环境过程模拟.docx

一、简述试题(每题5分，合计20分)1、环境模型校核与模型参数最优化估计的概念模型校核也称为参数估计，就是寻求一组参数，使模型预测值与实际观测结果按给定目标函数的度量方式达到最佳拟合。因此，参数识别是在已有的模型结构、观测数据和识别标准的前提下,估计最适合模型的参数取值。假设模型系统模拟的状态变量表示为C = ( C1 , C2 , …, Cp) , 以水质模型为例, 可以为叶绿素、氨氮、硝氮、有机氮、磷酸盐、有机磷、生化需氧量、溶解氧等, 依模型的不同和应用需求而异, p 为系统模拟的状态变量数；模型系统待识别参数包括β= (β1 , β2 , …, βm) , m 为待识别的参数个数；若已知一组观测值= (, , …, ) , 参数识别过程可表示为以下目标函数的最小化过程。式中　Ω为模拟系统的空间域；T为模拟系统的时间域；wi为不同状态变量的权重(2)模型参数估计的最优化方法：在参数空间通过一定新点产生器持续地进行“产生新点-判断-接受/ 舍弃”的迭代运算，直至满足特定最优准则。基本算法：单纯形法（Simplex）、遗传法(genetic algorithms ,GA)、模拟退火法(Simulated Annealing, SA)、复合形法（Shuffled Complex ,SC）混合算法：遗传复合形混合法（SCE-UA）、退火单纯形混合法(AS)2、水环境质量模型Q-2K中的主要反应和传输过程(1) 植物光合作用与呼吸作用:氨作为基质：(2.2.8)硝酸盐作为基质：(2.2.9)(2) 硝化:(2.2.10)(3) 反硝化:(2.2.11)需要指出，模型中采用了大量反应，例如在模拟pH和游离氨时，这将在后面做介绍。3、低氧折减效应以及Q-2K的表达方式(1)低氧折减效应(1)半饱和型:Ksoc = 氧影响CBOD氧化的半饱和系数 [mgO2/L]。(2)指数函数型:Ksoc = 氧影响CBOD氧化的指数系数[L/mgO2]。(3)二级半饱和性:Ksoc = 氧影响快速CBOD氧化的二级半饱和系数[mgO22/L2]。(2) Q-2K的表达方式水质方程：水质组分（水体中变量）质量平衡方程式中，Wi 是外部负荷 i [g/d or mg/d]，ri 是组分的由于反应和传输导致源或汇项[g/m3/d or mg/m3/d]。外部负荷包括点源和非点源，底质组分（沉积物中变量）质量变化方程对于底部藻类，忽略传输项和负荷项，Sb,i = 反应导致的底部藻类生物质的源汇[mgA/m2/d]SbN,i =反应导致的底部藻类氮的源 [mgN/m2/d]SbP,i =反应导致的底部藻类磷的源汇[mgP/m2/d]。对于沉积区潜流中的组分，遵从以下质量平衡方程，4、微生物维持、内源呼吸及其相互关系微生物维持：微生物维持理论认为微生物将污水中的污染底物的一部分用来合成自身的机体，另一部分用来维持微生物的生命活动。内源呼吸：微生物可以对自身的细胞物质进行氧化分解，并提供能量，即微生物消耗体内能源(体内的储存物或组成微生物体的氨基酸、蛋白质等)供给生命活动所需这一过程称为内源呼吸。内源呼吸的衰亡过程可以用下式表示：当有机底物充足时，大量合成新的细胞物质，内源呼吸并不明显，但当有机底物消耗殆尽时内源呼吸就成为提供能量的主要方式了，其过程可以用下式来表示：衰亡作用：当微生物的生长受到周围环境的影响时（底物的不足、温度、水分含量等），微生物的生长就会受到限制，甚至会停止。微生物的衰亡过程的COD化学计量表达式如下：相互关系：当微生物的生长处于上升阶段，底物浓度很高，微生物利用底物来合成自身的有机体和维持生命活动，这也会导致底物浓度的降低。当微生物的生长受到食物不足的限制时，微生物的生长处于下降阶段，当进行到以氧化自身来维持生命活动时即进入内源呼吸阶段。若内源呼吸导致细菌的细胞壁、细胞膜破裂时，发生了溶菌作用，胞内有机物质释放出来，细胞的活性会丧失，微生物即衰亡。微生物的维持、内源呼吸、衰亡作用之间的关系主要有底物的浓度来联系。5、ASMs所包含的微生物质衰减作用类型活性污泥过程模型ASM1、ASM2和ASM3在机理方面有所不同，ASM1、ASM2基于微生物的死亡-再生及维持理论，而ASM3基于微生物的内源呼吸理论。死亡-再生理论认为，微生物衰减时会产生二次基质，这些二次基质可供微生物生长使用；内源呼吸理论认为，在无外在基质供给下，细胞维持增殖的能量来自微生物细胞内基质被氧或硝态氮氧化。6、ASM1与ASM3在模拟微生物衰减方面差异性及其对异养菌生长的影响ASM1没有考虑氮营养和碱度对异养菌生长的影响: 应考虑（2） ASM1的可降解氮族组分包括2类：溶解性和颗粒性，后者不易测量：只考虑溶解性类型ASM1中的氨化过程动力学不易于量化：取消ASM1根据其