基于健康風(fēng)險(xiǎn)的石油污染地下水管理模型研究.pdf

1、近年來(lái)，受石油污染的地下水問(wèn)題備受關(guān)注。地下水藏于地下，難以全面監(jiān)測(cè)，治理難度大、時(shí)間長(zhǎng)、耗資巨大。因此，僅僅依靠單純的地下水修復(fù)技術(shù)難以對(duì)地下水資源進(jìn)行科學(xué)地修復(fù)和管理，迫切需要開(kāi)展針對(duì)地下水石油污染修復(fù)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)和管理的相關(guān)研究。本論文致力于地下水石油污染修復(fù)的遷移轉(zhuǎn)化模擬、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等方面研究，從多角度探究健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)約束下的地下水修復(fù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及其不確定性處理，以期為地下水石油污染場(chǎng)地修復(fù)和管理提供可靠的

2、決策支持。
　　地下水修復(fù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)通常采用模擬-優(yōu)化耦合模型確定地下水最優(yōu)修復(fù)方案，其中的數(shù)值模擬過(guò)程通常伴隨大量不確定性信息和繁瑣冗長(zhǎng)的計(jì)算量。因此，本論文通過(guò)逐步二次響應(yīng)面分析法建立了抽吸率和污染物濃度之間的響應(yīng)關(guān)系替代模擬模型，基于代理方程構(gòu)建地下水目標(biāo)規(guī)劃優(yōu)化模型，通過(guò)對(duì)修復(fù)成本、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)要求的多重不確定性處理得出可靠的地下水最優(yōu)修復(fù)方案，使系統(tǒng)受不確定性的影響降低到最小且各自利益最大化。通過(guò)對(duì)回歸方程的檢驗(yàn)確保

3、代理方程的可靠性，地下水目標(biāo)規(guī)劃優(yōu)化模型可以克服傳統(tǒng)模型的低精確度問(wèn)題，并大大減少了計(jì)算量。
　　地下水中的石油污染物多數(shù)具有較高的毒性和致癌性，會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重的影響。區(qū)別于傳統(tǒng)的先治理再進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的過(guò)程，本論文將健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)融入地下水修復(fù)系統(tǒng)的框架，將健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，使健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作為地下水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的約束條件之一。通過(guò)機(jī)會(huì)約束規(guī)劃法處理健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)中的參數(shù)不確定性，分析健康風(fēng)險(xiǎn)約束下的不確定性

4、對(duì)地下水修復(fù)系統(tǒng)最優(yōu)方案的影響。構(gòu)建基于健康風(fēng)險(xiǎn)不確定性的目標(biāo)規(guī)劃模型，采用隨機(jī)法和目標(biāo)規(guī)劃法同時(shí)處理經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、技術(shù)和風(fēng)險(xiǎn)等四個(gè)方面的不確定性，探究多重不確定性同時(shí)存在時(shí)對(duì)地下水最優(yōu)修復(fù)策略的影響規(guī)律，得出更加可靠的地下水修復(fù)方案，并進(jìn)一步評(píng)價(jià)修復(fù)后地下水中污染物的健康風(fēng)險(xiǎn)水平。結(jié)果表明，健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作為地下水管理模型的約束條件，其約束力比環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的約束更嚴(yán)格。健康風(fēng)險(xiǎn)約束會(huì)導(dǎo)致修復(fù)成本提高15％-50％，但相應(yīng)的致癌風(fēng)險(xiǎn)水平得到大大

5、降低，最高可下降8倍。健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)約束下得出的修復(fù)方案普遍會(huì)導(dǎo)致修復(fù)成本上升，但同時(shí)相應(yīng)的污染物濃度和健康風(fēng)險(xiǎn)水平會(huì)有大幅度的降低，犧牲一定的經(jīng)濟(jì)效益換來(lái)更好的環(huán)境效益和健康風(fēng)險(xiǎn)效益是值得的。
　　地下水污染修復(fù)系統(tǒng)中涉及修復(fù)效果、經(jīng)濟(jì)效益以及環(huán)境和健康風(fēng)險(xiǎn)等復(fù)雜性問(wèn)題，決策者通常來(lái)自于各個(gè)管理層，并附有上下級(jí)的約束關(guān)系，在修復(fù)系統(tǒng)中關(guān)心的側(cè)重點(diǎn)各不相同，需要綜合考慮。因此，本論文構(gòu)建基于雙層決策目標(biāo)的地下水修復(fù)優(yōu)化管理模型，將環(huán)

6、境和健康風(fēng)險(xiǎn)作為更重要的關(guān)注因素引入上層模型，成本效益作為下層研究?jī)?nèi)容服從上層模型的要求，反過(guò)來(lái)上層模型也需考慮下層影響作用，引入模糊滿(mǎn)意度使上下層目標(biāo)盡量同時(shí)滿(mǎn)足兩層決策者利益。結(jié)果表明，與只考慮經(jīng)濟(jì)效益因素或環(huán)境效益因素的單目標(biāo)模型相比較，雙層決策目標(biāo)模型不僅同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)因素和環(huán)境因素，而且能夠反映不同決策者間的從屬關(guān)系，區(qū)別不同影響因素的重要性。從修復(fù)成本角度分析，與只考慮環(huán)境因素的單目標(biāo)模型對(duì)比，雙層決策目標(biāo)模型可使總抽吸率下降

7、50％-70％;同時(shí)從修復(fù)效果角度分析，與只考慮經(jīng)濟(jì)因素的單目標(biāo)模型對(duì)比，雙層決策目標(biāo)模型可使污染物濃度下降50％以上。得出的最優(yōu)修復(fù)方案不僅能夠滿(mǎn)足較低的修復(fù)成本從而符合下層決策者的期望，而且能夠產(chǎn)生較低污染的決策方案，接近于上層決策者的期望，從而避免單目標(biāo)規(guī)劃模型產(chǎn)生的極端結(jié)果，能同時(shí)滿(mǎn)足不同層面決策者的地下水修復(fù)目標(biāo)。
　　針對(duì)我國(guó)目前的污染場(chǎng)地健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系中存在的參數(shù)不準(zhǔn)確、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不一致等問(wèn)題，本論文建立了基于改進(jìn)模

8、糊可信度的地下水修復(fù)優(yōu)化管理模型。采用改進(jìn)的模糊可信度理論提出了模糊集和可信度水平，設(shè)立一系列參數(shù)取值和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，將其作為約束條件融入地下水修復(fù)管理框架中，深入分析不同可能性對(duì)可信度的貢獻(xiàn)，評(píng)價(jià)由不同貢獻(xiàn)度和可信度水平組成的多情景下模型的最優(yōu)修復(fù)方案。結(jié)果表明不同可能性對(duì)可信度的貢獻(xiàn)度（由0到1）以及不同可信度水平（λ由0.5到1）對(duì)健康風(fēng)險(xiǎn)有一定影響，可信度水平越高，健康風(fēng)險(xiǎn)越高，但總體均處在可接受水平范圍內(nèi)(1×10-6-1×10-