基于模擬的地下水石油污染風(fēng)險評估與修復(fù)過程優(yōu)化技術(shù)研究.pdf

1、近年來由于石油工業(yè)導(dǎo)致的一系列不利的影響和健康風(fēng)險，使得石油污染地下水管理研究備受關(guān)注。因此，本論文致力于地下水污染風(fēng)險評估、修復(fù)優(yōu)化和多指標(biāo)決策分析研究，以期為污染場地管理實踐提供有效的決策支持和建議。本文主要研究內(nèi)容歸納為如下幾點:
　　(1)污染場地風(fēng)險評價可以有效地分析污染物對當(dāng)?shù)鼐用窠】翟斐傻牟焕绊?，并能為場地修?fù)實踐提供有效的決策支持。因此，本文開發(fā)了一個綜合的模擬風(fēng)險評價方法用來評價某石油污染場地的地下水污染健康風(fēng)

2、險。該方法分析了不同修復(fù)技術(shù)（自然降解和抽-注修復(fù)）實施不同修復(fù)周期（1，10，20，30和60年后）的修復(fù)效果。通過模擬模型獲取的不同修復(fù)條件作用下的苯濃度作為生命過量致癌風(fēng)險模型(ELCR)的輸入，用ELCR模型計算污染所導(dǎo)致的健康風(fēng)險值。研究結(jié)果表明，該模型能夠有效地評估作為飲用水源的地下水對人體健康風(fēng)險的影響，并且可以有效識別各種修復(fù)方案作用下風(fēng)險水平的變化情況。
　　(2)在地下水污染風(fēng)險評價過程中往往存在固有的不確定性

3、，如果忽略這些不確定性將會帶來不正確的評價結(jié)果，從而給場地管理者提供錯誤的信息甚至?xí)绊懶迯?fù)決策的正確制定。因此，本文提出了一個綜合模擬-評價方法(ISAA)用來分析多種不確定條件下，地下水受石油污染所導(dǎo)致的健康風(fēng)險。該方法考慮了預(yù)測模型（污染物傳輸模擬模型和風(fēng)險指數(shù)模型）中參數(shù)的多種不確定性，將模糊模擬技術(shù)與拉丁超立方抽樣模擬技術(shù)結(jié)合起來構(gòu)建了模糊拉丁超立方抽樣模擬技術(shù)(FLHS)。該方法利用基于模糊規(guī)則的風(fēng)險評價方法（FRRA）來表

4、征綜合風(fēng)險水平，通過模糊規(guī)則的推導(dǎo)操作來解決FLHS模擬和健康風(fēng)險量化過程的主觀不確定性。本研究將所開發(fā)的方法用于一個苯污染場地的健康風(fēng)險評價，結(jié)果表明該方法能有效處理健康風(fēng)險評價過程中的復(fù)雜的不確定性影響及交互作用，并能為識別經(jīng)濟-高效的場地管理方案提供決策支持。
　　(3)由于地下水修復(fù)系統(tǒng)中很多修復(fù)控制變量如井位布置、抽水速率、注氧速率和營養(yǎng)液注入速率等對修復(fù)效果有很大的影響。如果在污染物修復(fù)過程中，不能有效地識別過程控制變

5、量將會導(dǎo)致大量的財力物力浪費。因此，本文開發(fā)了一個基于模糊模擬的優(yōu)化方法(FSOA)用來獲得不確定條件下苯污染地下水修復(fù)系統(tǒng)的最優(yōu)修復(fù)設(shè)計。FSOA方法綜合了修復(fù)過程預(yù)測（生物修復(fù)和抽-注修復(fù)）、模糊模擬和基于模糊-期望的優(yōu)化技術(shù)。該方法具有以下優(yōu)點:(a)考慮了綜合修復(fù)方案，(b)考慮了模擬和優(yōu)化過程中的不確定性，(c)通過回歸模型建立了不同修復(fù)方案與修復(fù)效果的響應(yīng)關(guān)系。研究結(jié)果表明通過該方法可以獲得最優(yōu)的修復(fù)方案使得苯污染濃度滿足環(huán)

6、境標(biāo)準(zhǔn)同時保證系統(tǒng)運行費用最小。
　　(4)由于修復(fù)管理過程的復(fù)雜性，決策者從大量修復(fù)方案中選擇最優(yōu)修復(fù)方案時經(jīng)常會受各種因素的影響，諸如環(huán)境影響、社會的認(rèn)可和系統(tǒng)費用等問題。因此，本文開發(fā)了基于模擬的模糊多指標(biāo)決策分析方法(SFMCDA)用來實現(xiàn)石油污染場地修復(fù)方案優(yōu)選。SFMCDA整合了修復(fù)過程模擬（使用BIOPLUMEⅢ模型）和模糊排名（基于模糊TOPSIS方法），可以權(quán)衡費用-風(fēng)險和不確定性因素的影響，比較分析各種修復(fù)方案

7、運行效果。將該方法應(yīng)用于一個遭受苯泄漏污染的場地修復(fù)管理中，其中考慮了六種修復(fù)方案，包括自然降解(NA)、抽注修復(fù)(PAT)和生物強化修復(fù)(ENA)以及它們的組合。該研究還考慮了包括費用和風(fēng)險方面相關(guān)的六種模糊指標(biāo)，運用模糊TOPSIS方法來比較不同修復(fù)方案的效益。研究結(jié)果表明，該方法可以有效分析污染物傳輸模擬過程中的模糊輸入、相應(yīng)的費用以及利益相關(guān)者的偏好，并能夠為決策者提供不同修復(fù)方案的優(yōu)化排序。
　　(5)基于各種理論研究成

8、果，研究者還開展了遼河油田石油污染場地管理實例研究。研究中將兩相真空抽吸(DPVE)和生物強化修復(fù)技術(shù)用于場地的污染修復(fù)。為進一步分析修復(fù)效果，開展了基于多相、多標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境風(fēng)險評價，得出重點防治區(qū)域，為后續(xù)深入的污染治理提供決策支持。同時，開發(fā)了一個基于模擬的模糊多目標(biāo)優(yōu)化模型(SFMOP)用來優(yōu)化抽吸治理和生物強化修復(fù)運行條件。SFMOP整合了修復(fù)過程模擬和模糊多目標(biāo)優(yōu)化方法。為了求解SFMOP模型，使用逐步聚類回歸分析(SCA)方法

9、創(chuàng)建一系列的近似模擬模型用來識別系統(tǒng)運行條件（如抽水速率）和苯濃度的響應(yīng)關(guān)系。為了解決在選擇目標(biāo)權(quán)重時的主觀性問題，采用模糊多目標(biāo)優(yōu)化方法將多目標(biāo)模型轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)函數(shù)。通過SFMOP模型求解可以獲得三天修復(fù)的最優(yōu)修復(fù)條件:0.008，0，0.0024和0.0056m3/s（相應(yīng)的費用為42，726.5元），七天修復(fù)的最優(yōu)修復(fù)條件:0.0044，0，0.0012和0.0032m3/s（相應(yīng)的費用為54，832.4元）。這個結(jié)果表明如果想在