相化合物的质量变化=进入环境相的化合物量一离开环境 相的化合物量一降解反应消减的化合物量"的方程，模型将根据已编入的矩阵、逆矩阵和矩 阵乘积运算MMULT函数的语法，得到目标污染物在地表水环境多介质稳态系统下各个环境 相的逸度和浓度；同时该系统将降解反应消减参数、相间质量交换参数和步骤一中污染物 的排放参数整合到不同的标志单元格中，并根据研宄目的和实际情况确定研宄区域在时间 上的大小，在MicrosoftWindows环境下实现CrystalBall软件与MatlabR2009b进行连 接，实现数据的交换和同步更新，采用龙格-库塔函数对微分方程组进行计算，得到以时间 为基础的暴露预测模型的逸度，再根据逸度计算得到该地表水环境体系中各个环境相的逸 度、浓度和质量分布，并预测受污染河流的恢复时间；计算区域范围内各环境相中目标污染 物的动态质量交换和动态富集情况； 步骤三、将地表水环境介质中有机化学品暴露水平预测模型嵌入到CrystalBall软 件中，并根据生成的变量灵敏度结果，得到影响模型输出结果的关键参数，并通过进一步优 化，使预测值与实测值有较好的吻合度；采用MonteCarol仿真功能协助分析，给出模型的 不确定性信息； 步骤一所述待测地表水环境系统的主环境相及其子相划分为空气相、水相和沉积物 相，其中空气相包括气相和气溶胶相，水相包括纯水相和悬浮颗粒物，沉积物相包括沉积物 固相和水相； 步骤二所述地表水环境介质各主环境相及其子相的逸度容量分别为： 气相：Za= V(RT) 气溶胶相：ZQ=Za*6*106/Ps 空气相：ZTA= VQ*ZQ+VA*ZA(VQ+V A= I) 纯水相：ZW= S/Ps 悬浮颗粒物：Zp= Z w*由p*PP*K0C 水相：Ztw= Vw*Zw+VP*ZP(Vw+Vp = I) 沉积物固相：ZS= Z w* 由 sed*Psed*KQC 沉积物相：Zts= Vw*Zw+Vs*Zs(Vw+VS = I) 所述Z为逸度容量（mol ? nT3 ? pa)，R为气体常数（pa ? m3 ? mor1 ? kT1)，T为环境温 度（k)，Ps为过冷蒸汽压（pa) ;VQ为空气中气溶胶微粒的含量（-)，Va为空气中气体的含 量（_)，S为水中的溶解度（mol/m 3)，Ps为饱和蒸汽压（pa)，由p为悬浮颗粒物的有机碳含 量（_)，P P为悬浮颗粒物的密度（kg/m 3)，Koc为有机碳分配系数（-)，Vw为水中纯水的含 量（_)，Vp为水中悬浮颗粒物的含量（-)，由 sed为沉积物的有机碳含量（-)，P sed为沉积物 的密度（kg/m3)，Vs为沉积物中固体相的含量（-); 步骤二所述各个环境相的降解反应消减参数分别为： 空气相：DKA=kM*VA*ZA
其中，kKA、1%和kKS分别为目标污染物在空气相、水相和沉积物相中的降解速率（ s4)， t1/2A、t1/20Pt1/2S为化合物在空气相、水相和沉积物相中的半衰期（S); 步骤二所述各个环境相间的质量交换参数分别为： 水向空气的挥发：Dw_a= IAlAKva*AW*Za)+1AKvw*AW*Z w)) 空气与水的交换：Da_w=Dw_a+Dkw+Dqd+Dqw Drw- A A-W*UR*ZW Dqw= Aa_w*Uk*Q*Vq*Zq Dqv=Aa_w*Uq*Vq*Zq 空气的平流流入：Da= G A*ZA 水的平流流入：DW= GW*ZW 沉积物与水间的交换：DS_W=Dy+Dks Dy= I/ { l/(k SW5^As-W+Zw )+Y4/Biff*As_w*Zw)〕} Drs= Uks*As_w*Zs 水与沉积物间的交换：Dw_s=Dy+Dds Dds= Udp*Aw_s*Zp 所述Kva水-气界面气侧传质系数（m/h)，K vw为水-气界面中水侧传质系数（m/h)，AA_w 和As_w分别被为空气-水界面和沉积物-水界面的面积（m2)，仏为年平均降雨量（m/h)、Q 为清除速率、GaS空气的平流流入速率（m 3/h)，Gw为水径流量（m 3/h)，ksw为底泥-水界面 水侧传质系数，\为底泥中扩散路径长度（m)，Bmw为水中分子扩散系数（m 2/h)，Uks为底泥 再悬浮速率（m/h)，Udp为底泥沉降速率（m/h); 步骤二所述各个环境相中目标污染物的质量变化微分方程组分别为： 空气相： VAZAdfA/dt = EA+GA*CA+fw*Dw_ A-fA* (DA_W+DKA+DA)， 水相： VffZffdfff/dt - Ew+Gw*Cw+fA*DA_ w+fs*Ds_w-fw* (DW_A+DW_S+DRW+D W)， 沉积物相： VsZsdfs/dt - fw*Dw_s_fs* (DS_W+DRS)， 其中，VA、V s分别为空气相、水相和沉积物相的体积（m 3)，EJP E "表示污染物向空 气和水中的排放速率（mol/h)，CjPC "表示污染物平流流入空气和水中的背景浓度（mol/ 1113)，匕、4和匕为未知量，分别表示空气相、水相和沉积物相的逸度（? &); 步骤二中所述各个环境相中目标污染物的质量变化微分方程组或者表示为： 空气相：dfA/dt = ^Vffw-水相：dfw/dt =-入 3*fw+ 入 4*fA+ 入 5*fs+b2 沉积物相：dfs/dt =人6*fw-人7*fs 其中：A为未知量f的系数，b为常量； 步骤二中所述已编入的矩阵、逆矩阵和矩阵乘积运算MMULT函数的语法分别为：
求矩阵N的逆矩阵的函数表达式：f1= MINVERSE(array) 其中，array表示矩阵N ;
