基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法技术

本发明专利技术提供一种基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法，所述方法包括：构建水流模型；确定所述水源地的目标污染物；根据所述水流模型构建所述目标污染物在含水层中的迁移模型；预设迁移模型的模拟时间，获得目标污染物的迁移分布结果；根据所述迁移分布结果及预警等级划分，进行预警判定。本发明专利技术基于监测结果的污染物迁移模拟，以水源地水文地质参数为基础，对污染源状况进行模拟，获得特征污染物分布状况，例如，得知黑龙江省哈尔滨市利民经济开发区20年内农田氨氮不会对利民水源地水质安全构成威胁，提高了傍河水源地水质安全预警工作的主动性，便于水源地的管理和对污染情况的预判。

Water quality safety warning method based on contaminant migration simulation

The present invention provides a method for water safety warning to simulate the migration of pollutants based on the water quality, the method comprises the following steps: constructing flow model; determine the source of the target pollutants; according to the current model of the migration model of the target pollutants in aquifer; pre simulation time migration, migration and distribution results target pollutants; according to the division of the migration distribution results and the warning level, warning decision. The invention is based on the simulation of migration of pollutants monitoring results, the water source hydrogeological parameters based on the pollution status of simulation, characteristics of distribution of pollutants, for example, that the Heilongjiang province Harbin City Limin Economic Development Zone of farmland ammonia within 20 years will not pose a threat to the safety of water quality water sources Limin initiative, improve the riverside safety of water quality early warning, for water management and pollution prediction.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于环境保护和水质安全
，具体涉及一种基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法。
技术介绍
水质安全预警可减少水质监测和水质安全保障的投入，同时可降低突发水质事故造成的危害。由于傍河水源地地下水与河流存在密切的水力联系，而河流往往受到排污或突发水质事故的影响而遭受污染，不可避免地威胁傍河水原地水质安全，提出河流突发水质事故的预警方案，可以在事故发生第一时间采取响应措施，最大限度地减少事故造成的损失。水质安全预警技术，通常包括基于水质状态的预警和基于水质变化趋势的预警，即水质预测。国内外研究已将水质预测方法推向实用化阶段，水质预测常用的方法包括：数理统计法、人工神经网络法、灰色系统法、水质模拟模型法、决策树法。其中，数理统计法分为单因素预测和多因素预测，单因素预测准确性差、实际应用困难，而多因素预测涉及因素多、所需的资料信息量大、建模困难。人工神经网络法通过分析历史数据，识别环境因子和水质指标间的关系，通过纵向序列的比对，定量预测水质因子的变化，但是数学理论基础不够完善。灰色系统法有很大的局限性，即模型预测精度较高的前提是原始数据呈指数规律变化，一旦数据不符合指数变化，预测结果则可能出现较大的偏差。水质模型只是适用于较小时间尺度上的预测。决策树法本质为机器学习，以实例为基础的归纳学习方法，虽然预测精度相对较高，但理论尚不完善，因此只适用于数据量相对较小的情况。因此，在实际水质预测建模的过程中，应综合分析待预测指标与研究区水质特征，选用适当的预测方法建立模型。目前还没有一种可以广泛应用的水质预测建模方法，因此，通过水质预测建模的方法进行水质安全预警，距离实际应用及推广还有很长的路要走。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法，以通过合理建模的方式对水源地进行水质预测，保障水质安全。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法，所述方法包括：构建水流模型；确定所述水源地的目标污染物；根据所述水流模型构建所述目标污染物在含水层中的迁移模型；预设迁移模型的模拟时间，获得目标污染物的迁移分布结果；根据所述迁移分布结果及预警等级划分，进行预警判定。上述方案中，所述构建水流模型，进一步包括：分析所述水源地的水文地质条件得出初始水头和边界条件；根据所述水文地质条件对水源地的含水层进行概化，获得水流模型的水文地质参数；根据所述水文地质参数构建水流模型，并对所述水流模型进行校正。上述方案中，所述对水源地的含水层进行概化，进一步包括：对水源地的含水层内部结构进行概化；对水源地的含水层水力特征进行概化。上述方案中，所述对水源地的含水层内部结构进行概化，进一步包括：分析所述水源地是否为非均质含水层；当为均质含水层时，概化为一个均质含水层区；当为非均质含水层时，对所述水源地进行分区，使得各水文地质小区概化为各向同性均质含水层。上述方案中，所述对水源地的含水层水力特征进行概化，进一步包括：采用达西定律对渗流进行概化；将水流概化为三维流、非稳定流。上述方案中，所述水文地质参数至少包括：含水层渗透系数、储水率、给水度、开采强度、源汇项。上述方案中，所述迁移的过程，包括：对流、弥散、源汇混合、化学反应中的一种或多种。上述方案中，所述水流模型为：W＝ε(x,y,z,t)-∑QLδ(x-xL,y-yL,z-zL)其中，QL为计算区域；Г为区域边界其中Г1为一类边界，Г2为二类边界；q(x,y,z,t)为单位宽度补给量；ε(x,y,z,t)为单元补给强度；QL为第L口井开采量，且L＝1,2…υ；δ(x-xL,y-yL,z-zL)为点(xL,yL,zL)处的δ函数；h(x,y,z,t)为区内任一点水头标高；b为含水层底板标高。上述方案中，所述目标污染物为氨氮；所述迁移的过程包括：对流-弥散、吸附解吸作用、硝化和反硝化作用；所述迁移模型为：其中，θ为含水层的孔隙度，无量纲；R为延迟因子；t为时间；Γ为柯西边界；Ω为模拟渗流区。c为溶液中硝酸盐氮浓度值；为溶质组分的浓度，单位为mg/L；Dij为水动力弥散系数张量，单位为m2/d；v为孔隙中实际水流速度，单位为m/d；qs为单位时间从单位体积含水层流入或流出的水量，其值为d－1；c0为初始溶质浓度，单位为mg/L；cs为源汇项溶质的浓度，单位为mg/L；cq为边界流量所对应的溶质的浓度，单位为mg/L。上述方案中，所述模拟时间为1～20年。本专利技术提供一种基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法，所述方法包括：构建水流模型；确定所述水源地的目标污染物；根据所述水流模型构建所述目标污染物在含水层中的迁移模型；预设迁移模型的模拟时间，获得目标污染物的迁移分布结果；根据所述迁移分布结果及预警等级划分，进行预警判定。本专利技术基于监测结果的污染物迁移模拟，以水源地水文地质参数为基础，对污染源状况进行模拟，获得特征污染物分布状况，例如，得知黑龙江省哈尔滨市利民经济开发区20年内农田氨氮不会对利民水源地水质安全构成威胁，提高了傍河水源地水质安全预警工作的主动性，便于水源地的管理和对污染情况的预判。附图说明图1为本专利技术实施例的基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法流程示意图；图2为本专利技术实施例构建水流模型过程示意图；图3为本专利技术实施例的研究区氨氮在迁移1年时的分布状况示意图；图4为本专利技术实施例的研究区氨氮在迁移5年时的分布状况示意图；图5为本专利技术实施例的研究区氨氮在迁移10年时的分布状况示意图；图6为本专利技术实施例的研究区氨氮在迁移20年时的分布状况示意图。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。图1为本专利技术实施例的基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法流程示意图。如图1所示，本实施例的基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法，包括如下步骤：步骤S1，构建水流模型。步骤S2，确定所述水源地的目标污染物。步骤S3，根据所述水流模型构建所述目标污染物在含水层中的迁移模型。步骤S4，预设迁移模型的模拟时间，获得目标污染物的迁移分布结果。步骤S5，根据所述迁移分布结果及预警等级划分，进行预警判定。这里需要首选进行说明的是，本专利技术包括本实施例主要利用VisualModflow软件进行污染物迁移模拟。该软件地下水溶质运移的专业三维数值模拟软件，主要应用两个模块：模拟地下水流的Modflow模块、模拟地下水污染物溶质运移的MT3DMS模块。VisualModflow软件具有模块化结构，便于用户操作的界面，在以污染物迁移模拟为主要研究方向的诸多领域内应用广泛，是当前模拟地下水污染物溶质运移的主要软件之一。VisualModflow实际上由多层程序包组合嵌套构成，共有一个主程序及一系列子程序包，子程序包与相互之间相对独立，且每个子程序包嵌套多个模块。软件模拟过程可分为若干应力期，各应力期可划分为若干个时间步长。求解过程中，首先分析研究区域水文地质条件，通过分析结果对模型赋予初始水头和边界条件，随后通过有限差法进行迭代求解，可以获得不同时间点的水位值。MT3D全称为Modular3-DimensionalTransportmodel，为三维运移模块模型，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法，其特征在于，所述方法包括：构建水流模型；确定所述水源地的目标污染物；根据所述水流模型构建所述目标污染物在含水层中的迁移模型；预设迁移模型的模拟时间，获得目标污染物的迁移分布结果；根据所述迁移分布结果及预警等级划分，进行预警判定。

