基于改进遗传算法率定水质参数的研究

提出一种新的优化准则函数,结合改进的加速遗传算法,能够求得全局最优的水质参数。实例计算结果表明,新算法具有较高的精确度和良好的优化性能。     

基于GLUE法的多指标水质模型参数率定方法

目前对水质模型进行参数率定通常利用计算机算法来实现,但由于水质模型日趋复杂的非线性结构往往会导致"异参同效"现象,无法通过单个似然度判断参数的取值是否能够取得真值.为避免这一情况,本文提出了一套基于GLUE法的多目标模型参数率定方法,并以WASP水质模型的应用为例,通过Sobol方法确定模型的敏感参数,并利用DO、CBOD、氨氮、硝态氮4项指标的似然函数对参数同时进行率定.结果表明,该方法既可以有效地避免因追求"过拟合"而造成模型参数取值不当,也可以减小模型参数的不确定性,为具有"异参同效"现象的复杂模型的参数率定工作提供了一个更为可靠的方法.     

城市径流质量模型参数率定方法研究

本文针对某一具体城市集水区，简要介绍一种污染物集聚模型和冲洗模型参数的率定方法。该方法概念清晰，操作简便，且成果符合实际，有一定精度。     

基于MCMC法的水质模型参数不确定性研究

参数识别是数学模型应用的前提.鉴于常用贝叶斯离散化方法在搜索复杂模型参数后验分布时的计算限制的原因,本文引入了MCMC采样法.为考察MCMC法对参数后验分布的搜索性能和效率,进行了2个案例研究.结果表明,MCMC法对参数后验分布的搜索,无论是搜索性能还是搜索效率,均表现出了独特的优越性.同时,Gelman收敛判别准则计算表明,MCMC采样序列均能稳定收敛到参数的后验分布上.可见,MCMC法适用于复杂环境模型的参数识别和不确定分析研究.     

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.     

用于改进水质分类的一种水质指数

引言从河流监测积累的大量数据,不易辨别水质变化趋势。过去曾研究使数据浓缩的各种方法,以便对河流水质进行比较和分类。可是这些方法在很大程度上具有主观性。为此需要研究比较客观的简便方法,用于表达     

基于MCMC方法的SWMM模型参数不确定性分析

基于贝叶斯理论,采用马尔科夫链蒙特卡罗法的差分演化自适应Metropolis算法,即MCMC-DREAM算法,对SWMM模型水量参数及输出的不确定性进行了系统分析。研究结果表明:在模型模拟过程中,不透水区面积比率和管道曼宁系数对模型的模拟结果具有较大的影响,不确定性较小,而其他参数不确定性较大,是水量模拟参数不确定性的主要来源。参数不确定性是造成模型输出不确定的主因。径流峰值模拟最容易产生偏差,是模型输出不确定性的主要来源,提高峰值的模拟精度将有效地提高模型整体的模拟效果。     

海域水质模型参数动态反演方法研究初探

海域水质模型长周期数值模拟中,模型参数全时段统一赋值的方法忽略了参数随时间动态变化的物理特性,降低了模型的可靠性,增加了海域水质模型验证工作的难度.本文建立了将数据驱动模型和水质模型有机结合的参数动态反演的新方法:以水质模型多参数设计工况的数值模拟,构建海域内部观测点污染物浓度响应解集,并将解集划分为若干时段;应用基于人工神经网络的数据驱动模型归纳建立观测点每一时段内污染物浓度同多个模型参数之间的非线性关系;将实测资料带入关系中,进行模型参数随时间变化的动态反演.以渤海海域水质模型为例,采用“孪生”实验验证参数动态反演新方法的可行性,结果表明该方法是有效的,能够保证模拟周期内较高的数值精度,提高了模型的准确性.     

应用最优化方法作水质模型参数识别的研究

水质模型是环境规划、预测的重要工具。如何确定模型参数是用好水质模型的关键。近年来,有关单位都在探讨应用最优化方法识别模型参数。鉴于环境问题的复杂性,目前,采用这一数学手段尚存在不少问题。本文就这方面工作谈一些体会,供讨论。一、计算概况现行的水质模型种类繁多,模型参数最多可达几十个。为方便起见,下面仅讨论二参数和三参数模型,即 Streeter——Phelps 模型和O′Connor 模型。     

一种实用的河流水质评价方法

自从1974年北京环保部门开展北京西郊区环境质量评价以来,各地风起云涌,前后出现了十余种的环境质量评价方法。这些方法基本上可以分为两大类型,一是指数法,二是评分法。指数法的结构单元是用某污染物参数的实测值与标准值之比来表示该参数的分指数,即I_i=C_i/C_s;C_i=实测值;C_s=标准值。其中标准值也可用本底值C_B来代替。某一环境要素如水、大气或土壤等的质量指数I_j可以用各参数的分指数叠加值、均权值、加权值或等标值来表示,其数学公式分别为:     

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.     

