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《首都师范大学》 2013年
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基于不确定性分析的WASP水质模型研究

张质明  
【摘要】:水环境作为一个开放的巨系统,充满着来自各方面的不确定性因素,包括其内在的污染物在水中的扩散、迁移、沉淀、生物分解等物理、化学、生物与其综合作用的影响外,还包括种种来自于自然界、人类等外来条件的干扰。这就给水质变化规律方面的研究带来了很大困难。 为了提高研究者对水环境的认识并做出更加切合实际的决策,就需要借助水质模型来定量化水质变化过程。经过近一个世纪的努力,目前的水质模型已经广泛应用于水质管理,在一定程度上能够定量反映水质变化规律。但是由于水环境本身的复杂性,水质模型仍然存在着较大的不确定性。这些不确定性一方面影响着模型的模拟效果,另一方面也制约着模型在实践当中的应用。因此如何在现有的条件下能够减少模拟的不确定性,就成为了目前模型研究工作中的一个重要方向。 目前机理水质模型的应用几乎都是通过调节参数来应对河段的水质变化特征,而在模型中出现的众多参数在复杂的耦合作用下,往往在率定中又会出现“异参同效”现象,致使同时出现多组参数组合均能够满足最终模型的精度。然而不同的参数组所对应的水质转化过程并不一样,因此通过一般的似然函数进行参数率定,就难以衡量各个过程对水质变化的贡献度,同时机理型水质模型就丧失了模拟水质转化过程的能力,预测的风险也会变大。 为了减少模型模拟的不确定性,本文在Simulink环境下,对WASP (Water Analysis and Simulation Program)模型的框架进行了分解,以便于能够监测各个模块在模拟过程中的情况;在模型结构方面,以北运河通州榆林庄闸至杨洼闸河段为例,利用实测数据进行回归分析对河道参数的选取进行了改进,以减少在河道参数模拟方面因模型结构所产生的不确定性;此外利用人工神经网络建立了COD计算模块,用于填补WASP模型中的功能;利用蒙特卡罗模拟方法,分别对模型的DO、CBOD、氨氮、硝态氮进行模拟,并利用分解后的模型对其中各个子模块所产生的不确定性进行分析;通过目前普遍用于全局敏感性分析的Sobol方法与EFAST方法,确定模型的敏感参数,并讨论不同时空条件下参数的敏感性变化与模拟结果不确定性的对比;通过原位监测与实验室模拟结果建立先验知识库,并根据其中的约束条件,确定参数取值范围及分布,之后利用GLUE方法进行多目标全局寻优率定,以缩小因参数取值所导致模拟的不确定性;最终通过蒙特卡罗模拟,依照WASP的结构框架下,对水质变化的规律进行了解释。 论文主要结论可概括为: (1)利用经验模型对如WASP的机理模型内的模块进行改写,既能够有效地减少模型所需率定的参数,也使得模型更加具有本地的特征,并也可以补充WASP模型的模拟功能; (2)模型整体输出的不确定性随时间的不同有较大的差异,且各个子过程在不同的时间内也呈现了差异较大的不确定性。WASP模型当中存在明显的“异参同效”作用,各个子模块此消彼长,仅靠传统方法进行全局寻优率定,并不能体现水体各组分之间相互转化的过程,还需要结合实验对关键参数进行进一步率定。 (4)通过全局敏感性分析,发现参数SOD、E12、E1R、fD5、fon、GP1、PNH3、 KNIT、anc、K12的敏感性较强;对比总敏感性与一阶敏感性指数之间的差异,也可以发现WASP模型当中的若干参数耦合性较强,不能使用一次一个变量法对这些变量进行敏感性分析;WASP的参数敏感性指数会受时间(季节)变化的影响较大,可能会导致敏感参数数量上的变化,而随空间变化的不大。 (5)通过模块的本土化、利用先验知识库进行参数范围筛选以及多目标率定,模型的不确定性被显著减小,较好地体现北运河的水质转化规律;在此基础上基于WASP模型各个模块的分解,可以通过蒙特卡罗模拟计算出各个子模块的承担负荷量,解释了水质变化的规律。
【学位授予单位】:首都师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:X143

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 汪家权,陈众,武君;河流水质模型及其发展趋势[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2004年03期
2 樊敏;顾兆林;;非机理性水质模型研究综述[J];环境科学与管理;2009年09期
3 张永祥;蒋源;施同平;魏海娟;邹洪;;基于WASP7.2河流水质模型的应用研究[J];北京水务;2010年01期
4 蔡毅;邢岩;胡丹;;敏感性分析综述[J];北京师范大学学报(自然科学版);2008年01期
5 李志强,王世俊;灰色马尔柯夫模型在地表水体DO浓度预测中的应用[J];重庆环境科学;2002年03期
6 李胜;梁忠民;;GLUE方法分析新安江模型参数不确定性的应用研究[J];东北水利水电;2006年02期
7 程万里;李亦芳;郝伏勤;樊亚玲;;黄河三门峡段基于马尔科夫模型的水质预测[J];电力环境保护;2008年03期
