地下水補給影響下的河流水質模糊模擬對環境空氣質量治理的認識和思考

摘 要:河流水環境系統是一個具有模糊性、不精確性和隨機性特征的復雜大系統，因此，可以借助模糊技術進行定量化模擬，本文采用三角模糊數來描述和表征河流水文、水質及水文地質參數。并進一步在根據三角模糊數的現有理論，建立了基于地下水補給影響的一維穩態河流水質模糊模擬模型。計算采用三角模糊數基本原理中相關公式以及Darcy公式等進行運算，得到了各控制斷面模糊數形式的污染物濃度值，并將其與確定性模型計算結果進行對比分析。

關鍵詞:地下水補給 三角模糊數 不精確性

中圖分類號:X37文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0145-01

地下水補給是地下含水層自外界或相鄰含水層獲得補充的水量。補給方式有降雨入滲、灌溉入滲、河渠滲漏和相鄰含水層的越流補給等方面。我國的地下水補給的分布地區范圍較大，除了東南沿海丘陵地區、新疆、內蒙古的部分干旱荒漠地區之外，我國大部分地區的河流均在某種程度上存在地下水補給的現象。而自然界的水循環中的一個不可或缺的重要環節就是河流與地下水二者之間的水量交換，地下水補給是河流水質的不可忽視的因素。可以說河流污染物濃度也在一定程度上受到地下水與河流間的水量交換的影響，尤其是那些過往遭受過中度污染的河道。

不精確性、模糊性以及隨機性是復雜的河流水環境系統的基本特征，因此，可以借助模糊技術進行定量化模擬，用來描述和表征河流水文、水質及水文地質參數。常用的模糊模糊技術有梯形模糊數以及三角模糊數，這二者對于模糊不精確信息或者是不確定信息，均有著一定程度的適用性，但是條件、環境不同，這兩種模糊數的適用條件也會產生較大的差異。通常來說，對于、峰寬較窄、離散程度較小的正態或者是偏正態分布變量，二者均具備較好的模擬效果，然而梯形模糊數則更適用于那些離散程度較大，特別是峰值較扁平的分布形式。本文僅針對表征河流——地下水環境系統的參數不確定性以及三角模糊數描述兩方面內容進行簡要地論述。

三角模糊數的功能作用是表達和處理不精確性、模糊性信息的一種模糊數。近些年來，學術界內的一些學者也紛紛嘗試著在系統隨機特征的近似模擬和表征中運用三角模糊數原理，并且已經在實踐過程中收獲了良好的實驗成效。通過運用三角形隸屬函數近似擬合正態分布曲線，再加之關系上的適時轉變，使得系統的不精確性、模糊性以及隨機性等方面運用三角模糊數，系統、全面地體現出來。

從當前情況來看，目前的水質模型所造成的影響是巨大的。我們從有關專家出具的河流水質模擬模型，可得出河水中某種污染物(如COD)的濃度。當河道兩側地下水同時向河流排泄補給是，可以根據Darcy公式，得到地下水補給強度。

通常來講，除了污染物性質、河流水動力條件、水溫等因素會影響河流水體中的污染物沿程衰減變化規律之外，其他諸如地下水滲出污染物濃度以及沿岸地下水補給強度等都會對河流水體造成一定程度的影響。其中，地下水補給強度作為一個參量，其與含水層水文地質條件是密切相關的。事實上，所有河流的上游與下游的部分河段連同河流的兩岸，都有著不同的水文地質條件。同理可以判斷河流水體的上、下游河段的水利、水文以及水質條件，諸如河流的污染物濃度、河流的劉翔以及河流的流速等等，也同樣在時空上有著一定的變化性與不一致性。雖然這些個不確定因素并不會在源頭上、在根本上影響到河流污染物衰減變化的原本面貌，然而這些因素卻可以在我們的實踐過程中導致一系列的誤差。

從理論出發我們可以選取隨機模型模擬河流污染物的降解規律。但是由于隨機理論的相應要求十分之高，并且實際上我們在操作過程中現有的數據信息量并非大量、豐富，特別是在數據信息的精確性存在質疑時，就使得隨機模型的使用難度進一步加大了。因此在這些綜合的不確定條件背景下，必然會直接導致河流水質模擬的預測值的非確定性。眾所周知，確定性水質模型是以有限的離散狀態，模擬包括了多種不確定性的水流系統的水質變化過程。同時由于一些粗糙的計算的結果，也更加無法更加精準、細致地描述水環境系統中污染物的時空變化性。所以在傳統的隨機模型由于確定性模型二者之間，研究一種不僅可以有效地作用在少信息或者是寡信息情形中，并且還能夠非常準確地模擬河流水質變化特征的一種新模式是非常必要的。

Darcy公式與補給強度和污染物濃度恒定不變時解析解形式的河流水質模擬模型中的各項參數等基本服從正態分布或對數正態分布，這為三角模糊參數的定義提供了可能。在模型參數的定義方面，根據補給區水文地質因素以及地下水河流水質模型模糊參數等相關內容我們做出了以下定義:

假設我們以河水流速u來體現模糊參數的定義方法。第一步，將河段內在不同測點以及不同斷面處所獲取的n個流速值，進行大小次序排列，假定為u1≤u2≤…≤un。由m代表這組數列的平均值，那么m=(u1+ u2+…+un)/n。基于大家在思維意識上往往會認定最為可信的是平均值，所以選m作為三角模糊數的相對最可能值，再取u1與un作為三角模糊數的上、下限，于是有

m=(u1，m，un)

按照三角模糊數的基本定義，則能夠得到隸屬函數。類似的，可以將其他參數也定義為三角模糊數。

在不同的三角模糊參數的數值區間里，事實上出現的幾率與頻率在不同的數值上也是不同的，我們市場會發現那些更為接近平均值的數據的出現頻率會較高，但是那些與平均值相差較遠的數據就很少出現。在通常環境模擬問題上討論，如果數據出現的頻率很高，這就代表著這一系列的數據對系統輸出的結果來說是至關重要的。同比之下那些出現頻率極低的軒昂管數據在一般情況下并沒有重要的使用功能。采用a-截集技術，可以將上面所說的多種參數根據數據出現頻率的差異性方面進行不同的劃分。

將得到的三角模糊參數帶入到補給強度和污染物濃度恒定不變時解析解形式的河流水質模擬模型和Darcy公式中，得出的最終輸出結果控制斷面污染物濃度是一個模糊數，通過補給強度和污染物濃度恒定不變時解析解形式的河流水質模擬模型即可稱為地下水補給影響的一維河流水質模糊模擬模型。

參考文獻

[1]何秉宇，朱建新.一維河流水質模擬研究[J].干旱環境監測，1996.

[2]李如忠，錢家忠.地下水滲流補給_內源釋放耦合作用下河流水質不確定模擬[J].環境科學學報，2010.