多时间尺度HSPF模型参数不确定性研究

模型参数的不确定性是水文模型应用研究领域的重点与难点.本研究以密云水库东北部的潮河流域为例,构建了潮河流域HSPF水文模型,并采用1998~2010年逐月地表径流量数据对模型参数进行校准与验证,并结合GLUE算法分析了模型参数的敏感性和不确定性.结果表明:(1)经过参数调整,HSPF模型径流模拟取得了较好的效果,率定期和验证期的纳什系数分别为0.84和0.55;(2)可将影响HSPF模型的参数分为3类,即全局敏感性参数(LZSN、INFILT、IRC和AGWRC)、局部敏感性参数(UZSN)和不敏感参数(DEEPFR、BASETP、AGWEPT、INTFW和CEPSC);(3)不同敏感性参数间存在复杂的相关关系,参数组合(LZSN与INFILT)、(INFILT与UZSN)和(UZSN与AGWRC)间均呈极显著负相关关系;(LZSN与UZSN)和(UZSN与AGWRC)呈极显著正相关;(4)HSPF模型参数存在大量复杂的"异参同效"现象,证实影响模拟结果优劣的是参数组合而非某一参数值;(5)模型不确定性发现,模型预测的不确定性范围与降雨量密切相关,即降雨量越大,模型预报的不确定性就越大,反之亦然;(6)不同时间尺度下HSPF模型的模拟效果总体较好,但是也存在一定差异性,年尺度、季节尺度和月尺度下不确定性范围分别包含了81.80%、78.70%和80.56%的观测值,即年尺度效果略优于月尺度和季节尺度;该研究结果可为HSPF模型在相似区域应用与参数本土化提供科学参考和借鉴.     

一种改进的边界层参数化模式

在能量平衡方法的基础上提出一套利用常规气象资料求取边界层参数的改进方案。利用中国科学院大气物理研究所铁塔观测资料,与廓线法进行对比分析,表明这种方案具有输入要求少,输出信息量大,结果合理的优点。此外,对此方案中的4个可变参数作了敏感性试验,结果表明湿度变化参数α的敏感性较强,在使用时应当合理选择其数值。该方案可以满足新一代空气质量模式对边界层参数化的需求。同时,由于仅需常规气象资料就能求取所有的边界层参数,因此特别适合于空气质量模式的法规应用。     

综合水质模型参数识别研究

针对综合水质模型参数众多，难以同时估算的特点，介绍了二种参数优化方法，分别为：基因法，罗森布瑞克法和单纯形法，在分析了每种方法特点的基础上，结合具体实例进行比较验证，最后提出先进行模型参数灵敏度分析，再选用基因法对灵敏度高的参数进行优选，将优选结果作为罗森布瑞克法和单纯形法初始值，并进一步优选的设计思路。     

邛海非点源污染及模型参数的彩红外遥感航片率定

使用美国通过流失方程（ＵＳＬＥ）并用彩红外遥感航片对其参数进行率定，计算出邛海流域６个自然集水区域的高地潜在侵蚀量。并用０．２８的输沙系数计算出年流入湖中的泥沙为１２７．４万ｔ，同时也计算了氮，磷的入湖量，文中还讨论ＵＳＬＥ模型的邛海流域的适用性。     

改善农村饮水水质的一种方法--SODIS

如何改善发展中国家广大农村贫困地区的饮用水水质问题仍然是当前一项十分急迫的任务。瑞士联邦环境科学技术研究院近年来在许多发展中国家推行一种新的饮用水消毒方法———阳光消毒法(SODIS),取得了良好的效益。该方法利用太阳光钝化导致腹泻的病原体的活性,从而提高饮用水的质量。该方法成本低、易操作、经济可行并可持久使用,已经在一些发展中国家逐步推广应用。     

水质模型参数识别与验证的探讨

参数识别与模型验证是水质模型应用的两个重要步骤。在对模型参数的本质含义进行辨析的基础上,对模型参数的时变性、集成性和可识别性进行了分析。采用科学哲学的方法,对水质模型验证的必要性和不足进行了讨论,指出虽然模型验证必不可少,但也不能证实模型本身就是实际物理和生化过程的反映,因此应充分地意识到“经过验证的”模型在预测中的风险。     

一维非稳态河流水质模型的一种数值解法

根据实际情况需要，讨论了一维河流在非稳态条件下难于解析法求解时的一种数值法－隐式差分法，在此基础上，为了对实际工作中相应河流模式计算提供借鉴和参考。应用微机对这种方法进行了模拟计算和结果分析。     

降雨地表径流水质模拟中SWMM模型水质参数确定

检测城市不同功能区污染物累积和径流样本并结合模拟实验,分析不同污染物累积和冲刷规律,确定SWMM模型在降雨地表径流水质模拟中污染物累积和冲刷参数取值范围,并进行模型验证。研究结果表明,SS、COD、氨氮污染物累积量均随累积时间不断增加,并趋于稳定,其在不同功能区最大累积量C_1取值范围分别为:6.37~12.86、14.03~21.66和8.89~12.88 g/m~2,累积速率常数C_2取值范围分别为:0.055~0.100、0.061~0.085和0.133~0.167。降雨强度较大时,降雨地表径流中污染物浓度较高,但均随降雨历时不断下降,并趋于稳定。SS、COD、氨氮冲刷系数S_1取值范围分别为:0.003~0.005,0.025~0.035和0.01~0.02,冲刷指数S_2取值范围分别为:0.4~0.8,0.8~1.0和0.5~0.8。在确定的取值范围内选取SWMM模型水质参数,对某场降雨地表径流中SS、COD、氨氮污染物浓度变化过程进行模拟,模拟结果与实测数据基本吻合,表明水质参数取值范围适用于SWMM模型降雨地表径流水质模拟。