地下水污染系統(tǒng)中的溶質(zhì)運(yùn)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(yùn)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(jìn)展,在此基礎(chǔ)上指出研究方法:第一,基于隨機(jī)、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(jī)建模的參數(shù)非均質(zhì)性研究方法;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(jī)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(jī)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(yàn)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(yùn)移問題。研究發(fā)現(xiàn),貝葉斯推斷的參數(shù)后驗(yàn)分布并非對稱分布,條件數(shù)據(jù)越多,參數(shù)后驗(yàn)分布的標(biāo)準(zhǔn)方差越小,參數(shù)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(yùn)移的影響較大,地下水溶質(zhì)運(yùn)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(yùn)移的不確定問題,提出一種非均質(zhì)含水層中溶質(zhì)運(yùn)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)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(shí)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、合理地反映了地下水環(huán)境健康風(fēng)險水平的真實(shí)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(shí)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。(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(jī)性和風(fēng)險的模糊性,建立了基于隨機(jī)模擬的地下水污染風(fēng)險模糊評價模型。實(shí)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(yùn)移,建立了若干基于不確定性理論的地下水污染風(fēng)險模型。一方面,有助于深刻揭示不確定因素對地下水溶質(zhì)運(yùn)移和污染風(fēng)險的影響,在本質(zhì)上加深對地下水環(huán)境系統(tǒng)不確定性的認(rèn)識,具有以一定的理論意義;另一方面,以湖南省“兩型社會”建設(shè)區(qū)長沙-株洲-湘潭地下水污染、長沙黃興鎮(zhèn)地下水錳污染為例證明,基于不確定理論的地下水溶質(zhì)運(yùn)移和污染風(fēng)險研究,可以更加有效的反映復(fù)雜地下水環(huán)境系統(tǒng)的行為,更有效的指導(dǎo)地下水資源管理和污染防治工作,具有一定的實(shí)踐意義。
【學(xué)位單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2009
【中圖分類】：P641.2;X523
【部分圖文】：

中國地下水污染現(xiàn)狀[2]

圖 1.2 地下水污染系統(tǒng)的組成Fig1.2 The constitution of groundwater contamination system生活中的廢水、廢物通過各種形式的滲流進(jìn)入地下水，直境質(zhì)量。按水力學(xué)特點(diǎn)，地下水污染的途徑分為間歇入滲型和徑流型，見表1.1。污染物種類繁多，按其性質(zhì)可以分為三類，即化學(xué)污染物污染物[8]。化學(xué)污染物是地下水污染物的重要組成部分，為無機(jī)污染物和有機(jī)污染物。地下水中常見的無機(jī)污染物是l－、SO42－、F－、CN－、硬度、總?cè)芙夤腆w、重金屬元素等接毒害作用的無機(jī)污染物、非金屬無機(jī)毒性污染物、類金金屬無機(jī)毒性污染物。無直接毒害作用的無機(jī)污染物雖然濃度達(dá)到一定程度之后，會對環(huán)境或人體健康造成不同程毒性污染物主要指氰化物。排放含氰廢水的工業(yè)主要有電洗滌，金、銀選礦和某些化學(xué)工業(yè)等。非金屬無機(jī)毒性污

[107]作為參考（見圖2.1）。在圖2.1確定的滲透系數(shù)對數(shù)的高斯隨機(jī)場下，本章研究的參考流場見圖2.2。含水層的水流采用MODFLOW模型[151]；含水層的溶質(zhì)運(yùn)移采用MT3DMS模型，采用特征元法求解[9]。在MODFLOW中，采用有限差分法對水流模型求解，差分的格式采用后差分的格式，理論上保證求解的穩(wěn)定性；采用強(qiáng)隱式法對線性方程組聯(lián)立迭代求解，收斂的條件是達(dá)到設(shè)定的迭代步數(shù)或迭代誤差，其中，最大迭代步數(shù)設(shè)定為50，迭代誤差設(shè)定為0.0001。在MT3DMS中，考慮到滲透系數(shù)的變化引起的流速v的變化
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2891119