基于不確定理論的地下水溶質(zhì)運(yùn)移及污染風(fēng)險(xiǎn)研究.pdf

1、地下水污染系統(tǒng)中的溶質(zhì)運(yùn)移和污染風(fēng)險(xiǎn)研究是地下水資源管理的重要研究內(nèi)容之一。然而，地下水環(huán)境系統(tǒng)中廣泛存在的不確定因素影響著研究的精度，日益成為地下水資源管理的障礙。 首先總結(jié)了地下水污染系統(tǒng)的主要特征，綜述了地下水溶質(zhì)運(yùn)移模擬、地下水污染風(fēng)險(xiǎn)和地下水環(huán)境系統(tǒng)中不確定性理論的研究進(jìn)展，在此基礎(chǔ)上指出研究方法： 第一，基于隨機(jī)、區(qū)間、模糊數(shù)學(xué)方法的基本不確定理論； 第二、基于隨機(jī)建模的參數(shù)非均質(zhì)性研究方法；

2、 第三，基于貝葉斯定理的不確定參數(shù)識(shí)別技術(shù)。 研究工作和研究成果包括以下內(nèi)容： (1)針對(duì)滲透系數(shù)的非均質(zhì)性，采用高斯隨機(jī)場模型和序貫高斯模擬生成滲透系數(shù)的空間分布；針對(duì)高斯隨機(jī)場模型中參數(shù)的識(shí)別問題，采用基于貝葉斯定理的不確定性參數(shù)識(shí)別技術(shù)推斷參數(shù)的后驗(yàn)分布；基于上述兩種不確定因素，研究非均質(zhì)含水層中溶質(zhì)運(yùn)移問題。研究發(fā)現(xiàn)，貝葉斯推斷的參數(shù)后驗(yàn)分布并非對(duì)稱分布，條件數(shù)據(jù)越多，參數(shù)后驗(yàn)分布的標(biāo)準(zhǔn)方差越小，參數(shù)

3、分布的集中趨勢(shì)越明顯；滲透系數(shù)不確定性對(duì)地下水溶質(zhì)運(yùn)移的影響較大，地下水溶質(zhì)運(yùn)移的不確定程度隨著時(shí)間的推移而增加，隨著條件數(shù)據(jù)集數(shù)量的增加而減少。 (2)針對(duì)非均質(zhì)含水層中溶質(zhì)運(yùn)移的不確定問題，提出一種非均質(zhì)含水層中溶質(zhì)運(yùn)移優(yōu)化模擬的方法。該方法以滲透系數(shù)的測量值和溶質(zhì)濃度的觀測值為條件數(shù)據(jù)，用新型的變尺度混沌-遺傳算法同時(shí)更新滲透系數(shù)和含水層中污染物濃度的空間分布。研究結(jié)果表明，滲透系數(shù)對(duì)參數(shù)的優(yōu)化結(jié)果有重要作用；當(dāng)滲透系數(shù)

4、和溶質(zhì)濃度同時(shí)參與優(yōu)化過程時(shí)，滲透系數(shù)分布和溶質(zhì)濃度分布的模擬精度都將大大提高。結(jié)合兩類數(shù)據(jù)的優(yōu)化過程有效平衡了地質(zhì)參數(shù)和溶質(zhì)濃度兩種信息。 (3)針對(duì)含水層中污染物監(jiān)測濃度的變化引起的不確定性，以區(qū)間數(shù)表示污染物濃度，應(yīng)用區(qū)間數(shù)理論和模糊屬性識(shí)別方法，建立了基于區(qū)間數(shù)的地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)模型。實(shí)例研究表明基于區(qū)間數(shù)的地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評(píng)價(jià)在一定程度上解決了評(píng)價(jià)過程中存在的不確定性問題，評(píng)價(jià)的結(jié)果更全面、合

5、理地反映了地下水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)水平的真實(shí)情況。 (4)針對(duì)美國環(huán)保局的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模式中參數(shù)的不確定性，采用序貫指示模擬生成若干污染物濃度分布以反映濃度的不確定性，建立概率密度函數(shù)以反映其它參數(shù)(日飲水量、體重等)的不確定性，采用Monte Carlo模擬技術(shù)，建立了基于序貫指示模擬的水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)分析模型。實(shí)例研究表明，該模型可基本反映污染的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，含水層中污染物濃度的不確定性是造成人類健康風(fēng)險(xiǎn)不確定的主要因素。

6、(5)針對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的主體和受體，提出環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等于含水層“脆弱性”與地下水污染造成人類健康“危害性”的邏輯乘積。同時(shí)考慮“脆弱性”的隨機(jī)性和風(fēng)險(xiǎn)的模糊性，建立了基于隨機(jī)模擬的地下水污染風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)價(jià)模型。實(shí)例研究表明，該模型可以清晰的表達(dá)風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)，與確定性模型和單一方面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型計(jì)算結(jié)果有顯著差異。 針對(duì)復(fù)雜的地下水環(huán)境系統(tǒng)，基于不確定理論，較為系統(tǒng)的剖析了地下水環(huán)境系統(tǒng)中的不確定因素對(duì)地下水溶質(zhì)運(yùn)移，建立了若干基于不確定性