改进的BP神经网络模型在辽宁中部河流水质预测中的应用研究

本文采用改进的BP神经网络模型对辽宁中部某河流水质进行预测。结果表明:改进的BP神经网络模型引入横向和纵向伸缩修正系数对模型梯度函数进行改进,提高传统BP模型收敛和计算精度。在区域河流水质预测精度明显好于传统模型,预测的河流水质总氮指标值相对误差均值明显减少,月尺度过程相关系数有较大提高。     

改进的灰色-马尔科夫模型在地下水水质预测中的应用研究

应用粒子群优化算法对传统灰色-马尔科夫模型分组求解进行优化改进,并将改进的灰色-马尔科夫模型用于地下水水质预测中,结合地下水水质监测数据对比改进前后的灰色-马尔科夫模型地下水水质预测精度。研究结果表明:改进的灰色-马尔科夫模型提高了传统模型对波动性的水质数据预测的准确度,相比于传统模型,改进的灰色-马尔科夫模型年预测值和实测年值之间相关系数提高0.1897;在月值预测中,模型的相关误差均值减少13.1%,模型在地下水水质预测精度得到明显提高和改善。研究成果对于区域地下水水质预测提供参考价值。     

基于PLSR的珠江口城市河流水质高光谱反演

为研究珠江口城市河流水体高光谱特征与城市河流水质指数(CWQI)的关系,对中山市典型河流开展了高光谱监测和同步水质分析,基于偏最小二乘回归(PLSR)建立了高光谱数据与CWQI的反演模型,并研究了反演模型的最佳光谱分辨率和最优主成分数。结果表明：基于化学需氧量、总磷、氨氮和溶解氧4项水质指标质量浓度值计算得到的CWQI值可较好地反映研究区河流水质状况;水体不同波段的光谱反射率与CWQI存在一定的相关性,可用于区分不同CWQI的水体;光谱分辨率为50nm、提取主成分数为8时的反演模型效果最优,验证集均方根误差和平均相对误差分别为0-768和18-1%。将该反演模型与无人机高光谱监测数据结合,可较好地反映河流水质的空间差异。     

基于改进的BP神经网络模型的营口地区河流水质预测分析

采用改进的BP神经网络模型对营口地区河流水质进行适用性分析。对比分析表明:相比于传统BP神经网络模型,改进模型可对模型梯度变量进行修正,河流水质指标预测精度得到明显改善。研究成果对于营口地区河流水质预测具有重要的方法参考价值。     

基于GIS 的流域水质模拟及可视化应用研究

为探讨基于地理信息系统(GIS)的流域水质模拟方法,以宁波市皎口水库流域为例,应用Arc GIS的水文分析模块和空间分辨率为5 m的数字高程模型(DEM)生成研究区流域水系及各级汇水边界,并将流域水系划分为168个水质模拟单元。根据调查统计及实验方法获得流域污染负荷、径流量、河道水力参数、水质参数和边界浓度,并建立相应的地理信息数据库及水文水环境属性数据库。通过集成水质模型(WASP)与GIS的空间分析功能,对流域水质时空变化特征进行模拟,并利用Arc GIS实现水质模拟结果的可视化表达和统计分析。结果显示:6个监测点的高锰酸盐指数、氨氮、总氮及总磷的模拟浓度与实测值的平均相对偏差分别为10.4%、18.7%、17.4%和19.9%,水库闸前监测点高锰酸盐指数逐日模拟值与实测值的平均相对偏差为7.5%,氨氮为13.3%,总氮为8.6%,总磷为18.6%,模拟浓度与实际监测值的总体趋势相符。研究表明,基于GIS的水质模拟方法能够应用于流域尺度水质时空分布规律的研究,利用GIS对模拟结果进行空间表达及统计分析为皎口水库流域水环境保护与污染控制决策提供了科学依据。     

立面二维水质模型预测小浪底出库水质研究

针对小浪底水库下半段库区出现水质水温分层现象,建立基于标准k-ε紊流双方程的立面二维水质模型对小浪底出库水质进行了预测。通过示踪试验确定水质模型的参数,并将氨氮含量作为预测水质参数,采用实测数据对模型进行了验证,结果表明:小浪底坝下段氨氮含量预测值与实测值相比较平均相对误差为12%,坝前断面垂向氨氮含量预测值与实测值相比平均相对误差为17%,表明该水质模型可以较准确预测小浪底出库水质。应用该模型预测2013—2014年度黄河调水期小浪底出库水质表明:2014年3月10日小浪底出库水氨氮含量将达到1.20 mg/L(超标),应从3月1日开始加大陆浑水库、故县水库闸门开启度,进行稀释调度,以确保调水水质不超标。     

