CN107045050B - 一种突发污染事故下利用流速阈值的分级预警方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种突发污染事故下利用流速阈值的分级预警方法，其特征在于，包括以下步骤：1)对污染物预警等级进行划分，应用分级模型(A)2)利用检测到的污染物浓度监测值c计算流速阈值，确定污染物在河流中的扩散模式模型(1)，(1)3)突发污染事故发生时，位于水库的检测器所检测到的污染物浓度值传输到预警分级模型和流速阈值计算模型，对污染物危险程度进行划分，确定预警级别。

Description

一种突发污染事故下利用流速阈值的分级预警方法
技术领域
本发明属于环境工程和生态工程技术领域，具体涉及一种突发污染事故下利用流速阈值的分级预警方法并利用该方法应对突发污染事故。
背景技术
近年来，三峡水库上游建立了多座中型化工厂，大大增加了河流水源地污染的可能性。此外，数据显示，三峡每年的石油运输己经超过了3500吨，因此研究如何保障水源地饮用水的水质安全是十分重要的。根据三峡库区饮用水源地水环境现状，结合水质安全评判体系，构建了三峡库区饮用水源地水质安全预警预报模型框架。基于水质模型对污染物进行扩散模拟，建立了水质安全预报子模型；基于水质监测数据，进行预警等级划分，建立了水质安全预警子模型；利用MATLAB强大的计算和绘图能力，构建了三峡库区饮用水源地水质安全预警预报模型。
发明内容
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种突发污染事故下利用流速阈值的分级预警方法，包括以下步骤：
1)对污染物预警等级进行划分，应用分级模型(A)。
其中，c-监测值；c1-背景值；c2-标准值；c3-污染物平均值
所述监测值是通过事故发生时自动控制站所测河流污染物水质浓度数值。所述背景值是在水源地区污染物浓度多年监测数据的平均值。所述标准值在地表水环境质量标准(GB3838-2002)中满足第三级别的要求。
当根据污染物浓度监测值c取值得出的分级模型(A)的函数值EW(C)小于0时，饮用水源地启动水质安全初级预警；当EW(C)位于0和1之间时，饮用水源地启动水质安全中级预警；当预警模型函数值EW(C)大于1时，饮用水源地启动水质安全高级预警，停止取水。
2)利用检测到的污染物水质浓度监测值c计算流速阈值
确定污染物在河流中的扩散模式模型，用公式(l}表示
假设存在两个边界，污染源位于两个边界之间，考虑边界的反射作用，此时可以通过假设的虚源来模拟边界的反射作用，将模型(1)改变成公式(2)
c≤c1
ux>0
约束条件:b<B
模型中各参数的计算公式如下:
其中:c一监测值，mg/l；
c1一国家水质标准浓度值，mg/l；
c0一水体本底浓度值，mg/l；
M一污染物质量，g；
h一河流水深，m；
t一限定时间，s；
Dx-X方向的扩散系数；
Dy-Y方向的扩散系数；
K一衰减系数，d-1
uX-X方向流速，m/s；
b一污染源与岸边的距离，m；
B一河宽，m；
i一水力坡度。
利用该模型测定在突发污染事故的情形下，通过确定水深和限定时间等约束条件，在满足国家水质标准(地表水环境质量标准(GB 3838-2002>)的要求下，计算出限定时间内达到国家水质标准所需要的水流流速，当流速大于流速阑值时，河流水体可通过自净能力在5天内达到三类水质标准。若流速小于流速阂值时，能够直观地判断出在应急时间内的河流不能通过自身自净能力解决水质污染的问题。则需要为调度方面提供了一个响应条件。
3)突发污染事故发生时，位于水库的检测器所检测到的污染物浓度值传输到预警分级模型和流速阈值计算模型，对污染物危险程度进行划分，确定预警级别，同时得出的流速阈值与水库中实际的流速进行比较，若V实际＞V阈，水库通过自净可以在5天内达到水质标准值，若V实际＜V阈，河流不能通过自身自净能力解决水质污染的问题，应采取其他措施如物理、化学和生物措施进行处理。
