基于改进模糊物元模型的水安全评价研究

【目的】建立基于改进模糊物元的水安全评价模型,为有效评价区域水安全状况提供支持。【方法】建立基于熵权的改进模糊物元模型,选取人均水资源量、单位面积水资源量、地表水利用程度、地下水利用程度、工业万元增加值用水量、农业用水综合定额、人均用水量、工业废水处理达标排放率、Ⅳ级以上水质级别占总河长比例、洪水受灾面积率、干旱受灾面积率、单位面积蓄水工程总库容、堤防保护耕地面积率、灌溉面积率等14项评价指标,对山西省太原、大同、阳泉、长治、晋城、朔州、忻州、吕梁、晋中、临汾、运城等11个地区的水安全进行评价。【结果】采用基于熵权的改进模糊物元模型对山西省水安全状况的评价结果表明,山西省属于水不安全地区,综合评价等级值为1.950 3;晋中市、阳泉市、长治市、忻州市和晋城市属临界安全地区,综合评价等级值分别为2.178 9,2.138 1,2.121 1,2.102 4和2.088 2;太原市、运城市、吕梁市、临汾市、朔州市和大同市属于不安全地区,综合评价等级值分别为1.869 1,1.825 9,1.816 9,1.796 2,1.769 7和1.746 3。【结论】建立的基于熵权的改进模糊物元模型的水安全评价结果与当地水资源实际状况基本相符,可为区域水资源开发利用提供指导。     

旱年模糊评价方法及其应用

在分阶段水分生产函数的基础上 ,建立了旱情与旱年的模糊评价方法。按照模糊方法 ,以梯形形式建立隶属函数。对某一作物在某一年份 ,根据 Kλ值计算隶属函数进行旱情评价。以该作物的产值占各种作物产值之和的比重作为权重 ,计算旱年的综合评价向量进行旱年评价。最后用该方法对山西省的分区旱年进行评价 ,评价结果与旱灾结果对应良好 ,说明该方法是切实可行的     

基于EMD和IDAR的灌区年降水量预测研究

针对降水量这样一种非线性、非平稳序列,研究经验模态分解方法(EMD)和信息扩散近似推理方法（IDAR）在年降水量预测中的组合应用,解决资料序列不充分情况下的区域降水量预测问题。首先,通过EMD方法对具有典型非线性与非平稳特征的年降水量时间序列进行处理,分解出包含原信号不同特征尺度的分量数据系列;然后应用信息扩散近似推理技术对各降水量分量间的复杂非线性关系进行描述,建立当前趋势以及相邻年份之间的预测规则,并进行预测。以文献案例灌区长系列降水资料为样本进行实例计算,并与其它预测方法进行了对比。结果表明：基于EMD和信息扩散近似推理的预测方法效果较好,误差绝对值和为1.30,优于人工神经网络、线性自回归方法以及单纯信息扩散近似推理的统计结果。同时,为了验证该方法的适用性,将该方法应用于文峪河灌区的降雨量预测,取得了满意的效果。研究中发现：信息扩散近似推理可将样本点转换成模糊集,部分弥补了由于数据的不完备性所造成的信息空白,并可将矛盾模式转换成兼容模式。而EMD方法可有效分解具有非线性、非平稳特征的降水序列,保留其原序列在空间（或时间）各种尺度上的分布规律。两者结合对解决样本不完备的非平稳序列的预测问题是非常有价值的。通过与其它预测方法比较,发现该模型能够很好地光滑样本数据以及能够较好地发掘知识,有较高的预测精度和推广应用价值。     

基于SWAT的汾河运城段非点源污染模拟与研究

【目的】对汾河运城段非点源污染进行模拟与分析,为该流域非点源污染控制提供依据。【方法】构建汾河运城段的非点源污染SWAT(Soil and water assessment tool)模型,根据河津水文站2005-2010年的实测逐月径流、泥沙和水质数据对模型进行率定和验证,并利用率定好的模型对研究区域的非点源污染进行模拟研究与分析。【结果】建立了包括土壤侵蚀、水文过程和污染负荷子模型的汾河运城段非点源污染模型,该模型对研究区域的适应性较好,可用于流域非点源污染的模拟研究;对非点源污染负荷时间分布规律的分析表明,研究区域各水文年的非点源污染负荷为丰水年平水年枯水年,而且发生在汛期(7-10月)的TN、TP流失量分别在60%和70%以上;对非点源污染空间分布特征的分析发现,研究区域内污染的关键区域主要为万荣与新绛县部分子流域,该部分区域降雨量、土壤侵蚀性均较大,并且坡度也相较其他区域大,因而产沙量相对较大,再加上农业活动的影响最终导致非点源污染相对较大,由此可见控制非点源负荷产出的关键在于减少流域的水土流失;对研究区域内TN、TP各类污染源贡献率进行分析可知,研究区域的非点源TN、TP负荷中分别有46.3%和53.5%为土壤养分流失所产生。【结论】汾河运城段非点源污染的控制重点在汛期(7-10月),采取相应措施减少水土流失、降低土壤养分流失、减少农业用肥量可以有效地控制研究区域的非点源污染。     

