基于实码遗传算法的河流水质模型的参数估计

针对理想条件下采用解析法往往导致水质参数估计较大误差的问题，以及针对含有多参数的二维水质模型的参数估计问题，具体介绍了采用有限单元法和实码遗传算法求解二维水质模型未知参数的基本步骤，对水质参数(包括纵向、横向弥散系数和衰减系数)分别进行编码，通过计算机模拟浓度输出，并与实测值比较从而得出最优的水质参数估计值．算例表明，采用有限单元法-遗传算法估计河流水质模型的参数是可行的．     

系统动力学模型关键参数的遗传算法估计

基于遗传算法 (GA)的理论与方法 ,提出了系统动力学 (SD)模型关键参数估计的遗传算法 ,并阐述了该方法的原理 ,给出了具体估计工作的流程 .最后 ,构造了一个 2种种群相互竞争的 SD模型 ,在无任何辅助信息的条件下 ,对其关键参数——种群间的竞争力系数用 GA进行估计 ,并与定性理论分析结果相比较 ,验证了该方法的有效性和可行性     

微生物降解动力学参数估计新算法的比较

为了有效地估计较大范围变化的微生物降解动力学参数,发展了基于瞬时精英保护策略的遗传算法(IEPGA)和简单改进遗传算法(IGA),并和多次在参数区间内获取随机初值联用Matlab的lsqnonlin搜寻的算法进行了比较.这些算法利用模拟数据和文献数据,估计了积分形式的Monod模型参数.结果表明,虽然三者均能较好解决这一问题,但考虑到实际运行规模、时间以及最终结果精度,对于较大范围变化的微生物降解参数估计问题,多次(>20次)随机初值联用lsqnonlin的方法相对两种遗传算法更为可行.     

水电机组轴系统模态参数的时域识别研究

【目的】研究利用基于环境激励的模态参数时域识别技术,探讨如何获得运行中的水电机组轴系统的自振特性参数,为水电机组轴系统自振特性研究提供新的思路。【方法】将模态参数时域识别方法引入到水电机组轴系统的振动特性研究中,采用多信号分类法确定信号中含有的系统振动阶次,利用遗传算法构造目标函数,通过寻求最优解来获得机组轴系统的自振频率和阻尼比,并对某水电站机组轴系统的自振频率和阻尼比进行了识别。【结果】基于遗传算法的模态参数时域识别方法能有效克服噪声干扰,其对水电机组轴系统自振频率和阻尼比的识别结果能够满足工程精度的要求。【结论】基于遗传算法的模态参数时域识别方法为水电机组轴系统振动特性的研究提供了新的思路。     

牟汶河钢城区河段地表水水质评价与变化趋势分析

地表水水质评价是区域水资源管理与水污染防治的基础。本文利用牟汶河莱芜(三)水文站控制断面2008-2018年的水质监测数据,采用内梅罗污染指数法和单因子评价法对牟汶河的水质状况进行评价,基于水质评价结果,采用Mann-Kendall趋势检验法对水质变化趋势进行分析。结果表明:(1)莱芜(三)水文站以上牟汶河河段总氮的污染指数均大于1,总磷指数也存在多年大于1的情况,总氮超出Ⅳ类水质标准2.8～9倍,总磷在2011-2014年分别超出Ⅳ类水质标准1.03和1.6倍,水质情况较差;(2)莱芜(三)水文站以上牟汶河河段汛期和非汛期的水质整体处于中度污染,非汛期污染指数高于汛期;(3)总体上莱芜(三)水文站以上牟汶河河段水质状况不断好转。     

基于机载LiDAR的高郁闭度华北落叶松林单木识别

【目的】高郁闭度华北落叶松林Larix principis-rupprechtii林木树冠交叉重叠,传统的基于高分辨影像的单木识别方法识别精度不高。利用机载LiDAR三维点云数据可提高高郁闭度华北落叶松林的单木识别精度。【方法】在点云数据预处理基础上,提出基于点云空间特征的高斯核函数改进的均值漂移单木位置识别方法 (MSP),比较并分析MSP法与基于点云空间特征的区域生长点云分割方法 (RGP)、基于冠层高度模型的局部最大值单木位置识别方法 (LMC)和基于冠层模型的多尺度分割单木位置识别方法 (MSC)的单木识别效果。【结果】4种方法单木位置识别精度从大到小依次为MSP(89.30%)、LMC (85.60%)、RGP (77.50%)和MSC (70.00%),MSP的漏分误差和错分误差最小,分别为8.7%和8.0%,平均单木冠幅提取精度为90.18%。【结论】提出的MSP法对高郁闭度华北落叶松林单木位置识别具有较好的适用性,利用机载LiDAR可为提取华北落叶松林森林结构参数提供新的途径。图3表3参28     

