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)化設計和管理的相關研究。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面分析法建立了抽吸率和污染物濃度之間的響應關系替代模擬模型，基于代理方程構建地下水目標規(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)化設計同時進行，使健康風險評價作為地下水系統(tǒng)優(yōu)化設計的約束條件之一。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系，在修復系統(tǒng)中關心的側(cè)重點各不相同，需要綜合考慮。因此，本論文構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-