A method of analysis of macro water environmental systems

The phases of water environmental system (WES) and their emphatic intersections areanalysed in this paper. and from the view point of system analysis , an analytical process of WES is provided. Based on the balance network of WES, a goal programming model for regional water environmentalplanning and the main computational result for a coastal city are provided , thus proving its usefulness andeffectiveness.

感潮河网中围区内河道水环境容量研究

水环境容量是水资源规划管理的一个重要依据,为研究感潮河网中围区内河道水环境容量,分析了现有的水环境容量计算方法,根据感潮河网中围区内河道水文水动力特征,在感潮河网四典型流模式的水环境容量模型基础上,提出了基于一维动态水质模型解析解的单围区整体模式的水环境容量计算方法,并且成功应用于容桂联围内河涌水环境容量的计算。结果表明,该方法对于感潮河网中围区内河道水环境容量计算简便且有效。

基于生态网络分析的新疆“水-能-碳”耦合系统特征研究

水资源、能源、碳排放是扰动经济社会-生态复合系统的重要因素,单要素变化会产生联动效应,传递生态压力,影响区域和产业的持续发展。以新疆为研究对象,基于2007、2012、2017年新疆投入产出表,运用环境投入产出和生态网络分析模型呈现“水-能-碳”网络系统耦合特征。结果表明:(1)混合水主要用于国内省外流出和居民消费,混合能、混合碳主要用于国内省外流出和资本形成总额。(2)水类网络循环率小于42%,能类网络和碳类网络循环率小于25%,网络系统整体表现出下降趋势。(3)水类网络、能类网络、碳类网络系统鲁棒性向发展停滞一侧倾斜,整体展现出不可持续发展的状态。(4)新疆“水-能-碳”耦合系统各部门间的水系统、能系统、碳系统关联性不强,控制与依赖关系尚处于偶发状态,产业间“水-能-碳”未能形成协同关系。厘清新疆“水-能-碳”耦合系统规律,为实现低碳高效资源综合管理模式提供实证支撑。

融合物联网多环境参数的茎干水分SSA-BP预测模型

作为一种典型的生理水分参数,茎干水分与活立木内部水分平衡的维持、光合固碳及细胞代谢等的正常运转有紧密联系,对不同环境参数协同作用下的茎干水分较准确预测是必不可少的。为实现对生长季茎干水分变化特征及其影响因素进行解析,并构建茎干水分预测模型,该研究以常见绿化树种五角枫(Acer pictum subsp.Mono)为研究对象,搭建五角枫物联网生态信息监测系统,实现五角枫茎干水分和各环境参数的实时采集与在线显示,其中茎干水分变化情况由自主设计的基于驻波率原理的茎干水分传感器实时且无损获取。在此基础上,提出麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)优化反向传播(back propagation,BP)神经网络即SSA-BP茎干水分预测模型,计算模型的决定系数(coefficient of determination,R^(2))、均方根误差(root mean square error,RMSE)和平均绝对误差(mean absolute Error,MAE)以评估其预测性能,与传统的BP模型及遗传算法(genetic algorithm,GA)优化BP即GA-BP模型的预测性能进行对比。结果表明:1)搭建的物联网生态信息监测系统可有效获取茎干水分及各环境参数;萌芽期和落叶期,茎干水分呈“昼升夜降”的变化趋势,生长期,茎干水分呈“昼降夜升”的变化趋势;2)SSA-BP模型的预测性能要优于GA-BP模型和BP模型,SSA-BP模型的R2为0.896~0.987,RMSE为0.314~12.971 mV,MAE为0.232~5.030 mV。该研究提出一种可行的茎干水分采集和预测方法,可为揭示植物茎干内部水分运移规律及其环境适应机制提供借鉴。

MIKE11水质模型在流域水环境中的应用综述

MIKE 11水质模型是应用于水体进行情景模拟预测的数学模型,是研究水体环境的重要工具。本文简要介绍了MIKE 11水质模型,总结MIKE 11模型在流域水环境的污染治理、感潮河网治理、水环境容量计算、流域安全预警等方面的应用。

MIKE11模型在珠三角河网区水质改善研究中的应用

珠三角地区河网水质改善是流域综合治理的重要一环,有必要对水质改善措施的达标性进行研究。以珠三角地区佛山市南海区北村水系为例,基于MIKE11一维水动力水质模型,以COD、NH_(3)-N、TP为特征指标,研究不同工程方案下河涌水动力及水质改善效果。结果表明:截污、清淤、引水等措施对研究河段的整体水质均有不同程度的提升,可达到水质改善的目的。随着截污、活水工程的实施,北村水系主要河涌典型断面处的水质基本可以达到Ⅴ类水质的要求,引水调水及CSO调蓄池实施后污染严重河涌观测断面污染物浓度下降超过70%,可为珠三角河网水质改善措施提供依据。

