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本文通过收集近年来漓江流域水文、水质资料及该流域自然环境和社会环境现状资料,分析了漓江流域的水文特征和水质特征,分别利用数理统计方法、经典水质数学模型方法(S-P模型)和人工神经网络方法对漓江水质进行模拟。理论方面着重探讨了适用于水质模拟的人工神经网络结构,实践方面采用高级编程语言开发了漓江流域水污染控制软件系统。
据对漓江流域近10年水污染特征进行分析,确定将BOD、COD、NH3-N、DO作为水质模拟的因子。根据监测数据,建立氨氮与溶解氧的相关性模型,并对模型进行显著性检验。结果表明:所建立的相关性模型仅对部分支流是显著的。主要原因在于:因水量与水质差异较大,造成漓江干流和各支流污染特征差异显著,要用一个统一的数学模型来模拟整个流域水质非常困难。虽然所用原始数据对整个流域而言是均匀的,但经数据筛选和处理后,最终参与建模的数据实际上主要是某一条或几条支流的数据,因而建立的所谓“流域水质模型”其实是“流域内污染最严重的支流的水质模型”。
采用经典的S-P模型对漓江进行水质模拟,并综合运用高级编程语言、组件式GIS技术及数据库软件开发了漓江流域水质模拟软件系统。该软件系统可对漓江流域水环境实现实时模拟和显示查询、水环境容量计算等,并提供可自由拓展的接口,可根据实际需要添加相应的模块,使得该软件系统在应用过程中不断得以完善,可提高流域水污染控制的效率和管理水平。
采用了人工神经网络对漓江流域进行水质模拟,模型建立主要依赖于资料,不需要单个实验和识别参数,模型有很强的学习功能,可操作性强,并可解决经典水质模型求参困难的问题。本文的实例研究表明:利用神经网络进行水质模拟,精度非常高,误差都在10%以内。神经网络进行水质模拟的精度高于传统水质数学模型的精度。
漓江水质模拟是加强漓江流域水污染控制的一个重要环节。今后流域水质模拟在理论方面应加强神经网络方法的研究,尤其是结合流域水污染特征进行神经网络算法和结构的优化;实践方面应与软件开发和GIS等技术结合,提高流域水污染控制的效率和管理水平。