頻發(fā)的水污染事件及其伴隨的嚴(yán)重危害對(duì)各級(jí)政府的應(yīng)急能力建設(shè)提出了新要求,促進(jìn)了環(huán)境工作者對(duì)污染預(yù)警響應(yīng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)以服務(wù)于水質(zhì)安全保障。本研究針對(duì)我國(guó)在應(yīng)對(duì)突發(fā)性污染事件過(guò)程中所面臨的主要技術(shù)問(wèn)題,在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外突發(fā)污染應(yīng)急響應(yīng)過(guò)程中相關(guān)科學(xué)問(wèn)題的基礎(chǔ)上,開(kāi)展了突發(fā)污染異常預(yù)警方法、突發(fā)污染應(yīng)急監(jiān)測(cè)方法和應(yīng)急處置工程啟動(dòng)判別及風(fēng)險(xiǎn)分析等方面的研究。針對(duì)地表水突發(fā)污染快速預(yù)警的需求,基于軟測(cè)量方法和小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了突發(fā)污染事故動(dòng)態(tài)預(yù)警模型。結(jié)合高頻連續(xù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),采用了多元回歸分析方法,分析了水質(zhì)參數(shù)之間的相關(guān)關(guān)系,構(gòu)建了基于連續(xù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的軟測(cè)量模型。在此基礎(chǔ)上,綜合考慮了突發(fā)污染事件特征、歷史水質(zhì)異常閾值等,采用小波去噪分析方法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)水質(zhì)預(yù)測(cè)方法,對(duì)水質(zhì)時(shí)間序列進(jìn)行了預(yù)測(cè),結(jié)合水質(zhì)異常閾值判斷標(biāo)準(zhǔn)建立了異常預(yù)警框架。選擇了波托馬克河上游和下游的兩個(gè)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證。結(jié)果表明:上游監(jiān)測(cè)站點(diǎn)水質(zhì)參數(shù)相關(guān)性比下游更加明顯,尤其是TSS、TP與濁度之間的相關(guān)性,上游監(jiān)測(cè)站點(diǎn)相關(guān)系數(shù)均大于0.9,而對(duì)下游監(jiān)測(cè)站點(diǎn)最大不過(guò)0.73;小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)去除單點(diǎn)異常造成的噪聲干擾來(lái)提高異常預(yù)警的精確度,能夠較好地識(shí)別突發(fā)污染引起的水質(zhì)異常現(xiàn)象;小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)警算法ROC曲線與x軸圍成的面積在0.98以上,表明該方法精度能夠滿足異常預(yù)警要求。針對(duì)突發(fā)污染事故應(yīng)急預(yù)警響應(yīng)階段的污染團(tuán)監(jiān)測(cè)問(wèn)題,構(gòu)建了基于信息熵理論的應(yīng)急預(yù)警監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型。結(jié)合歷史水文、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),采用污染物遷移模型對(duì)污染物遷移的水動(dòng)力過(guò)程進(jìn)行了模擬預(yù)測(cè),并基于水質(zhì)模型模擬數(shù)據(jù),得到水流方向不同地點(diǎn)和不同監(jiān)測(cè)時(shí)間間隔的污染物濃度分布曲線,將污染物分布曲線轉(zhuǎn)化為概率密度曲線�；诟怕拭芏扔�(jì)算得到了不同位置濃度分布曲線的信息熵以及相鄰監(jiān)測(cè)斷面的信息傳遞指數(shù),結(jié)合Shannon采樣定理和傅里葉變換,最后給出了監(jiān)測(cè)斷面時(shí)空布設(shè)方案。分別采用美國(guó)特拉基河示蹤劑實(shí)驗(yàn)和2005年松花江硝基苯泄露事件作為測(cè)試案例對(duì)該理論框架進(jìn)行驗(yàn)證分析。結(jié)果表明:水質(zhì)模型的模擬結(jié)果基本與實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果一致,可用于監(jiān)測(cè)斷面優(yōu)化研究。應(yīng)急監(jiān)測(cè)斷面優(yōu)化模型可作為一種有效的工具,不僅可用于流域規(guī)劃或管理階段的應(yīng)急監(jiān)測(cè)預(yù)案的設(shè)計(jì),而且還可用于突發(fā)污染發(fā)生后的應(yīng)急監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)。針對(duì)突發(fā)污染事故應(yīng)急溯源反演算法對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的需求問(wèn)題,系統(tǒng)梳理國(guó)內(nèi)外常用的地表水污染源反演方法,并根據(jù)計(jì)算原理進(jìn)行歸類,選擇每類的典型算法進(jìn)行監(jiān)測(cè)斷面優(yōu)化模型設(shè)計(jì)研究。結(jié)合示蹤劑實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)討論了不同反演方法的適用范圍以及相應(yīng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)布設(shè)準(zhǔn)則。結(jié)果表明,每種反演方法對(duì)監(jiān)測(cè)斷面位置和采樣頻率等信息具有不同的要求,不同排放類型和排放條件下,可用的反演方法也不相同。在實(shí)際的污染源反演過(guò)程中,反演方法的選擇應(yīng)當(dāng)結(jié)合污染實(shí)際情況,選擇合適的反演方法并布設(shè)相應(yīng)的應(yīng)急監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。針對(duì)突發(fā)污染發(fā)生后應(yīng)急處置工程實(shí)施的決策問(wèn)題,基于污染物特征尺度和威脅度評(píng)價(jià)建立了應(yīng)急處置工程啟動(dòng)判別模型。將污染事故危險(xiǎn)性、污染物傳輸及預(yù)警時(shí)空特征尺度進(jìn)行了綜合分析,開(kāi)發(fā)了污染物事故時(shí)空特征尺度計(jì)算及污染物威脅度評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并進(jìn)行系統(tǒng)集成。結(jié)合南水北調(diào)工程案例,對(duì)處置啟動(dòng)判別技術(shù)和決策工具進(jìn)行了測(cè)試,成功開(kāi)發(fā)了應(yīng)急處置工程啟動(dòng)判別模塊,并集成到南水北調(diào)突發(fā)污染應(yīng)急調(diào)控處置污染預(yù)警框架中,實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急調(diào)控處置工程措施的程序化。針對(duì)應(yīng)急處置工程實(shí)施前后的工程風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題,基于模糊故障樹(shù)分析建立了突發(fā)水污染事故應(yīng)急處置工程的風(fēng)險(xiǎn)定量評(píng)估模型。提出了應(yīng)急處置工程風(fēng)險(xiǎn)概念,在此基礎(chǔ)上建立了包含10個(gè)子指標(biāo)的應(yīng)急處置工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系�；谏轿鳚嵴暮颖桨肺廴臼录�(yīng)急處置工程,采用模糊故障樹(shù)計(jì)算出了引起頂端事件發(fā)生的所有基本事件和最小割集的發(fā)生概率,并對(duì)最小割集對(duì)頂端事件的貢獻(xiàn)率進(jìn)行了排名,給出如何預(yù)防頂端事件發(fā)生的建議。為決策者如何利用有限的應(yīng)急資源,采取有效的預(yù)防措施避免工程風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生提供了決策依據(jù)。論文研究成果可為我國(guó)流域突發(fā)污染的防控提供借鑒,進(jìn)一步完善豐富水環(huán)境監(jiān)管的理論基礎(chǔ),為水系統(tǒng)的河長(zhǎng)制管理提供技術(shù)支持。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：X832;X52
【部分圖文】：

