水環(huán)境中的不確定性理論與方法研究——以三峽水庫為例.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指導(dǎo)環(huán)境系統(tǒng)的建模，在本質(zhì)上可加深對不確定的水環(huán)境系統(tǒng)客觀規(guī)律性的認(rèn)識。本文以國內(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研究三峽水庫建成運行后的水質(zhì)變化趨勢，以期建立的不確定水質(zhì)模型更符合客觀事實，更具科學(xué)性、實用性和可操作性。 河流水質(zhì)預(yù)測與評價一直以來都是一個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。本文通過對三峽水庫蓄水后的不確定性特征（即三峽庫區(qū)江段的河道特征、水文形勢、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)雜河流二維隨機水質(zhì)預(yù)測模型，運用Monte Carlo法抽樣計算得到了三峽工程建成后三峽庫區(qū)水質(zhì)的概率分布，為三峽庫區(qū)的管理與發(fā)展提供了較為全面豐富

3、的信息。 針對三峽工程實例，論文的工作主要分為以下幾部分：（1）重點探討了二維隨機水質(zhì)模型的建模過程以及隨機參數(shù)的識別方法，并針對有限單元數(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)格寬度的定量優(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度；（3）確定三種典型水文條件（7Q10設(shè)計入庫

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）的水文條件對河流水質(zhì)的影響；（4）以CODCr、BOD5、NH3-N、TP為水質(zhì)預(yù)測指標(biāo)，設(shè)計了三峽庫區(qū)二維隨機水質(zhì)預(yù)測的九種方案，對預(yù)測結(jié)果采用Monte Carlo法進(jìn)行統(tǒng)計處理；（5）以重慶、長壽、涪陵和萬洲四個重點城市為例，對三峽庫區(qū)建成后的岸邊污染帶進(jìn)行了預(yù)測模擬；（6）采用多指標(biāo)模糊概率綜合評價法，選取三峽庫區(qū)的20個重點斷

5、面進(jìn)行了水質(zhì)評價；（7）根據(jù)三峽庫區(qū)水質(zhì)及岸邊污染帶的預(yù)測結(jié)果，初步的提出了三峽庫區(qū)的點污染源和面污染源的控制對策。 通過以上工作，本文的研究成果和具體創(chuàng)新點總結(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，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，

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價法對庫區(qū)水質(zhì)進(jìn)行評價，使結(jié)果更加科學(xué)，反映客觀實際；（4）運用Matlab 語言對大量數(shù)據(jù)、矩陣進(jìn)行處理，將計算機語言和數(shù)學(xué)模型進(jìn)行完美結(jié)合，增強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