梯级泵站渠段水污染事故仿真及应急调度研究——以南水北调东线工程为例〖JZ）

以南水北调东线工程两湖段梯级泵站为研究对象，开展了突发水污染事故仿真模拟及闸、泵应急调度控制研究。利用突发水污染事故工况的梯级泵站输水一维水动力学和水质数值模型，探讨了污染物输移转化规律，预测其对水质的影响；针对污染物的传播速度、渠道水位变幅等限制条件，提出水污染事故下泵站及退水闸应急控制模式；在此基础上制定泵站和退水闸控制规则和方案，模拟分析不同控制方案下污染团扩散范围、渠道水位变幅、泄水量等参数变化情况，最终优选出最优泵站、闸门联合调度控制方案控制水污染事故，同时保证泵站及渠道的运行安全。研究成果可为东线梯级泵站工程突发水污染事故应急控制提供技术参考。     

基于水库调度的河流突发水污染应急处置

天然河流水污染事件频发,如何运用水库应急调度降低污染损失具有重要意义。以突发水污染事件应急处置为目标,分别构建了水污染溯源、浓度预测和水库应急调度模型,并通过数值模拟的方式对水库调度方案进行优选,最终建立了一套完善的水库应急调度技术体系。将技术运用于贺江2013年水污染事件应急处置分析,结果表明,模型重构的监测断面污染物浓度过程与实测过程较为接近,优选的水库调度方案及其处置效果也与实际情况基本吻合。结果说明本文建立的水库应急调度关键技术体系可运用于指导河流突发水污染事件应急处置。     

输水干线突发水污染调控可视化系统研究

针对南水北调山东段输水渠道和湖泊可能发生的突发水污染事故,分别开展仿真模拟及应急调控处置研究,建立突发水污染事故应急调控及处置可视化系统,以便直观展示并预测突发污染事故的发生、发展情况,为突发水污染事故的应急管理提供技术支持。     

汉江中下游突发性水污染事故预测模型研究

基于MIKE11模型的水动力模块、对流扩散模块,建立了汉江中下游一维水动力水质预警预报模型,对模型进行了率定和验证,计算值与实测值吻合较好。应用该模型模拟了汉江典型断面襄阳和仙桃在枯水期发生突发水污染事故,污染物高锰酸盐指数到达下游不同断面的时间和浓度值,结果表明,该模型能够较准确地模拟和预测突发水污染事故条件下污染物的影响程度和迁移过程,可为汉江中下游突发水污染事故应急方案制定提供科学依据。     

饮用水源地突发污染事件应急方案探讨

选择高邮市高邮湖菱塘水源地为研究案例,探讨饮用水源地突发污染事件应急方案。依据集中式饮用水源地突发污染事件的严重性和紧急程度,将集中式饮用水源突发污染事件分为4个等级,确定了应急组织机构与职责,根据水源地实际情况制定了突发水污染事件时应急工作方案,包括预防与预警、应急响应、应急调度以及保障措施,以期为水利系统处置水源地突发性水污染事件提供决策支持。     

长江口突发水污染事故应急响应系统开发与应用

长江口集中了上海市多个主要水源地且区域经济活动活跃，潜在水污染风险源较多。针对长江口潜在的水环境突发污染事故风险，以流场自动预报形式、溢油和化学品泄漏模型为核心，采用空间对象-关系型数据库作为管理系统，基于网络GIS技术开发了长江口突发水污染事故应急响应系统。系统流场自动预报模型采用ECOMSED源代码进行二次开发，溢油和化学品泄漏模型则集成Oilmap和Chemmap模型核心，数据库选用开源数据库PostgreSQL/PostGIS进行开发，客户端使用ArcGIS Viewer for Flex框架进行开发。系统实现了突发水污染事故在线模拟分析，可使有关部门及时掌握污染现状及发展趋势。目前该系统已实现了业务化运行。     

不同径流条件下钱塘江突发性水污染事故影响的预测模拟

采用二维潮流水质模型对钱塘江河口突发性水污染事故对水质的影响进行了模拟预测。分析结果表明:随着上游径流流量加大,污水团输移的速度明显加快,最大浓度也有所降低。同时随着污染物在输移过程中稀释扩散,超标总历时沿程逐渐增大,污染物最大浓度沿程逐渐降低。模拟及计算结果显示:突发污染事故后,加大上游的下泄流量,对加快污染团下移、稀释污染团从而降低污染物浓度的作用非常明显,模拟结果可为处理突发性水污染事故提供提供重要的理论依据。     

