QUAL2K水质模型参数的不确定性研究

摘要

面对严峻的水资源形势，采取适当的措施对水资源进行保护、管理和治理显得非常必要。通常依据水质评价和预测结果来做出相应的管理决策，因此，水质评价和预测结果准确与否对管理决策的有效性有着绝对影响。
　　水质模型是常被用于评价和预测水质的有效手段。构建水质模型的各个阶段都不可避免的存在不确定性，模型的模拟结果因此受到影响。对水质模型存在的不确定性进行分析有利于提高模型输出的可靠程度，从而使模拟结果更好的反映水质的真实情况。水质模型的不确定性包括模型结构引起的不确定性、输入数据的不确定性和参数的不确定性，其中模型结构引起的不确定性是模型不确定性的根本来源。由于对模型结构引起的不确定性进行深入研究的理论和有效技术手段都比较缺乏，模型结构引起的不确定性往往通过识别参数的后验分布统计规律来间接分析，因此参数的不确定性分析显得尤为重要。
　　QUAL2K水质模型是一种适用于模拟树枝状河流水质的模型，模型采用CBODf和CBODs来描述有机物。本文对国内外水质指标BOD5和CBODf、CBODu的关系进行了分析，得到在不考虑外来因素造成的影响时三者之间的关系。BOD5可通过QUAL2K水质模型模拟得到CBODf后经计算得到。
　　本文将贝叶斯理论和MCMC法结合提出了一种参数确定的有效方法，并以BoulderCreek河流中的一段为研究对象，采用贝叶斯-MCMC法确定了与CBODf相关的参数的取值，并通过计算验证了采用贝叶斯-MCMC法对参数进行取值的可行性和有效性。通过对模型参数的不确定性进行研究，可以获得参数的敏感程度及其对模型输出的影响，有助于提高QUAL2K水质模型输出结果的可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 不确定性概述

1．3 水质模型不确定性的研究情况

1．4 研究目的和意义

1．5 本文研究内容

第2章 水质模型的发展与使用

2．1 水质模型的发展

2．2 水质模型的分类

2．3 几种水质模型的介绍

2．3．1 Streeter-Phelps模型

2．3．2 QUAL系列模型

2．3．3 WASP模型

2．3．4 MIKE系列模型

2．4 QUAL2K水质模型

2．4．1 QUAL2K水质模型的发展

2．4．2 QUAL2K水质模型的基本原理

2．4．3 QUAL2K水质模型河流的概化

2．4．4 QUAL2K模型中的碳质生化需氧量

2．5 水质模型的发展趋势

2．5．1 与“3S”技术的耦合

2．5．2 与计算机技术的耦合

2．5．3 水质模型的不确定性分析

2．6 小结

第3章 水质模型的不确定性研究

3．1 水质模型不确定性

3．1．1 水质模型不确定性的来源

3．1．2 水质模型不确定性的分类

3．2 水质模型不确定性的研究方法

3．2．1 随机数学理论

3．2．2 模糊数学理论

3．2．3 人工神经网络

3．2．4 灰色理论方法

3．3 水质模型参数的不确定性研究

3．3．1 水质模型参数确定方法的比较

3．3．2 贝叶斯理论

3．3．3 马尔科夫链蒙特卡洛法

3．4 小结

第4章 QUAL2K水质模型参数的不确定性分析

4．1 研究参数的确定

4．2 模型参数的不确定性分析

4．2．1 基于贝叶斯理论的分析

4．2．2 MCMC采样和分析

4．3 小结

结论与展望

结论

展望

致谢

参考文献