基于自适应粒子群算法优化神经网络的多沙水库冲淤预测模型研究及应用

【目的】针对传统多沙水库冲淤预测模型难以准确、迅速预测某一具体水库调度运行方式下泥沙的冲淤变化过程,无法为制定合理水库调度运行方式提供决策依据的不足,构建一种计算效率高、能保证一定计算精度且相对简便的泥沙冲淤预测模型。【方法】将人工神经网络及粒子群优化算法引入到多沙水库冲淤预测中,构建基于自适应粒子群算法优化BP神经网络的多沙水库冲淤预测模型,并将该模型应用于冯家山水库库区泥沙冲淤形态、冲淤量的预测,验证其实用性。【结果】将多沙水库冲淤变化过程视为一个非线性动力系统,利用人工神经网络处理大规模复杂非线性动力学问题的优势,在采用自适应粒子群优化算法对BP神经网络的初始连接权值和阈值进行优化的基础上,成功构建了基于自适应粒子群算法优化BP神经网络的多沙水库冲淤预测模型。该模型在冯家山水库冲淤预测中的应用结果表明,模型计算值与实测值之间吻合良好,可满足实际水库管理的需要。【结论】所构建模型具有较强的合理性及较广的适用性,为多沙水库冲淤预测提供了一条有效途径。     

基于遗传算法的城市库群联合供水调度研究

【目的】确定西安市黑河供水系统的水库库群最佳联合引水组合,制定不同代表年的库群联合供水调度方案,为发挥西安市黑河供水系统的最大效益提供参考。【方法】从黑河供水系统实际出发,以6种库群引水能力组合方案为基础,建立库群联合供水调度模型,运用遗传算法进行求解,寻求最佳联合引水组合。通过分析不同代表年的需水要求,制定库群联合供水调度方案。【结果】利用所建立的库群联合供水调度模型进行可供水量计算,结果表明,西安市黑河供水系统的多年平均年可供水量最优为72 727.06万m³,城市供水保证率最优达98.18%,即黑河供水系统具有较大的供水潜力。并据此确定的最佳联合引水组合为：石头河水库、金盆水库、西骆峪水库、田峪水库、高冠峪水库、梨园坪水库、太平峪水库、石砭峪水库和甘河水库的引水能力分别为6,12,3,5,4,4,4,4和5 m³/s。无突发事件条件下,平水年、一般枯水年和特别枯水年西安市黑河供水系统的年可供水量分别为46 794.70,46 365.69和35 502.25万m³,突发事件情况下分别为54 413.45,53 984.44和47 887.59万m³。【结论】所制定的调度方案可以充分挖掘黑河供水系统的库群供水能力,提高水资源利用效率,最大程度地保障西安市未来的城市供水安全。     

基于事例推理的水库防洪调度决策支持系统研究

【目的】构建水库防洪调度决策支持系统,为水库洪水调度决策提供支持。【方法】将事例推理(CBR)技术应用到水库洪水调度中,建立基于CBR的水库防洪调度决策支持系统,并提出了系统关键技术的实现思路和方法。【结果】基于CBR的水库防洪调度决策支持系统的运行结果表明,系统能充分地将以往的洪水调度经验和调度模型结合起来,使调度结果更为合理、可行。【结论】所构建的系统具有较强的实用性,可以满足水库防洪调度决策的需要。     

梯级水库调度函数表征形式应用研究

【目的】针对梯级水库联合调度函数研究的不足,提出一种有效的梯级水库调度函数表征形式,为梯级水库优化运行提供技术支撑。【方法】通过系统研究梯级水库联合调度函数的表征形式,分析调度函数决策变量以及相关因子的影响,应用逐步回归方法对调度函数的相关因子进行拟合及选择,并以乌江流域梯级水库联合调度为例进行了应用。【结果】利用所提出的梯级水库调度函数形式,以乌江流域梯级水库为例,形成以时段平均出库流量为决策变量的梯级水库调度函数,通过长系列资料验证,乌江流域梯级水库多年平均发电量较梯级设计发电量增加了14.43亿kW·h,保证出力提高到2 431.9 MW,有效提高了梯级水库的发电效益。【结论】梯级水库联合调度函数的表征形式能够反映决策变量属性与水库各要素间的联系,且基于逐步回归方法确定的调度函数相关因子可以满足调度需求,能够用于指导梯级水库运行。     

