[發明專利]一種基于GIS空間統計與隨機模擬相結合的污染物點源解析方法

有效

• 申請號: 202010862311.4
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112149871B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 楊蘊;張宇;南文貴;陳舟;竇智;王錦國
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F30/27;G06F30/25;G06F30/20;G06F17/18;G06F16/29;G06F113/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運紅

本發明屬于地下水環境模擬領域，公開了一種基于GIS空間統計與隨機模擬相結合的污染物點源解析方法，用于城市密集區點源污染物評價和污染源解析。該方法首先建立污染物在地下水中運移的數值模型，基于GIS的空間統計技術采用證據加權分析法提供判斷易于發生污染的水文地質和土地利用條件關鍵信息，進而進行地下水環境質量和脆弱性評價；然后采用基于零空間蒙特卡洛粒子追蹤方法的隨機模擬技術，進行污染物捕獲區或污染源區解析。本發明所提出的方法可以有效識別地下水污染脆弱區和解析劃定潛在污染點源，可為地下水污染長期監測提供區域性的關鍵信息，成為非專家決策者制定地下水管理和保護戰略的重要工具。

技術領域

本發明涉及基于GIS空間統計與隨機模擬相結合的污染物點源解析方法，屬于地下水環境領域。

背景技術

在全球尺度上，上個世紀以來城市發展和人口從農村向城市遷移的速度顯著加快，據統計，2016年全球約54％的人口居住在城市地區，到2050年這一數據將升至約66％。在城市化發展的背景下社會經濟持續快速增長，而地下水作為重要的淡水資源，在促進城市化發展方面發揮著關鍵作用。然而，隨著城市人口增長和人類活動的加劇，可利用的地下水資源無論從數量上還是質量上都越來越受到關注。城市和工業發展中密集的供水需求對地下水質與量施加了巨大的壓力，一方面長時間的工業活動產生的污染源釋放使得地下水質進一步惡化，另一方面，地下水資源的不可持續管理除了對環境造成巨大的影響之外，還產生了嚴重的社會和經濟影響，威脅人類健康和增加取用水成本。因此，為了適應快速城市化和城市地區對安全飲用水日益增長的需求，未來的調整是如何制定新的科學地下水開發利用策略，以便更充分地管理和保護地下水資源。

為了解決以上問題，數值模擬和基于GIS的空間統計方法是進行地下水環境質量評估的重要手段和工具。其中粒子追蹤方法常用于模擬對流占優的污染物運移過程，并通過沿著流線的逆時反向粒子追蹤識別污染截獲或污染源區。考慮到水文地質參數(如滲透系數)的不確定性，通常將傳統的粒子追蹤方法與零空間蒙特卡洛方法相結合來尋求考慮滲透系數不確定性對于潛在污染源識別的影響。基于證據加權分析技術的GIS空間統計方法已經被成功的應用于基于關鍵水文地質和土地利用信息的含水層污染脆弱性評價。本發明提出了一種基于GIS空間統計與隨機模擬相結合的污染物點源解析方法，用于城市密集區點源污染物評價和解析。首先建立污染物在地下水中運移的數值模型，基于GIS的空間統計技術采用證據加權分析法提供判斷易于發生污染的水文地質和土地利用條件關鍵信息，進而進行地下水環境質量和脆弱性評價；隨機模擬采用零空間蒙特卡洛粒子追蹤方法，用于污染物捕獲區或污染源區。本發明所提出的方法可以有效識別污染脆弱地區和劃定潛在污染源，可為地下水污染監測提供區域的關鍵信息，成為非專家決策者制定地下水管理和保護戰略的重要工具。

發明內容

發明目的：本發明所要解決的技術問題是提供一種基于GIS空間統計與隨機模擬相結合的污染物點源解析方法，該方法通過融合基于證據加權的污染后驗概率和基于零空間蒙特卡洛反向粒子追蹤模擬的粒子穿越頻率，識別潛在污染源和評價含水層污染脆弱。

技術方案：本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：一種基于GIS空間統計與隨機模擬相結合的污染物點源解析方法，該方法包括如下步驟：

步驟一，基于MODFLOW地下水流模擬程序構建地下水流模型，校正得到滲透系數場，模擬得到研究區地下水位和流場；基于地下水流模型，采用MT3DMS溶質運移模擬程序建立確定性的污染物運移模擬模型，基于研究區土地利用變化相關圖件圈定污染源潛在位置，模擬未來預設年內污染物在含水層中的時空分布，并將模擬的污染物時空分布數據作為后續進行污染源識別的濃度觀測數據；

步驟二，在假設不確定污染點源位置的條件下，通過分析步驟一模擬計算的研究區污染物濃度分布，識別和捕獲污染羽的水力截獲區；