卡尔曼滤波方法在地下水污染源反演中的应用

来源：中国环境科学杂志2019年第8期北京时间：

作者：白玉堃, 卢文喜, 李久辉

单位：1. 吉林大学地下水与资源环境教育部重点实验室, 吉林 长春 130012;2. 吉林大学新能源与环境学院, 吉林 长春 130012

摘要：采用卡尔曼滤波方法反演识别地下水污染源的个数和大概位置.借助一个假想算例，建立地下水系统水流和溶质运移模拟模型，利用灵敏度分析方法筛选出对模拟结果影响最大的参数作为随机变量，对该参数进行抽样，运用蒙特卡罗方法将抽样结果输入模拟模型，生成污染质浓度场.采用卡尔曼滤波方法构造迭代过程，逐个利用采样点处浓度的实测值不断更新综合浓度场.引入模糊集理论表示污染羽，对比综合污染羽和单个污染羽的模糊集来更新各潜在污染源的权重，根据潜在污染源权重大小和综合污染羽收敛形状判断真实污染源的个数和大概位置.算例结果表明：采用卡尔曼滤波方法可以成功反演识别出地下水污染中真实污染源的准确个数和大概位置；引入模糊集理论表示污染羽，通过对比综合污染羽和单个污染羽的模糊集，可以确定各潜在污染源的权重.

关键词：污染源识别,卡尔曼滤波,模糊集,蒙特卡罗,灵敏度分析

基金资助：国家自然科学基金资助项目（41672232）