利用混沌粒子群算法确定河流水质模型参数

将混沌寻优思想引入到粒子群优化算法中,提出了混沌粒子群算法,这种方法利用混沌运动的随机性、遍历性和规律性等特性对当前粒子群体中的粒子进行混沌寻优。通过这种处理使得粒子群体的进化速度加快,从而改善了粒子群优化算法摆脱局部极值点的能力,提高了算法的收敛速度和精度。并将混沌粒子群算法应用于求解分析瞬时投放示踪剂情况下的一维河流水团示踪试验数据以及确定河流水质参数的函数优化问题,结果表明,混沌粒子群算法的收敛性能明显优于粒子群优化算法。     

应用单纯形-模拟退火混合算法估计河流水质参数

将由单纯形法(SM)与模拟退火(SA)两种算法构成的混合算法(SMSA),应用于求解分析瞬时投放示踪剂情况下的一维河流水团示踪试验数据,估计河流水质参数的函数优化问题。分别就不同的降温指数、内循环次数与新状态产生函数中的扰动系数等算法控制参数对混合算法和改进模拟退火法的收敛速度的影响,进行了数值实验。结果表明,SMSA混合优化算法对于求解估计河流水质参数的函数优化问题是非常有效的。在实验条件下,与单一具有记忆功能的改进模拟退火法的水质参数计算结果相比较,SMSA混合算法具有:①混合算法的收敛速度明显优于改进模拟退火法;②降温指数和内循环次数对SMSA混合算法的收敛速度影响非常微弱;③新状态产生函数中的随机扰动幅度大小对算法收敛速度具有较为明显的影响等特点。     

改进模拟退火法在估计河流水质参数中的应用

将模拟退火法应用于求解分析河流水团示踪试验数据，确定河流水质参数的函数优化问题。针对标准SA算法收敛速度缓慢的弱点，采取了增加附加约束条件、设置内阈值提前降温和增加记忆功能等综合措施对算法进行了改进。算例表明，综合改进措施能够明显地提高算法收敛速度，并可以得到满意的参数计算结果。计算结果也表明，内循环次数不会对外循环次数产生明显的影响。由于算法对目标函数没有附加要求，而且算法的收敛性与待估参数的初值无关，因此，改进SA算法在分析河流水质试验数据、确定水质参数方面．将会具有非常广的应用范围。     

河流水质预测中的模型选择和源强估算

论述了在水质规划和预测中水质模型的选择原则及不同模型的功能,指出COD一级降解模型在理论上的明显缺陷。同时探讨了由COD_Cr和COD_Mn法两种测定方法所引起的在源强计算中存在的问题,提出了较为合理和实用的BOD₅的源强估算方法。     

非保守示踪剂条件下的河流水质参数的确定

将描述示踪剂为非保守、瞬时投源条件下的一维河流水团示踪试验的解析表达式进行2次适当的变形,分别得到一个二元和一元线性方程。对二元线性方程应用相关系数极值法,可以推导出计算河流横断面平均流速的公式;利用直线图解法或一元线性回归法能够计算出一元线性方程中的2个常数值,据此可以计算河流的纵向离散系数D_L与示踪剂的一级反应速率常数k。与现有的数据分析方法相比较,该方法具有:(1)适用于示踪剂为非保守的情况;(2)利用一组野外试验数据可以同时计算河流离散系数D_L、河流横断面平均流速V与示踪剂的一级反应速率k常数3个参数值;(3)全部数据分析过程可以程序化,由计算机完成等特点。     

干旱地区河流动态水质模型研究

依据干旱地区河流水文、水力特性,合理简化对流扩散方程,给出瞬时突然排污条件下的动态解析解.建立了有干旱地区特点的、含有碳化BOD₅、氨氮和溶解氧三水质要素的河流水质模型,推导出水质模拟矩阵,并应用于新疆乌鲁木齐地区水磨河动态水质模拟计算.     