8 朱新军;王中根;李建新;于磊;王金贵;;SWAT模型在漳卫河流域应用研究[J];地理科学进展;2006年05期
9 陈守煜;工程可变模糊集理论与模型——模糊水文水资源学数学基础[J];大连理工大学学报;2005年02期
10 马蔚纯,张超;基于GIS的水质数值模拟——以上海市苏州河为例[J];地理学报;1998年S1期
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 于洋;北运河水体中氨氮的氧化过程及微生物响应特征[D];首都师范大学;2012年
2 王惠中;浅海与湖泊三维环流及水质数值模拟研究和应用[D];河海大学;2001年
3 张洪刚;贝叶斯概率水文预报系统及其应用研究[D];武汉大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张俐;基于GIS的水量水质耦合模型应用研究[D];武汉大学;2005年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田晓艳;;计算智能主要算法研究[J];安防科技;2009年12期
2 纪岚,李菁,汪家权;合肥市南淝河水环境容量研究[J];安徽大学学报(自然科学版);2004年06期
3 王龙奎,汪祖柱;关于多目标演化算法的策略分析[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年03期
4 马莉;桂和荣;曹彭强;;河流污染二维水质模型研究及RMA4模型概述[J];安徽大学学报(自然科学版);2011年01期
5 岳平;;GM(1,1)模型在海口市农作物种植业水污染预测中的应用[J];安徽农业科学;2008年08期
6 刘晓璐;赵晓慎;习树峰;徐振国;;模糊可变评价模型在水资源可持续利用等级评价中的应用[J];安徽农业科学;2009年01期
7 吴琳;景晓辉;黄俊生;;产纤维素酶菌株的分离·筛选及酶活性测定[J];安徽农业科学;2009年17期
8 陈沐松;宋兰兰;;Mike 21在垃圾发电厂温排水数值模拟中的应用[J];安徽农业科学;2011年15期
9 唐大元;;WASP水质模型国内外应用研究进展[J];安徽农业科学;2011年34期
10 唐海滨;吴振斌;梁威;;水环境容量及其水质模型研究进展[J];安徽农业科学;2012年17期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 齐继阳;竺长安;曾议;;基于遗传禁忌混合搜索算法的设备布局研究[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 谢启苗;孔得朋;李强;陈兵;;感温探测器响应时间的不确定性分析[A];2011安徽省科协年会——海湾杯“社会消防安全管理创新”专题年会论文集[C];2011年
3 郭松峰;祁生文;翟文龙;黄晓林;;云南龙江特大悬索桥锚碇稳定性分析[A];中国科学院地质与地球物理研究所第11届(2011年度)学术年会论文集(中)[C];2012年
4 齐珺;孙长虹;史芫芫;李国光;;河流水质模型发展现状[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
5 李文君;暴柱;邢焕政;郭勇;于卉;;基于改进集对分析法的北方水源地水库富营养化评价[A];2011中国环境科学学会学术年会论文集(第一卷)[C];2011年
6 高尚;江新姿;汤可宗;;蚁群算法与遗传算法的混合算法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 孙俊清;李平;韩梅;;装卸桥调度问题及其混合智能优化算法GASA[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 曹浪财;罗键;;一种改进求解TSP问题智能蚂蚁算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 徐耀群;何少平;;傅立叶混沌神经网络及其在优化中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 杨阳;陈宗海;张海涛;;复杂系统仿真的前端智能化综述[A];'2003系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2003年
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1 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 孙明;基于小波和迟滞的混沌神经网络及其应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 王蕊;无线传感器网络部署与拓扑控制研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 梁桥康;特殊应用的多维力/力矩传感器研究与应用[D];中国科学技术大学;2010年
6 穆振侠;高寒山区降水垂直分布规律及融雪径流模拟研究[D];新疆农业大学;2010年