河网非稳态水环境容量研究

基于“河道—节点—河道”法的河网水量水质数学模型具有很高的效率，但到目前为止还没有与此求解方法相对应的河网水环境容量的求解方法，在对河网水质模型进行深入分析的基础上，引入节点污染物质允许进入量的概念，求出河网各河道河段及节点的允许排放量，建立了相应于上述水质模型的求解大型河网非稳态水环境容量的“节点—河道—节点”

BP神经网络在渭河水环境质量评价中的应用

为准确和客观地评价渭河水环境质量状况,将改进算法的BP神经网络引入地表水环境质量评价领域,采用渭河2010年(9月7日至10月11日)水质指标监测数据,构建了渭河水环境质量评价模型。通过3个水质监测项目(氨氮、高锰酸盐指数、溶解氧)对渭河水质进行了评价,评价结果与环境保护部公布结果完全一致。结果表明,BP神经网络应用于水环境质量评价具有客观性、通用性和实用性,可以很好地解决评价因子与水质等级间复杂的非线性关系,评价方法简便可靠,预测精度高。

国家水环境质量监测网络发展历程与展望

阐述了水环境质量监测的定义和目的,介绍了构成国家水环境质量监测网络的6个子网,即地表水环境质量监测网、地表水环境质量自动监测网、地下水环境质量监测网、饮用水源地环境质量监测网、水污染防治专项规划水体环境质量监测网和锰三角地区水环境质量监测网的发展历程与现状。指出了目前该网络存在的不足,提出建立水环境质量监测网络设计技术体系、扩大监测网覆盖面、扩展监测项目等建议。

基于ZigBee网络的水环境无线监测系统设计

设计了基于ZigBee网络的水环境无线监测系统,该系统由具有多源信息融合功能的水质无线监测节点、无线路由节点、数据网关和上位机监测中心组成,并引入了节点信息多样化采集机制,可对被监测水域实施有效的无线覆盖以及信息的可靠传输,完成对水环境常规指标,如溶解氧、pH、水温的实时在线监测.根据试验结果,在每1 h采集1次的工作条件下,额定容量为1 200 mA·h的电池可使无线监测节点工作1 231 d以上,可以满足对水环境长期自动监测的要求.该水环境无线监测系统具有低功耗、部署简单、组网灵活的特点,较适合于小型河流以及中小面积湖泊、鱼塘的水环境质量的长期在线监测.

BP神经网络模型在水环境质量综合评价应用中的一些问题

BP神经网络是采用误差反向传播算法对网络权值进行训练的多层前向神经网络 ,以其优良的非线性逼近能力 ,获得广泛应用。建立的神经网络模型具有优异性能的必要条件是神经网络结构及其参数的合理选取、具有足够多和代表性、典型性好的训练样本、训练时求得全局最小点和不出现“过学习”或“过拟合”等。本文根据近几年BP神经网络建模理论研究的最新成果 ,研究发现目前在建立水环境质量综合评价BP神经网络模型时存在的几个主要问题 :①训练样本太少 ,②没有检验样本和测试样本 ,③神经网络结构太大等 ,从而极有可能造成在训练神经网络模型时出现“过拟合”或“过学习”现象 ,使建立的模型泛化能力较差或根本没有。在研究近年提出的应用BP神经网络方法建模的必备条件的基础上 ,对目前应用人工神经网络进行水环境质量综合评价的研究成果的分析表明 ,绝大多数水环境质量BP神经网络评价模型是在不满足建模条件的情况下建立的。计算实例表明 ,在不满足建模条件下建立的神经网络模型泛化能力和预测能力较差 ,极有可能出现多模式现象 。

长江水环境质量监测网络运行体系初步构建

为精准、客观、全面评价长江水环境质量和支撑长江大保护,通过研究制定一系列管理制度和技术规范,以优化调整的水环境质量监测网络为基础,建立了涉及管理制度、监测技术、质量控制和数据审核等方面的水质自动监测与采测分离手工监测相结合的网络运行机制。研究自动与手工监测的总磷前处理方式,实现了自动与手工监测数据的匹配和融合,并将融合数据应用于长江水环境质量评价、预警、考核与排名,实现了长江水环境质量监测网络的业务化运行。