不同精度的土壤数据对水质和水量模拟的影响

【背景】模型模拟是研究面源污染的重要手段,建模过程中输入数据的质量是影响模型准确度的重要因素,其中土壤数据作为流域模型的重要输入数据之一,对模型的产流过程有重要的影响。然而,以往的研究多集中于土壤数据精度对水量和水文过程的影响,对水质的研究还比较欠缺。【目的】为丰富该领域建模的先验知识,为流域模型建立过程中的数据选择提供帮助。【方法】采用SWAT(soil&water assessment tool)模型,利用不同精度(1:5万、1:50万和1:100万)的土壤数据进行建模,对凤羽河流域的水量、泥沙、总氮和总磷含量进行了模拟。并采用SWAT-CUP软件进行参数的率定,得到基于3种不同土壤数据的最佳模拟结果。在此基础上,研究不同精度土壤数据对水文响应单元划分、模型参数、水质和水量模拟的影响。【结果】(1)土壤数据对水文响应单元(HRU,hydrologic response unit)的划分数量有明显影响,HRU划分数量的敏感性与划分阈值及土壤图详细程度有关;(2)进行参数率定后模型的表现效果有明显的提高,不同精度的土壤数据对于不同指标(流量、泥沙、总氮和总磷)的模拟效果存在差异...     

基于WASP模型的灞河流域氨氮水质达标管理方案研究

基于WASP(the water quality analysis simulation program)模型,采用马渡王水文站近20年(1991年—2010年)50%保证率下的日径流数据,结合流域2015年点源、非点源排污现状,建立灞河流域一维水质模拟预测模型。基于基础情景和污染负荷削减控制情景(情景B-情景C-情景D)4种方案,分析了研究河段水质达标状况。基础情景A分析表明,全流域河段达标率在枯水期为38.45%,平水期为22.35%,丰水期均不达标。情景B-C-D结果表明,削减负荷在一定程度上保障了研究河段氨氮指标达标率,模拟年3个水期河段达标率在80%左右。     

基于时序PolSAR影像与决策树模型的油菜物候期识别

作物物候期识别是农情遥感监测的重要内容,及时准确识别作物物候期,对有效评估作物生长趋势、提高农情信息化管理水平有重要意义。提出了基于时间序列全极化合成孔径雷达(polarimetric synthetic aperture radar, PolSAR)数据结合决策树模型的油菜物候期识别方法。首先,采用3种极化分解方法提取PolSAR极化参数,并分析各极化参数对油菜物候期的动态响应规律;其次,基于各极化分解方法提取的参数建立决策树模型,并对油菜物候期进行分类识别;最后,采用基于混淆矩阵的方法对油菜物候期识别结果进行精度评价。采用5期Radarsat-2 PolSAR数据和地面物候观测数据进行实验验证。结果表明:提取的PolSAR参数中对物候期变化较为敏感的参数有H/A/alpha分解中的散射角(Alpha)、特征值(L2、L3)、伪熵(P2)、目标方位角(Beta1)参数,Freeman-Durden分解中的地面散射(Ground)和奇次散射(Odd)参数,Yamaguchi分解中的奇次散射(Odd_Y)和螺旋体散射(Helix)参数;决策树模型对油菜物候期识别结果较为准确,识别结果中组合3种极化分解方法提取参数建立的原始决策树模型分类总体精度最高,达94%。总体上,PolSAR极化分解参数对油菜物候期变化比较敏感,决策树模型能有效识别油菜物候期。     

巢湖烔炀河水质空间分布特征及其改善策略

研究巢湖入湖河流炯炀河营养物质(N、P)和化学需氧量(CODcr)的空间分布特征,采用基于主成分分析(PCA)构造的多指标综合评价体系表征了河流水质空间变化趋势.炯炀河各段水质受到流域人类活动和河流自净功能的双重影响.上游炯河段污染最重,其F因子均值为1.03(范围0.05～1.64),主要是由炯炀镇生活污水排放、沿河固体废弃物堆积、农业面源污染等人类活动所致.炀河段水质相对较好,其F因子均值为-0.03(范围-0.08～0.04).炯河、炀河汇合后的炯炀河段水质自上游至下游总体上呈现先变差、后变好的趋势,其F因子均值为-0.30(范围-0.66～0.28),沿途农业面源污染对河水水质产生了显著影响.采用PCA分析对河流各项水质因子载荷大小比较后得出N、P是炯炀河水质的主控因子,第一主成分氮磷营养因子解释了河流水质空间变异的约60％.提出了炯炀河水质改善策略,为炯炀河生态型小流域规划与建设提供可行方案,为巢湖水环境治理决策提供科学依据.     