7 孔令启;基于内外圈协同优化策略的间歇化工过程不确定性调度研究[D];华南理工大学;2010年
8 梁钦锋;扩散火焰形态及气化炉内熔渣沉积与传热规律研究[D];华东理工大学;2010年
9 陈军;曲线曲面的几何约束造型与近似合并[D];浙江大学;2010年
10 商秀芹;新型进化计算方法及其在炼铁烧结过程建模与优化中的应用[D];浙江大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 柳枝华;微粒群优化算法的改进及应用[D];南昌航空大学;2010年
2 张海峰;空间三维信息重构与飞行器路径规划[D];山东科技大学;2010年
3 肖小城;粒子群算法求解作业车间调度问题的研究[D];郑州大学;2010年
4 李跃;三维运动估计在织物动态仿真中的应用[D];浙江理工大学;2010年
5 张淑琢;莱芜城区牟汶河综合治理的水文效应研究[D];山东农业大学;2010年
6 辛贵州;无人飞行器航迹规划算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王东阳;多智能体调度优化算法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 闫颖;基于模拟退火和团划分的综合技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 杨立标;基于混合优化策略的粒子群算法及其应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 齐成;基于非线性弯曲的伸缩臂优化研究[D];大连理工大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蓝永超,康尔泗,马全杰,杨文华,姚志宗;龙羊峡水库入库径流变化特征及趋势预测[J];冰川冻土;1999年03期
2 王书功,康尔泗,李新;分布式水文模型的进展及展望[J];冰川冻土;2004年01期
3 叶兴平;张玉超;;TMDL计划在污染物总量控制中的应用初探[J];环境科学与管理;2008年08期
4 杨秀芝;贾春梅;;投资项目因素敏感性分析[J];边疆经济与文化;2005年12期
5 李军,井艳文,潘安君,楼春华;MIKE11 模型结构及其在南沙河流域规划中的应用[J];北京水利;1998年05期
6 董志颖,李兵,孙晶;GIS支持下的吉林西部水质预警研究[J];吉林大学学报(地球科学版);2003年01期
7 叶栋成;慕山;陶月赞;;地下水补给对河流水质模型的影响[J];吉林大学学报(地球科学版);2008年04期
8 张洪刚,郭生练,周芬,刘攀,程海云,陈桂亚,闵要武,杨文发;考虑预见期降水的三峡水库区间洪水预报模型研究[J];长江科学院院报;2005年01期
9 李志强,王世俊;灰色马尔柯夫模型在地表水体DO浓度预测中的应用[J];重庆环境科学;2002年03期
10 王宏彦,崔丽洁;GIS技术在水文水资源领域的应用[J];东北水利水电;2002年10期
中国博士学位论文全文数据库 前4条
1 邓云;大型深水库的水温预测研究[D];四川大学;2003年
2 曾润颖;太平洋暖池区深海沉积物中微生物分子生态学研究[D];厦门大学;2003年
3 刘学端;海底及污染环境中微生物群落分子多样性研究[D];湖南农业大学;2003年
4 张喆;山东近岸海域浮游细菌、病毒生态学调查及沉积物细菌多样性研究[D];中国海洋大学;2008年
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1 陈岭;氨单加氧酶基因(amoA)在氨氧化细菌种群分析和定量检测中的应用研究[D];浙江大学;2003年
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1 王四巍;王怀军;刘汉东;;水厂铁矿边坡稳定性随机有限元法分析[J];华北水利水电学院学报;2006年04期
2 徐莉;令狐谦;朱同斌;;烟气脱硫项目经济风险的蒙特卡罗模拟[J];技术经济;2008年05期
3 朱长军;郝振纯;李树文;周继红;刘德东;;二维灰色水质模型在地下水污染模拟中的应用[J];辽宁工程技术大学学报;2007年06期
4 赵红亮;冯夏庭;张东晓;;基于集合卡尔曼滤波的岩土力学参数动态估计[J];岩石力学与工程学报;2007年S2期
5 Martin Bergvall;Harald Grip;Jan Sjstrm;Hjalmar Laudon;丁莉;;市政饮用水供应中的污染物输移:一种估计速率和不确定性的稳态方法[J];AMBIO-人类环境杂志;2007年06期
6 薛联青;郝振纯;李丹;康尹;;农业非点源污染随机监测方法的探讨[J];水电能源科学;2008年02期
7 彭伟;吴剑锋;阎婷婷;;渗透系数的条件模拟对污染物运移的不确定性分析[J];南京大学学报(自然科学版);2008年03期
8 张霞林;关文龙;;阿曼特大型复杂裂缝碳酸盐油田的岩心分析项目[J];国外油田工程;2009年01期
9 李祖奎;Marianthi Ierapetritou;薛美盛;;过程工业不确定条件下的计划与调度优化[J];化工进展;2009年07期
