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。     

遗传梯度法在水质数学模型参数估值的应用

介绍一种混合遗传算法－－遗传梯度法，并将其应用于水质数学模型参数估值，较一般优化算法能稳定得到的全局最优解。     

随机因素对河流水质模型参数最优估值影响

用多宾斯－BOD－DO（Dobbins－BOD－DO）水质模型,生成真实的无干扰和有干扰的仿真水质数据。在此基础上,用绘制目标函数响应面的方法,分析水质监测数据中的随机噪声对水质模型参数最优估值的影响。分析结果表明,随机噪声干扰使最优估计参数＂漂离＂系统真实参数,并增加最优估计参数的不唯一性问题。     

水质模型参数优化的遗传算法实现及控制参数分析

参数识别是数学模型应用的前提.遗传算法是一种通用的全局优化算法,结构简单.一个实际应用问题能否利用遗传算法解决,关键在于遗传算法的设计和控制参数的选取.本文结合水质模型参数优化的特点,提出采用正交试验设计的方法来考察遗传算法不同控制参数对参数优化性能的影响,结果显示,正交法较好地识别了关键影响因素,并提出可能的最优方案.表明遗传算法能较好地应用于复杂多参数水质模型的参数识别研究.     

基于三维水动力水质数值模型的象山港排污策略研究

本文以象山港（半封闭港湾）为研究对象,采用Delft 3D软件建立三维水动力数值模型,对其潮位、潮流、温度、盐度的时空变化进行验证分析,计算结果与实测结果基本吻合,表明该模型能够较好地模拟象山港海域的水动力特征。为进一步研究象山港内污染物的迁移转化过程,在上述水动力模型的基础上构建三维水质模型,水质模拟结果与实测数据吻合良好,可以反映水质的变化趋势。利用验证后的水质模型,针对排污口的落潮排放、排放量减少和排污口整合3种排污策略进行模拟计算,分析排污口对象山港水质变量的影响程度。模拟结果表明,象山港水质环境受排污口影响明显,3种排污策略均可以直接降低港内DIN浓度,但不同的工况表现出不同的影响特征。     

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。     

基于贝叶斯网络的河流突发性水质污染事故风险评估

事故造成的水质突发性风险评估对于河流水质安全管理具有重要意义.通过贝叶斯网络直观地表示事故风险源和河流水质之间的相关性,并用时序蒙特卡罗算法将风险源状态模拟、水质模拟和贝叶斯网络推理过程结合,可以对多个风险源共同影响下的河流突发性水质污染事故的超标风险进行量化评估.案例研究表明,多风险源对同一受纳水体的水质突发性污染事故风险的耦合影响十分显著,在进行流域水安全管理时必须对多风险源进行综合管理.同时,模型的诊断推理功能可为流域关键风险源识别和管理提供决策支持.     

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.     

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。     

变尺度混沌-遗传算法在复杂河流水质模型参数优化中的应用

将变尺度混沌-遗传算法(MSCGA)应用于复杂河流水质模型参数优化.采用湘江衡阳段水质监测资料,以二维河流水质数学模型反演结果的均方误差为适应度函数,估计横向扩散系数Dx、纵向弥散系数Dy和污染物衰减系数κ.数值实验结果表明,MSCGA寻优过程具有明显的分级特征,级级收敛;在同样的条件下,MSCGA的收敛速度较快,为遗传算法(GA)的1.36倍;同时,MSCGA克服了GA早熟收敛的问题,其最优适应度函数值为7.6×10-4,而GA的最优适应度函数值9.6×10-4.将MSCGA应用于研究河段,求得Dx、Dy分别为0.1335、0.0011,BOD5、As、Cr的衰减系数κ分别为0.0229、0.0100、0.0107.     

湖泊水质时空变化特征识别的贝叶斯方差分析方法

精细识别湖泊水质的时空变化特征是确定流域污染调控措施的基础.贝叶斯方差分析具有灵活的模型结构,可直接表征变量的时空动态特征.本文据此提出了基于该方法的湖泊水质时空变化特征识别的方法框架,研究了异龙湖稳态转换条件下富营养化指标的变化特征和滇池外海特征污染物达标率的时空变化2个案例,验证了该方法在总体服从正态分布和二项分布时的适用性.针对参数可交换性假设被忽视的问题,本文提出了一种基于模型选择准则的判定方法,并将其应用于滇池案例中.结果表明:(1)相对于清水稳态,异龙湖在浊水稳态时3种富营养化指标浓度更高,且年际方差所占总方差比例减小;(2)滇池外海总氮浓度超标率由2007—2013年间的40%左右降到2014—2016年间的10%左右,且波动性降低.随着监测数据的积累和监测时空精度的增加,贝叶斯方差分析在湖泊水质时空变化特征识别中具有广阔的应用前景.     

