为解决我国水资源分布不均、人均占有量不足现状,使水资源得到合理分配,我国修建了大量引调水工程,而由于引调水工程线路长、平立交建筑物多,部分水域开敞,输水沿线工业企业密集,导致河渠等输水设施易发生突发水污染事件,而水污染事件发生后往往会造成严重的社会影响和经济损失。因此,为建立一套能够应用于实际突发水污染事件应急响应行动中的快速溯源方法,以一维河渠中的突发水污染事件为研究对象,对河渠的水动力学模型和污染物迁移转化模型展开研究并构建溯源模型,旨在为突发水污染事后应急响应工作的开展提供一定的技术参考和数据支撑。论文的主要研究内容及成果如下:(1)突发水污染溯源问题概述及研究条件假定。归纳突发水污染事件的特点,对河渠突发水污染事件中污染物的迁移转化方式、扩散阶段及水污染溯源问题进行分类总结,通过对水污染溯源问题和污染物传输模型进行假定,确定研究对象为一维河渠,污染物排放工况为瞬时固定点源排放。(2)一维河渠水流水质耦合模型构建。通过简化研究模型,分别从水流动力学和污染物迁移转化两方面对微元水体中由于降水、蒸发、渗流、污染物排放等因素而产生的水量变化规律进行分析,结合初始边界条件构建一维河渠水流水质耦合模型。(3)基于bas(Beetle Antennae Search)算法构建一维河渠突发水污染溯源模型。结合正向质量浓度概率密度函数(Forward concentration probability density,FC-PDF)与逆向位置概率密度函数(Backward location probability density,BL-PDF)之间的关系建立耦合概率密度函数,实现对污染物排放位置、排放时间、排放浓度3个未知量之间的解耦;提出将耦合概率密度函数与bas算法结合构建河渠突发水污染溯源模型,考虑BA S算法自身步长更新机制对溯源结果的影响,引入混沌扰动机制对算法优化,最后基于已构建的溯源模型进行算例求解,通过2个监测断面的真实值和溯源值进行比较,结果显示:bas算法对于解决突发水污染溯源问题具有良好的适用性,并且其溯源结果趋于真实值。(4)河渠突发水污染溯源模型实验验证及突发水污染事件应急响应办法完善。为进一步验证构建的水污染溯源模型在实际水污染事件中的适用性和计算精度,在实验室模拟真实环境条件一维河渠瞬时点源污染物排放工况,将基于传统bas算法和改进后的bas算法构建的水污染溯源模型用于实验数据计算,通过对实测值与溯源结果的对比分析,结果表明:改进后bas算法对溯源模型计算的准确度提升明显,以bas算法为基础构建的水污染溯源模型对于求解突发水污染溯源问题也具有良好的适用性;此外,提出将所构建的水污染溯源模型应用于水污染应急实践中,为突发水污染事后快速开展应急响应行动提供借鉴。
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