SWAT模型在碾盘河流域的应用研究

本文以碾盘河耿王庄水文站以上流域作为研究区域,基于SWAT模型,模拟了碾盘河流域流量、水质指标氨氮的变化过程。研究结果表明:率定期和验证期模拟结果的相关系数R~2和Ens均满足对模型的评判要求,流量和氨氮含量的模拟值与实测值的变化特征基本相符,同时汛期的模拟结果优于非汛期的模拟结果。构建的SWAT模型可用于碾盘河流域的流量、水质模拟与预测,可为研究区域水文测报、水资源管理等工作的开展提供借鉴与参考。     

贡湖水动力与水质模拟研究

利用引水调水现状及实测数据,基于MIKE软件,建立适合贡湖的二维水动力数学模型和污染物质在水体中输移转化运动的平面二维水质模型,并模拟计算在一系列时段内贡湖CODMn、总磷、总氮和氨氮浓度的分布变化。模拟得到以下结果:各项模拟计算值在2005年至2008年间趋近于实际监测值;结果表明:此浓度场模型具有很高的模拟精度,模型参数的选择是合理的。     

神经网络模型在水文模拟中的应用研究

针对传统BP神经网络模型存在收敛精度不高,引入小波函数对传统BP神经网络模型节点计算方法进行改进,并将改进的BP神经网络模型用于大洋河水文模拟研究中。研究结果表明:改进的BP神经网络模型可改变传统神经网络模型的收敛精度,在大洋河流域洪水尺度水文模拟中,相比于传统BP神经网络模型,模拟精度得到明显提高。     

非恒定一、二维耦合水质数值模拟技术研究

真实环境中的湖区和周边河网通常是相互联系的,水中污染物会随水流在湖区和河道间发生迁移;为了更客观地模拟预测这类区域中的水质变化规律,从一、二维耦合区内公共单元的水质浓度应满足相容条件出发,对一、二维连接区利用重叠投影法,建立了基于美国国家环保局WASP5模型的污染物迁移扩散机理以及有限体积法的一、二维耦合水质模型,并应用于苏北洪泽湖水系水质模拟,模拟成果验证了该耦合水质模型具有较高的可靠性与实用性的特点。     

基于BP神经网络的潇河流域水质预测

针对传统水质预测方法存在预测精度不理想以及对实测数据要求较高的问题,建立基于BP神经网络的水质预测模型,以掌握研究流域未来一定时段的水环境质量情况。模型以潇河流域6个水质监测断面2017年1月-2020年5月的重铬酸盐指数和高锰酸盐指数的浓度作为训练集,以2020年6月-2020年8月的水质数据作为验证集进行模拟与预测。结果表明：BP神经网络模型经训练后,模拟的各断面水质指标平均相对误差均小于7%,相关性系数均超过了0.98,验证集的水质指标平均相对误差均小于18%。构建的BP神经网络模型预测精度较高,可以用于潇河流域的水质预测。     

改进的垂向混合产流模型在辽西干旱半干旱区域洪水模拟中的应用

本文引入改进的Grenn-Ampt下渗曲线对垂向混合产流模型的下渗计算进行改进,并以辽西干旱半干旱区域为研究区域,对区域洪水进行模拟分析。研究结果表明:相比于传统模型,改进的垂向混合产流模型在洪水模拟精度上有明显改善,日尺度和小时尺度洪水模拟的相对误差分别减少8.7%和10.6%,洪水过程拟合系数分别提高0.26和0.30,改进模型更适用于辽宁西部干旱半干旱区域的水文模拟。研究成果对于北方干旱半干旱区域洪水模拟提供方法参考。     

基于水质模拟系统软件计算下的某河流水质状态分析研究

本文针对某河流水质状态分析评价,引入综合水质模型(WASP)开展模拟计算研究,获得了综合水质模型(WASP)模拟计算结果与断面实测数据基本一致,且相对误差值亦均在允许范围内,模型匹配性较佳。河流水质受河两岸地质条件及工业产区空间分布影响,工业产区及人流量活动大的区域,水质状态不佳。研究表明降雨量一定程度上会提升水质清洁度,但降雨量超过一定程度时,降雨会带来河流水质二次污染;污水处理厂中排出水质污染物浓度与河流水质状态并无明显关联,但排出水量与河流水质状态成反比。研究成果为水质模型模拟计算方法在河流水质状态分析评价中应用提供一定参考。     

水质模型中污染物衰减系数敏感性分析

对于河流纳污能力数值模拟问题,污染物扩散衰减系数是一个重要参数,决定了模型的准确性和可靠性。本文针对三峡大坝至葛洲坝之间河段,基于Mike21建立平面二维水质模型,以氨氮为典型污染物分析河流纳污能力,在此基础上进行了衰减系数对流量、本底浓度及有无衰减过程等因素的敏感性分析。模拟结果表明:相比本底浓度,流量的改变对污染物扩散过程的影响更为明显;污染物扩散范围随流量的增加而增加,随本底浓度的增大而降低;增大衰减系数将使污染物扩散范围减小,且高流量低本底浓度时衰减系数的取值范围较大,使得影响范围变幅最大。     

