矿尘迁移关联区域生态环境脆弱度评价方法研究

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随着经济的稳定增长和社会的不断进步,矿产资源开发大规模开发利用成为了必然选择,由此导致矿区及矿尘迁移关联区域生态系统承载能力下降、脆弱度增加的现象不容忽视,在环境污染、生态退化的严峻形势面前,采取科学的保护和治理措施刻不容缓。本文以实现矿区及其关联区域生态环境脆弱度评价和关联生态系统之间脆弱级联传播规律揭示为目标,开展了以下几个方面的研究:为了获取矿尘迁移关联区域内的浓度分布规律,提出了单点源矿尘污染关联区域浓度分布估算模型(MDCDEM-SPS),克服了已有扩散模型气象因素考虑不足、无法计算稳态浓度的缺陷。该模型以矿尘迁移路径为基础数据,耦合使用高斯扩散模型、改进的反距离权重数据展布方法、克里金插值方法,分析多个时空维度上的矿尘数值浓度分布规律。以神府煤田为例,模拟连续排放过程中矿尘迁移扩散情形,对每个季节三个高度层上矿尘浓度数值及其分布规律进行计算和分析,确定了各时段矿尘浓度富集区域,为矿尘迁移关联区域生态环境评价提供理论支持。采用矿尘迁移前向路径和后向路径构建由排放源到目标生态系统的矿尘迁移网络,明确潜在的危害来源路径,给出了生态系统损害级联传播Petri网评价模型(PN-EDCP)的定义,阐述了将迁移路径网络抽象为Petri网模型的一般流程。通过向Petri网模型中引入库所对象属性与方法的概念,模型现实含义清晰,具备对生态系统对象间逻辑关系及损害级联传播路径的描述和分析能力。在以榆神矿区为研究区域的实例研究中,使用PN-EDCP模型完成了仿真分析,并对得到的损害度变化趋势及与之相关的级联路径进行了深入讨论。该模型能够将矿尘迁移现象损害生态系统的过程直观展现出来,为预测矿区生态系统损害度变化趋势并制定相应防护和治理措施提供参考。提出基于随机Petri网的生态系统脆弱度级联传播(SPN-EVCP)模型的定义,并给出该模型的一般构造方法,构建以多个排放源为起点的前向迁移路径构成的矿尘迁移网络,明确生态子系统之间的逻辑关系,将其抽象为SPN-EVCP模型,添加用于满足传统SPN特性、预留修复入口的辅助结构,求解矿尘稳态浓度,并根据给定的修复策略模拟子系统间脆弱度级联演化过程。实例研究表明,该模型能够直观展现多源污染下生态系统脆弱度级联传播过程,并能够为污染治理和生产调度提供科学的决策依据。本文基于高斯烟羽模型、对象Petri网、模糊Petri网、随机Petri网的基本理论,融合HYSPLIT、反距离权重插值等模型和方法,分别构建了矿区及矿尘迁移关联区域生态系统脆弱级联传播评价模型,为矿尘迁移关联区域生态环境脆弱度评价提供了理论依据。
摘要第3-5页
abstract第5-6页
1 绪论第10-22页
    1.1 研究背景与意义第10-11页
        1.1.1 研究背景第10-11页
        1.1.2 研究意义第11页
    1.2 国内外研究现状第11-15页
        1.2.1 污染物浓度估算研究现状第11-12页
        1.2.2 生态系统损害研究现状第12-13页
        1.2.3 生态系统脆弱研究现状第13-14页
        1.2.4 现有研究存在的不足第14-15页
    1.3 研究内容及目标第15-17页
        1.3.1 研究内容第15-17页
        1.3.2 研究目标第17页
    1.4 研究方案第17-19页
        1.4.1 研究方法第17-18页
        1.4.2 技术路线第18-19页
    1.5 创新点第19-20页
    1.6 论文组织结构第20-22页
2 单点源矿尘污染关联区域浓度分布估算模型第22-36页
    2.1 引言第22页
    2.2 浓度分布估算理论框架第22-24页
    2.3 浓度分布计算方法第24-27页
        2.3.1 扩散轨迹聚类分析第24页
        2.3.2 有风连续源浓度计算第24-25页
        2.3.3 改进的反距离权重数据展布方法第25-26页
        2.3.4 克里金插值方法第26-27页
    2.4 浓度分布估算模型实现第27-31页
        2.4.1 离散点浓度计算第28-29页
        2.4.2 反距离权重数据展布第29-30页
        2.4.3 克里金插值实现第30-31页
    2.5 实例研究与讨论第31-34页
    2.6 本章小结第34-36页
3 矿尘迁移过程致生态系统损害级联传播Petri网评价模型第36-50页
    3.1 引言第36页
    3.2 生态系统损害度Petri网评价模型定义第36-40页
        3.2.1 结构定义第36-37页
        3.2.2 变迁规则第37-38页
        3.2.3 累加规则第38-40页
    3.3 模型构建流程第40-42页
    3.4 生态系统损害评估算法第42-43页
        3.4.1 矿尘烟团浓度计算第42页
        3.4.2 生态系统损害度计算第42-43页
        3.4.3 生态系统受损置信度计算第43页
    3.5 实例分析第43-49页
        3.5.1 实例背景及数据来源第43-44页
        3.5.2 研究区域PN-EDCP模型构建第44-46页
        3.5.3 结果与分析第46-49页
    3.6 本章小结第49-50页
4 多源矿尘迁移致生态系统脆弱级联传播Petri网评价模型第50-66页
    4.1 引言第50页
    4.2 生态系统脆弱级联传播随机函数Petri网模型第50-56页
        4.2.1 概念定义第50-51页
        4.2.2 矿尘迁移表示及计算第51-52页
        4.2.3 生态系统恢复表示及计算第52-53页
        4.2.4 基于SPN-EVCP模型的稳态概率求解方法第53-55页
        4.2.5 脆弱度评价方法第55-56页
    4.3 模型构建流程第56-58页
    4.4 实例研究第58-64页
        4.4.1 实例背景及数据来源第58页
        4.4.2 多污染源SPN-EVCP模型构建第58-61页
        4.4.3 模型求解与结果分析第61-64页
    4.5 本章小结第64-66页
5 总结与展望第66-68页
    5.1 研究总结第66-67页
    5.2 研究展望第67-68页
致谢第68-70页
参考文献第70-78页
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果第78页
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