微分进化算法在水电站水库优化调度中的应用

【目的】针对传统优化算法的不足,将微分进化算法应用到水电站水库优化调度问题中,建立新的优化算法模型。【方法】建立基于微分进化算法的水电站水库优化调度模型,并给出具体求解步骤。为验证算法的有效性,将其应用于具体水电站水库的优化调度计算中,最后将该方法与遗传算法的计算结果进行了对比。【结果】实例计算结果表明,与遗传算法相比,微分进化算法收敛速度快,可调参数少,计算精度高,稳定性好,且该算法简单、容易实现,具有较强的全局搜索能力。【结论】微分进化算法在解决水电站水库优化调度问题时具有很强的适用性,为求解水电站水库优化调度问题提供了新思路。     

基于小生境和交叉选择粒子群算法的水库优化调度研究

【目的】针对传统优化方法在水库优化调度计算中存在的维数灾和早熟等问题,建立新的优化算法模型。【方法】在PSO算法的基础之上,引入小生境和交叉选择算子,对寻优过程中的个体历史最好位置进行多样化处理,提出基于小生境和交叉选择算子的粒子群(NCSPSO)算法,建立基于NCSPSO算法的水库优化调度模型,并给出具体求解步骤,最后将该方法和基本PSO算法对比应用于具体水库的调度计算中。【结果】实例优化调度计算表明,NCSPSO算法计算时间较短,寻优能力强,用其进行的水库优化调度决策可以有效提高水库的总发电量。【结论】NCSPSO算法为水库优化调度提供了一条新途径。     

不同围岩中软弱夹层对洞室围岩稳定性的影响

【目的】针对传统优化方法在水库优化调度计算中存在的"维数灾"和早熟等问题,建立新的优化算法模型。【方法】在PSO算法的基础之上,引入小生境和交叉选择算子,对寻优过程中的个体历史最好位置进行多样化处理,提出基于小生境和交叉选择算子的粒子群(NCSPSO)算法,建立基于NCSPSO算法的水库优化调度模型,并给出具体求解步骤,最后将该方法和基本PSO算法对比应用于具体水库的调度计算中。【结果】实例优化调度计算表明,NCSPSO算法计算时间较短,寻优能力强,用其进行的水库优化调度决策可以有效提高水库的总发电量。【结论】NCSPSO算法为水库优化调度提供了一条新途径。     

万家沟水库泥沙处理方式的探討

本文系根据万家沟水库规划设计中的一些认识与体会而撰写的。文中介绍泥沙各种处理方式及其利弊;来水来沙规律及特性分析;水库调度方式的选择;冲沙设施及规模拟定,造床流量计算,在多泥沙河流上按终极平衡槽库客进行设计,既省投资,延长水库寿命,又充分利用水沙资源。     

宁夏太阳山刘家沟水库运行调度方案优化计算

为优化太阳山刘家沟水库运行初期调度方案,建立水库泥沙沉降、水库补水时段次数、水库淤积、蒸发渗漏、水处理的综合运行效益多目标模型,对水库不同运行调度方案进行分析计算,为水库运行调度方案的制定提供依据。     

乌金峡水库冲淤变化初步分析

乌金峡水库位于黄河上游白银段,运行以来,因泥沙淤积使得库容损失较大。本文通过对水库地形测量数据分析,对水库冲淤现状和未来发展趋势进行了解析。并提出合理建议,如利用中高水排沙、每年进行库容测量,再结合上下游进出库水文站的水沙资料研究,为金峡水库的调度、水资源合理利用提供了参考。     

水葫芦和香蒲对富营养化水体及其底泥养分的吸收

为探明水葫芦、香蒲改善富营养化水体水质的效果及其对底泥养分释放的影响,以其为试材,采用人工模拟试验方法,分析其对不同富营养化水体及其底泥养分吸收的情况。结果显示:水葫芦比香蒲有更好的适应性,在不同浓度的水体中生物量快速增加,而香蒲则需要较长的适应期;在总氮、总磷浓度分别为3.2～14.2 mg/L和0.2～1.0 mg/L的富营养化水体中,水葫芦、香蒲均可有效地消减上覆水中总氮和总磷。处理3个月后,水葫芦净化系统的总氮、总磷浓度分别降至0.84～0.86 mg/L、0.035～0.044 mg/L,对水体总氮、总磷的去除量分别为72.0%～94.0%、82.5%～98.1%,总氮、总磷的负荷去除量分别为18.4～105.8 mg/(m2.d)、1.3～7.6mg/(m2.d);香蒲净化系统的总氮、总磷的浓度分别降至0.96～1.09 mg/L、0.030～0.062 mg/L,对总氮、总磷的去除率分别为66.0%～92.8%、77.0%～93.8%,总氮、总磷的负荷去除量分别为8.4～52.3 mg/(m2.d)、0.6～3.7 mg/(m2.d)。表明水生植物水葫芦和香蒲可有效消减富营养化湖泊水体氮、磷等内源污染物,对富营养化水体水质具有良好的改善效果。     

