基于多峰优化Kriging模型与距离相关系数的高速列车动力学参数多输出灵敏度分析

高速列车动力学参数较多,有多个动力学性能的评价指标。综合考虑这些动力学指标进行参数灵敏度分析,对高速列车动力学参数的恰当匹配具有重要意义。现有的单输出灵敏度分析技术难以准确度量参数对车辆动力学综合性能的影响。为避免这一缺陷,本文引入了一种新的基于距离相关系数的多输出灵敏度分析技术。该方法通过求解单个输入与多个输出变量之间的距离相关系数,实现多输出全局灵敏度分析的目的。为提高灵敏度分析的效率,建立了多个动力学指标与输入参数的Kriging模型;为提高近似模型的精度,引入了一种新颖的多峰优化算法对Kriging模型的超参数进行全局寻优。与传统单目标智能优化算法不同,该优化算法通过引入种群差异指标,将单目标优化问题转化为双目标优化问题,从而增加了子代种群的多样性,避免了传统优化算法易于陷入局部最优解的问题。基于所提方法,以和谐号动车组动车为例,研究了多个动力学指标的多输出全局灵敏度。结果表明:由于增强了种群多样性,所提的超参数优化方法对Kriging模型精度和稳定性提升效果明显;基于距离相关系数的灵敏度分析方法能够更加合理地识别出对车辆动力学综合性能影响较大的参数,排除几乎没有影响的参数。

引入空间修正入河系数的改进输出系数模型研究——以长江流域为例

针对长江流域开展面源污染负荷研究具有重要实践意义。传统输出系数模型为集总式模型,无法体现污染物的空间差异性,且未考虑污染源和受纳水体之间的污染物迁移损失,计算结果常为产污量而非入河量。为了降低区域自然地理条件差异造成的模拟结果的误差,综合考虑污染物在输移过程中受降雨、地形、植被和距离等因子的影响,对传统的Johnes输出系数模型引入空间修正的入河系数,构建具有空间分布性的改进输出系数模型。将改进后的输出系数模型应用于长江流域,对长江流域干流自上至下9个监测断面的总磷、化学需氧量进行模拟。分别将集总式输出系数模型和引入空间修正入河系数的改进输出系数模型的模拟结果与实测值进行比较,结果显示改进后的输出系数模型模拟精度较改进前显著提高,为流域面源污染综合治理提供参考依据和理论支撑。

基于改进输出系数模型的小流域污染负荷精细化计算

精细化计算小流域污染负荷,对管理和改善流域水环境质量具有重要意义。以琼江一级支流姚市河作为研究对象,综合考虑小流域广域、分散和随机的特点,结合地理信息以及统计学多种学科,采用多尺度技术(行政、网格)对研究区域非点源污染负荷进行修正,建立小流域污染负荷估算改进方法,以期为小流域污染负荷精细化计算提供参考。研究结果表明:(1)改进前COD、NH_(3)-N、TP污染负荷最大值分别为848.95 t/a、136.32 t/a、19.95 t/a,分别占全流域COD、NH_(3)-N、TP总污染负荷的48.10%、70.81%、52.31%,污染负荷估算结果偏大。(2)改进后研究区域网格尺度COD、NH_(3)-N、TP总污染负荷最大值分别为24.44 t/a、2.91 t/a和1.18 t/a,从空间上看,COD、NH_(3)-N、TP污染负荷较大的区域位于研究区域县城边界、靠近水域和集中种植区域。(3)研究区域TP污染负荷强度最大,COD污染负荷强度最小,COD、NH_(3)-N和TP具有相似的污染负荷强度空间分布特征,在以耕地为主的区域污染负荷强度较高,以林地、草地和建设用地为主的区域污染负荷强度较低。研究提出的小流域污染负荷精细化计算模型,不仅能够充分反映小流域污染状况,也为流域水环境质量管理提供了依据。

基于改进输出系数模型的潍坊地区非点源氮磷污染特征分析

为更好地提高潍坊地区水环境质量,探究潍坊市非点源污染状况非常必要。借助ENVI、ArcGIS软件、结合网络资料及实地调研,采用改进输出系数模型对潍坊地区2004—2020年总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP)非点源污染负荷进行估算并分析其时空变化特征和污染来源;通过单位面积负荷系数法评价氮磷污染程度。结果表明:潍坊市非点源氮磷污染负荷在时间上呈现先下降后上升的趋势,且TN的总污染负荷是TP的7.15~7.37倍;在空间上整体分布不均,表现为“中间低四周高”;居民生活和土地利用是主要污染源,其中耕地是最主要的污染来源。潍坊市氮磷污染整体上对环境影响较大。

