【摘要】：為降低河流突發(fā)污染事故的影響,提高下游污染物預測精度、提高預測實時性,結合一維水質模型、卡爾曼濾波及改進的網格尋優(yōu)算法,綜合考慮支流的影響,研究河流突發(fā)污染事件中污染物擴散情況的動態(tài)預測方法.分析一種改進的網格尋優(yōu)算法并利用歷史數據校正模型參數;借助水質模型構造狀態(tài)方程引入污染物濃度觀測值;運用卡爾曼濾波動態(tài)校正預測結果,并在預測過程中考慮支流的影響.在理論研究的基礎上,設計基于風浪水槽的污染物模擬擴散實驗,對比分析采用不同預測方法的污染物峰現(xiàn)時間、峰值濃度及相對誤差.實驗結果表明,不同的預測方法所求得的峰現(xiàn)時間相對誤差總體相當;采用多步動態(tài)校正預測和考慮了支流影響的校正預測方法預測峰值濃度得到的相對誤差明顯降低.
【圖文】：

１｜ｔ＋１）＝［Ｉ－Ｋｇ（ｔ＋１）Ｈ］Ｐ（ｔ＋１｜ｔ）．（１１）式中：ｘ（ｔ｜ｔ）為ｔ時刻最優(yōu)估計值，ｘ（ｔ＋１｜ｔ）為ｔ＋１時刻模型直接預測值，Ｐ（ｔ＋１｜ｔ）為預測誤差方差，Ｐ（ｔ｜ｔ）為卡爾曼濾波誤差方差，Ｋｇ（ｔ＋１）為卡爾曼增益，ｘ（ｔ＋１｜ｔ＋１）為ｔ＋１時刻最優(yōu)估計值，ｙ（ｔ＋１）為觀測值，Ｖ為系統(tǒng)噪聲誤差方差，Ｒ為測量噪聲誤差方差．１．２．２實時預測流程如圖１所示為基于卡爾曼濾波的污染物濃度實時預測流程圖．獲取系統(tǒng)噪聲和測量噪聲是進行卡爾曼濾波的關鍵一步，一般而言，數學上比較常用的方法是Ｓａｇｅ－Ｈｕｓａ算法，工程應用中則主要采用經驗法來確定Ｖ和Ｒ．本文首圖１基于卡爾曼濾波的污染物濃度實時預測流程圖Ｆｉｇ．１Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｒｅａｌ－ｔｉｍｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｆｏｒｐｏｌｌｕｔａｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎＫａｌｍａｎｆｉｌｔｅｒ先通過初步率定和經驗知識分析得到系統(tǒng)噪聲誤差方差Ｖ和測量噪聲誤差方差Ｒ，并利用歷史數據校正模型參數．然后設置模型計算時間，判斷是否有觀測值．若有，則利用卡爾曼濾波算法，通過觀測值和當前時刻預測值校正下一時刻濃度預測值，即一步預測校正；若沒有，則直接利用式（２）及過去的校正值預測未來各斷面的污染物濃度值，即多步預測．在模型結構確定的情況下，模型參數的準確性很大程度上決定了模型的好壞．本文模型參數校正通過歷史污染物濃度數據進行（若缺乏歷史數據則２４６１第１２期劉景明，等：河流突發(fā)

．０ｍ，高為１．６ｍ，凈寬為１．２ｍ，最大水深１．０ｍ．共進行３組實驗，將其中２組作為歷史數據用于參數校正，另一組用于驗證．實驗裝置及實驗方案如圖３所示，實驗主要內容和步驟如下．１）選取羅丹明Ｂ作為模擬污染物．羅丹明Ｂ在水中稀釋可以顯現(xiàn)肉眼可見的紅色，可以直觀地看到污染物擴散過程，而且羅丹明Ｂ在溶液中有強烈的熒光，可利用熒光儀直接測量．利用熒光儀得到的是光譜數據，為得到濃度數據需首先進行標定實驗，得到濃度標準曲線，標定結果如圖２所示，熒光強度和污染物濃度滿足方程：ｙ＝０．００２５ｘ－２．３６０６．（１４）其中，，相關系數Ｒ２＝０．９８１５，可見兩者線性度較好，可用于間接測量污染物濃度．圖２羅丹明Ｂ熒光強度和濃度標準曲線Ｆｉｇ．２ＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｔａｎｄａｒｄｃｕｒｖｅｏｆＲｈｏｄａｍｉｎｅＢ２）采樣點設置如圖３所示，考慮污染物混合均勻需要一定距離，在４．５ｍ處設置第１個采樣點，之后每隔１０．５ｍ設一個采樣點，共４個采樣點．圖３實驗裝置、采樣點布置及模擬支流示意圖Ｆｉｇ．３Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄｅｖｉｃｅ，ｓａｍｐｌｉｎｇｐｏｉｎｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｒｉｂｕｔａｒｉｅｓ３）配置一定濃度的溶液，設置水深和水流流速，在污染物注入點按（４）中的方法注入污染物，下游采樣點按等時間間隔采樣．設置水流流速為０．１ｍ／ｓ，水深０．３ｍ，并配置包含３０ｍｇ

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 阮仁宗,萬泳;拉格朗日大氣化學實驗測定大氣污染物濃度[J];中國計量;2000年04期