基于模拟–优化模式的梯级水库群突发水污染事件应急调度研究

根据突发水污染事件特征及相关影响因素,在水动力模型、水质模型的基础上,建立了基于模拟–优化模式的梯级水库群突发水污染事件应急调度优化模型。以清江中下游为例,采用改进的NSGA-Ⅱ算法,对水布垭–隔河岩–高坝洲梯级水库群应急调度优化模型的决策变量(应急调度函数中的控制变量)进行多目标优化,得到了Pareto最优解集及相应的Pareto前沿,并探讨了水库群联合调度在应对突发性水污染事件的合理性与有效性。结果表明,在水位、库容允许的情况下,优先调用距离污染源较近的或与被污染河段直接相连的水库,启动应急调度最多可使污染物浓度达标时间减少80.4%。根据优化结果分析了应急调度过程中损失的电能与污染物达标所用时间之间的竞争关系,并定量模拟了突发水污染事件中污染物浓度的沿程变化与随时间变化的过程。     

明渠突发水污染导流退水工况的模拟

我国是一个水污染事故多发的国家,在南水北调工程全面通水前,需要提前针对可能发生的突发水污染事故开展研究。通过利用SMS水动力学软件,以中线某段为例,模拟分析明渠中水的流动状态及突发水污染时污染物的扩散过程;并在此基础上分析采用设置导流坝配合退水渠进行污染团导流的应急处置效果。以期为渠道管理和污染事故处理提供理论和技术支持。     

南水北调中线京石段突发性水污染事故污染物运移扩散研究

基于MIKE11模型的水动力模块、对流扩散模块建立了南水北调中线京石段的水质模拟模型,通过对模型的率定和验证,表明该模型具有较理想的模拟效果。在此基础上构建模拟段突发性水污染事故污染物运移扩散模型,模拟了典型跨渠公路桥上发生危险货物运输倾翻事故后污染团的迁移扩散过程,以及污染团到达下一个分水口和退水闸的时间和浓度,旨在为制定京石段干渠突发性水环境污染事故应急方案提供依据。     

流域突发水污染云溯源体系构建与应用

为快速实现流域突发水污染追溯,构建基于云边终协同架构的流域云溯源体系。将云端的全流域二维水动力水质预报结果与终端的水质监测数据进行实时过程对比,实现事故识别。边缘端在事故预警后进行事故区域多污染情景的水质快速模拟,形成基于源-质响应的情景数据库,通过对比分析监测信息和污染情景模拟序列的过程拟合度,确定污染源筛查范围。将该方法应用于长江重庆段突发水污染溯源研究,结果表明:在一定的污染情景下,排污企业A、B对下游监测断面1类污染过程的纳什效率系数分别为0.91和0.87,对2类污染过程的纳什效率系数分别为0.84和0.95,表明企业A、B均为可能的事故源,且造成1类污染过程的源头更可能是企业A,造成2类污染过程的源头更可能是企业B。     

Traceability and response method of sudden water pollution events in typical riverside areasEI北大核心CSCD

针对城市内河突发水污染事件频发引起水资源及经济的巨大损失,提出了Hartree闭环河湖水质预警法,通过事件发生、溯源追踪、预警排查、预测分析、应急处理及恢复原状的处置流程,采取监测预警、水质巡测、河长App、模型预测、紧急抢修及警报解除的措施,提出了基于水污染溯源的快速响应及事故处理方法。以南京金川河水系为例,研究了水污染突发事件后污染物的溯源、响应及事故处理的流程,基于耦合模型计算,通过有无Hartree闭环河湖水质预警法和不同调水量浓度场对比,得到调水量与水质超标时长的相关关系,从方法效用上提高了处理该类事件的效率。     

重污染河流闸坝防污限制水位研究

重污染河流上的闸坝过量蓄水是导致污染团集中下泄造成水污染事件的主要诱因之一。针对这一问题，本文提出和定义了防污限制水位的概念，并以兴利和防污为目标，构建了重污染河流闸坝防污限制水位模型，以研究预防因污染团集中下泄造成水污染事件的闸坝防污限制水位，规范重污染河流闸坝的蓄水量。将该方法应用到淮河流域沙颍河的多个闸坝，计算结果表明，该模型能够有效地求解重污染河流的闸坝防污限制水位，具有一定的实用性。这对重污染河流开展闸坝防污调度研究提供重要的技术支撑。     

基于ALARP原则的突发性水污染事件风险评价研究

为校正突发性水污染事件风险评价中因多因素和不确定性带来的风险评价误差,本研究提出基于ALARP(As Low As Reasonably Practicable)原则的突发性水污染事件风险评价方法,即以基于ALARP原则的"F-D"图为基础,通过对计算危险源分级指标和分析事故发生概率,确定其在图中所处的区域,从而确定风险性质。并且以此为指导提出相应的风险管理建议。本研究将孟津化肥厂作为案例,成功地应用该方法对其进行了突发性水污染事件的风险评价。本研究成果可为突发性水污染事件的风险评价及风险管理提供较为实用的方法和依据。     