10 俞胜平;庞新富;柴天佑;郑秉霖;;加工时间不确定的炼钢连铸生产调度问题研究[J];控制与决策;2009年10期
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1 刘恩东;井元伟;张嗣瀛;;不确定非线性组合系统基于动态神经网络的鲁棒控制[A];2004中国控制与决策学术年会论文集[C];2004年
2 孙蓓云;周辉;陈向跃;毛从光;;用Bootstrap方法求取电磁脉冲损伤函数[A];第十届全国抗辐射电子学与电磁脉冲学术年会论文集[C];2009年
3 张美玉;刘玉忠;;具有执行器饱和的不确定时滞切换系统的反馈镇定[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第一分册)[C];2009年
4 俞新尧;陈宗基;;鲁棒自适应控制系统[A];1996中国控制与决策学术年会论文集[C];1996年
5 黄德才;赵克勤;钱能;;描述和处理系统不确定量的一种新方法[A];1999中国控制与决策学术年会论文集[C];1999年
6 洪奕光;秦化淑;;力学系统的鲁棒控制[A];1994年中国控制会议论文集[C];1994年
7 费敏锐;郎文鹏;陈伯时;;工业炉窑用智能控制方法进展[A];1995年中国控制会议论文集(下)[C];1995年
8 刘闯;刘西拉;;结构体系可靠性计算精度的探讨[A];第四届全国结构工程学术会议论文集(下)[C];1995年
9 孟红霞;贾英民;;一类非线性延迟不确定系统的神经网络变结构控制[A];第二十二届中国控制会议论文集(上)[C];2003年
10 吕建伟;施文杰;;基于粗糙集的舰船研制方案效费分析研究[A];第三届不确定系统年会论文集[C];2005年
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1 国务院发展研究中心金融研究所所长 夏斌;密切关注不确定性 相机抉择从紧政策[N];金融时报;2007年
2 霍侃;七项政策应对宏观经济不确定性[N];商务时报;2008年
3 吕航;英国货币政策给英镑带来不确定性[N];金融时报;2005年
4 金吾伦;复杂性思维的特征[N];学习时报;2005年
5 崔吕萍;宝硕大股东祭出清欠预案[N];北京商报;2006年
6 国家信息中心经济预测部 牛犁;次贷危机增加国际油市不确定性[N];中国经济导报;2007年
7 林喆;医药行业一季度景气度“回暖”[N];中国医药报;2007年
8 证券时报记者  魏曙光;A50指数期货上市首日遇冷[N];证券时报;2006年
9 上海证券研发中心 郭燕玲;收官之战机会向两大预期集中[N];上海证券报;2007年
10 国都证券 张翔;继续反弹空间有限[N];中国证券报;2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张质明;基于不确定性分析的WASP水质模型研究[D];首都师范大学;2013年
2 彭森;基于WASP模型的不确定性水质模型研究[D];天津大学;2010年
3 孔得朋;火灾安全设计中参数不确定性分析及耦合风险的设计方法研究[D];中国科学技术大学;2013年
4 张敏;项目进度管理的行为不确定性及其控制策略研究[D];华中科技大学;2011年
5 田俊峰;不确定性条件下供应链管理优化模型及算法研究[D];西南交通大学;2005年
6 张营;我国通货膨胀率波动、不确定性与宏观经济运行研究[D];吉林大学;2009年
7 叶忠;教育与就业关系的不确定性[D];华中师范大学;2004年
8 陈玥;基于灰色系统理论和云模型的反精确洪水灾害分析[D];华中科技大学;2010年
9 蒋国萍;软件项目风险管理的贝叶斯网络模型研究[D];国防科学技术大学;2005年
10 陈作贤;最小相位不确定非线性系统的鲁棒自适应输出调节[D];中国科学技术大学;2008年
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1 路成刚;基于WASP7.3的南四湖水质模拟分析研究[D];青岛理工大学;2010年
2 孙豪文;基于WASP模型的湘江中下游水质模拟研究[D];长沙理工大学;2013年
3 陈珊;WASP水质模型在南水北调东线南四湖水质预测中的应用[D];青岛理工大学;2012年
4 赵琴;Wiskott-Aldrich综合征患儿基因型与临床表现型关系初探[D];重庆医科大学;2011年
5 金梦;基于WASP水质模型的水环境容量计算[D];辽宁大学;2011年
6 杜石磊;考虑徐变效应的预应力混凝土梁的可靠度分析[D];北京交通大学;2011年
7 吴莉;基于收益的供应链供应不确定性协调机制研究[D];厦门大学;2009年
8 刘丽;实物期权在房地产投资决策中的应用研究[D];重庆大学;2008年
9 孙诗雄;不确定性下高新技术企业价值和风险评估[D];浙江大学;2006年
10 李志成;基于随机响应面法的CMAQ空气质量模拟系统不确定性传递方法实现与评价[D];华南理工大学;2011年
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