填洼深度(S-imperv)、不透水区曼宁系数(N-imperv),指数累积方程中的最大可能累积值(max buildup)、累积常数(rate constant),指数冲刷方程中的冲刷系数(coefficient)和冲刷指数 (exponent).水文水力参数的识别可以最小二乘法偏差作为目标函数,水质参数的识别可以场次污染负荷和污染物峰值浓度作为目标函数.参数识别结果为N-imperv0.012～0.025, S-imperv 0～0.7, max buildup 15～30, rate constant0.2～0.8, coefficient0.01～ 0.05, exponent1.0～1.2.参数的区域灵敏度由大到小排序为 coefficient、S-imperv、N-imperv、max buildup、exponent、rate constant.识别后的参数可以通过模型验证,但是在模拟一些雨型特殊的降雨径流污染物浓度曲线时,仍然存在一定的困难.     

某湿地生态保护区水体中铜的生态风险评价及管理限值研究

铜是生物必需的微量元素,但过量暴露会对生物产生毒害效应。针对我国南方城市某湿地生态保护区水体重金属污染问题,参照《澳大利亚和新西兰淡水和海水水质指南》,应用物种敏感度分布(speeies sensitivity distribution,SSD)方法和联合概率曲线(joint probability curve,JPC)方法评价水体中铜的生态风险评价,在此基础上提出水体中铜浓度的管理限值。根据该湿地生态保护区生物调查历史数据以及其他文献数据,整理了415个本地物种的清单,通过美国环境保护署ECOTOX数据库以及其他文献共获取了13个物种的毒性数据,构建了Weibull分布、对数正态分布、正态分布、对数Logistic分布、Logistic分布、BurrⅢ型分布和Gumbel分布等7个SSD模型。结果表明,利用13个本地物种铜毒性数据构建的SSD模型具有合理性,不同模型计算得到的湿地生态保护区水体中铜的总体风险期望值为0.054~0.121。其中,BurrⅢ型分布模型的拟合效果最好,据此推导得到以保护水生生态系统为目标的铜的高可靠性与中等可靠性触发值分别为2.55μg·L~(-1)和1.41μg·L~(-1)。考虑到管理目标的可达性和现状的生态风险水平,提出该湿地生态保护区水体中铜浓度的管理限值为3μg·L~(-1)。     

资源型城市贵阳市的生态可持续发展研究

生态可持续发展是资源型城市可持续发展的基础。应用生态足迹的方法,对资源型城市贵阳市的生态可持续发展做了定量评估,并分析了影响贵阳市生态可持续发展的社会经济驱动力。贵阳市1999年-2007年间生态足迹从1.447 hm2/cap增长到2.472hm2/cap,而生态承载力从0.551 hm2/cap下降至0.509 hm2/cap,生态足迹远超出生态承载力,生态系统处于不可持续发展状况。但贵阳市生态效率在不断改善,从1999年的0.500万元GDP/hm2生态足迹增长到2007年的0.787万元GDP/hm2生态足迹,生态系统改善仍存在一定契机。人口增加、能耗增加等因素会导致贵阳市生态足迹增加,而增加农作物播种面积则可减少生态足迹。应用生态足迹的方法,有利于分析资源型城市可持续发展的相关问题,最后就如何缓解贵阳市生态系统压力,促进贵阳市生态可持续发展进行了探讨。     

基于元胞自动机的极端降雨下地铁疏散模拟*

为研究地铁系统在极端降雨灾害下的人员疏散过程,分析人员疏散过程影响因素和改善方法,将数值模拟方法与模糊逻辑理论相结合,在传统元胞自动机疏散模型中引入人员疏散行为选择机制,模拟地铁隧道遭受洪水侵入以及采取改善措施后的疏散情况。研究结果表明:引入人员疏散行为选择机制可以较真实地模拟极端降雨下受限空间中的人员疏散过程;采取改善方案后,人员被迫改变疏散行为的比例下降53.95%,人群疏散安全度由0.201提升至0.633;当采取与防洪能力不适应的疏散平台高度时,疏散安全度较采取合理设施时平均下降30%且差异较大;硬件设施满足安全度达到0.6为宜,按照最终安全度为1设计疏散方案,可使硬件设施设计与疏散方案制定更加合理配套。研究结果可为地铁系统防洪设计与管理提供参考。     

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.     