圖 2-1 河流中污染物遷移示意圖（來(lái)源于 Jobson[108]）Fig.2-1 the schematic diagram of pollutant migration in river (Source from Jobson[108])圖中，pC ——污染團(tuán)峰值濃度；lT ——污染團(tuán)前鋒從注入點(diǎn)到第一個(gè)采樣位置的遷移時(shí)間；pT ——污染團(tuán)峰值從注入點(diǎn)到第一個(gè)采樣位置的遷移時(shí)間；tT ——污染團(tuán)后邊緣從注入點(diǎn)到第一個(gè)采樣位置的遷移時(shí)間；dT ——污染團(tuán)在第一個(gè)采樣位置的持續(xù)時(shí)間 -t lT T ；10dT ——污染團(tuán)從前鋒濃度到下降到峰值濃度 10%的持續(xù)時(shí)間；n ——下游采樣點(diǎn)的數(shù)目；通過(guò)某一監(jiān)測(cè)斷面污染物的質(zhì)量rM 可以采用公式（2-4）計(jì)算：0=tlTWr vTM C × q ×dwdt∫∫ （2-4）其中，W ——監(jiān)測(cè)位置河流總寬度；vC ——監(jiān)測(cè)位置垂向平均濃度；

信息理論最初是 C.E. Shannon 于 1948 年在al Theory of Communication”[112]中提出的，它可用于概率測(cè)度和對(duì)信息給出了定量的描述，為信息的表達(dá)、存儲(chǔ)、傳送和處理依據(jù)。信息熵的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：1logni a iiH p p== ∑ i——某個(gè)隨機(jī)事件發(fā)生的概率；a ——對(duì)數(shù)函數(shù)的底，其數(shù)值決定了信息熵的單位，a=2時(shí)單a=e時(shí)單位為nat，a=10時(shí)單位為dit；被認(rèn)為是系統(tǒng)紊亂程度的一種度量方法，可用來(lái)表征系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)無(wú)序性）。如圖所示，當(dāng)信息源是完全確定時(shí)，那么信息熵就等紊亂程度不斷增加，信息熵隨之增加，直到完全混亂狀態(tài)其信信息熵是消除信息源不確定性所需信息量的一種度量，也就是息丟失會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)紊亂程度增加，相反通訊獲得信息則會(huì)消除

