跨流域调水工程应急调控水污染技术及应用

从本质上说,污染物浓度预测和污染物溯源都是属于污染物追踪溯源的过程,更确切地说,污染物浓度分布的预测可理解为污染物正向追踪的过程,而污染物溯源则可理解为逆向追踪与溯源的过程,如图5.1所示。

图5.1　突发水污染追踪溯源过程

根据污染事件发生信息,由第3章模拟预测技术确定事件发生过程中污染物的浓度过程是对污染物运移与去向的正向追踪,而通过污染物浓度分布等观测数据来追踪污染事件产生的过程、事件发生源等相关信息则是正向追踪的反问题。很明显,污染物溯源较浓度分布预测更为复杂,不仅涉及了追踪的过程,还要从逆向的角度对污染事件进行重构,并且溯源作为预测的反问题具有非线性和不适定性。(www.xing528.com)

根据突发水污染追踪溯源的内涵,突发水污染事件追踪溯源的定义可以分为5种类型:第Ⅰ类追踪溯源是指由已知污染物时空分布的部分信息(观测值)重构污染物质输运模型的未知系数,包括纵向弥散系数、横向弥散系数和降解系数等,这一类研究被称为参数识别研究问题;第Ⅱ类追踪溯源是指由观测值推求模型中的右端污染源(汇)项,包括污染源位置、排放强度和时间等,此类追踪溯源又被称为污染源(汇)项识别问题简称溯源问题;第Ⅲ类追踪溯源是由已知信息逆推初始条件,这一类型的研究又被称为逆时研究问题;第Ⅳ类追踪溯源是根据已知信息推求水体边界条件的类型或参数,即边界条件的逆推研究;第Ⅴ类追踪溯源是上述4种类型的混合。本章节研究的污染物溯源技术主要针对第Ⅱ类溯源问题展开,即源(汇)项识别问题。

突发水污染追踪溯源研究近年来才逐渐受到关注,常用研究方法主要有确定性方法和概率方法两大块。其中确定性方法主要是包括正则化方法、试错法以及最小二乘法、线性规划和相关系数等优化方法,方法具有较为明确的物理意义,但求解唯一,当信息不准时往往结果误差很大;而概率方法主要指基于贝叶斯推理和MCMC抽样的一类随机方法,方法给出较可靠的多个备选结果,但方法依赖于随机变量分布信息的掌握情况。本章节在常用追踪溯源方法基础上,介绍一种综合确定性方法和概率统计方法的河渠突发污染快速追踪溯源新方法,在不依赖于随机变量分布信息的前提下,为突发污染应急处置提供多组备选结果。