水产养殖用水质底质改良剂问题剖析

明确了水产养殖用水质底质改良剂的定义、分类,梳理了其和渔药的关系,剖析了其在生产和使用中存在问题,针对其乱象提出了相关意见和建议。     

黄河水沙调控研究综述

从水沙调控的理论研究进展、调控模型及算法研究进展、已取得的治沙成果等方面对黄河干流水沙调控进行了总结性梳理,围绕黄河中下游取得的调水调沙成果,论述了黄河水沙调控目前存在的问题及对策,构建了黄河全流域水沙联合调控体系,旨在补充和完善黄河干流水沙调控理论,并为黄河全流域的水沙联合调控体系的最终建立提供参考。     

上海港到港船舶压载水沉积物细菌群落多样性

为了解船舶压载水沉积物中微生物多样性,利用Illumina Mi Seq 2500高通量测序平台对上海港到港船舶压载水沉积物中细菌基因样本进行测序,并进行生物信息分析。从11份压载水沉积物样品中共检测到420 069条有效序列,微生物群落分析结果显示共有38门、98纲、226目、393科、704属细菌,优势类群为变形菌门(Proteobacteria 72.98%)、放线菌门(Actinobacteria 9.11%)、拟杆菌门(Bacteroidetes 8.71%)、绿弯菌门(Chloroflexi 4.06%)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes 1.47%)、酸杆菌门(Acidobacteria 1.18%)和其他(2.50%)。本次研究在压载水沉积物中检测到了分枝杆菌属(Mycobacterium)、游动球菌属(Planococcus)、假单胞菌属(Paenibacillus)、类芽孢杆菌属(Streptomyces)和链霉菌属(Inquilinus)的致病菌或条件致病菌。结果显示压载水沉积物中微生物多样性丰富,要充分重视我国到港船舶压载水沉积物中微生物以及致病菌的研究,为阐明外来致病菌通过压载水途径入侵的机制和防控奠定基础。     

孔雀石绿在养殖水和底泥中的残留消除规律

【目的】掌握养殖水体和底泥中孔雀石绿残留的消除规律,为其环境污染治理提供参考依据。【方法】通过人工模拟养殖生态系统,采用正交试验设计探讨不同光照强度（1025、5320、12000 lx）、扰动强度（50、100、200 r/min）和p H（6.0、8.0、10.0）对孔雀石绿在养殖水体和底泥中残留与消除规律的影响。【结果】随着时间的推移,养殖水体中孔雀石绿残留量呈逐渐减少的变化趋势,而底泥吸附的孔雀石绿残留量呈降低—回升—降低的变化趋势。孔雀石绿在养殖水体和底泥中的残留量均是在光照强度12000 lx、扰动强度200 r/min、pH 8.0的条件下消除最快。方差分析结果显示,光照强度是影响孔雀石绿在养殖水体中残留消除的主效环境因子,光照强度与扰动强度是影响孔雀石绿在底泥中残留量消除的主效环境因子,p H变化对孔雀石绿在养殖水体和底泥中的残留量均无显著影响（P〉0.05）。【结论】不同环境因子对养殖水体和底泥中孔雀石绿残留消除的影响作用表现为：光照强度〉扰动强度〉p H,因此清除水产养殖环境中的孔雀石绿残留应从底泥入手,通过暴晒和翻耕等方法制造高光照强度、高扰动强度条件以加速底泥中孔雀石绿的降解。     

富营养化水体底泥污染状况及修复技术研究进展

底泥是水生生态系统的重要组成部分,修复池塘底质是保持水质稳定和防控水生生物病害的基础,也是水体富营养化防治的关键。本文介绍了水体和底泥富营养化形成的原因,描述了富营养化水体底泥的污染现状,论述了当前修复底泥使用的2种技术手段,即原位修复技术和异位修复技术,详细阐述了2种技术手段中的物理、化学、生物修复技术的研究进展,并就修复技术今后的发展方向做了概述。     

杭嘉湖平原湿地底泥-上覆水磷素状况及其水质响应研究

    选取太湖流域南冀31处代表性滨岸带湿地采样点进行底泥-上覆水磷素状况面上调查,并选取该区腹地下渚湖湿地作为典型案例研究.面上调查表明,湿地底泥含总磷(TP)0.17～1.20 mg·g-1,最大吸附量(Qmax)为228.1～824.5 mg·kg-1,存在富磷化趋势.底泥NaOH+EDTA-P的积累与TP密切相关,并伴随其积累Olsen-P含量提高.湿地上覆水含TP 0.036～0.944 mg·L-1,普遍达到水体富营养化水平;总颗粒态磷(TPP)占TP含量的69.1%±15.0%,溶解态活性磷(DRP)相对较低;水源区湿地水体磷素水平低下.面上调查与典型案例下渚湖湿地研究发现,底泥TP及(或)Olsen-P与对应上覆水TP浓度之间没有显著相关性,仅从内源底泥富磷水平及其组分特征分析不能直接预测太湖流域南冀滨岸带湿地上覆水的磷素变化趋势.     

