基于虛擬數(shù)據(jù)的人工濕地模型建立及應用研究——以南四湖小沙河人工濕地為例.pdf

1、本課題來源于國家水體污染控制與治理科技重大專項淮河項目“南四湖退化濕地生態(tài)修復及水質(zhì)改善技術與示范課題”(編號2009ZX07210-009)中的子課題“水質(zhì)水量調(diào)度方案的研究”。
　　本研究從系統(tǒng)科學的觀點出發(fā)，以系統(tǒng)理論為基礎，以新薛河人工濕地為參照工程，通過虛擬數(shù)據(jù)的構建，進行了規(guī)劃建設中的小沙河人工濕地BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型的建立及地表Ⅲ類水約束條件下的水質(zhì)水量調(diào)度方案的研究。研究過程中，根據(jù)參照工程的運行經(jīng)驗、預測模型及理

2、論方法，通過兩示范工程相似性和差異性的對比分析，構建了小沙河人工濕地進水水量、水質(zhì)和出水水質(zhì)的虛擬數(shù)據(jù)，利用虛擬數(shù)據(jù)進行了小沙河人工濕地BP神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型的建立，并以預測模型為基礎對其水質(zhì)水量調(diào)度方案進行了研究。
　　本文的創(chuàng)新點在于：對于規(guī)劃建設中的小沙河人工濕地，利用虛擬數(shù)據(jù)進行預測模型的建立及水質(zhì)水量調(diào)度方案的研究，后期通過實際監(jiān)測數(shù)據(jù)對模型和調(diào)度方案進行檢驗修正，該研究方法對南四湖流域人工濕地的設計、建設及運行管理有一定

3、的理論指導作用。本文獲得的研究成果如下所述：
　　(1)根據(jù)小沙河人工濕地和新薛河人工濕地設計資料，詳細地對比分析了兩示范工程的相似性和差異性，為虛擬數(shù)據(jù)的構建奠定了基礎。
　　(2)分析了參照工程各月份實際平均進水量與設計進水量的比例關系，采用實際進水量與設計水量等比的方法，構建了小沙河人工濕地2008年、2009年每月平均進水量的虛擬數(shù)據(jù)，與進水水質(zhì)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)組成小沙河人工濕地進水虛擬數(shù)據(jù)。
　　(3)建立了參照

4、工程出水水質(zhì)預測模型，并利用該模型，以小沙河人工濕地進水水量、水質(zhì)虛擬數(shù)據(jù)為輸入，預測得出當兩個示范工程在完全相同情況下，小沙河人工濕地出水水質(zhì)數(shù)據(jù)；根據(jù)兩示范工程的之間的差異確定了小沙河人工濕地三個優(yōu)化因素，并分析了三者對污染物去除率的影響；采用專家打分法確定了三個優(yōu)化因素作用下小沙河人工濕地出水水質(zhì)數(shù)據(jù)與新薛河濕地模型預測出水水質(zhì)的調(diào)整系數(shù)，最后根據(jù)該調(diào)整系數(shù)虛擬構建了小沙河人工濕地出水水質(zhì)虛擬數(shù)據(jù)。
　　(4)采用小沙河人工

5、濕地進出水虛擬數(shù)據(jù)建立了進水水量和水質(zhì)的神經(jīng)網(wǎng)絡預測模型。經(jīng)檢驗樣本驗證：小沙河人工濕地2～5月模型水量相對誤差為9.35％，CODCr、氨氮的相對誤差分別為12.96％和9.55％；6-9月模型水量相對誤差為19.25％，CODCr、氨氮的相對誤差分別為5.45％和8.38％；10-12月模型水量的相對誤差為12.10％，CODCr、氨氮的相對誤差分別為11.90％和19.11％，模型訓練達到要求，但小沙河人工濕地通水運行后，仍需要實

6、際監(jiān)測數(shù)據(jù)對模型進行檢驗修正。
　　(5)通過預測模型對小沙河人工濕地地表Ⅲ類水約束條件下的水質(zhì)水量調(diào)度方案進行了研究：2～5月人工濕地進水水量應保證不大于55362m3/d，同時進水水質(zhì)應滿足CODCr≤38.07mg/l，氨氮≤1.68mg/l；6-9月人工濕地進水水量應保證不大于138141m3/d，同時進水水質(zhì)應滿足CODCr≤37.91mg/l，氨氮≤1.89mg/l；10-12月人工濕地進水水量應保證不大于77908m