密云水库入库河流沉积物重金属的风险评价

密云水库作为首都北京重要的水源地,了解其入库河流的重金属污染具有重要现实意义。文章在流入密云水库的潮白河水系选择了6个监测断面,测定了沉积物中Cu、Zn、Pb、Cr、Cd五种重金属的含量,并利用地累积指数法和Hakanson潜在生态风险指数法对沉积物重金属进行了生态风险评价,结果表明:(1)基于地累积指数法的评价表明研究区内5种重金属生态风险等级的排列顺序为Cd>Cr>Cu>Zn>Pb;(2)基于单项潜在生态风险指数的评价表明研究区内沉积物中Cu、Pb、Zn、Cr处于轻微等级,Cd则有不同程度的污染;该区域重金属生态风险等级顺序为Cd>Cu>Cr>Pb>Zn;(3)根据综合潜在生态风险指数,汤河怀柔区段处于中等风险等级;潮河、白河及黑河段的风险等级为轻微。

常见沉水植物对东湖重度富营养化水体磷的去除效果

采用人工模拟方法,选取武汉市东湖的春季优势种金鱼藻、伊乐藻和菹草,夏季优势种类金鱼藻、狐尾藻和苦草,在春夏两个季节分别对东湖重度富营养化水体磷的去除效果进行了比较研究。结果显示:5种沉水植物在春夏季节生长良好,其中金鱼藻生物量增长率最高(春季为128.88%,夏季为58.33%)。5种沉水植物均能较好地吸收上覆水中的磷,其中金鱼藻在春夏两季对水体总磷的去除率均为最高(春季为91.75%,夏季为92.44%)。同时5种沉水植物还可抑止底泥中磷的释放,均使上覆水中各形态磷浓度保持较低水平。结果表明,金鱼藻在春夏季节均表现出较好的生长和净化水体磷的能力,且其耐污能力强,有可能成为以东湖为代表的重度富营养浅水湖区植物修复的先锋种之一。

基于可预测元分析的模型失配检测方法研究

模型预测控制器(MPC)是一种广泛应用于工业过程控制系统的先进控制策略,在工业生产过程中具有举足轻重的作用。然而,MPC中预测模型与实际过程系统存在模型失配(MPM),这会导致其控制性能下降,因此对MPC进行模型失配检测具有重要意义。本文研究一种基于可预测元分析(ForeCA)的模型失配检测方法。首先,选取预测误差作为MPM检测数据集并进行数据预处理;然后,采用正常工况下的过程数据集建立ForeCA模型,提取可预测特征并构建MPM检测指标基准和控制限;最后,实时采集过程数据,采用ForeCA提取实时过程数据集的可预测特征并计算MPM检测指标。实验结果表明,本文方法能够准确有效地实现对多输入多输出(MIMO)过程控制系统中MPC的模型失配检测任务。

基于去趋势波动分析的阀门粘滞检测方法研究

控制阀门是工业过程实现精准控制的关键执行机构,然而,阀门粘滞故障会严重损害工业过程控制性能和系统稳定性。本文研究一种基于去趋势波动分析(DFA)的阀门粘滞检测方法。首先,选取控制器输出(OP)和被控过程变量(PV)作为阀门粘滞检测数据集并进行数据预处理;然后,采用DFA方法计算数据预处理后OP和PV的Hurst指数,用于度量变量数据的长程相关性;最后,构建加权阀门粘滞检测指标用于检测阀门粘滞故障。通过仿真实验和工业实例实验表明,本文方法能够准确有效地实现对工业过程控制回路中阀门粘滞故障的检测任务。

基于PLS交叉积矩阵非相似度分析的MPC性能监控与诊断

针对传统基于输出协方差矩阵的性能监控方法未充分考虑过程变量与输出变量之间的相关性问题,提出一种基于偏最小二乘(Partial least squares,PLS)交叉积矩阵非相似度分析的性能监控与诊断方法,用于多变量模型预测控制(Model predictive control,MPC)系统.首先,考虑模型预测控制系统的控制结构,构造包含预测误差的增广过程变量与输出变量相关性的PLS交叉积矩阵,通过非相似度分析方法将交叉积矩阵的非相似度比较转化为转换矩阵特征值的比较.然后提取转换矩阵中表征最大非相似度的l个特征值构造实时性能指标,对MPC系统进行性能监控.检测到性能下降后,进一步利用转换矩阵的特征值诊断性能恶化源.Wood-Berry二元精馏塔上的仿真结果表明,所提方法能够有效地提高监控性能,并准确地定位性能恶化源.

基于加权L_2-Hausdorff子空间距离的MPC控制回路性能诊断

针对当前MPC控制回路性能评价方法无法准确定位性能下降源的问题,提出一种基于加权L2-Hausdorff子空间距离的控制回路性能诊断方法。该方法引用恶化性能子空间表征各个性能恶化工况下的回路特征,通过基于模型预测残差的闭环潜能指标实时监测控制回路性能。当发现性能下降时,构造加权L2-Hausdorff子空间距离来度量当前回路性能模式与已知性能模式的相似度,通过距离聚类来定位回路性能下降的恶化源。最后,通过连续搅拌加热器(continuous stirred tank heater,CSTH)上的仿真实验,验证了所提方法的有效性及可靠性。

