一种面向水环境质量监测的动态模拟污染物扩散的方法技术

本发明专利技术涉及一种面向水环境质量监测的动态模拟污染物扩散的方法，包括以下步骤：建立河流模型；然后按连续稳定排放模型或者瞬时排放模型计算某区段中测定点的当前污染物浓度；将当前污染物浓度与环保标准相对比，确定水质等级，并用颜色渲染河流模型中的该区段。本发明专利技术不受时间、地域限制，更重要的是不会真正造成水体污染，而且可随时模拟污染物扩散情况，从而对于找到规划工厂选址和城市发展的最佳方案提供强大的信息参考；可根据不同要求，设定众多参数，模拟不同情况下，污染物的扩散情况，从而满足不同的需求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水环境质量监测领域，具体的说是一种面向水环境质量监测的可视化动态模拟污染物扩散的方法。
技术介绍
水乃生命之源，水在自然环境和社会环境中，都是极为重要而活跃的因素。水在不停的流动着，在人体里，在农田里，在工厂里，使整个世界充满生机和活力，是这个世界最宝贵的财富。因此对水环境质量监测的研究具有重要的现实意义。近年来，随着全球环境气候的日益严峻,以及水污染事件的频发，世界各国不断加大对环境保护的力度，面对如此形式，迫切需要通过环境信息化手段和环境监测能力的提高来为政府相关部门在保护环境、规划社会发展等方面提供决策所需要的信息支持。在已有的水环境质量监测中，往往都是通过传感器不断监测水质，一旦监测到水体遭到污染后采取相关应急措施，但是实际上已经造成了无法挽回的损失。事实上可以合理规划工厂选址，尽可能减少造成水质污染的因素，因此现有的水环境质量监测方法已经不能满足当今社会可持续发展的要求。
技术实现思路
针对上述技术不足，本专利技术提供的一种面向水环境质量监测的可视化动态模拟污染物扩散的方法，可重复再现污染物对水质的影响，从而对社会的可持续发展提供科学支持。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种面向水环境质量监测的动态模拟污染物扩散的方法，包括以下步骤：建立河流模型；然后按连续稳定排放模型或者瞬时排放模型计算某区段中测定点的当前污染物浓度；将当前污染物浓度与环保标准相对比，确定水质等级，并用颜色渲染河流模型中的该区段。所述建立河流模型包括以下步骤：步骤1)将河流的两岸构建成分别由若干线段首尾连接构成的两条曲线，然后在两条曲线中间建立一条由若干线段构成河流中心线；步骤2)确定中心线的起始点，并记下该点的坐标；从起始点沿河流流向依次搜索若干个点，任意相邻的两点间距为设定步长；步骤3)在表示两岸的两条曲线外侧选任意一点，并将该点在河流中心线上进行映射得到映射点，将任选点与映射点连线并延伸成一条直线，以该直线与两曲线以及河流中心线的交点为起点，沿河流方向、在曲线以及河流中心线上每隔设定步长取点，直到曲线结束；将所取的各点连线并进行坐标转化，形成网格状的河流模型。所述连续稳定排放模型包括：按时间与污染物浓度的关系式和按距离与污染物浓度的关系式。所述按时间与污染物浓度的关系式为：C=C0exp[ux2t2Dx(1-1+4KDxux2)]]]>其中，C0为污染物在河流中的初始浓度Q为河流流量，C1为河流中污染物的本底浓度，C2为污水中的污染物浓度，q为排入河流的污水的流量；C为污染物的浓度，Dx为纵向弥散系数，ux为断面平均流速，K为污染物的衰减速度，t为时间。所述按距离与污染物浓度的关系式为：C=C0exp[uxx2Dx(1-1+4KDxux2)]]]>其中，C0为污染物在河流中的初始浓度Q为河流流量，C1为河流中污染物的本底浓度，C2为污水中的污染物浓度，q为排入河流的污水的流量；C为污染物的浓度，Dx为纵向弥散系数，ux为断面平均流速，K为污染物的衰减速度，x为污染源到当前点之间的距离。所述瞬时排放模型为：C(x,t)=M2Ac(πDLt)1/2exp(-Kxu)exp(-(x-ut)24DLt)]]>其中，x为污染源到当前点之间的距离，t为时间，C(x,t)为起始点源下游距离x处、时间t时的浓度；u为河流流速，M为溶解的污染物总量，Ac为河流横断面面积，DL为河流纵向离散系数，K为衰减速度。本专利技术具有以下有益效果及优点：1.可视化。污染物浓度值与环保标准相对比，确定水质等级，并用相应颜色进行渲染。在系统上可以明显看到污染物浓度随时间、距离的变化而动态呈现出不同的颜色。更加方便直观的展现污染物对环境的影响程度。2.可重复。不受时间、地域限制，更重要的是不会真正造成水体污染，而且可随时模拟污染物扩散情况，从而对于找到规划工厂选址和城市发展的最佳方案提供强大的信息参考。3.可设定。