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《农业工程学报》 2013年13期
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基于主成分分析的水平潜流湿地磷去除模型

张岩  崔丽娟  李伟  张曼胤  赵欣胜  王义飞  张亚琼  
【摘要】:通过对水平潜流湿地(HSSF―CW)3a运行效果进行研究,分析了HSSF―CW不同处理单元单位面积总磷(TP)去除率对水温的响应变化曲线,利用正弦函数对各处理单元不同时间单位面积TP去除率变化过程进行了拟合,并通过主成分分析(PCA)和冗余分析(RDA)筛选影响磷去除的主要环境因子,进而利用人工神经网络(ANN)对各处理单元出水总磷浓度(TPo)进行了模拟。结果表明:水温较低时(20℃),单位面积TP去除率对水温变化不敏感,随温度升高(20℃),单位面积TP去除率升高并出现较大波动,最高达3.27g/(m2·d);单位面积TP去除率与水温之间存在一定的多项式函数关系(R2=0.1082,p=0),不同处理单元拟合关系存在一定差异(R2=0.318~0.350);不同月份单位面积TP去除率符合正弦变化规律(R2=0.231,p=0),夏季去除率高于秋季,平均单位面积去除率为(0.331±0.132)g/(m2·d),8月份出现最大值(0.397±0.125g/(m2·d));通过PCA和RDA对不同环境因子与单位面积TP去除率之间的关系进行分析,发现单位面积TP去除率与进水TP质量浓度、水温、流量、溶解氧和蒸散发之间呈一定的正相关性,而与水深之间无显著相关关系;选取影响磷去除效果的主要环境因子进水TP质量浓度、水温、流量、溶解氧、pH值和蒸散发作为输入参数,构建ANN预测模型,通过反向学习算法和交叉验证对模型构型进行了构建和筛选,结果表明输入层、隐含层和输出层中神经元最佳构型分别为6—3—1;利用层次分析法将数据集分为训练集和验证集两部分,通过对比不同处理单元TPo实测值和模拟值,表明模型能够基本反映TPo的变化趋势和范围(R2=0.677~0.800)。该研究可为管理和改善水平潜流湿地运行效果提供参考。

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