一种水环境实时调控与数字化管理方法

摘要

本发明公开了属于水环境实时模拟与管理技术领域的一种水环境实时调控与数字化管理方法。该方法首先获取数据，建立监测数据库，通过建立水环境模型，识别具体的污染区域和污染来源，对这些具体区域的点源和非点源污染物浓度和排放总量提出控制措施，从而引导整个流域执行最好的管理计划，结合信息化手段，建立水环境实时调控与数字化管理系统，实现河流水质的实时调控，可以为流域“控源减排”、水环境综合治理与定量化管理提供系统性技术支持，应用前景广阔。

主权项

一种水环境实时调控与数字化管理方法，首先通过建立水环境模型，识别具体的污染区域和污染来源，对这些具体区域的点源和非点源污染物浓度和排放总量提出控制措施，从而引导整个流域执行最好的管理计划，结合信息化手段，建立水环境实时调控与数字化管理系统，其特征在于，包括以下步骤：(1)数据获取，建立监测数据库a.数据获取：以GPS/RS监测数据、特殊补充观测数据、事故应急监测数据及外部交换数据的方式获取；b.将上述方式获取的数据通过数据传输网络传输至监控服务器，按数据类型分别建立基础数据库、专业数据库和水质标准库；并通过数据库存取中间件提供模型参数，存储和展示数据结果，支撑数据共享；其中专业数据库和水质标准库存储监测数据、模拟结果、水质标准等数据，其数据存储结构必须符合国家和地方行业相关标准的要求，基础数据库为流域水环境基本数据和用以管理流域的基础数据；(2)建立水环境实时定量化模拟模型a.建立流域入河污染负荷模型，根据步骤(1)监测的包括水文信息和污染物的流域水环境基本数据，建立分布式流域水文模型，根据不同地形、不同土壤类型、不同土地利用类型、降雨强度和降雨历时与目标污染物入河通量之间的关系，建立合理概化模型，以分析径流中目标污染物产生与汇集过程；b.目标污染物迁移转化关键参数率定，根据(2)a分析径流中目标污染物产生与汇集过程结果，采用原位实验和室内模拟方法，掌握目标污染物在径流和受纳水体中的形态，确定目标污染物不同形态在水体中迁移转换过程参数和降解系数，以及这些系数受水环境的pH值和水温条件的影响；c.建立河流水环境模型，建立准确的水动力模型，为水环境数学模型提供细致的水动力条件，建立研究区域水环境模型，根据步骤(2)b中率定的污染物迁移转化参数对模型进行率定优化，将步骤(2)a建立的流域入河污染负荷模型与河流水环境模型耦合，以日均降雨量和各入流参照断面的流量及污染物浓度为输入条件，模拟各控制断面水质的动态变化，为水质控制提供实时信息；(3)水环境承载能力计算与负荷动态调控应用步骤(2)建立的流域分布式水文模型和入河负荷模型，计算各河段设计流量下对目标污染物的水环境承载能力以及逐日水文条件下的承载能力。根据水环境功能区划，确定控制断面及其水环境目标；计算各河段的负荷削减量并进行分配，分析模型的不确定性和安全区间，采用模糊数学和贝叶斯转换方法对入河负荷模型和水环境模型及其用于参数率定的实测数据、边界条件和模型输入条件的不确定性进行量化分析，获得日最大负荷量安全区间；根据有偿使用和特殊产业优先的原则对各河段的日最大负荷量或者负荷削减量进行分配；(4)建立水环境实时调控系统建立步骤(1)建立的水环境数据库与步骤(2)建立的流域分布式水文模型和入河负荷模型之间的无缝链接，根据流域监测网络持续提供的大量新数据，采用卡尔曼滤波、集合卡尔曼滤波等数据同化方法建立模型参数动态更新模块，建立水环境实时调控系统；该系统向各模型传递模型需要的运行参数和条件，接收储存各模型运算的结果以便后期调用，实现模型和数据的有机耦合；通过基于虚拟现实技术的数据可视化平台显示流域水环境的实时动态变化过程，实现污染物负荷的动态分配与情景模拟显示，逼真再现各种预案模拟。