基于分布式水质光电传感器的污染物溯源方法技术

本发明专利技术提出了一种通过分布式微型光电传感器在三维空间的布控来实现水体有机物污染溯源的新方法。利用传感器采集的紫外吸收光谱来分析污染物COD浓度或者特征污染物浓度随时间和空间的变化信息，结合预先建立的空间关联的扩散模型，再进行时间反演模拟还原污染物扩散过程，追溯到污染源。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式水质光电传感器的污染物溯源方法
本专利技术涉及一种基于分布式水质光电传感器的污染物溯源方法。
技术介绍
传统的水质有机污染物溯源的方法主要是通过非常有限的监测站数据和污染物扩散模型进行推演，这种方法对污染物扩散模型的精确度要求非常高。因为实测数据有限，缺少真实的污染物三维浓度场随时间的演化信息，而实际情况经常在变化，仅仅通过扩散模型还原出与实际相符的污染过程非常困难。所以，在很多情况下污染物的溯源一直没有很好的办法解决。随着水质光电传感器微型化技术的发展，使分布式网络格点式监控成为可能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于分布式水质光电传感器的污染物溯源方法，通过通过对水质微型传感器在特定水域空间的合理布控，借助粗略的污染物扩散模型，通过时间反演即可实现污染物的源头追踪。本专利技术采用的技术方案为：一种基于分布式水质光电传感器的污染物溯源方法，其步骤包括：(1)建立空间关联的污染物扩散模型；(2)用分布式的水质光电传感器实时采集特定水域中水质参数，监控水质参数在三维空间中的时序变化；(3)借助污染物扩散模型，通过相邻时间污染物浓度场分布的相关性进行时间反演，还原污染物扩散过程；(4)判断和定位污染事件的源头位置。优选的，所述污染物扩散模型的建立方法为：J＝D*(dC/dx)，J为单位时间内通过垂直于浓度C沿x方向梯度的单位面积内的污染物的量，D为扩散系数，对于特定污染物，D为常量。优选的，步骤(2)中将N个分布式水质光电传感器按一维z方向、二维分布模型x、y方向组合分布成成三维模型x、y、z方向，用分布式的水质光电传感器实时采集特定水域中水质参数；对于一维z方向水质区域，则N个分布式水质光电传感器的测量值E分别为E(z1)、E(z2)、…、E(zN)，其中，最大值的位置即是污染源的附近位置zi，确切的污染源位置z0可以通过下面关系式求出：[E(zi-1)-E(z0)]/abs[(zi-1)-zi]＝[E(zi+1)-E(z0)]/abs[(zi+1)-zi]；对于二维x、y方向水质区域，不考虑水质流动影响，则同样先找到二维分布的N个分布式水质光电传感器测量值E的最大值位置(xj，yj)，再找到N个分布式水质光电传感器测量值E的两个次大值位置(xj+1，yj+1)、(xj-1，yj-1)，确切的污染源位置(x0，y0)通过下面关系式求出：([E(xj+1，yj+1)-E(x0，y0)]/sqrt[(xj+1-x0)2-(yj+1-y0)2]＝[E(xj，yj)-E(x0，y0)]/sqrt[(xj-x0)2-(yj-y0)2]；[E(xj-1，yj-1)-E(x0，y0)]/sqrt[(xj-1-x0)2-(yj-1-y0)2]＝[E(xj，yj)-E(x0，y0)]/sqrt[(xj-x0)2-(yj-y0)2])。其中测量值E为水质浓度测量值，可以是经过标准化率定后的某个参数测量值，也可以是未经标准化率定的原始测量值，例如水质吸光度、浊度、泥沙等相对测量值，相对测量值与经过标准化率定后的测量值两者存在线性关系，E(x0，y0)为常数，取值为污染物在水质中的最大溶解度浓度，与E的表现形式相同。本专利技术提出了一种污染物溯源的新方法，即采用分布式光电传感器在三维空间的布控来实时监测特定水域污染物或者COD等参数的三维浓度场的动态变化，仅需借助预先建立的空间关联的扩散模型算法，无需进行扩散实验测量，通过实时监测污染物浓度场分布的相关性进行反演，即可还原污染物扩散过程，准确找到污染物的源头。