【技术特征摘要】
1.一种基于污染物迁移模拟的水源地水质安全预警方法，其特征在于，所述方法包括：构建水流模型；确定所述水源地的目标污染物；根据所述水流模型构建所述目标污染物在含水层中的迁移模型；预设迁移模型的模拟时间，获得目标污染物的迁移分布结果；根据所述迁移分布结果及预警等级划分，进行预警判定。2.根据权利要求1所述的水源地水质安全预警方法，其特征在于，所述构建水流模型，进一步包括：分析所述水源地的水文地质条件得出初始水头和边界条件；根据所述水文地质条件对水源地的含水层进行概化，获得水流模型的水文地质参数；根据所述水文地质参数构建水流模型，并对所述水流模型进行校正。3.根据权利要求2所述的水源地水质安全预警方法，其特征在于，所述对水源地的含水层进行概化，进一步包括：对水源地的含水层内部结构进行概化；对水源地的含水层水力特征进行概化。4.根据权利要求3所述的水源地水质安全预警方法，其特征在于，所述对水源地的含水层内部结构进行概化，进一步包括：分析所述水源地是否为非均质含水层；当为均质含水层时，概化为一个均质含水层区；当为非均质含水层时，对所述水源地进行分区，使得各水文地质小区概化为各向同性均质含水层。5.根据权利要求3所述的水源地水质安全预警方法，其特征在于，所述对水源地的含水层水力特征进行概化，进一步包括：采用达西定律对渗流进行概化；将水流概化为三维流、非稳定流。6.根据权利要求2所述的水源地水质安全预警方法，其特征在于，所述水文地质参数至少包括：含水层渗透系数、储水率、给水度、开采强度、源汇项。7.根据权利要求1至6任一项所述的水源地水质安全预警方法，其特征在于，所述迁移的过程，包括：对流、弥散、源汇混合、化学反应中的一种或多种。8.根据权利要求7所述的水源地水质安全预警方法，其特征在于，所述水流模型为...

【专利技术属性】
技术研发人员：左锐，石榕涛，王膑，汪立娜，滕彦国，王金生，杨洁，翟远征，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11