示N的逆矩阵，array2表示矩阵M ; 所述步骤二中将降解反应消减参数、相间质量交换参数和步骤一中污染物的背景排放 参数整合到不同的标志单元格中，并在Microsoft Windows环境下实现Crystal Ball软件 与Matlab R2009b的连接，整个过程分别为： 标志单元格a = [bi X I A 2 0] 标志单元格b = [b2 X 3 A 4入5] 标志单元格c = [0 X 6 0入7] 标志单元格z = [ZA Zw Zs] 其中：标志单元格a、b和c分别为矩阵N和M的变形，标志单元格a中的参数分别表示 空气相、水相和沉积物相的逸度容量； 实现Crystal Ball软件和Matlab R2009b两种工作环境中数据的交换和同步更新的 方法为： 将Crystal Ball工作表中的标志单元格a写入Matlab矩阵a> == MLPutMatrix(〃a〃，a); 将Crystal Ball工作表中的标志单元格b写入Matlab矩阵b> == MLPutMatrix (〃b〃，b); 将Crystal Ball工作表中的标志单元格c写入Matlab矩阵c> == MLPutMatrix (〃c〃，c); 将Crystal Ball工作表中的标志单元格z写入Matlab矩阵c> == MLPutMatrix (〃z〃, z)； 将写成字符串形式的命令a传到Matlab中执行> ==MLEvalString (〃save a. txt-ascii a")； 将写成字符串形式的命令b传到Matlab中执行> ==MLEvalString (〃save b. txt-ascii b〃）； 将写成字符串形式的命令c传到Matlab中执行> ==MLEvalString (〃save c. txt-ascii c〃）； 将写成字符串形式的命令z传到Matlab中执行> ==MLEvalString (〃save z.txt-ascii z〃）； 根据研宄目的和实际情况确定暴露水平预测方法计算的初始时间、步长和跨度，并以 步骤一所获得目标污染物在研宄区域的背景排放参数，采用龙格-库塔函数对微分方程组 进行计算： 主程序 >==MLEvalString("[t, f] = ode23s(@weifen, [t。，ts, te:]，[CaciCwciCsci])") 子程序 function dft = weifen(t, f) B - importdcitci (b. txt ) ；b-b(114)； b = importdataC b. txt') ；b = b (1:4)； c = importdata (' c. txt'）；c = c (1:4)； z = importdataC z. txt') ；z = z (1:3)； dft = [a(l)+f(l)*a(2)+f(2)*a(3)+f(3)*a(4); b (I) +f (I) *b (2) +f (2) *b (3) +f (3) *b (4); c(l)+f(l)*c(2)+f(2)*c(3)+f(3)*c(4);]; 在 Matlab 中执行命令 > ==MLEvalString ("for ii = 1:1:3C(:，ii)= f(:，ii)*z (ii)"); 将Matlab中的t矩阵放入Crystal Ball工作表中的标志单元格T中 >==MLGetMatrix ("t"，"T"); 将Matlab中的f矩阵放入Crystal Ball工作表中的标志单元格F中 >==MLGetMatrix ("f"，"F") 将Matlab中的c矩阵放入Crystal Ball工作表中的标志单元格C中 >==MLGetMatrix (〃c〃，"C"). 其中，和忆分别为模型计算的初始时间，步长和结束时间，C A(I、CW(I和C S(l分别为目 标污染物在研宄区域中空气相、水相和沉积物相中的背景浓度； 所述步骤三中采用软件自带的Monte Carol仿真功能对计算结果进行不确定性分析的 方法分别为： 1) 设定数据表 通过建立数据表将步骤一所获得参数输入到数据中待评估； 2) 定义假设的前提 确定单元格中具有波动性的输入参数（除常数外），并选择服从正态分布； 3) 预测结果的确定 确定单元格中目标污染物在各个环境相中的浓度数据是需要预测的指标； 4) 选择试验的次数 选择试验的次数，并选择优先运行下的"敏感度分析"； 5) 运行模拟 选择开始计算，如果要改变参数重新进行模拟，需要首先重置模拟（点击运行菜单工 具栏或者运行菜单下的"重置模拟"按钮）； 6) 查看结果 在模拟最后或者运行的过程中，预测窗口会自动显示出目标污染物在地表水环境介质 中有机化学品暴露水平预测方法下的不确定性分析和输入参数的灵敏度分析，结果可以复 制到工作表中。
【专利摘要】本发明涉及环境生态风险评价领域，具体来说，涉及一种地表水环境下基于质量平衡和动态消减的地表水环境介质中有机化学品暴露水平预测模型和数据分析系统。随着现代化工业生产废水经过处理后最终排放进入周围水体环境，并随着水体挥发进入大气，通过吸附作用或沉降作用进入水体底部沉积物中。本发明建立了一个模型结构简单、预测规则透明、易于理解、有效的暴露预测模型系统，并且能够根据研究的目的和要求选择合适级别的模型，对有机化学品的环境暴露和安全管理以及环境生态风险评价具有重要意义。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104820745
【申请号】CN201510223557
【发明人】张圣虎, 刘济宁, 刘丹, 石利利
【申请人】环境保护部南京环境科学研究所
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年5月5日