《三维水动力水质模型不确定性研究》PDF下载

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  • 作  者:伊璇,郭怀成著
  • 出 版 社:北京:科学出版社
  • 出版年份:2017
  • ISBN:9787030539366
  • 页数:176 页
图书介绍:不确定性是系统模型中常见的问题,如何识别不确定性以及基于不确定性进行管理决策是模型研究中必须解决的问题。水质模型可以模拟负荷输入下水体响应情况,被广泛应用于水质管理中。随着计算机的发展和计算水平的提高,水质模型也朝着更加精密、仿真和复杂的方向发展,因此识别模型中因子的不确定性、模型参数率定方法以及模型在实际中的应用也变得复杂和困难起来。本研究以环境流体动力学模型(简称EFDC)为建模平台,以滇池湖泊为研究案例,通过构建滇池三维水动力水质模型开展不确定性研究。首先采用拉丁超立方法、Morris敏感性分析方法和标准秩序回归系数法(简称SRRCs)对EFDC模型进行全局不确定性分析和敏感性分析,识别模型的不确定性分布以及模型中的主控因子。通过设置不同情景,对比外界条件对敏感性结果的影响,同时对比两种不同敏感性方法的结果是否一致。针对三维模型特点,对敏感性结果的时空差异性进行分析。并针对复杂模型参数率定的困难,提出基于BP神经网络替代模型的多目标参数自动率定的方法,从而降低计算成本。通过构建多目标权重方法实现水质模型的多输出变量目标同时率参,弥补当前EFDC水质模型参数自动率定方法的空缺。最后

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 研究意义与目的 4

1.2.1 研究意义 4

1.2.2 研究目的 5

1.3 研究内容与方法 5

1.3.1 EFDC模型不确定性与敏感性分析 5

1.3.2 基于替代模型的多目标参数估计 6

1.3.3 基于不确定性的水质响应可能性评价 6

1.4 技术路线 7

第2章 国内外研究进展 9

2.1 水质模型 9

2.1.1 水质模型发展历程 9

2.1.2 常见的水质模型 10

2.2 模型的不确定性和敏感性分析 12

2.2.1 水质模型不确定性分析 12

2.2.2 敏感性分析 13

2.3 模型参数率定方法 18

2.3.1 传统方法 18

2.3.2 替代模型法 19

2.4 基于不确定性的决策风险评估 23

2.5 本章小结 25

第3章 研究区域及EFDC水动力水质模型 26

3.1 研究区域 26

3.1.1 地理位置和地形地貌 26

3.1.2 气候条件及流域水系 28

3.1.3 水质状况 29

3.1.4 社会经济 31

3.2 EFDC水动力水质模型 33

3.2.1 EFDC水动力水质模型简介 33

3.2.2 EFDC模型主控方程 33

3.3 滇池EFDC水动力水质模型构建 39

3.3.1 EFDC模型集成 39

3.3.2 滇池EFDC三维水动力水质模型开发 40

3.3.3 水动力水质校验结果 42

3.4 本章小结 44

第4章 EFDC模型不确定性与敏感性分析 46

4.1 概述 46

4.2 EFDC模型的异参同效现象 47

4.3 不确定性和敏感性分析方法 48

4.3.1 LHS不确定性分析 48

4.3.2 敏感性分析方法 50

4.4 EFDC模型参数及外部输入条件分布 54

4.4.1 EFDC模型参数分布 54

4.4.2 外部驱动力选择与分布 54

4.5 EFDC模型参数不确定性分析和敏感性分析结果 55

4.5.1 参数不确定性分析结果 55

4.5.2 EFDC模型参数敏感性分析结果 64

4.5.3 SRRCs法敏感性结果及对比 71

4.5.4 敏感性分析的时空差异性 74

4.6 外部驱动力不确定性和敏感性分析 80

4.6.1 外部驱动力的不确定性分析 81

4.6.2 外部驱动力的敏感性分析 87

4.7 本章小结 88

第5章 基于替代模型的多目标参数估计 90

5.1 基于替代模型的多目标参数估计方法 90

5.1.1 替代模型 92

5.1.2 多目标优化计算 96

5.2 参数估计结果 100

5.2.1 参数与样本生成 100

5.2.2 BP神经网络训练结果 102

5.2.3 情景设计与BP神经网络构建 104

5.2.4 参数估计结果 107

5.3 本章小结 113

第6章 基于不确定性的水质响应可能性评价 115

6.1 决策的不确定型模型与概率型水质模型 115

6.2 研究方法 116

6.2.1 控制目标、指标和基准年设置 117

6.2.2 条件概率预测 118

6.2.3 负荷削减情景设计 126

6.3 结果与讨论 127

6.3.1 可行样本筛选 127

6.3.2 负荷削减情景统计分析 132

6.3.3 水质达标可能性(风险性)分析 135

6.3.4 讨论 137

6.4 本章小结 138

第7章 结论与展望 140

7.1 主要结论 140

7.2 创新点 142

7.3 不足与展望 142

参考文献 144

附录 156

致谢 169