永定河北京段河流形态模拟与弹性修复策略研究

【目的】自20世纪80年代断流以来,永定河下游河道被侵占、破坏严重,2019年和2020年永定河实施生态补水工作。本文选取永定河宛平湖至黄良铁路间河段,模拟不同生态流量和洪水脉冲流量设定下河流形态特征,目的是将补水流量变化与河流形态变化联系,为河流生态修复提供科学支撑。【方法】(1)运用Tennant法计算永定河下游生态流量,并选取3种不同等级的生态流量作为后续模拟输入;(2)使用CAESAR-Lisflood模型模拟3种生态流量和4种洪水脉冲流量下的形态特征。【结果】(1)模拟得到3种生态流量下河道内年平均水面面积为439.29～462.74 hm2,水面高度在40～52 m之间,最大流速为1.49～2.24 m/s。河道内侵蚀区域面积为52.18～77.94 hm2,沉积区域为61.70～101.39 hm2。4种洪水脉冲流量下,河道内年平均水面面积为637.58～769.25 hm2,水面高度在42～55 m之间,最大流速在3.92～5.85 m/s之间。(2)根据不同河段的形态特征,河道内侵蚀/沉积区域范围和5年一遇洪水淹没范围,提出不同河段修复策略,并确定河道内弹性空间范围。...     

不同水质对延安设施栽培黄瓜幼苗生长及生理特性的影响

为了探究设施栽培中适合黄瓜生长灌溉的水源,采用井水、河水、自来水及蒸馏水4种水源,研究不同灌溉水质对设施黄瓜苗生长的影响。结果表明：不同水质对设施栽培黄瓜生长的影响不同,与蒸馏水灌溉相比较,井水和自来水灌溉能显著促进黄瓜苗的株高、茎粗和叶面积,存在显著性差异;浇灌三类水源可以提供黄瓜幼苗所需的矿物质和营养元素,促进其生长;选用井水和自来水对设施黄瓜幼苗进行浇灌处理,在株高、茎粗、叶面积、叶绿素含量、可溶性糖含量和净光合速率上均比用河水浇灌处理高,其中以井水效果最好。表明在设施黄瓜的栽培中,井水和自来水浇灌比河水更能促进黄瓜的生长。本研究为设施栽培黄瓜的产量和品质提供一定的参考依据。     

直接搜索-模拟退火算法在水质模型参数识别中的应用

在研究新近发展起来的模拟退火算法及其各种改进算法的基础上,提出并构造了一种能识别水质模型参数的、以记忆为基础的直接搜索—模拟退火算法,并在O connor水质模型参数识别的实例应用中,得到了更优的全局最优解,为水质模型参数识别提供了一条新途径。     

分布式水文模型在徒骇马颊河流域灌溉管理中的应用Ⅱ.水分生产函数的建立和灌溉制度的优化

【目的】优化徒骇马颊河流域冬小麦-夏玉米轮作体系的灌溉制度。【方法】以经过参数率定与模拟验证的SWAT为手段,设置了1种充分灌溉和9种非充分灌溉情形,拟合得到冬小麦和夏玉米的水分生产函数,在此基础上,以不考虑氮磷胁迫的历史灌溉情景为基本情形,设置了3种优化灌溉方案。【结果】模拟结果表明,与基本情景相比,轮作体系粮食稳产,平均节约灌溉用水29.00%,水分利用效率平均提高6.58%;与相应时段的年鉴统计值和模拟的历史情景下的产量相比,情景三下全区轮作体系粮食平均增产8.32%和11.24%;与模拟的历史情景相比,优化情景下轮作体系的水分利用率平均提高36.33%。【结论】优化灌溉方案能够在保证徒骇马颊河流域冬小麦－夏玉米轮作体系粮食稳产的前提下,有效地节约灌溉用水,提高水分利用率。     

不同生育期水分胁迫对设施延后栽培葡萄光合特性的影响

在张掖市灌溉试验站开展了设施延后栽培葡萄灌溉试验,研究了不同生育期水分胁迫对温室栽培葡萄光合指标的影响。结果表明,各个胁迫处理下光合速率均大于对照处理,而胞间CO₂浓度相比对照均有明显下降,且以生育期的先后胁迫顺序从高到低排列。水分胁迫可以提高设施延后栽培葡萄的外观品质,以开花期胁迫处理下果粒重、纵横径最大。萌芽期胁迫处理使得果实产量增加,营养品质有所提高,并且叶片水分利用效率最高,可为设施延后栽培葡萄节水、调质、增效的灌溉制度提供依据。     

河流动态水环境容量核算与影响因素分析

为探究河流动态水环境容量变化规律,有效控制污染物输入量并提高河流水环境质量,满足功能区划要求.以松花江哈尔滨段为研究区域,构建基于二维水质模型的分段求和模型(SSM),核算COD、TN和TP动态水环境容量;采用Monte Carlo模拟方法,分析模型各输入参数敏感性.结果表明,松花江哈尔滨段COD、TN和TP实际水环境容量分别为219723.26、8040.78和2161.34 t;COD和TP实际水环境容量与降水量呈正相关(COD:r=0.766,P=0.004;TP:r=0.63,P=0.028).因此,丰水期是降解污染物、提高水环境容量关键时期;气温、流量是影响动态水环境容量主控因子.研究结果可为河流环境综合治理及流域经济高质量协同发展提供理论基础与科学依据.     