2 張傳秀;淺談大氣中污染物濃度的時空分布[J];上海有色金屬;1994年04期

3 劉罡,李昕,胡非,郝文強,崔克儉;大氣污染物濃度變化的非線性特征分析[J];氣候與環(huán)境研究;2001年03期

4 張強;蘭州大氣污染物濃度與局地氣候環(huán)境因子的關系[J];蘭州大學學報;2003年01期

5 馮宏芳,隋平,邱麗葭;福州市污染物濃度時空分布及影響因子分析[J];氣象科技;2003年06期

6 李清華,韓愛梅,孫燕;太原市污染物濃度時空分布特征及影響因子分析[J];太原科技;2005年05期

7 邱曉暖;陳偉星;梁桂雄;;風對廣州市主要污染物濃度時空變化影響分析[J];廣州環(huán)境科學;2012年03期

8 周江興;北京市幾種主要污染物濃度與氣象要素的相關分析[J];應用氣象學報;2005年S1期

9 潘華盛;林謙;王艷秋;;哈爾濱市降水形勢對大氣污染物濃度稀釋的影響[J];黑龍江水專學報;2006年03期

10 謝敏;蔡銘;余志;劉永紅;;廣州市主干道附近大氣污染物濃度的特征及影響因素研究[J];環(huán)境科學與管理;2008年03期

相關會議論文 前10條

1 馮宏芳;隋平;邱麗霞;;福州市污染物濃度時空分布及影響因子分析[A];第五屆全國日地關系與災害學術研討會論文專輯[C];2005年

2 亢燕銘;楊龍軍;;通風房間內污染物濃度的預測模式[A];全國暖通空調制冷2000年學術年會論文集[C];2000年

3 黃鶴;孫玫玲;張長春;姚青;樊文燕;;天津城市主要大氣污染物濃度垂直分布[A];第26屆中國氣象學會年會大氣成分與天氣氣候及環(huán)境變化分會場論文集[C];2009年

4 劉煥彬;王新;;濟南市首要污染物濃度與氣象要素的相關分析[A];全國農業(yè)氣象與生態(tài)環(huán)境學術年會論文集[C];2006年

5 鄭艷萍;;降水對唐山市大氣污染物濃度的影響[A];中國氣象學會2008年年會城市氣象與城市可持續(xù)發(fā)展分會場論文集[C];2008年

6 姚青;黃鶴;樊文雁;孫玫玲;;奧運期間天津主要大氣污染物濃度變化特征[A];中國環(huán)境科學學會2009年學術年會論文集（第二卷）[C];2009年

7 沈澄;毛宇清;何鵬程;;2011年南京春節(jié)期間污染物濃度變化特征及其與氣象條件的關系[A];第28屆中國氣象學會年會——S7城市氣象精細預報與服務[C];2011年

8 陳曦;劉經緯;劉小兵;鄒孝;;成都市2011年和2012年空氣中主要污染物濃度空間變化分析[A];2013中國環(huán)境科學學會學術年會論文集（第五卷）[C];2013年

9 陳瑞敏;吳雁;康文英;王榮英;;連續(xù)霧霾天氣污染物濃度變化及天氣形勢特征分析[A];第31屆中國氣象學會年會S11 第三屆城市氣象論壇—城市與環(huán)境氣象[C];2014年

10 張洪英;李君;竇建平;;淄博市空氣質量預報[A];中國氣象學會2008年年會大氣環(huán)境監(jiān)測、預報與污染物控制分會場論文集[C];2008年

相關重要報紙文章 前10條

1 本報記者 黃潔 本報實習生 孔一穎;北京力爭空氣主要污染物濃度下降2%[N];法制日報;2013年

2 記者 駱倩雯;去年全市主要污染物濃度下降[N];北京日報;2013年

3 記者 劉宇男;涪江污染物濃度整體下降[N];四川日報;2011年

4 記者 馬昭　實習生 武小娟;渭河污染物濃度大幅下降[N];西安日報;2009年

5 記者 王東亮;主要污染物濃度同比降2%[N];北京日報;2012年

6 本報記者 李凌翌;1—11月中心城區(qū)大氣污染物濃度區(qū)域分布狀況[N];成都日報;2008年

7 本報記者 沈俊霖;島城上月空氣變得更清新[N];青島日報;2013年

8 李永利;港城空氣越來越好[N];河北經濟日報;2008年

9 記者 杜娟;前7月廣州空氣質 量優(yōu)良天數207天[N];廣州日報;2012年

10 記者 曹秀娟　通訊員 齊偉;50年太化渣山終被削平[N];山西日報;2011年

相關博士學位論文 前1條

1 石發(fā)恩;多場耦合下的匯聚型空氣幕射流理論與實驗研究[D];天津大學;2012年

相關碩士學位論文 前10條

1 張萌;基于景觀格局的大氣污染特征及預報預警研究[D];南京信息工程大學;2015年

2 閆翻遼;局部通風作用下陣發(fā)性污染物濃度分布規(guī)律研究[D];西安建筑科技大學;2015年

3 鄭鳳魁;我國南部地區(qū)典型城市和背景區(qū)域大氣污染變化特征研究[D];蘭州大學;2015年

4 桑田;空氣質量改善前后污染物濃度與門診量的濃度—反應關系[D];山西醫(yī)科大學;2015年

5 李晗;石家莊市空氣污染狀況與氣象條件相關性分析[D];河北科技大學;2015年

6 華志揚;中庭及附近區(qū)域污染物擴散及遷徙規(guī)律的研究[D];西安建筑科技大學;2016年

7 于洲;杭州市大氣污染物濃度時空變化特征分析[D];南京信息工程大學;2016年

8 郭飛;沈陽市空氣質量狀況與氣象條件相關性分析及預測[D];沈陽農業(yè)大學;2017年

9 占龍飛;城市街區(qū)不同建筑布局對風場和污染場的影響[D];華東師范大學;2017年

10 付營;中國近海大氣污染物濃度特征及陸源輸送研究[D];中國海洋大學;2006年

本文編號：2578323