[發明專利]一種水環境實時調控與數字化管理方法

無效

• 申請號: 201010282029.5
• 申請日: 2010-09-14
• 公開（公告）號: CN101976380A
• 公開（公告）日: 2011-02-16
• 發明（設計）人: 張尚弘;樂世華;周鵬程
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G06Q10/00
• 分類號: G06Q10/00;G06Q50/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

1.一種水環境實時調控與數字化管理方法，首先通過建立水環境模型，識別具體的污染區域和污染來源，對這些具體區域的點源和非點源污染物濃度和排放總量提出控制措施，從而引導整個流域執行最好的管理計劃，結合信息化手段，建立水環境實時調控與數字化管理系統，其特征在于，包括以下步驟：

(1)數據獲取，建立監測數據庫

a.數據獲?。阂訥PS/RS監測數據、特殊補充觀測數據、事故應急監測數據及外部交換數據的方式獲取；

b.將上述方式獲取的數據通過數據傳輸網絡傳輸至監控服務器，按數據類型分別建立基礎數據庫、專業數據庫和水質標準庫；并通過數據庫存取中間件提供模型參數，存儲和展示數據結果，支撐數據共享；其中專業數據庫和水質標準庫存儲監測數據、模擬結果、水質標準等數據，其數據存儲結構必須符合國家和地方行業相關標準的要求，基礎數據庫為流域水環境基本數據和用以管理流域的基礎數據；

(2)建立水環境實時定量化模擬模型

a.建立流域入河污染負荷模型，根據步驟(1)監測的包括水文信息和污染物的流域水環境基本數據，建立分布式流域水文模型，根據不同地形、不同土壤類型、不同土地利用類型、降雨強度和降雨歷時與目標污染物入河通量之間的關系，建立合理概化模型，以分析徑流中目標污染物產生與匯集過程；

b.目標污染物遷移轉化關鍵參數率定，根據(2)a分析徑流中目標污染物產生與匯集過程結果，采用原位實驗和室內模擬方法，掌握目標污染物在徑流和受納水體中的形態，確定目標污染物不同形態在水體中遷移轉換過程參數和降解系數，以及這些系數受水環境的pH值和水溫條件的影響；

c.建立河流水環境模型，建立準確的水動力模型，為水環境數學模型提供細致的水動力條件，建立研究區域水環境模型，根據步驟(2)b中率定的污染物遷移轉化參數對模型進行率定優化，將步驟(2)a建立的流域入河污染負荷模型與河流水環境模型耦合，以日均降雨量和各入流參照斷面的流量及污染物濃度為輸入條件，模擬各控制斷面水質的動態變化，為水質控制提供實時信息；

(3)水環境承載能力計算與負荷動態調控

應用步驟(2)建立的流域分布式水文模型和入河負荷模型，計算各河段設計流量下對目標污染物的水環境承載能力以及逐日水文條件下的承載能力。根據水環境功能區劃，確定控制斷面及其水環境目標；計算各河段的負荷削減量并進行分配，分析模型的不確定性和安全區間，采用模糊數學和貝葉斯轉換方法對入河負荷模型和水環境模型及其用于參數率定的實測數據、邊界條件和模型輸入條件的不確定性進行量化分析，獲得日最大負荷量安全區間；

根據有償使用和特殊產業優先的原則對各河段的日最大負荷量或者負荷削減量進行分配；

(4)建立水環境實時調控系統

建立步驟(1)建立的水環境數據庫與步驟(2)建立的流域分布式水文模型和入河負荷模型之間的無縫鏈接，根據流域監測網絡持續提供的大量新數據，采用卡爾曼濾波、集合卡爾曼濾波等數據同化方法建立模型參數動態更新模塊，建立水環境實時調控系統；該系統向各模型傳遞模型需要的運行參數和條件，接收儲存各模型運算的結果以便后期調用，實現模型和數據的有機耦合；通過基于虛擬現實技術的數據可視化平臺顯示流域水環境的實時動態變化過程，實現污染物負荷的動態分配與情景模擬顯示，逼真再現各種預案模擬。

2.根據權利要求1所述一種水環境實時調控與數字化管理方法，其特征在于，所述對各河段的日最大負荷量或者負荷削減量進行分配包括：

①負荷分配原則

調查各河段主要點源目標污染物排放的負荷現狀，計算相應的負荷比例；按照主要點源單位負荷的經濟效益，制定基于利益相關者的水環境容量有償使用與分配方法；

②負荷動態分配

依據現有的負荷比例和污染削減計劃，參考區域社會經濟發展和產業調整規劃，遵照有毒有害和病原性物質優先削減的原則，動態分配日最大負荷量；采用河流水環境模型，通過情景模擬，反復調整和優化負荷分配。