圖 2-3 西弗吉尼亞州常規(guī)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站分布（來(lái)源于文獻(xiàn)[39]）Fig. 2-3 Map of the routine monitoring stations in West Virginia (source from the reference[39])表2-2 波多馬克河水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)信息Table 2-2 the water quality monitoring station of Potomac River站點(diǎn)編號(hào) 站點(diǎn)名稱 站點(diǎn)經(jīng)緯度01632900 Smith Creek near New Market, VA 38°41'36"N 78°38'35"W01645704 Difficult Run above Fox Lake nearFairfax, VA38°53'04.5"N 77°19'57.8"W01645762 SF Little Difficult Run above Mouth nearVienna, VA38°54'31.6"N 77°20'18.8"W01646000 Difficult Run near Great Falls, VA 38°58'33"N 77°14'46"W01646305 Dead Run at Whann Avenue nearMclean, VA38°57'34.8"N 77°10'33.5"W01654000 Accotink Creek near Annandale, VA 38°48'46"N 77°13'43"W01654500 Long Branch near Annandale, VA 38°48'39"N 77°14'07"W01656903 Flatlick Branch above Frog Branch atChantilly, VA38°52'56.2"N 77°25'55.9"W01668000 Rappahannock River nearFredericksburg, VA38°18'30"N 77°31'46"W01673000 Pamunkey River near Hanover, VA 37°46'03"N 77°19'57"W
【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 艾則體玉買爾·艾買提;;淺談如何提高在突發(fā)性環(huán)境污染事故的應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力[J];新疆化工;2012年04期

2 ;黃河首次成功試用直升無(wú)人機(jī)應(yīng)急遙感監(jiān)測(cè)凌情[J];治黃科技信息;2011年02期

3 張媛;肖洋;;河流水質(zhì)超標(biāo)的應(yīng)急監(jiān)測(cè)研究[J];資源節(jié)約與環(huán)保;2018年01期

4 董建輝;吳啟紅;萬(wàn)世明;謝飛鴻;;突發(fā)滑坡災(zāi)害的應(yīng)急監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)體系[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2018年11期

5 喻正偉;王瑞英;唐麗麗;趙全來(lái);全葳;王海鵬;肖鵬;邱學(xué)軍;劉婷;;一種多功能新型核與輻射應(yīng)急監(jiān)測(cè)移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)[J];核電子學(xué)與探測(cè)技術(shù);2017年12期

6 王琦;王旭紅;;對(duì)建立地級(jí)市突發(fā)性環(huán)境污染事故聯(lián)動(dòng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)機(jī)制的思考[J];山西化工;2016年06期

7 唐玉東;;淺談水華的成因及應(yīng)急監(jiān)測(cè)[J];低碳世界;2016年36期

8 張福全;王奉虎;徐國(guó)棟;;化工企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)初探[J];山東工業(yè)技術(shù);2017年04期

9 王迪;;移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室在應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作中的應(yīng)用[J];山西水利;2017年03期

10 宋維彥;;強(qiáng)化突發(fā)性環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)質(zhì)量管理[J];資源信息與工程;2017年03期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 史斌;水污染動(dòng)態(tài)預(yù)警監(jiān)測(cè)模型構(gòu)建與應(yīng)急處置工程風(fēng)險(xiǎn)分析[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 劉焱;油田衛(wèi)星應(yīng)急監(jiān)測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2016年

2 刁希凱;長(zhǎng)江口海域危險(xiǎn)化學(xué)品應(yīng)急監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)研究[D];上海海洋大學(xué);2016年

3 劉菁;感知危險(xiǎn)源應(yīng)急監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];南京理工大學(xué);2011年

4 任亞?wèn)|;基于3G脫網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的礦井應(yīng)急監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究[D];青海師范大學(xué);2017年

5 鐘世錦;基于三維激光掃描技術(shù)的廣州市水土流失敏感性分析與應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用[D];廣州大學(xué);2017年

6 楊潔;核應(yīng)急中復(fù)雜地形場(chǎng)景伽馬劑量估算[D];清華大學(xué);2016年

7 于庭澤;天津臨港經(jīng)濟(jì)區(qū)環(huán)境污染事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)集成系統(tǒng)研究[D];清華大學(xué);2012年

8 穆沙江·努熱吉;我國(guó)突發(fā)性環(huán)境污染事故應(yīng)急機(jī)制研究[D];新疆大學(xué);2012年

9 楊東吉;基于移動(dòng)實(shí)驗(yàn)室的毒氣泄漏事故監(jiān)測(cè)路徑研究[D];哈爾濱理工大學(xué);2012年

10 李佳;環(huán)境污染事故應(yīng)急處理專家系統(tǒng)研究[D];天津大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2846281