基于降雨和地形特征的输出系数模型改进及精度分析

降雨是非点源污染产生的主要驱动条件,地形是非点源污染输移的重要影响因素,两者均与非点源污染紧密相关。输出系数模型是大尺度流域非点源污染模拟的常用模型,从降雨和地形对非点源污染产生、迁移的影响出发,对现有输出系数模型进行了改进,并给出了改进模型中降雨影响因子和地形影响因子的确定方法,以提高模型在大尺度流域的模拟精度。最后,以长江上游1990和2000年TN负荷估算为例,分析了模型改进前后的精度变化。精度对比表明,通过模型改进,流域综合相对误差从45.02%和42.49%减小到23.93%和18.38%,直门达站、沱江大桥站和罗渡溪站控制流域的相对误差有明显减小。改进后的输出系数模型结构更合理,模拟更符合实际。

应用输出系数模型估算长江上游非点源污染负荷

本文在已有研究的基础上,利用输出系数模型,对2000年长江上游的非点源污染进行了空间模拟和负荷估算。模拟结果表明,在不考虑流域损失的情况下,2000年长江上游的TN负荷为194.737万t,TP负荷为8.365万t。就省份和水系二者而言,四川省以及金沙江水系和嘉陵江水系对长江上游的非点源污染贡献较大。就负荷强度而言,重庆市和嘉陵江水系单位面积的非点源污染负荷最高,应是今后重点治理地区。

基于SLURP模型和输出系数法的三峡库区非点源氮磷负荷预测

为研究三峡入库非点源污染的变化规律,以输出系数法为基础,引入污染负荷系数,建立了计算三峡库区上游流域非点源氮磷负荷的数学模型.将所建立的非点源负荷模型与分布式SLURP水文模型相结合,借助地理信息系统和遥感技术,对该流域土地利用/土地覆盖和气候特征下的流域水文动态过程,以及水文动态过程下该流域输入三峡库区的非点源氮磷污染负荷进行了相关预测和分析.预测结果显示:2020年由于该流域土地利用的变化,非点源氮磷污染的产生量略有减少,但地表径流量的增加使输入库区的非点源氮磷污染负荷有所增加;未来农田产生的污染物量有所减少,但农田仍然是形成氮磷负荷的最主要来源.

基于改进输出系数模型的云南宝象河流域非点源污染负荷估算

本文引入降雨、地形因子（α、β）对经典的输出系数模型（ECM）进行改进,基于1999～2010年云南宝象河流域气象、水文、社会经济等数据,利用改进的输出系数模型（IECM）对该地区（位于滇池的东北部,绝大部分在官渡区内,西北部少部分在盘龙区内）的非点源污染负荷进行估算.结果显示,2008年宝象河流域非点源氮、磷污染的所占比例（分别为74.2%和68.0%）要显著高于点源氮、磷污染的所占比例（分别为25.8%和32.0%）.氮污染中,不同非点源的贡献率依次为土地利用类型〉大气沉降〉农村生活〉畜禽养殖;磷污染中,不同非点源污染的贡献率为土地利用类型〉农村生活〉大气沉降〉畜禽养殖.宝象河流域的非点源氮污染比例要高于整个滇池流域,非点源磷污染比例与滇池流域较为接近.与实际观测值比较,IECM对TN、TP负荷的估算值的平均相对偏差分别为15%和-6%,ECM对TN、TP负荷的估算值的平均相对偏差分别为54%和17%.这表明改进的输出系数模型（IECM）提高了结果的准确性,可以为滇池流域的污染（尤其是非点源污染）负荷估算提供参考方法。

应用输出系数模型对太湖流域面源污染负荷测算研究

为合理估算太湖流域非点源污染营养盐输出负荷,通过GIS空间分析能力,构建半分布式的输出系数模型,进而测算出太湖流域营养盐输出负荷。结果显示太湖流域总氮面源污染负荷为39.81万t/年,总磷面源污染负荷为5.59万t/年。太湖流域5分区中总氮、总磷面源污染负荷依次为北部污染控制区>浙西污染控制区>西部污染控制区>南部污染控制区>东部污染控制区。

基于水文水质资料的非点源输出系数模型参数确定方法及其应用

非点源污染模型是目前开展非点源污染研究的主要手段.针对非点源污染模型中的输出系数模型,提出了一种基于历史水文水质资料的参数确定方法.该方法通过在研究区中筛选若干个小流域,根据污染物质量守恒原则,得到各营养源的输出系数.该方法对长江上游2000年的总氮(TN)负荷模拟值为156.19万t,其与实际监测值的相对误差为21.90%,这对于长江上游这样的超大流域而言,模拟精度在可接受范围内.本文提出的参数确定方法简便可行,对参数要求低,且精度较好,适合于对我国非点源污染监测资料缺乏地区以及大中尺度流域的非点源污染负荷研究,因此具有其理论和现实意义.

