基于数字滤波和LOADEST模型的思茅河基流氮磷输出通量估算

为定量解析云贵高原地区河流基流的氮磷输出通量过程,采用最小滑动法、Chapman-Maxwell滤波法、Boughton-Chapman滤波法及递归数字滤波法对澜沧江三级支流思茅河进行了基流分割,基于LOADEST模型模拟了思茅河总径流及基流氮磷输出通量过程,估算了基流的氮磷输出贡献。研究结果表明：Boughton-Chapman滤波法对思茅河基流分割的适宜性较好,基流年均补给量约占思茅河总径流量的66%;基于LOADEST模型构建的思茅河总径流NH₃-N、TP输出通量模型方程判定系数R²分别为81.89%和72.67%,拟合效果较好,二者年均输出通量分别为567.58 t和25.75 t;基流NH₃-N、TP年均输出通量分别为391.57 t和18.87 t,对思茅河总径流氮磷输出通量的年均贡献率分别为69%和73%;在做好陆域氮磷削减的同时,更要充分考虑到对基流氮磷污染的精准防控。     

基于ArcGIS和MikeBasin模型的还乡河流域污染负荷通量估算

阐述了污染负荷的概念及国内外研究进展,利用Arc GIS及Mike Basin模型对还乡河流域内污染负荷产出量、污染负荷通量进行模拟,给出流域内不同污染物的流出系数及距离衰减系数。模拟结果显示,还乡河流域污染负荷产出量为化学需氧量2100.053t/a、氨氮103.615 t/a、硝酸盐氮209.073t/a;并与降雨径流模型(NAM)耦合,计算出流域内污染负荷通量。为水环境管理提供了新的思路方法。     

气候变化和人类活动对河流营养盐通量过程影响研究综述

河流运输是全球生物地球化学循环中营养物质从陆地到海洋的重要途径。河流营养盐在入海通量中的占比非常大,然而,受气候变化和人类活动的双重影响,河流的营养盐过程发生了不可忽视的变化。考虑数据监测和数值模拟两种河流营养盐数据获取方法,总结了河流营养盐通量计算的研究进展,揭示了世界大河营养盐通量变化过程趋势。此外,从气温升高和极端天气的角度分析了河流营养盐过程对气候变化的响应,从土地利用、大型水利工程和水环境修复和管理等角度探讨了人类活动对河流营养盐过程的作用。最后在现有研究成果分析和总结的基础上,对气候变化影响、人类活动影响、水质监测技术、模型模拟计算以及水环境保护和管理方面展望了未来需要加强探索的方向。     

基于人工神经网络的卡尔曼滤波实时校正技术

针对人工神经网络技术在实际应用中常出现的过拟合现象，设计了以人工神经网络模型做初级预报，用卡尔曼滤波技术对初级预报结果进行二次预报的方法。该方法用于淮河王家坝水文站最高洪水位的预报和岷江上游段紫坪埔水文站的流量预报，并与标准的BP网络模型以及卡尔曼滤波模型进行了比较。两个应用实例的计算结果表明，以上两种技术的结合，不仅有利于预防过拟合问题，还可提高预报精度。     

基于集合卡尔曼滤波的实时校正方法

为减少非恒定水流计算中的不确定性,基于集合卡尔曼滤波提出多变量交替校正的方法。该方法通过交替校正水位和流量,避开了滤波过程中的大矩阵计算,实现了利用观测信息直接校正非恒定流状态的目的;同时,应用尺度转换方法提高水位滤波精度。数值试验重点考察了观测误差和水位变换系数对模型计算精度的影响。结果表明:观测误差越小,模型的计算精度越高;水位尺度变换系数能显著增强多变量交替校正方法的效果,变换系数越大,计算精度越高;基于集合卡尔曼滤波的多变量交替校正方法具有良好的校正性能,能显著提高河道水流的预报精度。     

水动力学模型卡尔曼滤波实时校正技术

本文采用卡尔曼滤波技术实现圣维南方程实时校正以提高水动力学模型应用于洪水预报的精度水平。首先利用有限差分方法将圣维南方程进行离散化并线性化,选择不同的状态变量组建了三种卡尔曼滤波状态空间方程。对预报进行实时校正。选择长江干流清溪场至万县河段进行试算,证实此方法对提高预报精度的效果显著。     

河流悬移质通量估算方法比较及结果影响因素分析

水文测验中对水质方面浓度数据的观测时间间隔一般都比较长,对其年通量进行计算时存在较大的不确定性,而对悬移质泥沙一般都有比较密集的观测数据。以长系列悬移质泥沙数据为基础,按不同的时间间隔选出数据,用目前常用的6种估算方法计算得到通量;然后从算法的无偏性和稳定性两个方面对各方法的计算精度和适用范围进行分析。结果表明:A,B两种算法存在显著误差,估算值较真实值小;当采样效率高,测站流域面积较大时,C,D,E,F方法的系统误差几乎为0;各方法的估算结果与采样周期控制流域面积关系显著。所得结论对评估水质方面有关通量计算方法的精度有一定参考意义。     

基于卡尔曼滤波的大型河网水动力模型实时交替校正方法

本文在单河道卡尔曼滤波实时交替校正研究成果的基础上,将河网分解成流量边界型、水位边界型、内河道型及节点型4类基本单元,并按基本单元类型将单河道交替实时校正模式扩展到河网水动力模型中,实现了河网水流与状态变量实时校正的联动计算。与河网信息资料类型及其系列长短各异的特点相匹配,模型中变量校正模式选择灵活,对每一校正模式依据基本单元类型自动切换到相应的处理模块,程序为每一校正时刻、每一校正模块动态地创建相应维数的卡尔曼滤波器。太湖流域平原河网实效分析表明,基于环状河网的求解机制,水位校正量通过节点逐渐扩散到局部河网,实现了对河网系统的校正,并着重分析了水位校正对局部河网水量不平衡、水流运动状态的影响,证明了在平原河网洪水预报中实施变量交替滤波校正的可行性。     

