矿尘迁移关联区域生态环境脆弱度评价方法研究

发布时间：2020-08-31 13:14

　　随着经济的稳定增长和社会的不断进步,矿产资源开发大规模开发利用成为了必然选择,由此导致矿区及矿尘迁移关联区域生态系统承载能力下降、脆弱度增加的现象不容忽视,在环境污染、生态退化的严峻形势面前,采取科学的保护和治理措施刻不容缓。本文以实现矿区及其关联区域生态环境脆弱度评价和关联生态系统之间脆弱级联传播规律揭示为目标,开展了以下几个方面的研究:为了获取矿尘迁移关联区域内的浓度分布规律,提出了单点源矿尘污染关联区域浓度分布估算模型(MDCDEM-SPS),克服了已有扩散模型气象因素考虑不足、无法计算稳态浓度的缺陷。该模型以矿尘迁移路径为基础数据,耦合使用高斯扩散模型、改进的反距离权重数据展布方法、克里金插值方法,分析多个时空维度上的矿尘数值浓度分布规律。以神府煤田为例,模拟连续排放过程中矿尘迁移扩散情形,对每个季节三个高度层上矿尘浓度数值及其分布规律进行计算和分析,确定了各时段矿尘浓度富集区域,为矿尘迁移关联区域生态环境评价提供理论支持。采用矿尘迁移前向路径和后向路径构建由排放源到目标生态系统的矿尘迁移网络,明确潜在的危害来源路径,给出了生态系统损害级联传播Petri网评价模型(PN-EDCP)的定义,阐述了将迁移路径网络抽象为Petri网模型的一般流程。通过向Petri网模型中引入库所对象属性与方法的概念,模型现实含义清晰,具备对生态系统对象间逻辑关系及损害级联传播路径的描述和分析能力。在以榆神矿区为研究区域的实例研究中,使用PN-EDCP模型完成了仿真分析,并对得到的损害度变化趋势及与之相关的级联路径进行了深入讨论。该模型能够将矿尘迁移现象损害生态系统的过程直观展现出来,为预测矿区生态系统损害度变化趋势并制定相应防护和治理措施提供参考。提出基于随机Petri网的生态系统脆弱度级联传播(SPN-EVCP)模型的定义,并给出该模型的一般构造方法,构建以多个排放源为起点的前向迁移路径构成的矿尘迁移网络,明确生态子系统之间的逻辑关系,将其抽象为SPN-EVCP模型,添加用于满足传统SPN特性、预留修复入口的辅助结构,求解矿尘稳态浓度,并根据给定的修复策略模拟子系统间脆弱度级联演化过程。实例研究表明,该模型能够直观展现多源污染下生态系统脆弱度级联传播过程,并能够为污染治理和生产调度提供科学的决策依据。本文基于高斯烟羽模型、对象Petri网、模糊Petri网、随机Petri网的基本理论,融合HYSPLIT、反距离权重插值等模型和方法,分别构建了矿区及矿尘迁移关联区域生态系统脆弱级联传播评价模型,为矿尘迁移关联区域生态环境脆弱度评价提供了理论依据。
【学位单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：X826
【部分图文】：

浓度分布,矿尘,季节,高程

东北方浓度数值较大，分布较广；夏季(图2.4b)污染物向四个方向均匀发散，由于迁移速度较慢，浓度分布相对均匀，高浓度区较大；秋季(图 2.4c)污染物向东南方向迁移频率较高，且速度很慢，致使东南方

浓度分布,矿尘,迁移过程,浓度分布

西安建筑科技大学硕士学位论文指标比例及浓度限值见表 3.2 所示。计算指标铅(Pb) 砷(As) 镉(Cd) 铬(Cr) 0.552082 0.398168 0.0025 0.04725g/m3) 0.5 0.006 0.005 0.000025与分析模型对矿尘迁移扩散及其导致的生态系统损害级联传播过程进行模他参数取值为：源强 Q=21kg/h，τ=0.96。矿尘迁移过程达到稳定状态如图 3.4 所示。p51(26%)

浓度分布,迁移路径,库所,展布

西安建筑科技大学硕士学位论文分别得出若干条聚类路径及每条聚类路径包含的原始路径百分比，聚类路径即为矿尘的年平均迁移路径。将迁移路径水平二维坐标导入 ArcMap 并提取高程数据，将生成的三维坐标输入到高斯烟羽模型，源强 Q=21g/h，按照 0.1°×0.1°的分辨率计算研究区域在单个污染源排放矿尘情况下的矿尘浓度分布，按照地理空间分布叠加浓度值数据，得出多污染源共同作用下未考虑矿尘随机迁移影响的浓度分布，以下简称叠加浓度，根据浓度值使用不同图例表示浓度分布，如图 4.4 所示。2-1(26%)2-7(13%)

【参考文献】