基于SWMM水质模型的某水库上游河流水质状态演化特征模拟应用研究

针对某水库上游河流水质污染物状态演化特征,引入SWMM水质模型,研究降雨强度、城市工业化程度对水质污染物浓度影响特征。研究该河流流域水质受水量与冲刷影响,COD含量、氨氮含量实测值与模拟值最大误差分别为7.0mg/L、0.4mg/L。研究降雨强度与化学污染物浓度、增长速率呈正相关,污染物浓度与降雨时间为先增后减变化,其中COD含量10年一遇峰值浓度相比0.5年一遇增长了158.3%;获得工业化程度与水质污染物浓度为正相关,氨氮含量在工业开发后峰值浓度增大了94%,各化学污染物峰值浓度均位于降雨第56～59min,不同污染物的增长初始节点有所不同。     

湖泊-河网耦合水动力水质模型研究

根据太湖地区水系复杂、湖泊众多、河道水流方向复杂多变且受到人为干扰的特征,基于一维河网水质模型,二维湖泊水质模型,采用有限控制体积法获得离散的水动力学和水质模型控制方程,通过河网与湖泊连接断面上河流的流量、水位、水质与湖泊的流速、水位和水质耦合求解,解决了河网湖泊水质模型的耦合,并将闸站控制对河流湖泊水动力水质影响过程进行了时间空间的线性化处理,以边界条件方式将闸站控制带入模型代数方程中进行统一求解,建立了适合于太湖流域的湖泊河网耦合水动力水质模型.采用太湖典型流域河网区2007年实测水文水质资料对耦合模型进行率定和验证.结果表明,模型计算值与实测资料吻合较好.该模型适用于复杂湖泊-河网区的水动力和水质变化的模拟和研究.     

长江口及毗邻海域水质和生态动力学模型与应用研究

长江口及毗邻海域氮磷严重超标导致该海域赤潮频发,已严重影响到该海域的渔业资源.为系统地实施海域污染控制和生态保护措施,科学制定污染控制方案和评估行动计划实施效果,开展海域水质和生态动力学模型研究是十分必要的.在长江口及毗邻海域流场、盐度场、温度场和泥沙场模型的基础上建立了二维水质模型,主要模拟指标为高锰酸盐指数、氨氮、无机氮、无机磷,通过2005年夏季和秋季实测水质资料进行了模型的验证和率定,确定了污染物的综合降解参数.利用二维水质模型进行设计水文条件下33个概化排污口控制污染物的水质响应系数场的模拟计算,为海域容量计算和总量分配奠定了基础.建立了长江口及毗邻海域三维生态动力学模型,利用三维生态模型对应用水质模型计算得出的总量控制方案进行了校验模拟.结果表明:实施全海区功能达标控制方案后,原赤潮易发区叶绿素浓度值显著降低,叶绿素高浓度区域面积基本消失,中高浓度区域的面积也由现状方案约1万km2减少了90%.     

改进加权马尔科夫链模型在辽西地下水开采量预测中应用

本文采用变量权重修正系数对传统加权马尔科夫链模型进行改进,从而提高模型收敛精度。并将改进模型用于辽宁西部地下水开采量预测计算。研究结果表明:改进的加权马尔科夫链模型,在区域地下水开采量预测中具有较高的精度,改进模型在研究区地下水开采量预测年误差减少16.8%,不同季节预测误差减少16.0%。改进模型研究对于区域地下水开采量预测具有参考价值。     

小波分解高、低频双自回归模型及其在水质监测中的应用

针对一些水库水质监测数据序列不仅具有平稳性、周期性,而且具有显著的多尺度性的特点,在单一自回归模型的基础上,利用多尺度小波分析的原理与方法对水质数据序列作预处理,进行分解与重构,并对重构的不同尺度下的数据子序列分别建立高、低频自回归预测模型,最后叠加各尺度下的预测结果。将该方法应用于梁辉水库4种水质指标的预测研究,结果表明与单一自回归模型相比,预测精度有明显提高。     

长江源区近年水质时空分布特征探析

长江源区地处青藏高原,气候条件恶劣,受技术条件限制,有关源区特有的高原生态环境状况的调查和报道较少。根据2012,2014,2015年长江源区科学考察获取的水质监测资料,分析了长江源区常规监测指标、金属类及有机物等水质指标,探析了近几年长江源区水质时空分布特征。结果表明:长江源区河流水质良好,大多数区域的水质指标达到Ⅰ—Ⅱ类水标准;受水体含沙量和区域地质条件的影响,源区不同区域河流水质有一定差异;源区水质年际间差异不大,基本在相同的范围内波动;与国内外河流背景值相比,源区水质基本处于河流背景值范围内;源区有邻苯二甲酸酯类有机污染物检出。该结果对于进一步开展长江源区水生态环境研究具有重要意义。