本发明的效果，本发明利用现有数值模型和可视化平台，反演典型饮用水源地在不同水环境状况下的突发污染事件情景，并对突发环境事件的污染程度进行等级划分，水质污染事故突发时，监测站所测得浓度值通过水质预警模型、污染物浓度的监测数据进行分析,可以确定预警级别,随后紧急信号可以发布到相关部门，采取相应预警级别的措施。并且考虑浓度与流速发出不同的警报，针对不同等级的突发性水污染事件，结合相关物理、化学和生物措施，进行治理。
附图说明
图1为分级预警原理图。
图2为汛期时的污染物浓度与流速的关系图。
图3为蓄水期时的污染物浓度与流速的关系图
图4为消落期时的污染物浓度与流速的关系图。
图5为分级警报与流速阈值的结合图。
图6为三峡库区水质安全预报子模型图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
一种突发污染事故下利用流速阈值的分级预警方法，包括以下步骤：
1)对污染物预警等级进行划分，综合分析目前水质综合评价法的研究现状及其发展趋势，选取操作简单，运行方便且满足三峡库区实际情况的预警方法进行预警级别划分。发明人创建了分级模型(A)。
其中，c-监测值；c1-背景值；c2-标准值；c3-污染物平均值。所述监测值是通过事故发生时自动控制站所测河流污染物水质浓度数值。所述背景值是在水源地区污染物浓度多年监测数据的平均值。所述标准值在地表水环境质量标准(GB3838-2002)中满足第三级别的要求。
图1为分级预警原理图，当根据污染物浓度监测值c取值得出的预警模型函数值EW(C)小于0时，饮用水源地启动水质安全初级预警。当EW(C)位于0和1之间时，饮用水源地启动水质安全中级预警，表明水源地存在超标风险，相关部门做好应急治理准备工作，考虑停止取水，做好饮用水储备工作，确保居民正常用水。当预警模型函数值EW(C)大于1，饮用水源地启动水质安全高级预警，表明水源地已经超标，饮用水源地的水质安全对人类的安全形成危险，必须停止取水，相关部门立刻采取紧急措施治理，争取尽快使水源地饮用水水质达到安全浓度。
2)利用检测到的污染物水质浓度监测值c计算流速阈值。
首先确定污染物在河流中的扩散模式模型，可以用公式(1}表示
假设存在两个边界，污染源位于两个边界之间，考虑边界的反射作用，此时可以通过假设的虚源来模拟边界的反射作用，将模型(1)改变成公式(2)
c≤c1
ux>0
ux>0
约束条件:b<B
模型中各参数的计算公式如下:
其中:c一监测值，mg/l；
c1一国家水质标准浓度值，mg/l；
c。一水体本底浓度值，mg/l；
M一污染物质量，g；
h一河流水深，m；
t一限定时间，s；
Dx-X方向的扩散系数；
Dy-Y方向的扩散系数；
K一衰减系数，d-1
uX-X方向流速，m/s；
b一污染源与岸边的距离，m；
B一河宽，m；
i一水力坡度。
本发明以模拟长江宜昌株归水源地石油泄漏事故为例，其中，数据采用2015年份水文数据进行计算，汛期是5月份到8月份，蓄水期为9月和10月，消落期为11月至次年4月。相应的河宽B为2000m，石油的衰减系数K为0.0000015，污染事故选取河流中心，即b＝1000m,国家三类水质标准cl＝O.OSmg/l。通过计算，汛期水深h＝133.04m,Dx＝61.11，Dy＝l.ss；蓄水期水深h＝149.33m，Dx＝72.7,Dy＝1.84；消落期水深h＝153.74m,Dx＝75.91,Dy＝1.92。
按照三峡水文变化，将其分成三个时间段进行计算，以验证实验的可行性。图1、图2和图3分别代表汛期、蓄水期和消落期时期内保证饮用水安全的流速阂值。在所需调度时限内，通过模拟计算，可得出各个时期内的保证水质达标的河流流速闽值，例如本模拟案例中，应急调度时间为5天，因此在该计算模拟中流速阂值的计算时间以5天为限，模拟过程中污染物选择石油，质量为600t。通过计算，汛期、蓄水期和消落期的的流速阂值分布为为0.017m/s，0.014m/s和0.013mls。当该时期的流速大于流速阂值时，河流水体可通过自净能力在5天内达到三类水质标准。若流速小于流速阂值时，能够直观判断出在应急时间内的河流不能通过自身自净能力解决水质污染的问题。需要为调度方面提供了一个响应条件。