具体实施方式以下对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1一种基于分布式水质光电传感器的污染物溯源方法，其步骤包括：(1)建立空间关联的污染物扩散模型，J＝D*(dC/dx)，J为单位时间内通过垂直于浓度C沿x方向梯度的单位面积内的污染物的量，D为扩散系数，对于特定污染物，D为常量；(2)用分布式的水质光电传感器实时采集特定水域中水质参数，监控水质参数在三维空间中的时序变化；将N个分布式水质光电传感器按一维z方向、二维分布模型x、y方向组合分布成成三维模型x、y、z方向，用分布式的水质光电传感器实时采集特定水域中水质参数；(3)对于一维z方向水质区域，则N个分布式水质光电传感器的测量值E分别为E(z1)、E(z2)、…、E(zN)，其中，最大值的位置即是污染源的附近位置zi，确切的污染源位置z0可以通过下面关系式求出：[E(zi-1)-E(z0)]/abs[(zi-1)-zi]＝[E(zi+1)-E(z0)]/abs[(zi+1)-zi]；对于二维x、y方向水质区域，不考虑水质流动影响，则同样先找到二维分布的N个分布式水质光电传感器测量值E的最大值位置(xj，yj)，再找到N个分布式水质光电传感器测量值E的两个次大值位置(xj+1，yj+1)、(xj-1，yj-1)，确切的污染源位置(x0，y0)通过下面关系式求出：([E(xj+1，yj+1)-E(x0，y0)]/sqrt[(xj+1-x0)2-(yj+1-y0)2]＝[E(xj，yj)-E(x0，y0)]/sqrt[(xj-x0)2-(yj-y0)2]；[E(xj-1，yj-1)-E(x0，y0)]/sqrt[(xj-1-x0)2-(yj-1-y0)2]＝[E(xj，yj)-E(x0，y0)]/sqrt[(xj-x0)2-(yj-y0)2])，E(x0，y0)为常数，取值为污染物在水质中的最大溶解度浓度。上述实施例为本专利技术较佳的实施方式，但本专利技术的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本专利技术的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分布式水质光电传感器的污染物溯源方法，其步骤包括：/n(1)建立空间关联的污染物扩散模型；/n(2)用分布式的水质光电传感器实时采集特定水域中水质参数，监控水质参数在三维空间中的时序变化；/n(3)借助污染物扩散模型，通过相邻时间污染物浓度场分布的相关性进行时间反演，还原污染物扩散过程；/n(4)判断和定位污染事件的源头位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式水质光电传感器的污染物溯源方法，其步骤包括：
(1)建立空间关联的污染物扩散模型；
(2)用分布式的水质光电传感器实时采集特定水域中水质参数，监控水质参数在三维空间中的时序变化；
(3)借助污染物扩散模型，通过相邻时间污染物浓度场分布的相关性进行时间反演，还原污染物扩散过程；
(4)判断和定位污染事件的源头位置。


2.根据权利要求1所述的基于分布式水质光电传感器的污染物溯源方法，其特征在于：所述污染物扩散模型的建立方法为：J＝D*(dC/dx)，J为单位时间内通过垂直于浓度C沿x方向梯度的单位面积内的污染物的量，D为扩散系数，对于特定污染物，D为常量。


3.根据权利要求2所述的基于分布式水质光电传感器的污染物溯源方法，其特征在于：步骤(2)中将N个分布式水质光电传感器按一维z方向、二维分布模型x、y方向组合分布成成三维模型x、y、z方向，用分布式的水质光电传感器实时采集特定水域中水质参数；
对于一维z方向水质区域，则N个分布式水质光电传感器的测量值...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈敦军，张廷志，张开骁，胡利群，
申请(专利权)人：济南冠鼎信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37