虾塘养殖对红树林沉积物和间隙水理化性质的影响

红树林湿地在近海水体营养控制和营养盐循环过程中扮演着重要的角色。沉积物、水体和植被相互作用共同维持其生态功能的运转,了解虾塘养殖对林下沉积物和间隙水养分特征影响对评价红树林生态功能具有重要指导意义。本研究以受虾塘养殖废水排放不同影响程度的红树林（无排放区、直排区、修复区）为研究样地,通过不同生境下沉积物与间隙水养分特征的分析,探讨虾塘养殖对他们的影响。结果如下：1）受虾塘养殖废水排放影响区中（直排区、修复区）红树林下沉积物TN与OM、TP呈正相关关系,虾塘养殖废水直排对林下沉积物具有明显酸化作用;2)NH4+-N是红树林下间隙水可溶性无机氮（DIN）的主要组成形式,无排放区沉积物还原性较强,更利于NH4+-N累积在间隙水中;NO3--N与DIN呈极显著相关,虾塘养殖废水排放增强了NO3--N、NO2--N和DIN的累积效应。研究结果表明沉积物和间隙水的理化性质可作为评价虾塘养殖区边邻红树林生境变化规律的定量指标之一。     

衰亡期沉水植物对水和沉积物磷迁移的影响

通过室内模拟的方式,分别研究了秋季黑藻、苦草和春季菹草的衰亡过程,分析了沉水植物在衰亡期间水、沉积物中磷与环境因子[pH、氧化还原电位(Eh)和溶解氧(DO)]的相互作用。结果表明:沉水植物黑藻和菹草在衰亡期间能显著提高水中总磷(TP)、溶解性总磷(DTP)、颗粒磷(PP)、溶解性活性磷(SRP)和溶解性有机磷(DOP)的含量;苦草在衰亡期对水体各形态磷含量影响不显著,且各形态磷含量的变化相对较小(TP,0.04-0.06 mg/L);环境因子的变化对水中磷含量影响显著,黑藻和菹草水体中TP的含量和环境因子pH、DO和Eh均呈负相关,而苦草组水中各形态磷的含量受环境因子影响不显著。实验期间不同植物组沉积物中总磷(TP)、NaOH提取磷(NaOH-P)、HCl提取磷(HCl-P)、无机磷(IP)和有机磷(OP)的含量均呈上升趋势。沉积物IP的含量主要受NaOH-P的影响,OP对TP的影响要大于IP,沉积物OP与OM(有机质)的含量存在显著正相关。     

悬沙胁迫下菹草去除水体中营养物质效果的研究

采用室内培养模拟试验的方法,研究了不同浓度梯度的悬沙胁迫下,菹草对水体中N、P等营养物质的去除效果.结果表明,悬沙处理15d后,各组水体的总磷(TP)含量均有减少,与悬沙处理浓度呈负相关(y=- 0.0009x²- 0.0179x+1.3779 ,R²= 0.9822,x是悬沙浓度,以下同),而各组水体中的总氮(TN)、NH4⁺-N和NO^-3-N含量变化则不明显,各组水体中NO^-2-N含量均有所上升,与悬沙处理浓度呈正相关(y=0.0021x+0.0381 ,R²=0.9642) ;菹草对水体TP去除率随着悬沙处理浓度的增加而增加(y=0.0633x²+1.2665x+ 2.2796 ,R²=0.9822 ),菹草对水体 NO^-2-N 去除率随着悬沙处理浓度的增加而降低(y=0.0515x²- 8.4821x- 46.016,R²=0.9646) ;菹草对水体TP去除速率随着悬沙处理浓度的增加而增加(y=0.00006x²+0.0012x+0.0021, R²=0.9822) ,菹草对水体 NO^-2-N 去除速率随着悬沙处理浓度的增加而降低(y=-0.0001x- 0.0008 ,R²=0.9642 );总的来说,一定浓度悬沙胁迫在一定程度上可以促进菹草对水体TP的吸收,但是由于试验期间水温较低,菹草生长缓慢,在悬沙胁迫下菹草对水体TN和 NO^-3-N 等主要指标吸收影响不显著,同时也说明菹草对悬沙胁迫具有较强的抗逆性,可以用作含沙量较高富营养化水体的水质改良中的沉水植物.