[發(fā)明專(zhuān)利]一種水環(huán)境實(shí)時(shí)調(diào)控與數(shù)字化管理方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010282029.5
• 申請(qǐng)日: 2010-09-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101976380A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張尚弘;樂(lè)世華;周鵬程
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06Q10/00
• 分類(lèi)號(hào): G06Q10/00;G06Q50/00
• 代理公司: 北京眾合誠(chéng)成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 史雙元

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水環(huán)境實(shí)時(shí)模擬與管理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種水環(huán)境實(shí)時(shí)調(diào)控與數(shù)字化管理方法。具體說(shuō)是對(duì)水環(huán)境中污染物的模擬、遷移轉(zhuǎn)換、水環(huán)境承載能力計(jì)算與負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)控的水環(huán)境數(shù)字化管理的技術(shù)體系和方法。

背景技術(shù)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展和資源環(huán)境壓力的急劇增加，使得水環(huán)境安全受到嚴(yán)重威脅和破壞，導(dǎo)致人類(lèi)生存所依賴(lài)的自然生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞，威脅人與自然的和諧可持續(xù)發(fā)展。在水環(huán)境治理方面，雖然國(guó)家和地方政府投入了極大的人力、物力和財(cái)力，但迄今為止我國(guó)流域水環(huán)境并未得到明顯改善，部分水體甚至有進(jìn)一步惡化的趨勢(shì)，對(duì)人民生活與社會(huì)經(jīng)濟(jì)帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅與損害。因此，加強(qiáng)水環(huán)境科學(xué)管理，提出科學(xué)合理的調(diào)控方法和管理措施，對(duì)水環(huán)境變化過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)、模擬、控制與治理，具有非常重要的意義。

在水環(huán)境治理方面，當(dāng)前我國(guó)多采用粗放式治理和粗放式管理模式，主要體現(xiàn)在水環(huán)境信息監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)不完備、水環(huán)境模擬缺乏科學(xué)定量方法、調(diào)控的動(dòng)態(tài)性不足等，水環(huán)境管理所依據(jù)的數(shù)據(jù)時(shí)空尺度大、過(guò)程粗糙。雖然一些流域建設(shè)了污染源和環(huán)境質(zhì)量在線監(jiān)控系統(tǒng)，但過(guò)分簡(jiǎn)化的模擬功能，無(wú)法滿足水環(huán)境管理與污染負(fù)荷控制的需要。使得在水環(huán)境管理中大量存在監(jiān)測(cè)信息與污染物遷移運(yùn)動(dòng)、污染負(fù)荷控制等科學(xué)計(jì)算環(huán)節(jié)的脫節(jié)現(xiàn)象，嚴(yán)重妨礙了水環(huán)境定量細(xì)致管理技術(shù)的發(fā)展。

在水環(huán)境演變模擬方面，由于對(duì)流域尺度的水環(huán)境承載力和環(huán)境容量研究不足，目前我國(guó)實(shí)行的仍然是區(qū)域目標(biāo)總量控制，總量指標(biāo)并未落實(shí)到具體的河流，也沒(méi)有分配到具體的污染源。此外，我國(guó)絕大多數(shù)環(huán)境容量計(jì)算參數(shù)尤其是物理和生化反應(yīng)系數(shù)基本上都采用文獻(xiàn)報(bào)道的經(jīng)驗(yàn)值，缺乏對(duì)個(gè)性研究區(qū)域物質(zhì)在水陸介質(zhì)中遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程定量化的研究。同時(shí)對(duì)水質(zhì)模型的效果驗(yàn)證及系統(tǒng)集成重視不足，急需建立數(shù)據(jù)獲取、科學(xué)模擬、結(jié)果顯示一體化的水環(huán)境數(shù)字化管理系統(tǒng)，為實(shí)施總量控制提供技術(shù)支持。