用TM影像进行湖泊水色反演研究的人工神经网络模型

利用人工神经网络技术进行了湖泊水色遥感的反演研究 ,在同步实验的基础上了构造了包含一个隐含层的BP神经网络模型 ,利用TM卫星影像反演悬浮物、CODMn、溶解氧、总磷、总氮和叶绿素浓度 .反演精度较高 ,相对误差基本在 2 5 %以下 ,同时分析了该人工神经网络反演模型的误差来源 ,改进措施以及应用前景 .研究表明 ,在进行小规模的同步监测的基础上 ,此模型可用于湖泊水质调查。

钢铁综合企业用水网络优化及其评价指标体系

把钢铁企业的各用水环节和生产过程作为一个系统来研究,将物质流分析(substance flowanalysis,SFA)的跟踪模型借用到钢铁企业的用水网络优化研究中,构建钢铁企业的用水网络模型及其评价指标体系.以我国某大型钢铁集团为例,构建其用水网络模型,并识别出其用水系统存在的问题,依此对其优化和评价分析.结果显示:节水潜力大的环节主要体现在焦化、连铸和轧钢工序;评价指标中水环境效率提高潜力大,优化措施的节水成效显著.将物质流的跟踪模型理论和方法应用到钢铁企业用水网络的优化分析,可为其提供理论指导.

钱塘江引水入城工程水质分析及预测研究

复杂河网的水质分析与预测一直是广为关注的研究课题。本文采用一维非恒定流圣维南方程组、汊点连接方程组和边界条件,建立了运西河网水动力学模型和水质模型,采用四点加权Preissmann隐式差分格式离散并求解。对多种备选引水方案下的河网水质CODMn和水质分类进行预测,提出了相应的最优引水规模;分析了钱塘江沿岸引水对下游水厂含氯量的可能不利影响和相应对策;为运西河网的综合整治方案比选提供了技术支持。

“工业智慧水网”的研究和探索

工业企业通过建设工业互联网打造智能工厂,实施智能生产。工业水系统作为重要的生产辅助设施,不仅要能更好地为主工艺服务,满足生产要求,同时其自身也要追求高效、节能、节水、环保。工业水系统将朝着更为精细化、高度自动化、智能化方向发展。"工业智慧水网"是基于互联网和云计算的新型工业水务生产管理系统,其顺应时代的发展和市场的需求,拥有广阔的发展空间,也是未来"海绵工厂"的重要组成部分。对"工业智慧水网"的起源、定义、组成、功能、构架、应用、衍生产品、技术需求等进行了介绍,以供类似工厂或工程参考。

太湖平原河网系统生态环境需水量组成及计算方法研究

从维持和保护河网生态系统正常的基本功能角度出发,根据流域地理位置及河网地区河流自身的特点,探讨河网系统生态环境需水量的内涵和构成,指出平原河网系统生态环境需水量是在特定的时间和空间组合条件下,在合理开发和高效利用系统淡水资源的同时,为了维持和改善河网系统正常的生态结构与生态环境功能所必须蓄存和消耗的水量.在此概念的基础上,对适合于河网系统中各项生态环境需水量的计算方法进行研究,并对定量化研究的影响因素进行了分析.

人工神经网络在黄河水环境质量评价中的应用

为准确和客观地评价地表水环境质量状况,建立了黄河水环境质量评价的BP神经网络模型.仿真结果表明:改进后的BP神经网络计算速度快、评价精度高、结果客观准确,说明用BP神经网络方法评价地表水环境质量是可行的.

地下水环境质量评价的神经网络研究

基于模糊综合评判法和灰色聚类法的不足，应用神经网络理论与方法建立了地下水环境质量评价Ｂ—Ｐ网络模型，并用该模型对某地区的地下水环境质量作了评价。结果表明，该方法运用简便、精确可靠、可判性强。

环状河网水质模型在水污染控制规划中的应用

结合一维圣维南方程及CSTR水质概念模型的机理,开发了平原环状河网非稳态水质模型,并用于温州市温瑞塘河水污染控制规划的编制中。模型由水文子模型和水质子模型两部分构成,描述了水体中COD、氨氮和DO浓度随时间、空间的动态变化。利用新开发的模型,采用试错法,估算了河网的水环境容量,并以此为基础确定了远、近期污染物排放控制目标;通过研究水质恢复的滞后性,提出可以采取引水冲污、人工曝气复氧等非常规措施来改善河网水质;并且利用情景分析方法,分别设定不同流量与不同开闸方式相组合的9种冲污情景,定量化探讨了引水冲污方案;根据曝气复氧对河网水质改善的作用特征,筛选出需要曝气复氧的重点河段和次重点河段。