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)中的應用研究進展，指出以不確定性理論與方法來指導環(huán)境系統(tǒng)的建模，在本質上可加深對不確定的水環(huán)境系統(tǒng)客觀規(guī)律性的認識。本文以國內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變化趨勢，以期建立的不確定水質模型更符合客觀事實，更具科學性、實用性和可操作性。 河流水質預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、有一定的理論基礎和較為成功的實際應用成果，但仍然局限在較為理想化的確定性水質模型的應用上，對復雜河流水質系統(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，在前人研究的基礎上，大膽突破創(chuàng)新，提出了基于有限單元法的復雜河流二維隨機水質預測模型，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模型的建模過程以及隨機參數的識別方法，并針對有限單元數值算法，提出了基于信息熵理論求解復雜河段水質模型的單元網格寬度的定量優(yōu)化模型；（2）考慮人口、經濟發(fā)展水平、工農業(yè)結構調整力度、環(huán)保政策、污染物治理水平等不確定因素，預測了2010年三種污染負荷水平（高負荷、中負荷、低負荷）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），并與三種污染負荷水平進行組合，以期全面地把握不同水期（枯、平、豐）的水文條件對河流水質的影響；（4）以CODCr、BOD5、NH3-N、TP為水質預測指標，設計了三峽庫區(qū)二維隨機水質預測的九種方案，對預測結果采用Monte Carlo法進行統(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行了預測模擬；（6）采用多指標模糊概率綜合評價法，選取三峽庫區(qū)的20個重點斷

5、面進行了水質評價；（7）根據三峽庫區(qū)水質及岸邊污染帶的預測結果，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)新點總結如下：（1）提出了基于信息熵的網格優(yōu)化理論，為確定單元網格的寬度和流帶劃分提供了理論依據，優(yōu)化了水質模型，即當單元網格內污染物的信息熵最大時，網格內污染物的濃度將趨于均勻，網格寬度將達到最優(yōu)；（2）運用Monte Carlo抽樣模擬法，進行數據采集、分析和概率分布統(tǒng)計，

6、使數據處理結果更加客觀可靠；（3）提出了模糊概率綜合評價法對庫區(qū)水質進行評價，使結果更加科學，反映客觀實際；（4）運用Matlab 語言對大量數據、矩陣進行處理，將計算機語言和數學模型進行完美結合，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，如果要更加準確、真實的反映水環(huán)境系統(tǒng)中的各種現象，不確定性理論與方法必然將在水環(huán)境系統(tǒng)中得到更廣泛的應用。本論文的工作，一方面，成功的將不確定性理論與方法應用于具