可根据不同要求，设定众多参数，模拟不同情况下，污染物的扩散情况，从而满足不同的需求。附图说明图1为河流建模示意图。图2为河流概化示意图。图3为地图上选点并获得映射点示意图。图4为切割河区形成面状区段示意图。图5为模拟运行算法流程图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的详细说明。本专利技术涉及一种面向水环境质量监测的可视化动态模拟污染物扩散的方法。该方法主要是根据水环境质量监测的要求，设定待模拟河流、河流流速、污染物类型、排放的污染物浓度、废水排放量等相关重要参数，其次，在地图上沿河流拾取一个初始点，假定其为排放污染物的一个污染源，然后，依据不同的模拟方式和模拟类型，进行可视化动态模拟污染物沿河流扩散的情况。包括以下步骤：步骤1：河流建模。将天然河流的两岸模型化为两条由一系列微小曲线段构成曲线，并沿河流方向顺时针给每个曲线段赋予一个编号。另外在两岸中间建立一条有一系列直线段构成河流中心线。步骤2：河流概化。选定评价河流，根据河流的流向，确定河流的起始点，并记下该点的坐标，然后沿着河流的方向将河流概化为一系列连续的小片段，并且每个片段赋予一个编号。步骤3：地图上选点并计算该点在河流中心上的映射点，设置参数，然后进行坐标转化。步骤4：根据步骤3中设定的模拟方式和模拟类型，进行相应的模型计算。所述的计算模型包括连续排放稳定模型和瞬时排放模型。连续排放稳定模型采用如下计算：初始浓度：C0=QC1+qC2Q+q]]>扩散浓度：直接根据距离计算的公式：C=C0exp[uxx2Dx(1-1+4KDxux2)]]]>忽略纵向弥散：C＝C0exp[-(Kx/u)]根据时间计算的公式：(流速相差不大，大致可以认为匀速的情况下)忽略纵向弥散：C＝C0exp(-Kt)C0为污染物在河流中的初始浓度；Q为河流流量；C1为河流中污染物的本底浓度；q为排入河流的污水的流量；C2为污水中的某污染物浓度；C为污染物的浓度；Dx为纵向弥散系数；ux为断面平均流速；K为污染物的衰减速度(衰减系数)；t为时间。瞬时排放模型采用如下方式计算：在瞬时点源下游x距离处，t时间时，浓度可按下式计算：C(x,t)=M2Ac(πDLt)1/2exp(-Kxu)exp(-(x-ut)24DLt)]]>式中：C(x,t)为瞬时点源下游距离x处，时间t时的浓度，mg/L；u为河流流速，m/s；M为溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向水环境质量监测的动态模拟污染物扩散的方法，其特征在于包括以下步骤：建立河流模型；然后按连续稳定排放模型或者瞬时排放模型计算某区段中测定点的当前污染物浓度；将当前污染物浓度与环保标准相对比，确定水质等级，并用颜色渲染河流模型中的该区段。

【技术特征摘要】
1.一种面向水环境质量监测的动态模拟污染物扩散的方法，其特征在于包括以
下步骤：
建立河流模型；然后按连续稳定排放模型或者瞬时排放模型计算某区段中
测定点的当前污染物浓度；将当前污染物浓度与环保标准相对比，确定水质等
级，并用颜色渲染河流模型中的该区段。
2.根据权利要求1所述的一种面向水环境质量监测的动态模拟污染物扩散的方
法，其特征在于所述建立河流模型包括以下步骤：
步骤1)将河流的两岸构建成分别由若干线段首尾连接构成的两条曲线，然
后在两条曲线中间建立一条由若干线段构成河流中心线；
步骤2)确定中心线的起始点，并记下该点的坐标；从起始点沿河流流向依
次搜索若干个点，任意相邻的两点间距为设定步长；
步骤3)在表示两岸的两条曲线外侧选任意一点，并将该点在河流中心线上
进行映射得到映射点，将任选点与映射点连线并延伸成一条直线，以该直线与
两曲线以及河流中心线的交点为起点，沿河流方向、在曲线以及河流中心线上
每隔设定步长取点，直到曲线结束；将所取的各点连线并进行坐标转化，形成
网格状的河流模型。
3.根据权利要求1所述的一种面向水环境质量监测的动态模拟污染物扩散的方
法，其特征在于所述连续稳定排放模型包括：按时间与污染物浓度的关系式和
按距离与污染物浓度的关系式。
4.根据权利要求3所述的一种面向水环境质量监测的动态模拟污染物扩散的方
...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，马元婧，周晓磊，周旺明，郭向坤，徐凯，白雪，祁柏林，李安增，陈月，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳计算技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21