基于输出系数模型的云南洱海流域农业非点源污染研究

以洱海流域北部罗时江、弥苴河、永安江3个子流域作为实验区,利用输出系数模型对子流域内农业非点源氮、磷污染进行估算,结合罗时江、弥苴河、永安江水质监测数据,对模型输出系数进行率定和验证,得到一组适用于洱海流域农业非点源污染估算的输出系数.利用该组输出系数,对洱海流域范围内农业非点源氮、磷污染负荷进行估算.研究表明:氮、磷污染空间分布具有一致性,乡镇污染输出于地域分布中呈现出"南北高中间低"的趋势.不同非点源氮污染贡献率依次为大牲畜养殖>农村生活排放>种植业>生猪养殖,不同非点源磷污染贡献率依次为种植业>农村生活排放>生猪养殖>大牲畜养殖.

基于输出系数模型的水库汇水区农业面源污染负荷估算

面源污染是导致环境恶化的主要原因之一,由其所引起的水体富营养化现象,已严重威胁着水环境生态安全。该文以长春市水源地新立城水库汇水区为研究对象,选用输出系数模型对其农业非点源污染负荷进行估算,得到结果如下:1)汇水区内农业非点源污染总氮、总磷负荷量分别为2 822.485、471.123 t/a,且二者空间分布较一致;2)总氮负荷量的贡献率大小顺序为:土地利用>畜禽养殖>农村人口,总磷的污染负荷贡献率大小为:畜禽养殖>土地利用>农村人口;3)选取水库2004-2013年水质监测数据计算营养盐输出负荷,与模型估算的输出负荷进行对比,得到模型模拟具有较高精度,系数选取合理可靠,可信度高,可在研究区范围内进行推广,能够为长春市水源地综合整治及水利规划提供了数据支撑及科学依据。

应用输出系数模型估算赣江下游非点源污染负荷

为了对赣江流域非点源污染排放负荷进行宏观评估,在已有研究的基础上,建立了改进的输出系数模型。通过分析赣江下游地区土地利用、农业人口和畜禽养殖等基础资料,确定了赣江下游各污染源产生的污染负荷量,并通过峡江和外洲两个水文控制站的实测数据,确定了赣江下游流域污染物迁移过程中的降雨影响系数和流域损失系数。用建立的模型计算了赣江下游非点源N、P污染负荷模拟值,并与实测污染负荷量进行了比较。结果表明,模型模拟精度较好,适合用于区域非点源污染负荷估算。

基于输出系数模型的赤峰农业非点源污染分析

为了给赤峰市农业结构调整和流域面源污染生态工程防治提供科学的决策依据,并填补当地非点源污染研究空白,采用输出系数模型(ECM),研究了赤峰市农业非点源污染负荷量。结果表明:赤峰市2011年农业非点源污染物TN和TP负荷量分别为21 176.9 t/a和3 024.0 t/a;不同类型的污染源对研究区TN污染负荷贡献率的高低顺序为:大牲口养殖>牧草地>耕地>羊养殖>猪养殖>农村生活或林地>园地,而对TP污染负荷贡献率的高低顺序为:大牲口养殖>牧草地或羊养殖>猪养殖>耕地>农村生活>林地>园地。元宝山区农业非点源污染物TN和TP的负荷强度最高,且TN负荷强度比TP负荷强度高很多,前者是后者的7倍左右;红山区、宁城县、松山区、敖汉旗和林西县的农业非点源污染物的TN和TP负荷强度较小;其次是喀喇沁旗,巴林左旗、翁牛特旗、阿鲁科尔沁旗、巴林右旗和克什克腾旗。牲畜养殖业是农业非点源污染物TN和TP负荷的显著影响因素;各区县的农业非点源污染物TN与TP的负荷量和负荷强度空间分布不均匀。

基于输出系数模型濑溪河流域泸县段面源分析

【目的】在前人研究的基础上,对长江流域等热点研究区域的污染物输出系数值进行总结,估算出濑溪河流域泸县段的TN、TP的污染负荷。【方法】利用输出系数模型的方法。【结果】结果表明,濑溪河泸县段非点源TN负荷量为3 701.54t/a、TP负荷量为688.72t/a,其中农田径流污染、农村生活污染及畜禽养殖污染对非点源TN、TP的贡献率较大,农田径流污染为TN的主要来源,畜禽养殖污染为TP的主要来源,且TN负荷量远大于TP负荷量。【结论】非点源污染是影响濑溪河泸县段水环境质量的一个重要方面,应该引起足够重视,并采取相应措施。

