地下水有机污染反应运移模拟参数反演评价

发布时间：2019-04-02 00:53

【摘要】：石油化工产业迅速发展引起的地下水污染日趋严重,多种有机污染物经非饱和带下渗进入地下含水层。有机溶解相在地下水中的运移比非水相有机物在土壤地下水中影响范围更大,对水质的影响更直接。因此研究溶解相在地下含水层中运移和相关物理化学作用对污染的治理修复具有重要的意义。本文以地下水中有机污染生物降解反应运移数值模拟为例进行了逆问题研究,开展参数反演评价和参数不确定性分析。地下水有机污染反应运移模型中包含大量物理参数和水文地球化学参数,涉及多种组分的不同类型观测数据,使用这些观测数据进行参数估计过程中应该注意权重的使用。本文基于理想算例,将已知参数(视为真实值)的模拟值加入随机误差作为观测值进行反应运移参数反演,探求不同权重组合对估计结果的影响。第一种均为1的权重组合与第二种反映观测误差的权重组合参数反求的结果差异明显,后者参数估计结果与真实值更为接近,模拟值与观测值拟合更佳,且估计参数的置信区间更小。由于第二种权重拟合误差方差s2偏离1,因此进一步修改第二种权重组合为第三种权重组合,虽然参数估计结果与第二种权重组合结果相同,但第三种权重拟合误差方差s2趋于1,更符合理论值。参数估计完成后需要对模型拟合度的好坏评价,在第三种权重组合的基础上,将传统观测拟合评价方法与加权残差的图形分析方法进行对比,指出传统观测拟合在不同类型观测数据变化范围很大时会掩盖观测值与模拟值的偏差,而加权残差图形分析从加权残差的随机性角度进行拟合评价更直观的展示了观测与模拟值拟合的偏差。除萘观测组外,各观测组的加权残差随模拟值的变化以及在空间上的变化都是随机的,并且各观测组的加权残差具有统计上的一致性,以及游程统计中可以接受残差随机性的假设检验,这些都表明模型中仍然存在的观测值与模拟值之间的拟合偏差是合理可的。参数估计完成后仍然存在模型模拟值与观测值的拟合偏差,如萘观测组中异常的加权残差分布,而且如多组分摩尔分数估计参数其置信区间仍然很大,这是由反应运移模型中众多参数的不确定性引起的,参数的敏感性和相关性分析是了解模型内部系统的有效方法。分析得出：多组分摩尔分数具有较大的置信区间,相应的该参数敏感度非常小,生物降解参数置信区间较窄,相应的敏感度最大,而萘溶解速率迁移常数与生物降解参数敏感度相当。参数的相关系数矩阵显示溶解速率常数与多组分摩尔分数的相关性,它解释了多组分摩尔分数敏感度很小的原因,弥补了敏感性仅对单一参数分析的缺陷。最大特征值对应的特征向量代表了“参数概率椭球体”不确定性最大的主轴方向,较大特征值的特征向量其控制该方向的3个元素显示了溶解速率常数W1、w2和多组分摩尔分数r2三者之间具有明显的相关性。增加这些有问题参数的相关测量数据可以有效的使模型模拟值与观测值的拟合偏差得到改善。
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【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X824
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本文编号：2452069