城市化进程与水环境质量关系及突发水污染事件规律的研究

【摘要】：目前,我国的城市化进程正处于快速发展的阶段，其对水环境的压力日益增大，进而导致水环境质量下降、突发水污染事件频发等一系列衍生问题。成为实现可持续发展的严重障碍,受到我国政府及社会各界的广泛关注。揭示城市化进程中各项指标与水环境质量的关系及突发水污染事件规律，是规划城市发展方案、制定可持续发展战略的重要基础，具有重要的应用价值和理论意义。 为表征城市化过程对其水环境质量产生的影响，基于层次分析法，分别考虑其中对水环境质量具有积极影响和消极影响的因素，建立了反映水环境质量压力的城市化进程指标体系。并在此基础上，建立了水质未达标率与城市化进程指标间的关系模型，其中，为更客观地描述各因素之间的关系，对水环境质量影响因素中的经济发展和日常环保投入这两项指标进行了非线性调整。模型中的参数通过对遵义市2001-2010年的城市发展和水环境质量指标数据进行拟合率定得到。通过哈尔滨市有关实际数据的验证分析，表明此模型具有对真实情况良好的模拟精度，也表明此指标体系对其他城市具有一定的通用性。在对模型影响因素的分析后得出结论，城市的健康发展关键在于经济和相应环保投入的协调推进，而城市人口增加并不是城市水环境恶化的决定性因素。 为考察城市发展与突发水污染事件的发生频率之间的关系，以广东省为研究对象，对其突发水污染事件随城市发展发生的规律进行了研究，在区域环境管理强度稳定的条件下，随着城市发展过程中对突发水污染事件有促发作用的因素的发展，突发水污染发生次数呈现出Logistic增长规律。通过对Logistic模型参数含义的解析，表明随着环境管理相关因素的改变，突发水污染事件的发生发展规律会随之改变，环境管理的强度、机制等对突发污染事件的控制起着至关重要的作用。基于此项研究的结果，提出在对潜在污染源进行风险评价的过程中必须考虑到相关的环境管理水平的评价，并在进行传统风险评价时要结合以综合评价模糊数学模型为基础的风险管理水平评价，形成对评价对象更为全面的风险评价过程。 本文还对全国范围内突发水污染事件发展的自组织临界性进行研究。对我国水污染事件造成的停水时间、伤亡中毒人数进行强度-频度分析、功率谱分析和R/S分析，发现存在明显的空间分形结构和1/f噪声，同时具有时间上的长程相关性，我国水污染事件存在自组织临界特征。这说明，小规模水污染事件如果不予以重视可能在社会系统内通过自组织临界行为形成严重水污染事件。对水污染事件与经典自组织临界沙堆模型进行类比，分析发现虽然两者存在一定相似性，但要的因素考虑更多，并不能简单套用。通过R/S分析，对水污染事件的发展规律进行研究，发现水污染事件在年与月的尺度下均具有明显的持续性特征，考虑到我国近年来我国突发水污染事件规模不断扩大，未来我国的突发水污染规模存在进一步扩大的可能性。 【关键词】：城市化 突发水污染 水环境质量 复杂性科学 自组织临界
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X22;X52
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-20
• 1.1 课题来源及研究背景和意义10-11
• 1.1.1 课题来源10
• 1.1.2 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-17
• 1.2.1 城市化进程的研究11-14
• 1.2.2 复杂性科学及其在城市系统中的研究14-16
• 1.2.3 自组织临界理论的研究现状16-17
• 1.3 研究内容和技术路线17-20
• 1.3.1 研究内容17-18
• 1.3.2 技术路线18-20
• 第2章 数据来源与研究方法20-32
• 2.1 数据来源20
• 2.2 研究方法20-32
• 2.2.1 层次分析法20-23
• 2.2.2 数据的标准化与前处理23-24
• 2.2.3 Matlab 模型回归优化工具箱的使用24-25
• 2.2.4 模型验证与参数灵敏度分析25-27
• 2.2.5 突发水污染事件自组织临界性的评判方法27-32
• 第3章 城市化进程与水环境质量关系的研究32-49
• 3.1 水环境质量相关的城市化进程指标体系建立32-38
• 3.1.1 指标体系层次结构32-33
• 3.1.2 指标体系赋权结果33-38
• 3.2 相关指标体系与水质未达标率的模型关系建立38-41
• 3.2.1 准则层的非线性关系38
• 3.2.2 非线性函数的参数确定38-39
• 3.2.3 城市化中水环境压力指标的计算过程和模型表达39-41
• 3.3 模型验证与分析41-47
• 3.3.1 模型适用性分析41-43
• 3.3.2 模型参数灵敏度分析43-44
• 3.3.3 影响水环境质量压力指标的因素44-47
• 3.4 哈尔滨城市发展水环境质量压力指标变化规律的探讨47
• 3.5 本章小结47-49
• 第4章 突发水污染事件的发生规律及风险评价研究49-60
• 4.1 目标区域的特点分析49-51
• 4.1.1 目标区域的选择49
• 4.1.2 广东省突发水污染事件发展规律分析49-51
• 4.2 相关评价指标的选择51-53
• 4.2.1 基于突发水污染事件的城市化进程指标构建51-52
• 4.2.2 环境管理强度稳定时间段的确立52-53
• 4.3 突发水污染事件的 LOGISTIC 增长规律的适用性分析与讨论53-55
• 4.3.1 突发水污染事件次数的 Logistic 模型回归53-55
• 4.3.2 关于 Logistic 模型中各参数内涵的讨论55
• 4.4 结合风险管理水平的风险评价方法建议55-58
• 4.4.1 风险定量分析一般过程56
• 4.4.2 风险管理水平指标的选择与定量化过程56-57
• 4.4.3 结合风险管理水平的风险评价过程57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 第5章 突发水污染事件自组织临界性判断与分析60-67
• 5.1 自组织临界性特征的分析结果60-64
• 5.1.1 强度-频度分析结果60-61
• 5.1.2 功率谱分析结果61-62
• 5.1.3 R/S 分析结果62-63
• 5.1.4 我国突发水污染事件自组织临界性分析63-64
• 5.2 自组织沙堆模型对水污染事件适用性分析64
• 5.3 我国突发水污染事件时间序列持续性分析64-65
• 5.4 本章小结65-67
• 结论67-69
• 参考文献69-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果76-79
• 致谢79

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