基于EMD和IDAR的灌区年降水量预测研究

针对降水量这样一种非线性、非平稳序列,研究经验模态分解方法(EMD)和信息扩散近似推理方法（IDAR）在年降水量预测中的组合应用,解决资料序列不充分情况下的区域降水量预测问题。首先,通过EMD方法对具有典型非线性与非平稳特征的年降水量时间序列进行处理,分解出包含原信号不同特征尺度的分量数据系列;然后应用信息扩散近似推理技术对各降水量分量间的复杂非线性关系进行描述,建立当前趋势以及相邻年份之间的预测规则,并进行预测。以文献案例灌区长系列降水资料为样本进行实例计算,并与其它预测方法进行了对比。结果表明：基于EMD和信息扩散近似推理的预测方法效果较好,误差绝对值和为1.30,优于人工神经网络、线性自回归方法以及单纯信息扩散近似推理的统计结果。同时,为了验证该方法的适用性,将该方法应用于文峪河灌区的降雨量预测,取得了满意的效果。研究中发现：信息扩散近似推理可将样本点转换成模糊集,部分弥补了由于数据的不完备性所造成的信息空白,并可将矛盾模式转换成兼容模式。而EMD方法可有效分解具有非线性、非平稳特征的降水序列,保留其原序列在空间（或时间）各种尺度上的分布规律。两者结合对解决样本不完备的非平稳序列的预测问题是非常有价值的。通过与其它预测方法比较,发现该模型能够很好地光滑样本数据以及能够较好地发掘知识,有较高的预测精度和推广应用价值。     

爆破溃副坝的流量过程线计算方法及其应用

在考虑特定水库的入流、库容特性及阻力、泄洪特性的基础上，按照水量平衡与输沙平衡原理，提出副坝逐渐溃决的流量过程线的1种新的计算方法，该方法被用于某水库安全问题的研究，结果表明该方法是切实可行的。     

自适应人工蚁群算法在水资源优化配置中的应用

为实现水资源合理调度,建立了水资源优化配置模型,针对该非线性模型求解较困难及其他方法求解精度不高的问题,提出了自适应人工蚁群算法(AACS)。以闻喜涑水灌区和陈村灌区水资源优化配置为实例,对涑水河陈村峪水库、紫家峪水库和杨家园水库给灌区供水调度进行优化,采用AACS法求解灌区水资源优化配置模型。结果表明:该模型可真实地反映灌区供需水平衡变化的总体趋势,所建模型是合理的,为判断时间序列数据的非线性提供了一种新方法。     

汾河下游丰水和枯水期的河流硝酸盐污染来源特征

[目的]对汾河径流丰水期和枯水期的河流硝酸盐污染来源特征进行对比分析和研究,为汾河下游氮源污染治理提供理论支持。[方法]通过研究2018年汾河下游水体硝酸盐及其氮、氧同位素不同时期的变化,分析排入河流的硝酸盐来源雨期性变化特征,并引入IsoSoure模型,定量计算各污染源对汾河下游水体硝酸盐的贡献。[结果]在丰水期和枯水期,δ~(15)N值变化范围为3.45‰～11.19‰,δ~(18)O值变化范围为-0.72‰～3.17‰,硝酸盐污染源主要为农业化肥、土壤有机氮、生活污水与粪便;硝酸盐污染源主要与汾河下游周围土地利用类型相关,丰水期临汾段与M_5采样点硝酸盐污染源主要为粪便和污水,分别占比为58%,40%,72%和58%,M_6—M_9段农业化肥贡献率最高,占比分别45.4%,62%,56.6%,56.5%。枯水期所有采样点硝酸盐污染源贡献率最高的都为粪便和污水,占比为40%～73%。[结论]汾河径流硝酸盐污染来源主要为农业化肥、土壤有机氮、生活污水与粪便,并且污染来源与土地利用类型有很强相关性,不同水期硝酸盐污染来源大多为粪便和生活污水,差别主要体现在M_6—M_9取样点,丰水期主要污染物为农业化肥,而枯水期为粪便与生活污水。     

汾河入黄口水流特性与污染物扩散模拟

为探讨交汇口污染物入河后的迁移转化规律,对汾河入黄口水流特性与污染带(化学需氧量,COD)分布进行了模拟。根据黄淤59-60断面之间实测高程值,利用插值法补充地形,并采用非结构网格划分地形。建立二维水动力水质模型,采用交替方向隐式迭代法(ADI)对水流连续性及动量守恒方程进行积分。结果表明,模型验证结果与实测资料吻合较好,用此模型对50%,75%,90%频率年汾河入黄口处进行模拟,得到了入黄口处的流速分布和污染物浓度分布结果。随着水文频率年的增大,形成的河口滩面积减小,且分别经过2.35,3.00,4.20 km的距离后COD值才能达标。     

基于盲数理论的汾河新店—入黄口段水环境容量及削减量研究

【目的】确定汾河新店-入黄口段的水环境容量以及污染物削减量。【方法】从水环境系统多种不确定性的角度出发,以盲数理论为基础,将水文、水质盲数化,利用盲信息下的河流水环境容量计算模型,对汾河新店-入黄口段主要污染物COD、氨氮的水环境容量进行计算,分析该河段的水环境容量及污染物削减量。【结果】汾河新店-入黄口段主要污染物COD和氨氮的水环境容量分别为-62.3和-58.4 t/d,表明该段污染严重,水体已经丧失了使用功能,需要削减污染物排放量,其中COD和氨氮的削减量分别为62.3和58.4 t/d。将该计算结果与确定性方法的计算结果进行对比分析,结果表明,基于盲数理论的不确定性方法能够较为合理、科学地确定超标严重河段的污染物削减量。【结论】基于盲数理论的河流水环境容量计算方法,考虑了河流的水文、水质等因素的实际变化,应用于实际是可行的。