水環(huán)境中的不確定性理論與方法研究——以三峽水庫(kù)為例.pdf

1、本文首先從不確定性理論與方法的研究綜述出發(fā)，介紹了不確定性理論與方法在水環(huán)境系統(tǒng)中的應(yīng)用研究進(jìn)展，指出以不確定性理論與方法來(lái)指導(dǎo)環(huán)境系統(tǒng)的建模，在本質(zhì)上可加深對(duì)不確定的水環(huán)境系統(tǒng)客觀規(guī)律性的認(rèn)識(shí)。本文以國(guó)內(nèi)外舉世矚目的三峽工程為例，提出基于不確定性理論與方法來(lái)研究三峽水庫(kù)建成運(yùn)行后的水質(zhì)變化趨勢(shì)，以期建立的不確定水質(zhì)模型更符合客觀事實(shí)，更具科學(xué)性、實(shí)用性和可操作性。 河流水質(zhì)預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)一直以來(lái)都是一個(gè)非常重要的研究方向，目前雖已

2、有一定的理論基礎(chǔ)和較為成功的實(shí)際應(yīng)用成果，但仍然局限在較為理想化的確定性水質(zhì)模型的應(yīng)用上，對(duì)復(fù)雜河流水質(zhì)系統(tǒng)中的不確定性考慮不夠。本文通過(guò)對(duì)三峽水庫(kù)蓄水后的不確定性特征（即三峽庫(kù)區(qū)江段的河道特征、水文形勢(shì)、污染物排放狀況等因素）分析，在前人研究的基礎(chǔ)上，大膽突破創(chuàng)新，提出了基于有限單元法的復(fù)雜河流二維隨機(jī)水質(zhì)預(yù)測(cè)模型，運(yùn)用Monte Carlo法抽樣計(jì)算得到了三峽工程建成后三峽庫(kù)區(qū)水質(zhì)的概率分布，為三峽庫(kù)區(qū)的管理與發(fā)展提供了較為全面豐富

3、的信息。 針對(duì)三峽工程實(shí)例，論文的工作主要分為以下幾部分：（1）重點(diǎn)探討了二維隨機(jī)水質(zhì)模型的建模過(guò)程以及隨機(jī)參數(shù)的識(shí)別方法，并針對(duì)有限單元數(shù)值算法，提出了基于信息熵理論求解復(fù)雜河段水質(zhì)模型的單元網(wǎng)格寬度的定量?jī)?yōu)化模型；（2）考慮人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、工農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整力度、環(huán)保政策、污染物治理水平等不確定因素，預(yù)測(cè)了2010年三種污染負(fù)荷水平（高負(fù)荷、中負(fù)荷、低負(fù)荷）的各種污染源的排放強(qiáng)度；（3）確定三種典型水文條件（7Q10設(shè)計(jì)入庫(kù)

4、流量、枯水年平水期和豐水年豐水期），并與三種污染負(fù)荷水平進(jìn)行組合，以期全面地把握不同水期（枯、平、豐）的水文條件對(duì)河流水質(zhì)的影響；（4）以CODCr、BOD5、NH3-N、TP為水質(zhì)預(yù)測(cè)指標(biāo)，設(shè)計(jì)了三峽庫(kù)區(qū)二維隨機(jī)水質(zhì)預(yù)測(cè)的九種方案，對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果采用Monte Carlo法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理；（5）以重慶、長(zhǎng)壽、涪陵和萬(wàn)洲四個(gè)重點(diǎn)城市為例，對(duì)三峽庫(kù)區(qū)建成后的岸邊污染帶進(jìn)行了預(yù)測(cè)模擬；（6）采用多指標(biāo)模糊概率綜合評(píng)價(jià)法，選取三峽庫(kù)區(qū)的20個(gè)重點(diǎn)斷

5、面進(jìn)行了水質(zhì)評(píng)價(jià)；（7）根據(jù)三峽庫(kù)區(qū)水質(zhì)及岸邊污染帶的預(yù)測(cè)結(jié)果，初步的提出了三峽庫(kù)區(qū)的點(diǎn)污染源和面污染源的控制對(duì)策。 通過(guò)以上工作，本文的研究成果和具體創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下：（1）提出了基于信息熵的網(wǎng)格優(yōu)化理論，為確定單元網(wǎng)格的寬度和流帶劃分提供了理論依據(jù)，優(yōu)化了水質(zhì)模型，即當(dāng)單元網(wǎng)格內(nèi)污染物的信息熵最大時(shí)，網(wǎng)格內(nèi)污染物的濃度將趨于均勻，網(wǎng)格寬度將達(dá)到最優(yōu)；（2）運(yùn)用Monte Carlo抽樣模擬法，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、分析和概率分布統(tǒng)計(jì)，

6、使數(shù)據(jù)處理結(jié)果更加客觀可靠；（3）提出了模糊概率綜合評(píng)價(jià)法對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，使結(jié)果更加科學(xué)，反映客觀實(shí)際；（4）運(yùn)用Matlab 語(yǔ)言對(duì)大量數(shù)據(jù)、矩陣進(jìn)行處理，將計(jì)算機(jī)語(yǔ)言和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完美結(jié)合，增強(qiáng)了模型的可靠性和可行性。 由于水環(huán)境系統(tǒng)中客觀存在著大量的不確定性，如果要更加準(zhǔn)確、真實(shí)的反映水環(huán)境系統(tǒng)中的各種現(xiàn)象，不確定性理論與方法必然將在水環(huán)境系統(tǒng)中得到更廣泛的應(yīng)用。本論文的工作，一方面，成功的將不確定性理論與方法應(yīng)用于具