改进的输出系数模型在缺资料地区面源综合评价

【目的】解决缺资料地区面源污染精确定量评估问题,以期为缺资料地区水环境治理提供理论依据。【方法】提出了一个综合考虑降雨和地形影响的改进的输出系数模型,并通过借助ArcGIS和等标污染负荷法,选取农村生活污水、农田地表径流、畜禽养殖、城镇地表径流、城镇生活污水和工业污染6大污染源和TN、TP 2大污染物对渠县境内流域农业面源污染进行了估算。【结果】研究区主要污染为面源污染;其TN、TP输出负荷分别为503.84、53.85 t/a,且空间分布基本一致;居民生活污水为主要污染来源占总污染的49.39%;涌兴镇、三汇镇为研究区重点治理乡镇。改进后的输出系数模型验证结果显示TN、TP的相对误差分别为10.87%和13.86%,模型结果验证良好。【结论】改进后的模型适用于缺资料地区面源综合评价。

基于输出系数模型的洞庭湖流域面源污染分析

为分析洞庭湖流域面源污染情况,在分析统计洞庭湖流域土地分类利用情况的基础上,借助GIS平台和遥感技术,采用输出系数模型,计算了洞庭湖流域2008年面源污染负荷量,并将流域内农药、化肥的使用折算成面源污染负荷与模型结果进行对比验证。计算结果表明,模型模拟结果与折算分析成果较一致,湘江流域和环湖区对洞庭湖面源污染负荷的贡献最大,污染负荷强度最高。

红壤茶园的输出系数模型的改进及其应用

使用模拟降雨实验的方法初步得出新安江上游流域的降雨量和坡度与总氮总磷输出系数的关系,然后通过自然降雨条件下的径流小区实验对输出系数进行校准和验证,从而得到改进的输出系数模型。借助ArcGIS软件获取模型应用所需要的红壤茶园面积、降雨量和坡度,基于改进的输出系数模型来估算新安江上游流域红壤茶园总氮总磷的输出负荷。结果表明:新安江上游流域红壤茶园中总氮总磷的输出负荷分别为3 618.72、521.17 kg/a。

基于输出系数模型的三峡库区(重庆段)农业面源污染负荷估算

由农业面源污染引起的水环境问题严重影响着三峡库区的生态环境.利用输出系数模型对三峡库区(重庆段)的农业面源污染负荷进行了估算.结果表明,2011年三峡库区(重庆段)农业面源污染物总氮和总磷负荷量分别是30 786.9×106和4 221.0×106 g/a,且前者是后者的7.3倍.土地利用和植被覆盖情况明显影响总氮和总磷负荷量,不同污染源类型对污染负荷贡献的差异较大.不同的污染源类型对面源污染物总氮负荷贡献率的大小顺序为:耕地,林地,农村生活污水及废弃物,畜禽养殖,园地和牧草地;对总磷负荷贡献率的大小顺序为:耕地,畜禽养殖,林地,园地,农村生活污水及废弃物和牧草地.各区县总氮和总磷负荷量和负荷强度的差异较大,开县、江津区、涪陵区和万州区的总氮和总磷负荷量较大,巴南区、长寿区、沙坪坝和南岸区的负荷强度则较大.农业面源污染物氮和磷分布状况和负荷强度的研究,不仅为分析三峡库区农业面源污染的区际和年际变化提供了基础数据,而且为三峡库区区域规划和农业结构调整提供了科学依据.

基于流域降雨强度的氮磷输出系数模型改进及应用

为研究曹娥江流域农业非点源氮磷输出负荷量,将流域降雨及不同营养源产生的氮磷＂合成＂考虑,提出了产污系数以表征降雨产汇流过程氮磷输出强度,改进了输出系数模型,并探索发现流域年降雨强度与氮磷产污系数之间呈指数正相关,由此构建了基于年降雨强度的农业非点源氮磷输出负荷模型。利用此模型估算了农业污染源氮磷输出负荷量,显示2005-2010年流域总氮（total nitrogen,TN）年输出总量为5456.60~12268.38 t,总磷（total phosphorus,TP）为393.19~820.65 t,年度分布不均,降雨对TN输出总量的贡献率高达54.75%~69.67%。不同农业污染源对TN、TP输出总量的贡献率表明,该流域农业非点源氮磷输出负荷主要来源于人畜,应加强农村生活污水及垃圾、畜禽养殖粪便等治理,进一步控制农田过量施肥,减少耕地氮磷流失。