第三代城市饮用水净化工艺及超滤的零污染通量

论述了超滤技术作为第三代净水工艺的核心技术在城市净水厂大规模应用的必要性和历史必然性,并针对不同的原水水质特点,提出了具有不同适用性的超滤组合工艺。基于净水厂运行的角度,强调了"零污染通量"的运行模式,当膜在"零污染通量"下工作时,则无需或很少需要化学清洗,这将显著简化大型膜系统的运行,工程实用性增强。通过加强膜前预处理、加强物理清洗、改善膜材料、降低膜价格(从而降低工程上可接受的膜通量)等"零污染技术",有望将"零污染通量"提升至工程值,为超滤技术的研发与应用提出了一个新的思路。     

南淝河污染通量解析与治理

分析了南淝河水系的2017年、2018年逐月天然径流量,根据污水处理厂入河水量和主要污染物入河量推算2017年、2018年逐月入巢湖污染通量,并进行污染通量解析。提出南淝河治理思路:解决城区污水直排和混排历史遗留问题,重视城市建成区初期雨水和农村面源污染盲点,缓解河道基流匮乏和河渠不畅问题,采取城市重污染河道综合治理模式。     

基于自适应卡尔曼滤波的沉降变形监测数据估计

针对观测数据异常导致滤波偏离的问题,提出了整体控制状态协方差阵自适应卡尔曼滤波方法,通过对某地铁隧道底板结构沉降监测数据进行处理,结果表明整体控制状态协方差阵自适应卡尔曼滤波方法不仅计算简单,而且能有效地控制观测数据异常对沉降变形监测系统参数估计的影响,提高变形监测数据估计的精度。     

基于经验模式分解卡尔曼滤波的径流预报校正

针对水文径流预测过程中不可避免的误差,提出基于经验模式分解的卡尔曼滤波校正方法,采用经验模式分解理论将径流序列转变为平稳过程,并结合预报过程误差规律及不同物理背景,运用基于Sigma点的卡尔曼滤波校正的动态系统分析技术,对单个水文模型的输出资料进行同化操作,对状态方程进行多变量最优控制,实时修正径流预报误差。实时校正结果表明,基于经验模式分解的卡尔曼滤波校正方法能一定程度上提高径流预报精度。     

卡尔曼滤波回归统计模型及工程应用分析

将统计模型的回归系数看做状态向量,统计模型视为观测方程,利用卡尔曼滤波算法实现了统计模型的建模.该建模方法不仅便于实时处理、计算机实现、节省机时,而且由于卡尔曼滤波属于线性最小方差估计,所以相比最小二乘建模方法可望获得更高的建模精度.工程实践也验证了卡尔曼滤波回归统计模型的上述特性.     

长湖纳污能力及水产养殖污染负荷估算

以CODMn、NH3-N、TN、TP作为污染指标,采用湖库均匀混合模型、狄龙模型和合田健模型对长湖纳污能力进行计算,并针对目前长湖水产养殖污染较重的特点,采用排污系数法、污染负荷率法对长湖水产养殖污染负荷进行估算。结果表明:长湖CODMn、NH3-N、TN、TP的纳污能力分别为8 523.15 t/a、1 495.57 t/a、1 932.70 t/a、96.64 t/a,长湖水产养殖所产生的COD、NH3-N、TN、TP污染负荷量分别为3 724.10 t/a、51.98 t/a、279.96 t/a、26.42 t/a。水产养殖对于长湖COD、TP的污染贡献较大是导致长湖有机污染和富营养化的一个重要污染源。     

基于污染物通量的潘家口—大黑汀水源地水污染生态补偿量化研究

回顾我国水污染补偿的研究及实践,分析潘家口—大黑汀水源地及入库河流的水质状况,在明确考核断面及考核指标的基础上,建立基于污染物通量的水污染补偿量化估算模型,并根据2013年潘家口—大黑汀水源地入库河流的水质和水量监测数据,估算入库河流水污染生态补偿量。     

基于卡尔曼滤波模型的时用水量预测

针对时用水量存在周期性特点,引入季节因子,鉴于时用水量是非线性非平稳系统,而采用卡尔曼滤波季节模型对时用水量进行模拟.以杭州市实测用水量为例,分别采用卡尔曼滤波模型和卡尔曼滤波季节模型进行时用水量预测,结果表明,季节模型预测精度相对较高,且预测误差相对稳定,较卡尔曼滤波常规模型更具有实用性.     

GIS支持下的凡河流域农业非点源污染物时空特征分析

为了解铁岭县凡河流域农业非点源污染现状,本文以铁岭县多年乡镇统计报表为基础,结合输出系数法及源强系数法分析了凡河流域2007-2009年四种农业非点源污染物排放量及其排放强度的时空分布特征。结果表明:(1)流域内农业非点源污染物排放总量呈持续上升趋势,总氮、总磷、化学需氧量及氨氮的平均排放量为3174.5、361.4、16624.5和3980.3t/a;(2)流域内主要污染物为化学需氧量,主要污染源为畜禽养殖;(3)污染物排放总量及强度空间上大致呈中、西部高,东部低的特点,李千户乡及铁岭市区为主要污染区域。为有效地控制凡河流域农业非点源污染,当地政府应把重点放在畜禽粪便及居民生活垃圾的处理方式上。