3)图5为分级警报与流速阈值的结合图。突发污染事故发生时，位于水库的检测器所检测到的污染物浓度值传输到预警分级模型和流速阈值计算模型，对污染物危险程度进行划分，确定预警级别，同时得出的流速阈值与水库中实际的流速进行比较，若V实际＞V阈，水库通过自净可以在5天内达到水质标准值，若V实际＜V阈，河流不能通过自身自净能力解决水质污染的问题，应采取其他措施如物理、化学和生物措施进行处理。
物理法：吸附法，利用活性炭等吸附材料去除水中苯系物、酚类、农药等有机污染物。目前活性炭应用广泛，可应对60多种有机污染物。活性炭分为粉末活性炭(PAC)及粒状活性炭(GAC)。在2005年松花江水污染事故城市供水应急处理中，形成了PAC吸附水源水硝基苯及处理水厂砂滤池新增GAC滤层双重安全屏障的应急处理工艺，处理后硝基苯浓度满足水质标准。
化学法：针对突发水污染事故的化学应急处置措施主要是氧化分解法。氧化分解法采用高锰酸钾、臭氧等氧化剂将水中有机污染物氧化去除。
生物法：生物处理法是通过微生物对污染物质的吞噬，经过新陈代谢等作用将之分解和转化，从而达到去除有机物的目的。
上述实施例对本发明的技术方案进行了详细说明。显然，本发明并不局限于所描述的实施例。基于本发明中的实施例，熟悉本技术领域的人员还可据此做出多种变化，但任何与本发明等同或相类似的变化都属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种突发污染事故下利用流速阈值的分级预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)对污染物预警等级进行划分，应用分级模型(A)，
其中，c-监测值；c1-背景值；c2-标准值；c3-污染物平均值；
所述监测值是通过事故发生时自动控制站所测河流污染物水质浓度数值，所述背景值是在水源地区污染物浓度多年监测数据的平均值，所述标准值在地表水环境质量标准(GB3838-2002)中满足第三级别的要求；
2)利用检测到的污染物水质浓度监测值c计算流速阈值，确定污染物在河流中的扩散模式模型，用公式(l) 表示
将模型(1)改变成公式(2)
c≤c1
ux>0
约束条件:b<B
模型中各参数的计算公式如下:
其中:c— 监测值，mg/l；
c1— 国家水质标准浓度值，mg/l；
c— 水体本底浓度值，mg/l；
M— 污染物质量，g；
h— 河流水深，m；
t— 限定时间，s；
Dx-X方向的扩散系数；
Dy-Y方向的扩散系数；
K— 衰减系数，d-1
uX-X方向流速，m/s；
b— 污染源与岸边的距离，m；
B— 河宽，m；
i— 水力坡度；
3)突发污染事故发生时，位于水库的检测器所检测到的污染物浓度值传输到预警分级模型和流速阈值计算模型，对污染物危险程度进行划分，确定预警级别；
步骤1)中，当根据污染物浓度监测值c取值得出的分级模型(A)的函数值EW(c)小于0时，饮用水源地启动水质安全初级预警；当EW(c)位于0和1之间时，饮用水源地启动水质安全中级预警；当预警模型函数值EW(c)大于1时，饮用水源地启动水质安全高级预警，停止取水。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤2)中，当流速大于流速阈 值时，河流水体可通过自净能力在5天内达到三类水质标准；若流速小于流速阈 值时，能够直观地判断出在应急时间内的河流不能通过自身自净能力解决水质污染的问题，则需要为调度方面提供响应条件。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤3)中得出的流速阈值与水库中实际的流速进行比较，若V实际＞V阈，水库通过自净可以在5天内达到水质标准值，若V实际＜V阈，河流不能通过自身自净能力解决水质污染的问题，应采取其他措施如物理、化学和生物措施进行处理。
4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述物理措施为吸附法，利用活性炭材料去除水中苯系物、酚类、农药污染物；所述化学措施是采用高锰酸钾的氧化分解法、采用臭氧的氧化剂法；所述生物措施是通过微生物对污染物质的吞噬，经过新陈代谢作用将之分解和转化，达到去除有机物的目的。
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