基于iTOUGH2的生物降解模型全局敏感性时变分析

作者：杜建雯; 施小清^*; 徐红霞; 吴吉春

来源：水文地质工程地质, 2020, 47(02): 35-42.

DOI：10.16030/j.cnki.issn.1000-3665.201902037

• 全局敏感性分析
• 敏感性时变分析
• 好氧生物降解
• 相互作用效应
• 参数反演
• 试验设计

Monod动力学方程被广泛应用于描述地下水中有机污染物微生物降解过程。由于Monod方程参数众多,采用敏感性分析可识别参数的重要程度,有助于参数反演和理解微生物降解过程。已有敏感性分析一般仅关注敏感性的整体平均值及其随空间的变化,很少考虑敏感性随时间的变化。以一个好氧生物降解甲苯的一维砂柱试验为例,基于iTOUGH2采用Morris法和Sobol’法对降解过程参数及试验条件参数开展全局敏感性时变分析。研究结果发现,由于微生物好氧降解能力随时间先提高后减弱,导致降解过程参数的敏感性相应地随时间先增加后减少。最大基质降解速率k的Sobol’一阶敏感性指数在试验早期小于10%,中期最大为62%,晚期减至49%。参数间的相互作用效应随时间先增大后减小。k的参数间相互作用效应根据Sobol’总敏感性指数与一阶敏感性指数的差值表征,该值在试验早期和晚期近乎为0,中期达6%。通过敏感性以及参数间相互作用效应的时变分析发现,试验晚期的观测数据对模型过程参数的敏感性较大以及相互作用效应较小,因此选择试验晚期数据更有利于降解过程参数的反演识别。同时由于试验条件参数在早期敏感性较大,为避免试验条件控制不当导致的观测数据误差增大,试验早期应较中期和晚期更严格控制试验条件。

• 单位
  南京大学