[发明专利]一种石油污染场地典型有机污染溯源解析系统和方法

说明书

本发明公开了一种石油污染场地典型有机污染溯源解析系统和方法，包含一种NMFCMB复合受体系统。所述系统包括NMF模块、耦合模块和CMB模块。所述方法包括以下步骤：S1、利用NMF模块进行数据预处理；S2、利用NMF模块提取主成分因子；S3、利用NMF模块进行非负约束因子分解；S4、利用耦合模块解析主要污染源；S5、利用CMB模块计算污染源贡献率并进行不确定分析；S6、重复步骤S1至S5进行迭代计算，直至满足收敛条件为止。本发明解决了现有技术中源解析结果的准确性差和污染源数量的稳定性差的问题。

技术领域

本发明属于环境管理领域，具体涉及一种石油污染场地典型有机污染溯源解析系统和方法。

背景技术

我国是世界石油生产开采、冶炼和加工大国，石油工业产生的污染场地对生态环境污染隐患极大。这些污染场地不仅给生态环境安全带来严重的危害风险，还在一定程度上阻碍了城市社会经济发展。

然而，污染场地往往水文地质条件复杂，识别有机污染带来的源头性风险是设计有针对性的综合溯源策略的基本前提。为了确定有机污染物的来源，过去几十年来，人们提出了很多技术和工具(受体模型和扩散模型)。扩散模型是一种预测式模型，它是通过输入各个污染源的排放数据和相关参数信息来预测污染物的时空变化情况；受体模型则通过对受体样品的化学和显微分析，确定各污染源贡献率的一类技术，其最终目的是识别对受体有贡献的污染源，并且定量计算各污染源的分担率。与预测式的扩散模型相比，受体模型算是一种诊断式模型，它解释过去而不是未来，可用其实现污染源的定量分析。

化学质量平衡模型是应用比较成熟、解析比较精准的污染源识别方法，但其应用条件比较严格，除了需要预先知道污染源指纹图谱外，各污染源之间还不能出现“混源”现象，这往往与实际应用条件不相符合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中的单一污染源解析模型不适用于复杂石油污染场地的典型有机污染的问题，包括源解析结果的准确性差和污染源数量的稳定性差。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种石油污染场地典型有机污染溯源解析系统，包含一种NMFCMB复合受体系统，所述复合受体系统包括NMF模块、耦合模块和CMB模块；

所述NMF模块包括初始受体单元、数据处理单元、因子提取单元、因子旋转单元，

所述耦合模块包括有机污染溯源辨识单元，

所述CMB模块包括污染源贡献率计算单元。

优选地，所述NMF模块中，生产数据流通过初始受体单元、数据处理单元、提取显著性因子单元、非负约束因子旋转单元四个单元的处理，得到线性无关的污染源指纹图谱。

优选地，所述NMF模块中的数据处理单元中包含如下计算公式：

其中，m是采样点个数，n是污染物质数量，S是对角矩阵，R是对角元素，S_ik是第i行第k列的对角矩阵，R_kj是第k行第j列的对角元素，d_ij和分别是污染物质的测量值和预测值；σ_ij是测量的不确定性；Q_w是加权残差。

优选地，所述NMF模块中的提取显著性因子单元中包含如下计算公式：

式中：p为显著性因子个数；m为污染物个数；λ_j为特征值。

优选地，所述NMF模块中的非负约束因子旋转单元中包含如下计算公式：

C_i＝b_o)_i+∑A_qb_qi