基于呼吸计量法的异养菌动力学参数优化估计

利用双水解模型对活性污泥数学模型(ASM)进行改进,并通过呼吸计量试验和非线性最优化算法建立了异养菌动力学参数的优化估计方案.该方案在上海2个污水处理厂的测定结果表明,经优化求解后,ASM改进模型能够准确模拟批式试验的耗氧速率曲线.26℃下,曲阳厂和白龙港厂活性污泥的异养菌衰减系数分别为0.58,0.55d-1,异养菌最大比增长速率常数(均约为4d-1)和半饱和常数(2.00,2.36mg/L)较为接近.白龙港厂进水中慢速可生物降解有机物的水解速率明显高于曲阳厂,这是由于长距离管道输送显著降低水解组分的粒径所致.     

基于云模型的水体富营养化程度评价方法

水体富营养化程度评价对生态环境保护具有重要意义.针对水体富营养化程度评价不可避免的模糊性和随机性的特点,本文引入云模型的方法,对我国14个代表性湖库的富营养化程度进行评价.根据确定的评价标准,生成各评价因子隶属于各级别的综合云模型,并针对湖库实测资料,得到各评价物的确定度,由最大确定度决定湖库营养化级别.将该法所得结果与湖库实际水质状况、国内外应用较为广泛且简便的营养状态指数、评分公式法及模糊综合评价法所得结果进行对比,发现评价结果真实可靠,计算过程简洁明了,验证了该方法的可行性和有效性.     

水质模型在东莞污染源负荷估算中的应用

为解决水环境规划中经常碰到的污染源数据缺失问题,以水质数学模型为基础,通过污染源-水质响应关系,建立了从水质监测数据推算污染源负荷的计算方法.主要步骤包括：通过水质模型建立污染源负荷和水质数据之间的响应关系;提出估算污染源负荷的优化目标和约束方程;优化问题求解,评估污染源负荷估算效果,确定污染源负荷. 同时,以东莞市为例,对该市用水量和污染源特征进行了分析,并采用圣维南方程,建立了一维河流水质模型. 最后以东莞市2005年水质调查数据为基础,对比实测水质数据和模型模拟结果,对东莞市2005年的污染源负荷进行了评估. 结果表明,东莞2005年生活和工业污染源CODCr排放量为25.2×104 t,其中,生活源占60.4％,工业污染源占39.6％. 东莞污染源负荷估算结果能够较好地反映当时条件下的水质变化过程.     

基于三角模糊数的贝叶斯水质评价模型

将贝叶斯理论和模糊集理论引入水质评价领域,分别描述了水质评价过程中模型结构和参数的不确定性,建立了基于三角模糊数的贝叶斯模糊综合水质评价模型.对Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类水分别赋值,并根据监测点水质对各类别的后验概率计算水质的综合得分进而确定水质类别.同时,选取了TP、NH4+-N、COD、DO、As及粪大肠菌群为水质评价因子,将建立的模型应用于2010年洞庭湖水质评价中.结果表明,小河嘴、横岭湖、万子湖、目平湖、洞庭湖出口水质达到Ⅱ类水标准;南嘴、岳阳楼水质为Ⅲ类水;东洞庭湖和扁山水质介于Ⅱ类水和Ⅲ类水之间,对各等级的隶属度分别为0.4983/Ⅲ+0.5017/Ⅱ、0.7962/Ⅲ+0.2038/Ⅱ.各监测点位中,仅南嘴水质未达到相应的水质标准.较均值模型、三角模糊数模型和传统贝叶斯模型而言,基于三角模糊数的贝叶斯水质评价模型对不确定性的表达更为全面、更符合实际.     

基于水质模型的海湾填海岸线选择

在应用水动力学模型预测海湾余流分布的前提下，讨论了深圳湾北岩填海后污染物迁移规律的一些变化，并采用水质模型分析了海湾的水质变化。根据浓度场的迭加原理，计算了各种岩线方案下海湾可利用的环境容量。通过对不同环境要求的各种岩线方案之比较，给出了协调诸要求的相对较优岸线。