基于遺傳算法-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化研究——以海南省萬(wàn)寧水庫(kù)為例.pdf

1、當(dāng)今社會(huì)，水質(zhì)性缺水日漸突出，保護(hù)飲用水水源水質(zhì)迫在眉睫。富營(yíng)養(yǎng)化己成為一個(gè)全球性的重大水環(huán)境問(wèn)題，全球經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速增長(zhǎng)的同時(shí)，帶來(lái)了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。其中出現(xiàn)了湖泊、水庫(kù)、河流等水體富營(yíng)養(yǎng)化日益嚴(yán)重的現(xiàn)象，特別是作為城市飲用水源的水庫(kù)，水體富營(yíng)養(yǎng)化過(guò)程加快，水質(zhì)惡化，嚴(yán)重危害人們的水體健康。萬(wàn)寧水庫(kù)位于海南省萬(wàn)寧市境內(nèi)，是1959年修建的大型水庫(kù)，是一宗以灌溉、飲用水源為主，兼有發(fā)電、防洪、養(yǎng)魚等綜合利用的大型水利工程。

2、　　隨著萬(wàn)寧水庫(kù)整個(gè)流域開發(fā)活動(dòng)的加劇，必然帶來(lái)大量的對(duì)其生態(tài)環(huán)境不利的問(wèn)題。因此掌握水體富營(yíng)養(yǎng)化規(guī)律，并對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測(cè)則顯得尤為重要。本文在總結(jié)和借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，主要就以下幾方面進(jìn)行了研究：
　　①本文對(duì)萬(wàn)寧水庫(kù)的水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)查研究、收集資料等工作。用因子分析法篩選和分析收集到的資料，找出了影響水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化的主要因子：水溫、總磷、總氮、溶解氧、葉綠素a；繪制出萬(wàn)寧水庫(kù)主要水質(zhì)參數(shù)的分布規(guī)律曲線。
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3、期預(yù)測(cè)和長(zhǎng)期預(yù)測(cè)的角度建立了萬(wàn)寧水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化預(yù)測(cè)管理系統(tǒng)。
　?、蹫榱藴?zhǔn)確、有效的預(yù)測(cè)預(yù)警，進(jìn)行短期預(yù)測(cè)，分析現(xiàn)有預(yù)測(cè)模型的長(zhǎng)處與不足，結(jié)合前面分析的數(shù)據(jù)規(guī)律選取了最優(yōu)模型-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，用遺傳算法對(duì)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的不足予以修正。
　　通過(guò)因子分析分析找出預(yù)測(cè)指標(biāo)-葉綠素 a、水溫、總磷、總氮、溶解氧作為模型輸入，下月葉綠素a作為輸出建立GABP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型。
　　用Matlab7.0編寫程序，采用取水點(diǎn)2000-2

4、005年月平均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行訓(xùn)練訓(xùn)練，發(fā)現(xiàn)模型擬合度、泛化能力較好：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)865次學(xué)習(xí)后，誤差達(dá)到預(yù)設(shè)精度0.0001，運(yùn)行總時(shí)間僅為36.5770s；擬合值與實(shí)測(cè)值之間的相關(guān)關(guān)系系數(shù)(R)等于0.999。
　　模型與沒經(jīng)過(guò)自適應(yīng)遺傳算法優(yōu)化的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)：自適應(yīng)學(xué)習(xí)速率BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)經(jīng)27950次學(xué)習(xí)后，誤差才收斂到0.001857，除了耗費(fèi)大量的時(shí)間，精度仍不滿足要求，兩者誤差相差一個(gè)數(shù)量級(jí)。
　

5、　采用修正后的2006年月均監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)訓(xùn)練后的GABP模型進(jìn)行實(shí)際預(yù)測(cè)，最大的相對(duì)誤差僅為-11.4％，只有一個(gè)相對(duì)誤差絕對(duì)值大于10%，平均相對(duì)誤差0.172%，預(yù)測(cè)精度較高，可作為水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化狀況預(yù)測(cè)的依據(jù)。
　　利用自適應(yīng) GABP的短期預(yù)測(cè)的精度，對(duì)水質(zhì)預(yù)測(cè)預(yù)警，經(jīng)過(guò)分析，警戒線選取為葉綠素a的濃度0.004mg/L，并對(duì)超過(guò)警戒線的預(yù)測(cè)提出應(yīng)急措施。
　?、芡瑫r(shí)還建立了狄龍模型來(lái)研究營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)中長(zhǎng)期 TN