流域水生态承载力与总量控制技术集成系统研究

本文根据流域水生态承载力研究中的需求,提出基于水生态功能分区、流域总量控制管理的集成系统总体架构,建立流域水环境系统综合数据库,研发适宜流域水环境综合管理的流域数字水环境系统多种可视化技术;将流域水生态承载力和总量控制的模型、数据、方案等成果与三维数字流域技术相结合,构建基于三维数字流域技术的流域水生态承载力与总量控制技术集成系统。该系统以流域水环境系统为核心,着眼全局用数字化的手段刻画整个流域,覆盖全流域的整体模型作为基础模拟流域的环境现象和过程,处理大量的流域信息,这些信息包括流域水文水环境信息、流域水工程信息、流域经济社会发展信息,以模拟流域水文循环过程、水化学过程、经济社会发展及污染排放过程等关键过程,揭示流域污染源迁移转化和水体水质响应变化的规律,服务于流域水环境管理实践。     

基于模糊综合评价法的排污河道污染特征模拟分析

排污河道污染特征模拟分析对防治河道污染与合理开发排污河道具有重要意义。针对当前方法存在河道污染特征模拟能耗高的问题,提出基于模糊综合评价法的排污河道污染特征模拟分析,筛选排污河道污染评价指标,建立污染特征模型,根据排污河道水质指标来分析排污河道上下游浓度之间的关系,获取排污河道水质变化趋势的评价标准,分析排污河道污染特征评价因子的重要程度,得到污染特征的综合评价集,计算加权因子并分析排污河道污染特征的模拟变化趋势,以及排污河道污染特征的模拟能耗,最终实现排污河道污染特征的模拟分析。试验结果表明:提出方法在进行排污河道污染特征模拟分析的过程中,模拟能耗在6J以下,产生了较低的模拟能耗;排污河道污染特征模拟结果与实际结果的拟合度最高为90%,验证了提出方法的有效性和可行性,具有较高的实际应用价值。     

基于粒子群与知识图谱的突发水污染事件溯源方法

水污染溯源是一种应对突发水污染事件的有效方法。针对传统水污染溯源方法存在工作量大、计算复杂、耗时长的问题,提出基于粒子群与知识图谱的突发水污染事件溯源方法,通过预案库构建、水污染扩散模型在线率定、污染物溯源正向模拟、知识图谱关系分析,完成水污染快速溯源,确定偷排企业;同时,岸边瞬时排放污染物的溯源实验表明了该方法具有很好的适用性与准确性。     

Simulation of Non-Point Pollutants Evolution in Coastal Plain Island-A Case Study of Chongming Island

The coastal plain region usually shows the agricultural dominated industry mode, so more and more attention is paid to non-point pollutants discharge. In this study, the method for assessing the influence of non-point pollutants discharge on river water quality is probed which is concluded as follows： （1） Considering the costal plain island is characterized as nearly even elevation, the conventional gravitational runoff confluence method based on eight-point gravitational flowing directions （DS） is unable to compute the runoff confluence received by the surrounding rivers, so a new method of triangular confluence based on three-points of grid center and the river segments is presented. Further the equations of non-point pollutants loads estimation and non-point pollutants confluence on rivers are presented. （2） The integration mode of non-point pollutants model and river water quality model is presented so as to further assess the non-point pollutants contribution to river water quality. （3） With the Chongming Island, the third largest island in China, as an example, the above-mentioned equations are specified. For this island, the non-point pollutants loads are estimated and linked to the developed water quality model of the river network in the island, and further the non-point pollution evolution in river network is simulated. In this scenario, the non-point pollution contribution to river water quality over the whole island is clearly displayed, and the area where the river water quality is seriously influenced by non-point pollutants discharge is distinctly depicted. This scenario also shows the water quality contribution ratio of non-point pollution to point pollution can be in the range of 55.5% to 44.5% which proves the importance of non-point pollution control in costal plain islands.     

水动力水质模型在温黄平原河网入河污染负荷削减中的应用

为了探究入河污染负荷削减对河网水环境改善的效果,针对台州市提出的河网水质改善需求,以浙南温黄平原河网为例,设定河网主要污染物氨氮为评价指标,建立能反映出河网水动力水质时空变化规律的模型,通过对入河污染物削减率和配水水源的调节,进行方案模拟计算。结果表明:在长潭水库和灵江联合配水、入河污染负荷削减率达到55%时,水质改善效果最好;温黄平原整体河网平均水质达到较好的Ⅳ类水。提高入河污染物削减率虽然能够大幅度的强化内部河网的治污体系,但控制污染物排放、调水引流、加强区域内截污治污多措并举才能从根本上有利于河网水环境改善。本模型的应用研究可为台州及其他类似城市的河网水污染治理和控制提供参考,为建立有效可行的城市河网水污染防治安全体系提供技术支撑。     

基于小波分析的水电站动荷载识别

结合西龙池水电站厂房的实际振动观测资料,利用小波分析提取出水力脉动荷载的时频信号,并利用遗传算法识别出该荷载的瞬时最大值。基于FFT变换的识别进行对比分析,说明了小波分析在水电站动荷载识别中的意义和必要性。研究结果可为今后深入探讨水电站结构的振源形式和动力计算分析提供参考。