● 摘要
我国很多河流特别是北方地区河流，多以污水处理后的再生水作为主要补给水源。再生水作为一种稳定的补给水源，大量补给河流必然引起其水质水量变化，对河流水环境和生态系统产生显著影响。因此研究考虑再生水补给下的河流水质问题对河流污染 控制与管理具有重要意义。本文基于再生水补给的河流水环境系统具有的不确定性特征，运用不确定性数学的理论方法对水质调控领域中的水质综合评价、水质预测、水环境 容量计算和水质风险评价等问题作了较深入的理论分析和应用研究。主要成果如下：从河流断面和整体河段两个方面分别建立了水质综合评价模型。针对河流断面的水质综合评价，将模糊理论与神经网络技术相结合，建立了基于减法聚类的自适应模糊神经推理系统的水质综合评价模型，并将模型对浑河的水质进行综合评价。该模型不仅可以对确定断面水质级别，还可以对同级别水质之间比较优劣；针对整个河段的水质综合评价，以综合指数评价模型为基础，将各污染物指标定义为盲数，并通过熵权法确定各个指标的权重，建立了基于熵权的盲数测度水质综合评价模型。与确定性方法相比，除了可以得到相同的水质等级结论外，还能计算出隶属于其他水质级别的可能性。针对时间序列的河流的水质预测问题进行了研究。通过ARIMA与ANN二者的结合，构建了一个集成的ARIMA-ANN模型，集成模型充分发挥了单一模型的优势，避免了单一模型的缺陷，达到取长补短，相互补充的效果。实例研究表明，集成模型的预测效果优于另外两种单一模型，ARIMA模型和ANN模型的预测效果。提出了再生水补给的河流水环境容量的计算模型。从确定性角度给出了再生水补给下忽略弥散作用的一维稳态水质模型，在此基础上提出了考虑再生水补给的河流水环境容量的计算模型。同时，推导出了水环境容量与再生水污染物浓度、补给强度的关系式以及临界再生水污染物浓度计算公式，并分析了再生水补给影响环境容量的普遍规律。然后从不确定性角度出发，在确定性的再生水补给下的河流水环境容量模型基础上，将模型参数定义为盲数，建立了基于盲数理论的再生水补给下的河流水环境容量模型。研究结果表明：基于盲数理论的计算结果不仅反映了河段的纳污能力，还给出了相应的主观可信度。建立了再生水补给的河流水质模糊模拟模型和风险评价模型。采用梯形模糊数技术描述和表征水环境系统参数不确定性，在将水质模型参数定义为梯形模糊数参数的基础上，构建了再生水补给的一维稳态河流水质模糊模拟模型，并分析了再生水补给对河流水质的影响程度。然后在将水体支撑能力和污染负荷水平定义为梯形糊数的基础上，建立了表征水质风险的模糊风险评价模型。最后针对梯形模糊数的乘法、除法和函数运算尚不够严谨、操作过程较为复杂等问题，提出采用随机模拟方法模拟梯形模糊数，把梯形模糊数及其函数之间的运算简化为普通的实数之间的运算，建立了基于梯形模糊数随机模拟的河流水质风险评价模型（WQRA-SSTFN）。实例研究表明了模型的合理性和可行性。