【摘要】：在強(qiáng)烈的人類活動中,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,降低由此帶來的損失,世界發(fā)達(dá)國家高度重視突發(fā)污染事件的監(jiān)測預(yù)警、追蹤溯源與應(yīng)急處置問題研究,但迄今缺少相對完善和成熟的理論、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。對深入認(rèn)識突發(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,提出了本文的主要研究內(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,對追蹤溯源基本原理展開了分析,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)果的平均相對誤差均小于6%,且在非恒定流和測量誤差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誤差和平均相對標(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,通過對全文研究內(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題的追蹤溯源方法。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：X52
【圖文】：

圖1-1 2005?2012年國家環(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：2737160