地下水污染物运移空间变异的条件模拟研究

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受环境介质及地下水环境的多种因素等复杂作用影响,地下水污染物运移具有较强的空间变异性。在地下水环境质量评价、风险评价及污染物运移模型研究中,往往需要掌握污染物详细的空间变异特征。由于受地下水的埋藏条件、运行特性等限制,在对地下水污染物进行监测时往往只能得到有限的监测数据,这就需要借助数学模拟重现监测信息所体现出来的空间变异特征。条件模拟作为一种数学模拟,它能够抓住污染物空间分布的随机性和结构性,较好地重现变量的空间信息波动性和离散性。本研究以地质统计学为理论基础,运用基于移动局部计算窗格的协方差矩阵上下三角分解法,在Matlab环境下编写计算程序。选取廊坊市某水源地的现场数据中铅、镉、锌、铜四种金属污染物作为研究变量进行二维平面上的条件模拟,获取污染物在低、中、高三种模拟点密度下的条件模拟现实。从统计特征值、空间分布趋势、变差函数图及方向综合变异指标等方面对条件模拟结果进行了对比分析,以验证该条件模拟方法能否再现地下水污染物运移的空间波动和变异特征。本研究将协方差矩阵上下三角分解法与移动局部窗格算法相结合,实现了条件模拟计算的程序化和可视化。研究结果表明:该方法原理简单,模拟和条件化同时进行,计算速度较快。采用了移动窗格算法克服了上下三角分解法进行模拟的网格数不超过700的限制,经对比分析,无论是低密度(685个点)网格、中密度(1037个点)网格还是高密度(3050个点)网格,条件模拟现实可通过对变差函数理论模型参数、统计特征值和直观的空间分布趋势等条件的控制获取合理的计算结果,再现原始数据空间分布的波动性和离散性。
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