基于不確定理論的地下水溶質(zhì)運移及污染風(fēng)險研究.pdf

1、地下水污染系統(tǒng)中的溶質(zhì)運移和污染風(fēng)險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)運移模擬、地下水污染風(fēng)險和地下水環(huán)境系統(tǒng)中不確定性理論的研究進展，在此基礎(chǔ)上指出研究方法： 第一，基于隨機、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)識別技術(shù)。 研究工作和研究成果包括以下內(nèi)容： (1)針對滲透系數(shù)的非均質(zhì)性，采用高斯隨機場模型和序貫高斯模擬生成滲透系數(shù)的空間分布；針對高斯隨機場模型中參數(shù)的識別問題，采用基于貝葉斯定理的不確定性參數(shù)識別技術(shù)推斷參數(shù)的后驗分布；基于上述兩種不確定因素，研究非均質(zhì)含水層中溶質(zhì)運移問題。研究發(fā)現(xiàn)，貝葉斯推斷的參數(shù)后驗分布并非對稱分布，條件數(shù)據(jù)越多，參數(shù)后驗分布的標(biāo)準(zhǔn)方差越小，參數(shù)

3、分布的集中趨勢越明顯；滲透系數(shù)不確定性對地下水溶質(zhì)運移的影響較大，地下水溶質(zhì)運移的不確定程度隨著時間的推移而增加，隨著條件數(shù)據(jù)集數(shù)量的增加而減少。 (2)針對非均質(zhì)含水層中溶質(zhì)運移的不確定問題，提出一種非均質(zhì)含水層中溶質(zhì)運移優(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)濃度同時參與優(yōu)化過程時，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)險模糊綜合評價模型。實例研究表明基于區(qū)間數(shù)的地下水環(huán)境健康風(fēng)險模糊綜合評價在一定程度上解決了評價過程中存在的不確定性問題，評價的結(jié)果更全面、合

5、理地反映了地下水環(huán)境健康風(fēng)險水平的真實情況。 (4)針對美國環(huán)保局的健康風(fēng)險評價模式中參數(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)險分析模型。實例研究表明，該模型可基本反映污染的環(huán)境風(fēng)險，含水層中污染物濃度的不確定性是造成人類健康風(fēng)險不確定的主要因素。

6、(5)針對環(huán)境風(fēng)險的主體和受體，提出環(huán)境風(fēng)險等于含水層“脆弱性”與地下水污染造成人類健康“危害性”的邏輯乘積。同時考慮“脆弱性”的隨機性和風(fēng)險的模糊性，建立了基于隨機模擬的地下水污染風(fēng)險模糊評價模型。實例研究表明，該模型可以清晰的表達(dá)風(fēng)險的等級，與確定性模型和單一方面的風(fēng)險評價模型計算結(jié)果有顯著差異。 針對復(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)中的不確定因素對地下水溶質(zhì)運移，建立了若干基于不確定性