基于模型预测残差和目标函数的MPC实时性能监控

模型预测控制的性能受多种因素的影响,现有的模型质量评价指标没有考虑外界干扰的变化,反映系统整体性能时不够全面。针对上述问题,现结合两个指标:基于模型预测控制目标函数的历史性能指标和基于模型预测残差的协方差指标对系统性能进行实时监控。其中,历史性能指标用以评价系统的整体性能,协方差指标反映模型失配和干扰变化的影响。根据两个指标对不同性能影响因素的不同表现和性能恶化后对干扰新息的重新辨识结果,对系统性能下降的原因进行初步诊断,缩小性能下降源的范围,并通过Wood-berry塔实验验证了该方法的有效性。

基于模型预测残差闭环潜能指标的MPC控制器实时性能监控

由于模型预测控制器对模型失配等不确定因素具有较强的鲁棒性,因此现有的多步预测误差方法不能及时显著地检测到由模型失配导致的MPC控制器性能潜能的变化。针对上述问题,提出一种改进的多步预测误差方法和实时性能监控策略。考虑到MPC控制器的模型预测残差能有效反映模型失配等信息,利用预测残差对现有多步预测误差方法进行改进,改进的方法能够更好地检测由模型失配引起的MPC控制器性能潜能的改变。在连续搅拌槽加热器(continuous stirred tank heater,CSTH)系统上的仿真实验验证了该方法的可行性与有效性。

基于EMD和闭环测试的回路振荡诊断方法

针对控制回路中常见的多重振荡源引起的回路振荡现象,提出一种基于经验模态分解(EMD)和闭环测试的振荡诊断方法,首先,利用EMD将控制器输出数据以及系统输出数据分解为不同频率的本征模态函数(IMF);然后,分别对所得振荡的IMF信号进行闭环测试,通过对回路叠加测试信号来判别对应振荡信号的振荡源。该方法可解决由多重振荡源导致的回路振荡诊断问题。在连续搅拌混合过程上的仿真实验验证了该方法的有效性。

基于偏相关性分析的MPC控制器模型失配检测

在实际中,模型失配是导致模型预测控制性能下降的关键因素。传统的相关性分析方法在分析某一通道的预测残差和操作变量之间的相关性时,会受到其他操作变量及干扰的影响,导致结果不可靠,无法准确定位失配。针对上述问题,现采用偏相关性分析方法。在滤除其他操作变量和干扰影响的前提下,分析各通道预测残差和操作变量之间的相关性,将模型失配问题转化为一定区间上偏相关系数的分布问题。通过观察各通道偏相关系数的分布图判断是否发生失配,并通过Shell塔实验验证该方法的有效性。

基于多步预报误差的带约束模型预测控制器性能评价方法

针对实际工业过程中存在的各种约束问题,提出了一种基于多步预报误差的带约束模型预测控制(MPC)性能评价方法.在原有多步预报误差方法的基础上,引入跟踪误差项,定义了新的闭环潜能指标.该方法不仅考虑了系统的动态控制性能,而且考虑了其跟踪性能,因此能更全面地反映带约束MPC控制器的性能.并在Wood-Berry二元精馏塔上进行了仿真研究.仿真结果表明了该方法的有效性.

一种基于改进形状分析的黏滞特性检测方法研究

调节阀黏滞特性是导致工业过程中控制回路振荡的主要原因之一。现有的调节阀黏滞特性检测方法大多都以特定假设为前提,只适用于特定的范围。针对面积峰值法仅适用于自衡对象的限制,提出了一种改进的形状分析法,基于自衡对象和积分对象回路输出形状的差异,对振荡回路偏差信号的二阶导数信号与原信号的较大差异性进行区分,从而进行黏滞特性检测。该方法克服了面积峰值法只适用于特定范围的局限性,通过仿真研究验证了该方法的有效性。

海河流域北部地区河流沉积物重金属的生态风险评价

以海河流域北部地区主要河流为研究对象,采用Hkanson潜在生态风险指数法,根据39个采样点评价了河流沉积物重金属的潜在生态风险程度.结果表明,以中国大陆沉积物重金属背景值作为参考值,研究区内除Pb含量接近背景值外,Cu、Zn、Cd和Cr含量均超出了背景参考值.基于单项重金属的潜在生态风险指数,研究区内采样点Cu、Pb、Zn和Cr的风险等级属于"轻微",Cd则有不同程度的污染,各重金属污染等级排列顺序为Cd>Pb>Cu>Cr>Zn.基于多种重金属的潜在风险指数,32个采样点属于"轻微"等级,5个采样点属于"中等"等级,2个采样点属于"很强"等级.风险较高的河流为北京汤河、大石河和保定拒马河,表明这些河流是需要加强控制的重点地区.

海河流域水生态功能一级二级分区

水生态功能分区是实现流域水环境"分区、分级、分期和分类"管理的基础.通过分析海河流域的陆地和水生态系统特点,确定了一级二级分区的指标体系,一级分区指标包括地貌类型、径流深、年降水量、年蒸发量,反映水资源供给功能的空间格局特征,共划分了6个一级水生态功能区;二级分区利用植被类型和土壤类型的空间异质性,反映流域生态水文过程及水质净化功能的空间格局特征,共划分了16个二级水生态功能区.最后,通过野外调查各个分区的水生态系统结构和生境差异性(水量、水质、河流生境、水生动植物等),对一级和二级分区结果进行了评价.分区结果能够为海河流域的水质目标管理和区域生态环境建设提供支持,分区方法和指标体系也可以为国内其它类似流域的水生态功能分区提供参考.