湖泊水环境容量研究.pdf

水 利 学 报 2005 年 7 月 SHUILI XUEBAO 第 36 卷 第 7 期 文章编号：0559-9350(2005)07-0765-07 盲数理论在湖泊水环境容量计算中的应用 李如忠，洪天求 (合肥工业大学 资源与环境工程学院，安徽 合肥 230009) 摘要：借鉴已有确定性模型成果，首先建立了一个参量为灰区间数的湖泊水环境容量计算模型。然后从湖泊水环 境系统多种不确定性共存的角度，运用盲数理论定义了水环境系统参量盲数。在此基础上，通过对上述包含灰区 间数的水环境容量模型参数盲数化，得到了盲信息下湖泊水环境容量计算模型，并给出了大型浅水湖泊水体纳污 能力计算方法。实例研究表明，以盲数理论研究湖泊水环境容量，理论上是可行的，计算结果是可信的 关键词：湖泊；水环境容量；盲数理论；盲数均值；可信度 中图分类号：X26 文献标识码：A 湖泊水环境容量（也称纳污能力）是指在一定环境目标下，湖水所能承担外加的某种污染物的最大允 许负荷量，它是一个与湖泊水文、水质和水力条件等密切相关的重要的水质管理参数。目前对于湖泊水环 境容量的研究，大多数都是采用完全混合模型1,2]，对某一设计水文条件下湖泊水体纳污能力进行计算。虽 也有从多维水质模型角度建立湖泊水环境容量计算模式[3]，但也还是一些确定性模型，仅能对某一给定设 计条件下湖泊水体纳污能力进行计算。因此，所得结果并不是湖泊水体实际的允许负荷量。在湖泊水环境 系统中，湖泊的补给和排泄流量、污染物浓度、降解系数等参量信息都具有一定的不确定性，这就使得湖 泊水环境容量难以准确地用一个确定实数来表示。将湖泊水体划分为数量众多的细小网格单元[3]，虽然可 以在一定程度上克服由污染物浓度、降解系数等的空间分布不均匀性带来的影响，但这仍然只是针对某一 设计水位而言的。因此，还不能够解决由湖泊水文、水质和水力条件等的时空不均匀性、不确定性带来的 影响。 目前，水资源水环境系统的不确定性主要有4种[4,5]，除了人们熟知的随机性、模糊性和灰性外，还有 未确知性。与其它不确定性相比，未确知性是一种纯主观上的不确定性，它是由于研究者不能完全把握事 物的真实状态或数量关系而带来的主观认识上的不确定性[6]。就湖泊水体而言，受理论研究和实际监测 （或 观测）资料所限，人们对湖泊水环境系统是不确知的。事实上，系统或事物的不确定性往往不是单一的， 而是多种不确定性的混合体。例如，凡是有行为因素参与同时包括状态因素的任何体系呈现的信息，都至 少存在两种不确定性。这是因为行为因素必将导致未确知性，而状态因素将导致随机性、模糊性、灰性或 兼而有之[7]。借助“几何混沌”的概念，称任意复杂的信息为“信息混沌”。在信息混沌类中凡具有随机性、 模糊性、灰性、未确知性中两种或两种以上不确定的信息称为盲信息[8]。盲数就是表达和处理盲信息的数 学工具。本文从湖泊水环境系统灰性、未确知性共存的角度，定义了水环境系统参量盲数。在此基础上， 通过对包含灰区间数的水环境容量计算模型参量盲数化，建立了盲信息下湖泊水环境容量计算模型，并给 出了大型浅水湖泊水环境容量计算方法。 收稿日期：2004-09-20 基金项目：安徽省自然科学基金(050450303)资助项目 作者简介：李如忠(1970-)，男，安徽怀远人，博士，副教授.主要从事水环境保护方面的教学科研工作 E-mail：lrz1970@163.com 1 水 利 学 报 2005 年 7 月 SHUILI XUEBAO 第 36 卷 第 7 期 根据所建模型不仅可以得到湖泊水环境容量盲数均值和各种可能取值区间，也可以得到各区间相应的可信 度，这为湖泊水环境保护提供了丰富、有用的纳污能力信息。