總之，在水環(huán)境的實(shí)時(shí)調(diào)度和數(shù)字化管理方面，簡(jiǎn)單化、粗放式的管理模式已不能滿足水環(huán)境治理的需要，在水環(huán)境治理中凸顯出以下問(wèn)題：(1)污染負(fù)荷削減目標(biāo)的制訂缺乏科學(xué)測(cè)算以及與當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的結(jié)合；(2)治理方案的設(shè)計(jì)缺乏流域協(xié)同性和精確數(shù)據(jù)支持；(3)水環(huán)境容量計(jì)算缺乏不確定性分析及容量動(dòng)態(tài)分配；(4)治理后的水體缺乏可以持續(xù)更新的數(shù)字化管理系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)當(dāng)前水環(huán)境管理中模擬過(guò)分簡(jiǎn)化、過(guò)程粗糙的問(wèn)題，提出一種水環(huán)境實(shí)時(shí)調(diào)控與數(shù)字化管理方法，首先通過(guò)建立水環(huán)境模型，識(shí)別具體的污染區(qū)域和污染來(lái)源，對(duì)這些具體區(qū)域的點(diǎn)源和非點(diǎn)源污染物濃度和排放總量提出控制措施，從而引導(dǎo)整個(gè)流域執(zhí)行最好的管理計(jì)劃，結(jié)合信息化手段，建立水環(huán)境實(shí)時(shí)調(diào)控與數(shù)字化管理系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟：

(1)數(shù)據(jù)獲取，建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)

a.數(shù)據(jù)獲取：以GPS/RS監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、特殊補(bǔ)充觀測(cè)數(shù)據(jù)、事故應(yīng)急監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及外部交換數(shù)據(jù)的方式獲取；

b.將上述方式獲取的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳輸至監(jiān)控服務(wù)器，按數(shù)據(jù)類(lèi)型分別建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)；并通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)存取中間件提供模型參數(shù)，存儲(chǔ)和展示數(shù)據(jù)結(jié)果，支撐數(shù)據(jù)共享；其中專(zhuān)業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、模擬結(jié)果、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)必須符合國(guó)家和地方行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)為流域水環(huán)境基本數(shù)據(jù)和用以管理流域的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

(2)建立水環(huán)境實(shí)時(shí)定量化模擬模型

a.建立流域入河污染負(fù)荷模型，根據(jù)步驟(1)監(jiān)測(cè)的包括水文信息和污染物的流域水環(huán)境基本數(shù)據(jù)，建立分布式流域水文模型，根據(jù)不同地形、不同土壤類(lèi)型、不同土地利用類(lèi)型、降雨強(qiáng)度和降雨歷時(shí)與目標(biāo)污染物入河通量之間的關(guān)系，建立合理概化模型，以分析徑流中目標(biāo)污染物產(chǎn)生與匯集過(guò)程；

b.目標(biāo)污染物遷移轉(zhuǎn)化關(guān)鍵參數(shù)率定，根據(jù)(2)a分析徑流中目標(biāo)污染物產(chǎn)生與匯集過(guò)程結(jié)果，采用原位實(shí)驗(yàn)和室內(nèi)模擬方法，掌握目標(biāo)污染物在徑流和受納水體中的形態(tài)，確定目標(biāo)污染物不同形態(tài)在水體中遷移轉(zhuǎn)換過(guò)程參數(shù)和降解系數(shù)，以及這些系數(shù)受水環(huán)境的pH值和水溫條件的影響；

c.建立河流水環(huán)境模型，建立準(zhǔn)確的水動(dòng)力模型，為水環(huán)境數(shù)學(xué)模型提供細(xì)致的水動(dòng)力條件，建立研究區(qū)域水環(huán)境模型，根據(jù)步驟(2)b中率定的污染物遷移轉(zhuǎn)化參數(shù)對(duì)模型進(jìn)行率定優(yōu)化，將步驟(2)a建立的流域入河污染負(fù)荷模型與河流水環(huán)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(zhì)的動(dòng)態(tài)變化，為水質(zhì)控制提供實(shí)時(shí)信息；

(3)水環(huán)境承載能力計(jì)算與負(fù)荷動(dòng)態(tài)調(diào)控