【摘要】：在強(qiáng)烈的人類活動(dòng)中,受設(shè)備失靈、操作失誤、人為破壞、自然災(zāi)害等因素影響,突發(fā)性水污染事件日益增多,嚴(yán)重威脅著人民的生命財(cái)產(chǎn)安全、社會(huì)穩(wěn)定與生態(tài)健康。為有效預(yù)防突發(fā)水污染事件,降低由此帶來(lái)的損失,世界發(fā)達(dá)國(guó)家高度重視突發(fā)污染事件的監(jiān)測(cè)預(yù)警、追蹤溯源與應(yīng)急處置問(wèn)題研究,但迄今缺少相對(duì)完善和成熟的理論、方法與技術(shù)。本文在前人研究和示蹤試驗(yàn)觀測(cè)的基礎(chǔ)上,綜合集成系統(tǒng)工程與環(huán)境水力學(xué)等相關(guān)模型方法,重點(diǎn)對(duì)河渠突發(fā)水污染事件追蹤溯源系統(tǒng)分析理論與方法進(jìn)行了深入研究。對(duì)深入認(rèn)識(shí)突發(fā)水污染事件下河渠水流與污染物混合擴(kuò)散統(tǒng)計(jì)規(guī)律,發(fā)展追蹤溯源系統(tǒng)分析模型與方法,提高突發(fā)水污染事件的處置效率與技術(shù)水平,具有重要的理論意義與廣泛的應(yīng)用前景。論文主要內(nèi)容與成果如下： (1)闡述了國(guó)內(nèi)外突發(fā)水污染現(xiàn)狀及原因,分析了河渠突發(fā)水污染追蹤溯源方法研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì),提出了本文的主要研究?jī)?nèi)容與總體思路。 (2)分析了污染物在河渠中遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理,包括難溶、可溶和揮發(fā)等不同類型的污染物在河渠中遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程；并基于突發(fā)水污染事件的定義與特點(diǎn),以及追蹤溯源的概念,對(duì)追蹤溯源基本原理展開(kāi)了分析,歸納總結(jié)了河渠突發(fā)污染追蹤溯源技術(shù)與方法。 (3)構(gòu)建了河渠一維、二維和三維水流水質(zhì)耦合模擬模型,并分析了河渠水動(dòng)力學(xué)及水環(huán)境的特點(diǎn),提出了河渠水流水質(zhì)耦合模擬模型的計(jì)算流程。經(jīng)長(zhǎng)江某河段實(shí)例研究,驗(yàn)證了耦合模擬模型的合理性。 (4)以優(yōu)化方法為模型框架建立了河渠污染事件追蹤溯源優(yōu)化模型,并率先構(gòu)建混合微分進(jìn)化-單純形算法進(jìn)行河渠突發(fā)水污染事件追蹤溯源模型求解。算例結(jié)果表明,相比基于微分進(jìn)化算法的追蹤溯源方法,基于該類追蹤溯源方法能有效縮減30%迭代次數(shù)和減少0.51%的總平均絕對(duì)誤差,即所構(gòu)建的追蹤溯源方法具有較強(qiáng)的收斂性和精確性。 (5)針對(duì)河渠突發(fā)水污染事件的不確定性,提出了基于貝葉斯框架的追蹤溯源技術(shù)方法。算例表明,不同情景和不同觀測(cè)誤差條件下基于貝葉斯推理的追蹤溯源方法得到的追蹤溯源結(jié)果的平均相對(duì)誤差均小于6%,且在非恒定流和測(cè)量誤差σ為0.1時(shí)采用基于貝葉斯推理的追蹤溯源方法所得平均相對(duì)誤差和平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均比采用基于單純形算法的追蹤溯源方法的要少2.81%和25.65%,即基于貝葉斯推理的追蹤溯源方法具有較強(qiáng)的適用性、更高的辨識(shí)精度和一定的抗噪能力。 (6)為了提高河渠突發(fā)水污染事件的追蹤溯源精度和速率,首次設(shè)計(jì)了一種基于貝葉斯推理和微分進(jìn)化算法結(jié)合的追蹤溯源方法。算例表明相比基于貝葉斯推理的追蹤溯源方法而言,新型方法能有效縮減3/4迭代次數(shù)且得到的結(jié)果平均相對(duì)誤差小于4%,即本文所設(shè)計(jì)的新型追蹤溯源方法具有更快的收斂速度和更高的精度。 (7)最后,通過(guò)對(duì)全文研究?jī)?nèi)容與成果的歸納總結(jié),指出了今后有待進(jìn)一步研究的問(wèn)題。 本文的創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)在：1)基于追蹤溯源基本原理,率先提出利用混合微分進(jìn)化-單純形算法對(duì)河渠突發(fā)水污染事件追蹤溯源進(jìn)行研究；2)充分考慮了河渠突發(fā)水污染事件的不確定性,構(gòu)建基于貝葉斯推理的追蹤溯源方法；3)在基于貝葉斯推理的追蹤溯源方法基礎(chǔ)上引入微分進(jìn)化算法,設(shè)計(jì)了一種既能提高計(jì)算精度和抽樣效率,又能處理不確定性問(wèn)題的追蹤溯源方法。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：X52
【圖文】：

圖1-1 2005?2012年國(guó)家環(huán)境保護(hù)部直接調(diào)度處置污染事件起因分類圖180i liilli? 80 I I I I I Iillllll .2 DOS 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012年份圖1-2 2005-2012年國(guó)家環(huán)保部接報(bào)調(diào)度的污染事件統(tǒng)計(jì)圖1-1和圖1-2可以看出，自2005年以來(lái)突發(fā)水污染事件一直是我主要形式。目前，污染事件總數(shù)與水污染事件總數(shù)雖然分別得到，但這些污染事件所造成的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失卻逐年遞增。據(jù)監(jiān)察部統(tǒng)

武漢大學(xué)博士學(xué)位論文突lee I ■生產(chǎn)安全事故#80 I ■交遂事故

本文編號(hào)：2737160