河流突发污染事故预警溯源系统开发与应用

作     者：颜丹佳 

作者单位：中国计量大学 

学位级别：硕士

导师姓名：丁涛

授予年度：2020年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 07[理学] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 09[农学] 0804[工学-仪器科学与技术] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0903[农学-农业资源与环境] 0815[工学-水利工程] 0838[工学-公安技术] 0713[理学-生态学] 

主      题：预警 溯源 二维河流 瞬时水污染 连续水污染 应急监测网络 

摘      要：突发水环境污染事件频繁发生,使得如何在第一时间进行溯源,得到造成事故的污染源信息（排放位置、排放时间、排放量或排放速率）,进而对污染事故的发展进程进行预警预测成为污染应对的关键一环。而现有的溯源方法大多采用统计学等不确定性方法,前期工作量大,不确定因素较多。现有的预警系统则存在模拟时间长的问题。因此本文针对污染事故发生后水质变化过程的快速模拟预测需求,基于二维对流扩散解析模型,建立了二维河流瞬时水污染预警模型。针对快速准确掌握污染源信息的需求,提出了基于应急监测网络的瞬时污染源溯源方法和连续污染源溯源方法,并对溯源方法进行了可行性和准确性分析,证实了溯源方法具有快速高效、部署简单,可行性好等优点。本文主要研究内容如下:（1）基于二维河流对流扩散解析模型,设计并开发了金华市二维河流预警系统。在已知污染源信息的情况下,预警系统可预测未来一段时间内污染下游河流污染物浓度的变化情况,并给出重点水质管理断面的超标情况,起到警示作用。相关部门也可就将污染物处理到何种程度在系统上进行模拟,尽可能地制定既经济又可行的处理措施。（2）反向求解二维河流对流扩散解析模型和连续源积分模型,提出了二维河流瞬时和连续污染源溯源方法。基于溯源方法,提出了两点和四点对称的河流应急监测网络布设法,通过计算目标污染物浓度在空间和时间域上的差分值,得到污染源位置、排放时间、排放强度等污染源信息。（3）分析了溯源算法中应急监测网络布局形式对溯源精度的影响,通过设计污染场景,计算了不同应急监测网络布局形式下污染源设计值与溯源值的相对误差,验证了溯源方法的可行性和准确性。（4）基于预警模型和溯源方法,经采集金华市河流的地理范围和国控、省控监测断面等信息后,本文采用C++编写预警及溯源计算程序,设计并开发了金华市河流突发污染事故预警及溯源系统。通过设定水污染事故,使用该系统模拟和预测了金华市河流突发污染事故后的水质变化情况,溯源了发生在金华市河流内的未知水污染事故,得到了污染物的排放位置、排放时间和排放量（排放速率）。比较计算得到的污染源信息和设定的污染源信息值,证实了本文开发的预警及溯源系统在金华市河流中得到了较好的应用,具有较高的可靠性,可为相关部门应对水污染事故提供直观科学的依据,帮助其快速、合理、经济地处理污染事故。