基于贝叶斯方法的流域突发污染时未知性事故源应急搜索研究

Confirmation of the unknown accidental pollution source is the the bottle neck of emergency management of the paroxysmal pollution accident in a drainage area, which is easy to delay the opportunity for treatment, and aggravates the pollution situation. In order to treat the paroxysmal pollution accident more scientifically, this study tends to establish the searching system of the accidental pollution source and water quality model for typical pollutants in a drainage area, and furthermore, use Bayes method to establish a model database for the target distribution of unknown accidental pollution source; through simulation of the expansion density of pollutants for each pollution outlet in a drainage area by computer, and combined with the monitoring data of water quality from finite cross sections, to find the most matching outlet, based on which the target distribution function of accidental pollution source should be confirmed; then bring up the investigation plan for accidental pollution source according to searching path, and abstract them as mathematic model, a optimal analytical method will be used to confirm the optimal effort distribution strategy and efficiency to acknowlege accidental pollution source. At last, a searching system will be developed for the accidental pollution source when accidental pollution source is outbursting according to the sample of a typical section of Yangtze River uperstream, so as to realize the the digitization and programming of the searching work of accidental pollution source during malfunctioning of environmental treatment, and guarantee the sequence for paroxysmal pollution accident, makes the decision precise, so that the pollution accident could be quickly controlled.

未知性事故源的确定是流域突发污染事故应急管理的瓶颈,经常延误处理时机，导致流域污染进一步加剧。为科学应对流域突发性污染事件，本研究拟建立流域事故性污染源搜索信息系统和流域典型污染物水质模型，进而运用贝叶斯方法建立未知性事故源目标分布模型库；通过计算技术实现对流域内各排污口突发事故时污染物扩散浓度的模拟，与有限的断面水质监测数据拟合联配，寻求显著匹配的排污口，从而确定事故源目标分布函数；然后根据搜索路径提出事故源探查方案，并抽象成数学模型，再运用优化解析方法，确定出对应的资源最优分配策略和事故源识别效率。最后以长江上游某典型段为对象开发其流域突发污染时未知性事故源搜索系统，实现环境治理失灵时事故源搜索工作数字化、程序化，保证突发事件有序可循，应急决策高尖精准，从而快速控制污染事态。

研究通过确立污染源信息、河流水文参数、水质监测资源信息等指标，以资源数据、地理信息为基础，建立了流域事故性污染源搜索信息系统。由流域事故性污染源搜索信息系统和事故特征，分析事故源潜在的各种分布类型，建立了基于贝叶斯方法建立未知性事故源目标分布模型库。. 以qual2k水质模型为基础，通过实验研究及马尔科夫链蒙特卡罗法(MCMC)优化确定水文参数，通过研究不同水质指标值随不同气象参数的变化趋势图和相对偏差散点图，从而研究各气象参数对各水质指标的影响程度，运用数理方法，建立气象参数定量函数式，完成了流域典型污染物水质模型的构建。该模型既可模拟突发事故时各污染源非正常排污状态的污染物时空分布，在事故源确定后，又可确定污染团达到各重要断面的时间、浓度、影响范围等。. 然后根据事故源目标分布数学模型和搜索资源（如时间、人员、交通工具、监测设备等）提出事故源探测方法，并抽象成了数学模型。确定了优化的代价函数为发现目标的平均时间最小化条件的，搜索资源最优分配的解析方法。并以长江宜宾段段为研究对象，构建了该流域突发污染时未知性事故源搜索系统。. 研究通过建立流域典型污染物水质模型，采用数据拟合方法来确定事故源初始目标分布，为先验信息的客观确定提供了一种新思路。针对目前尚无用于确定流域突发污染时未知性事故源的方法，研究提供了一种定位方法并申请了发明专利（授权时间2015.11.4，证书号：第1833326号，专利号：ZL 201310011938.9），可尽快确定事故源在河道中的位点，或锁定疑似事故源，很大程度缩短污染事故排查周期。研究开发的数字流域水环境信息系统软件（证书号：软著登字第0791782号）实现了流域信息管理、流域可视化、水环境评价、水环境模拟四大功能，为水资源的管理搭建了一个平台。