复杂河网系统突发性水污染风险时空变异及其对水文条件变化的响应

As the variation of hydrological conditions is very complicated in river network system of Taihu Lake basin, the accidental water pollution has more uncertainties on the polluted scope and the polluted objects. Taking the Changdang Lake basin as the study object, the accidental discharging pollutant cases as the study breakthrough, starting from randomly discharging of multiple pollutant sources and adopting the multi-disciplinary research methods, the simulation and evaluation model of the accidental water pollution risks in river network is established integrating stochastic algorithms, the numerical simulation method coupling water quantity and water quality and the fuzzy representation model for risk consequence. On the basis of the model simulation results under the combined dispatching in different typical years, the temporal and spatial variation characteristics of the probability distribution for the overproof water quality risk, the health risk and the comprehensive water environment risk are analyzed, and the temporal and spatial variation characteristics of the different hydrological factors is discussed. The transfer and superposition characteristic of the accidental water pollution risk in river network system is explored. The interaction and response mechanism of hydrological element variation and pollution risk probability distribution in space and time under hydraulic engineering combining regulation is finally revealed. The research results provide an effective tool for merging the uncertainties during the accidental water pollution, and provide technical support for the prevention and control decision of the accidental water pollution in complex river network area.

针对太湖流域河网系统水文条件变化复杂致使突发性水污染事故在污染范围和污染对象上更具有不确定性的特点，本研究以长荡湖流域为研究对象，以太湖流域突发性水污染主要形式-非正常大量排放废水事故为研究切入点，从多污染源排污的不确定性入手，采用多学科交叉研究手段，建立复杂河网区突发性水污染风险仿真与综合评估模型，开展突发性水污染风险时空变异及其对水文条件变化的响应研究。以不同典型年水利工程联合调控下模型计算成果为基础，分析水质超标风险、健康风险与水环境综合风险概率分布的时空变异特征，研究水文要素的时空变化规律，探索污染风险在河网系统内的传递特性与叠加特性，揭示水利工程联合调控下水文条件变化与突发性水污染风险概率时空分布的互动关系及响应机制，为融合河网区突发性水污染中的各种不确定性提供了一种有效手段，为河网区突发性水污染事故的预防与控制决策提供科学支撑。

目前我国仍未形成一套适合不同尺度和水体特点的突发性水污染风险评估和预警的理论与方法体系，尤其在水文条件变化复杂的河网区开展相应研究的甚少。已有研究未涉及突发水污染风险分布的水文驱动机制，特别是在探讨水文条件变化与风险时空变异的互馈关系及响应机制方面鲜有研究。（1）对研究区开展现状水质评价，找出主要污染因子；依据典型河段不同水期野外现场试验，计算主要污染因子综合降解参数的取值范围，建立降解参数与河流流速之间的拟合相关关系；（2）根据研究区河网水动力特征、污染物变化规律以及保守物质水流输送机理，开发了河网水动力与常规污染物和保守物质水质耦合模型；（3）对研究区污染源实际调查，分析不同类型污染源排污时变特征和规律，运用空间状态分析法和马尔科夫模型对风险源运行状态进行时间离散，将风险源状态转移模型和河网水动力-常规污染物-保守物资水质模型嵌入到时序蒙特卡罗算法框架之中，建立了平原河网多源突发性水质污染风险概率评估模型，分析了多源突发性水污染风险概率空间分布特征，探讨了风险概率分布与水文条件变化的响应关系；（4）在上述研究基础上，利用问卷调查建立基于环境标准(ER)和健康影响标准(HR)的模糊隶属函数，并将模拟的结果与隶属函数相结合，量化了突发性水污染浓度的随机不确定性及其引发后果的模糊不确定性，并基于模糊逻辑方法将ER和HR结合得到总风险水平，通过插值法得到总风险分值。分析了研究区多源突发性水污染风险空间分布特征，探讨了风险空间分布与水文条件变化的响应关系；（5）在上述研究基础上，开展了研究区突发性水污染预警预报研究，提出了采用敏感受体处常规污染物和保守物质双浓度过程线进行预警指标计算的新方法，给出了预警指标计算的流程与步骤，检验了该方法的可行性，分析了指标计算的若干影响因素。相关研究成果撰写论文8篇，已发表3篇SCI，录用2篇SCI，投稿1篇SCI，发表中文核心2篇。