地下水补给对河流水质模型的影响

以经典的一维水质模型及其解为基础,将地下水对河流的补给作用作为河流水质模型的一项影响因子,利用迭加原理,给出受到沿途地下水补给影响下的河流水质模型的解析解.利用这一新解析解,定量研究地下水补给作用对河流水质模型参数的影响规律.地下水渗出(相当于一点污染源)进入河流后,在随河水向下游运移的过程中,其水质浓度也将发生衰减."连续线源"对河流水体中溶质衰减过程的影响,不简单等同于几个"点源"的迭加.含水层与河流间水量交换作用,更宜用"连续线源"去刻画.以颖河为例,河流两岸潜水补给对河流水质模拟计算的影响程度研究表明,地下水补给对河流溶质沿河变化规律的影响,理论上不能用"综合衰减系数k值"简单反映,而且它对k值计算影响相当大.     

同伦方法在环境水质模型参数反演中的应用

利用具有大范围收敛的同伦参数反演方法对水质模型参数进行计算,并应用于北京密云水库总磷的参数反演计算中。通过同伦与遗传反演两种方法分别计算沉降率的误差并进行对比表明,同伦参数反演方法具有良好的稳定性,计算速度快,且初值的选取即使远离目标函数,解仍具有很好的收敛性。     

Streeter-Phelps模型参数估计的遗传算法

提出Streeter-Phelps模型参数估计的新方法--遗传算法(Genetic Algorithm),它不同于常规参数估计方法,其优点在于,从多个初始点开始寻优,并采用交迭和变异运算避免过早地收敛到局部最优解,可获得全局最优解,且不受初始值影响.该方法不必求导计算,编程简单快捷.给出了实例计算及与其他方法相比较的结果.     

感潮河流准动态水质回荡模型的研究

根据感潮河流的水流特性,研制了准动态水质回荡模型,并利用相似的皮尔逊-Ⅲ型分布曲线对其进行求解,提出了模型参数的计算方法。该模型适用于可降解有机污染物浓度的分布变化分析,经黄浦江干流氨氮浓度资料验证,成果比较满意。     

一种新的平原河网水质模型——组合单元水质模型

根据平原河网的水力、水质特性,论述了用单元划分法求解单元水质特性的可行性,首次提出并建立了平原河网组合单元水质模型,并将该模型应用于江苏某河网的水质计算,取得了满意的成果。     

基于投影寻踪的水质评价模型

基于投影寻踪技术的基本原理和求解过程，建立了水质评价模型。大样本数据应用到模型中，使模型的精度大大提高。该模型既能根据样本本身寻求出各因子的重要程度，即客观权重．又能根据决策者对某个（些）影响因子的偏好，对样本进行分类。将遗传算法和传统优化方法相结合，以解决遗传算法求解带约束问题能力差的问题，并将其用于本文建立的模型的目标函数优化中．解决了高维数据全局寻优的难题。实例分析表明，该模型能够很好地对水质进行评价。能有效地解决多因素带来的高维复杂性，是一种处理多因素复杂评价问题的有效途径。     

水质反问题模型的时域频域算法

为了提高水质数学模型的模拟精度,充分考虑了对流扩散方程中混合系数随空间变化的特性,结合数学物理反问题理论和方法,建立了河流水质分布参数反问题模型,分别在时域和频域推导出反演计算公式,最后给出应用计算实例。时域与频域两算法的对比分析结果表明,频域计算工作量小,占储存单元少;时域的反演计算误差却明显小于频域,其抗噪性能也较频域强。这说明分布参数能明显改善水质的模拟精度,与污染物在水域的实际分布规律相吻合,本文提出的方法在水环保工作中有着广泛的应用前景。     

冰封期水动力水质模型在松花江水污染事件中的应用

根据研究流域特点建立了冰封期水动力水质模型,结合冰封期水位测量的特点,对水位模拟结果进行了修正,分别利用2006和2007年水文监测数据对模型进行了率定和验证,利用模型对2005年松花江硝基苯水污染事件进行模拟。计算结果表明:建立的冰封期水动力水质模型能够很好地适用于该地区,部分断面硝基苯质量浓度峰值的相对误差为5%~13%,峰值出现时间的绝对误差为2~3 h。利用模型预测了上游边界流量增加20%及减少5%对水质的影响,结果表明:流量增加导致污染团峰值提前22 h到达摆渡河断面,硝基苯质量浓度峰值降低了15%,流量减少导致峰值延迟6 h到达摆渡河断面,质量浓度峰值升高了4.6%。