昆明市老运粮河污染治理的模拟研究

在快速城市化进程中,城市的建设和发展受到黑臭水体问题的挑战.以昆明市老运粮河为例,根据质量守恒原理,构建了昆明市老运粮河污染治理效果模拟系统,通过模拟,计算了老运粮河的入滇污染负荷,以及不同污染治理措施的治理效果,并对模拟系统的不确定性进行了初步分析.结果表明,老运粮河的年入滇总水量为9565.9×10~4t,COD、TN、TP和NH_3-N的年入滇总负荷分别为26250、3232、415.9和2135.5 t;区域内产生的点源污染负荷远大于非点源污染负荷;污水厂处理是去除污染物的主要途径,其中,旱季污水的处理对于全年的污染物削减起到最主要的作用;雨季源头削减措施的应用对雨季污水处理有很大作用;影响模拟结果的不确定性因素很多,分析认为由此带来的风险问题不可忽视.     

灰色系统方法在县域生态区划中的应用

为了反映各生态因子之间的内涵不确定性关系,通过对影响区域生态的因子的筛选,进行主成分分析,得到影响龙湾区生态环境的主要因子是各土地使用类型的分布和污染物排放量;通过灰色关联度分析获得各因子对生态影响的权值,结合"星座图"聚类方法将温州市龙湾区区划出3个生态类型,5个发展方向,并形成了对县域生态区划行之有效的方法。     

基于Visual Modflow的地下水流场变化预测研究

由于水电站水库的修建,会引起地下水水位和流场的变化,进而引发其他环境次生灾害,应给予高度重视。应用Visual MODFLOW软件模拟某水电站项目建设区的地下水水位和流场变化情况,通过对模型的校正与识别,得出了比较满意的结果,预测和评价结论可以做为判断地下水环境影响的依据,为项目的管理提供科学依据和技术参考。     

SWAT模型在我国流域水环境模拟应用中的评估验证过程评价

模型评估验证是模型开发和应用过程中的重要环节,是管控模型应用于管理决策风险的重要手段.近年来,以SWAT模型为代表的流域水环境模型在我国流域水环境管理中得到广泛应用,但模型评估验证过程尚缺乏规范性指导.结合SWAT模型建模过程和模型评估验证的基本步骤,梳理总结SWAT模型评估验证过程的评价方法,针对确定研究或决策目标、获取输入数据、构建模型、模型率定验证、展示模型结果等5个阶段分别设计评价指标.筛选中国知网收录的2015—2017年发表的以SWAT模型为主题的428篇学术论文作为研究对象,评价现有研究的模型评估验证过程,分析我国SWAT模型评估验证的现状以及存在的问题和不足.评价结果表明,我国现有的SWAT模型应用研究总体比较重视模型评估验证过程,能够清晰定义研究区域、建模目标和期望产出,说明输入数据来源和质量以及模型概化、参数灵敏度分析、参数识别、不确定性分析的方法和结果,模型模拟效果较好.但是,针对SWAT模型评估验证方法的研究较少,在模型参数识别方面还存在参数选取未考虑研究区域特征、参数识别结果不合理等问题.建议在SWAT模型应用研究中关注参数灵敏度分析和参数识别,结合研究区域特征建立本地化应用数据库,加强模型评估验证方法研究.当模型应用于流域水环境管理决策时,应完整地开展模型评估验证,并分析模型不确定性对决策的影响.      

城市降雨径流模型的参数局部灵敏度分析

 运用Morris筛选法对城市降雨径流模型SWMM的水文水力模块的相关参数进行局部灵敏度分析,以便对模型灵敏参数识别和不确定性分析.结果表明,影响3场降雨径流深的最灵敏度参数均为不透水率,灵敏度分别是0.88,0.98和0.43.影响峰值流量的灵敏参数因不同雨强的降雨场次存在波动,雨强最大的降雨最灵敏参数为管道曼宁糙率,雨强最小的降雨最灵敏参数为无低洼地不透水区所占百分比.不同降雨强度SWMM模型水文水力模块的灵敏参数有所差异,尤其是下渗率相关的参数.