基于健康風險的石油污染地下水管理模型研究.pdf

1、近年來，受石油污染的地下水問題備受關(guān)注。地下水藏于地下，難以全面監(jiān)測，治理難度大、時間長、耗資巨大。因此，僅僅依靠單純的地下水修復技術(shù)難以對地下水資源進行科學地修復和管理，迫切需要開展針對地下水石油污染修復方案優(yōu)化設(shè)計和管理的相關(guān)研究。本論文致力于地下水石油污染修復的遷移轉(zhuǎn)化模擬、系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計和健康風險評價等方面研究，從多角度探究健康風險評價約束下的地下水修復系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計方法及其不確定性處理，以期為地下水石油污染場地修復和管理提供可靠的

2、決策支持。
　　地下水修復系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計通常采用模擬-優(yōu)化耦合模型確定地下水最優(yōu)修復方案，其中的數(shù)值模擬過程通常伴隨大量不確定性信息和繁瑣冗長的計算量。因此，本論文通過逐步二次響應(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)建地下水目標規(guī)劃優(yōu)化模型，通過對修復成本、環(huán)境標準和技術(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。通過對回歸方程的檢驗確保

3、代理方程的可靠性，地下水目標規(guī)劃優(yōu)化模型可以克服傳統(tǒng)模型的低精確度問題，并大大減少了計算量。
　　地下水中的石油污染物多數(shù)具有較高的毒性和致癌性，會對人體健康造成嚴重的影響。區(qū)別于傳統(tǒng)的先治理再進行風險評價的過程，本論文將健康風險評價融入地下水修復系統(tǒng)的框架，將健康風險評價和系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計同時進行，使健康風險評價作為地下水系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的約束條件之一。通過機會約束規(guī)劃法處理健康風險評價系統(tǒng)中的參數(shù)不確定性，分析健康風險約束下的不確定性

4、對地下水修復系統(tǒng)最優(yōu)方案的影響。構(gòu)建基于健康風險不確定性的目標規(guī)劃模型，采用隨機法和目標規(guī)劃法同時處理經(jīng)濟、環(huán)境、技術(shù)和風險等四個方面的不確定性，探究多重不確定性同時存在時對地下水最優(yōu)修復策略的影響規(guī)律，得出更加可靠的地下水修復方案，并進一步評價修復后地下水中污染物的健康風險水平。結(jié)果表明，健康風險評價作為地下水管理模型的約束條件，其約束力比環(huán)境標準的約束更嚴格。健康風險約束會導致修復成本提高15％-50％，但相應(yīng)的致癌風險水平得到大大

5、降低，最高可下降8倍。健康風險評價約束下得出的修復方案普遍會導致修復成本上升，但同時相應(yīng)的污染物濃度和健康風險水平會有大幅度的降低，犧牲一定的經(jīng)濟效益換來更好的環(huán)境效益和健康風險效益是值得的。
　　地下水污染修復系統(tǒng)中涉及修復效果、經(jīng)濟效益以及環(huán)境和健康風險等復雜性問題，決策者通常來自于各個管理層，并附有上下級的約束關(guān)系，在修復系統(tǒng)中關(guān)心的側(cè)重點各不相同，需要綜合考慮。因此，本論文構(gòu)建基于雙層決策目標的地下水修復優(yōu)化管理模型，將環(huán)

6、境和健康風險作為更重要的關(guān)注因素引入上層模型，成本效益作為下層研究內(nèi)容服從上層模型的要求，反過來上層模型也需考慮下層影響作用，引入模糊滿意度使上下層目標盡量同時滿足兩層決策者利益。結(jié)果表明，與只考慮經(jīng)濟效益因素或環(huán)境效益因素的單目標模型相比較，雙層決策目標模型不僅同時考慮經(jīng)濟因素和環(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。從修復成本角度分析，與只考慮環(huán)境因素的單目標模型對比，雙層決策目標模型可使總抽吸率下降

7、50％-70％;同時從修復效果角度分析，與只考慮經(jīng)濟因素的單目標模型對比，雙層決策目標模型可使污染物濃度下降50％以上。得出的最優(yōu)修復方案不僅能夠滿足較低的修復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，從而避免單目標規(guī)劃模型產(chǎn)生的極端結(jié)果，能同時滿足不同層面決策者的地下水修復目標。
　　針對我國目前的污染場地健康風險評價體系中存在的參數(shù)不準確、評價標準不一致等問題，本論文建立了基于改進模

8、糊可信度的地下水修復優(yōu)化管理模型。采用改進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)取值和評價標準，將其作為約束條件融入地下水修復管理框架中，深入分析不同可能性對可信度的貢獻，評價由不同貢獻度和可信度水平組成的多情景下模型的最優(yōu)修復方案。結(jié)果表明不同可能性對可信度的貢獻度（由0到1）以及不同可信度水平（λ由0.5到1）對健康風險有一定影響，可信度水平越高，健康風險越高，但總體均處在可接受水平范圍內(nèi)(1×10-6-1×10-