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水 利 学 报

２０２５年 ２月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５６卷 第 ２期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２５）０２ － ０１８１ － １２

典型环状河网突发水污染溯源研究

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王家彪 ，赵铜铁钢 ，蔡思宇 ，赵建世 ，陈晓宏 ，王 浩 ２
（１．中山大学 土木工程学院，广东 珠海 ５１９０８２；２．中国水利水电科学研究院，北京 １０００３８；３．清华大学，北京 １０００８４）
摘要：伴随着快速的城镇化进程，我国突发水污染问题日益突出。污染发生后，首要任务是确定污染源以实施应
急处置。国内外关于突发水污染溯源的研究颇多，但普遍不适用于环状河网区，究其原因，环状河网区溯源问题
具有严重不适定性，溯源计算复杂、求解难度高。为此，本文提出了一种可实现环状河网突发水污染溯源的新方
法，内容包括：（ １）将河网溯源分解为 “河网” 和 “河道” 两级开展；（２）利用 ＢＰ神经网络算法计算河网中污
染溯源所在具体河道，并由水流水质模型推算该河道出口处污染物浓度过程，实现河网级溯源；（３）采用逆向位
置概率密度方法计算出污染事件具体排放位置、排放时间和排放总量，实现河道级溯源；（ ４）将所提出方法应用
于某典型环状河网，结果表明该方法可有效识别出河网中的突发水污染源。研究成果可用于复杂河网区突发水污
染的应急处置、责任明确及预案管理等，具有重要实践意义和广阔应用前景。
关键词：环状河网；污染溯源；反问题；突发水污染；机理－ 数据
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０２０３
中图分类号：Ｘ５２２

１ 研究背景

地表水环境与人类生存发展息息相关，也容易遭到人类的各种干扰和破坏。伴随快速的城镇化进
程，我国尤其是平原地区河流突发性水污染事件呈现出明显上升趋势 ［１ － ２］ 。其中，人口密集的河网区
更是突发水污染重灾区，例如，珠江三角洲河网区就是整个珠江流域污染最严重的区域 ［３ － ４］ 。由于突
发水污染事件前兆不充分、发生时间短促且起因复杂、蔓延迅速 ［５］ ，快速有效地对河渠污染物追踪溯
源是实施污染应急处置的首要任务。而确定污染源通常有两种途径：（ １）现场排查追踪、采样确定；
（２）依靠数值模型计算确定。相对于现场排查，依靠模型的污染溯源方法不仅成本低，在效率上也更
具有优势。
依靠模型的突发水污染溯源方法，通常由观测的污染物浓度过程和流场信息推测污染物排放位
置、排放时间和排放总量，从而实现污染事件的重构和预测。目前，国内外突发水污染溯源方法主要
有两大类 ［６ － ８］ ：确定性方法和概率统计方法。确定性方法一般通过直接或间接构建优化模型以寻求溯
源问题的最优解，该类方法虽具有明确的物理意义，但最终求解信息单一。由于反问题的不适定性，
确定性方法对观测误差和模型计算误差较敏感，受误差扰动影响也更显著 ［９］ 。相对来说，概率统计方
法能给出污染源信息的可能范围，具有更好的容错性能，对观测噪声和模型误差扰动更为稳定，但对
先验范围有较高的要求 ［１０］ 。具体看，在河网溯源方面，邱蠫等 ［１１］ 研究了湟水河流域污染溯源问题，
将污染源分为支流点源、普通点源、干流面源和源头水四类进行污染源解析。Ｇｈａｎｅ等 ［６］ 探讨了伴随
方法应用于支流溯源案例，依据汇流节点处污染物浓度守恒原理将河渠溯源扩展到树状河网。陈正侠

收稿日期：２０２４ － ０４ － １２；网络首发日期：２０２４ － １２ － ２４
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４１２２０．１８１７．００５
基金项目：国家重点研发计划项目（２０２３ＹＦＣ３２０９４０３ － ０３）；国家自然科学基金青年基金项目（５２１０９０４７）
作者简介：王家彪（ １９９０ － ），副教授，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｗａｎｇｊｂ３５＠ｍａｉｌ．ｓｙｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者：赵建世（１９７５ － ），教授，主要从事水文水资源研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｚｈａｏｊｉａｎｓｈｉ＠ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ
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