基于控制单元的襄河流域容量总量控制及水质达标对策

采用乡镇行政区划与流域管理相结合的方式,对襄河流域控制单元进行了划分,调查了单元内各污染源污染指标的排放入河情况。根据控制断面的水质目标,计算了各控制区近10年最枯月平均流量下的水环境容量,进而确定各控制单元污染物的削减任务量和具体减排措施。结果表明,流域主要污染源为城镇生活、畜禽养殖和种植业,首要污染物为氨氮、总磷(Total phosphorus,TP)和化学需氧量(Chemical oxygen demand,CODcr)。基于襄河流域3个控制区,9个控制单元的划分方案,各控制单元排污入河量均较大幅度的超过了其水环境容量。近期削减任务量较高为下游C段控制区的襄河镇、六镇镇和十字镇等3个控制单元,为保证襄河入滁河控制断面水质达标,其CODcr、氨氮和总磷的削减比例要分别达到54.6%、82.9%和85.7%。     

流域总量控制下的农业非点源污染控制方案及其风险分析——以杭埠-丰乐河流域为例

以巢湖的最大入湖支流杭埠-丰乐河及其流域为研究区域,以国际较新流域管理模型WARMF（Watershed Analysis Risk Management Framework）为研究工具,通过入河负荷、水质、水量的综合分析确定流域关键控制区,提出总量标准转换系数、结合功能区水质要求、计算河段的总量负荷标准。以分段计算总量标准取代总量分配,以负荷流失率和化肥流失率为基准进行非点源内部不同土地利用类型的削减分配,通过局部灵敏度分析和摩尔斯敏感判别因子筛选风险因子,尝试以个别关键区域的控制达到全流域的改善,并且以Jacknife模拟为风险分析方法对控制方案进行风险分析。     

可见/近红外光谱技术识别树叶树种的研究

探索使用可见/近红外光谱技术识别树叶树种的可行性,为野外可见/近红外光谱技术用于树种识别提供方法。本试验识别了9个树种,测试了光谱预处理方法、识别方法对可见/近红外光谱识别的准确率的影响。对9种阔叶树种共46棵树,分别采用距离法和PLS-DA建立识别模型,比较不同波段和导数预处理方法对模型预测效果的影响。结果表明,使用距离法对原始光谱进行识别时,识别准确率<50%,不能够有效识别树叶树种。使用距离法对预处理后的光谱进行识别时,识别准确率为近红外350～2 500nm(99.16%)>350～1 000nm(88.05%)>1 000～2 500nm(81.24%),且任意单个树种的识别准确率都>98%,能够有效识别树叶树种。使用偏最小二乘法(PLS-DA)结合单列识别变量矩阵时,识别准确率高达100%,识别模型的相关系数为0.993 6,RMSEC为0.120,RMSEP为0.144,但只能成功识别4种树叶树种,当树叶种数>4时,预测模型的识别准确率陡降。使用偏最小二乘法(PLS-DA)结合多列识别变量矩阵对9种树叶的识别准确率高达99.58%,识别模型的相关系数为0.888 6～0.956 9,RMSEC为0.084 5～0.15,RMSEP为0.088 7～0.155。本试验为可见/近红外光谱技术快速识别树种提供了一种新的方法和思路。     

金墅湾水源地陆域保护区水力阻截方案研究

[目的]研究金墅湾水源地陆域保护区水力阻截方案,以确保金墅湾水源地水质安全。[方法]采用太湖流域河网一维水量水质模型,对5种水力阻截方案下金墅湾水源地陆域保护区水流运动特征及污染物输移规律进行了比较分析。[结果]将金墅湾水源地陆域保护区内现有的临时土坝拆除后,进入保护区的水量和污染负荷大幅增加,水质变差,有必要采取一定的水力阻截措施控制进入保护区的污染负荷量;在土坝拆除后,并实施水力阻截措施的情况下,进入保护区的水量和污染负荷有所减少,水质明显改善。其中,在陆域保护区周边所有河道设置水力阻截设施且调度方式为只排不引,沿湖口门田鸡港闸、金墅港闸、龙塘港闸调度设置为只引不排（方案5）时,可限制京杭运河、浒光运河河网水质较差水体进入保护区,进入保护区的水量全部来自于水质较好的贡湖,保护区内水体流动性较好,区域水质改善程度最大。[结论]从金墅湾水源地陆域保护区水流运动特征及污染物输移规律来看,水力阻截方案5相对较优。