一种三峡库区EFDC模型集成方法技术

本发明专利技术涉及一种三峡库区EFDC模型集成方法，属于信息化领域。该方法包括步骤：基于EFDC源代码，对模型的模块进行封装，实现对模型文件的可控，所述模块包括EFDC输入文件、输出文件及对主控文件；对相应模型调用功能提供接口服务，针对三峡库区水质安全评估与预警系统实际模型使用需求，通过集成实现在信息系统中对模型数据的前后处理，并调用模型接口服务，向模型传递输入参数、启动计算并提取计算结果存入模型数据库；集成后，模型数据库成为信息系统的核心数据库，与基础空间数据、专题空间数据及专题数据整合，实现基于GIS的模型算例可视化表达。

【技术实现步骤摘要】
一种三峡库区EFDC模型集成方法
本专利技术属于信息化领域，涉及一种三峡库区EFDC模型集成方法。
技术介绍
自1925年Streeter和Phelps提出BOD-DO水质模型以来，水质数学模型的基础研究和应用研究都取得了很大的发展，尤其是20世纪70年代以来，通过数学模型建立的水质控制方程能够更为细致地描述污染物在水体中的输移和转化，如流行的WASP模型，QUAL模型，QUASAR模型，MIKE模型和EFDC模型。其中，EFDC模型是由美国国家环境保护局资助，美国弗吉尼亚州海洋研究所Hamrick开发，集水动力模块、泥沙模块、污染物运移模块和水质模块为一体的模型，可用于包括湖泊、水库、海湾、湿地河口和近岸海域一维、二维和三维数值模拟。随着各种商业化前后处理软件的引进及从业人员计算机水平的不断提高，EFDC模型在国内被逐渐应用于长江、黄河、珠江口、深圳湾、太湖、滇池、二滩水库等多个区域的水流、泥沙及水质研究课题.水质模型是一种数学模型，其在数值模拟和计算上具有优势，但在数据管理和维护、模拟结果表现和空间分析能力上有限.为了提高水质模型的预测、模拟能力和易用性，逐渐出现了将水质模型与信息系统集成的研究趋势.研究人员将环境模型与GIS集成方式分为独立应用、松散耦合、紧密耦合和完全集成4类，紧密耦合要求达到无人工干预下的模型与GIS的双向数据自动存取，完全集成则要求模型完全集成在GIS系统中成为一个子模块，不仅提高水质模型的应用效率，也充分发挥了GIS空间分析的功能。GIS与水质模型集成在厦门海域水质管理、上海市苏州河水质模拟、江苏省水环境容量管理等案例中均得以实现和运用。EFDC模型由于其功能强大、源代码开放等特点，近年来在水质模型集成研究中受到广泛关注。其中，贾鹏等研究了EFDC模型在水环境管理信息系统中的集成开发，指出EFDC模型集成到水环境管理信息系统的关键在于如何构建适合信息系统流通的数据流，并将EFDC主控文件数据结构进行优化，以便于在Web应用程序中能够实现再利用和转换。贾海峰等探讨了环境决策支持系统(EDSS)中复杂模型的应用与集成，以密云水库为案例建立了基于EFDC、WASP的密云水库水动力-水质耦合模型运算服务，针对决策管理需求简化模型参数，实现了长时间序列的连续模拟和水环境管理的情景分析。然而，以EFDC为代表的水质模型与信息系统的集成虽已在国内外开展了大量探索，但仍存在诸多瓶颈：①从模型实地应用角度而言，模型本地驯化复杂。不同河流有各自的河流网格及边界条件，河流污染的扩散模型需要针对性的定制、研发和率定、调试驯化后才能满足特定河流的模拟要求②从推广应用来说，模型使用门槛高。模型涉及数据面广量大，数据不能短时间内收集，而且模型参数多、设置复杂，模型检验和参数灵敏度分析工作量大，参数调试率定的过程不易被管理者掌握，推广程度不够。③从软件集成角度来看，系统与模型耦合度低。系统与模型数据结构不同，异构数据同步效率不高，数据交换困难；模型接口不统一，系统与模型、模型与模型间通讯、集成困难；系统与模型的有机组合需专业软件开发人员和模型专家紧密合作，相互学习并厘清平台系统的数据结构、模型参数的交互格式和调用方式、掌握且能够重新编辑源代码等难度较高。④从决策时效性而言，模型演算耗时长。特别是大尺度长河段多网格的计算，模型计算与GIS可视化表达耗时长，不能满足决策管理需要，并且大多无法实现模型的联机在线运算，需要人工干预实现模型与系统间的数据交互；同时还需要解决模拟精度与效率矛盾等技术瓶颈。⑤从运行环境来说，计算资源要求高。随着模拟对象精细化程度提高、长短期预测需求的转换与多变、计算时空尺度拓宽，对计算资源要求越来越高，一般管理机构难以承受软硬件购置及维护费用。另外伴随管理决策对实时性、多方案情景分析要求的提高，传统计算模式难以适应多用户同步在线和多方案同步快速模拟与对比分析。综上，如何降低模型使用门槛，提高计算效率，实现专业模型软件的业务化运行，既强化水质管理信息系统的预测和模拟能力，同时又能提高模型的普适性，方便一般技术人员、管理人员和决策者使用，对于EFDC模型与水质管理信息管理系统的集成十分关键。该专利技术在该信息系统平台下，针对已构建的三峡库区EFDC水动力水质累积性预测模型进行封装和集成，形成一套覆盖“模型封装-接口服务-系统集成”全过程的模型封装集成技术方法，并集成在该示范平台中，实现模型的业务化运行，实现方便、高效的水质预测预报，为三峡库区水环境安全保障提供切实的辅助决策支持，为相关研究提供方法参考。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种三峡库区EFDC模型集成方法。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种三峡库区EFDC模型集成方法，包括以下步骤：S1：模型封装：基于EFDC源代码，对模型的模块进行封装，实现对模型文件的可控，所述模块包括EFDC输入文件、输出文件及对主控文件；S2：模型接口服务：为实现模型封装文件对外提供计算，对相应模型调用功能提供接口服务，针对三峡库区水质安全评估与预警系统实际模型使用需求，模型接口服务包括情景设置、模型选择、模型条件设置、模型参数设置、模型计算启动和结果调用；S3：系统集成：通过集成实现在信息系统中对模型数据的前后处理，并调用模型接口服务，向模型传递输入参数、启动计算并提取计算结果存入模型数据库；集成后，模型数据库成为信息系统的核心数据库，与基础空间数据、专题空间数据及专题数据整合，实现基于GIS的模型算例可视化表达。进一步，所述基础空间数据包括河道地形数据，所述专题空间数据包括排污口位置、污染源位置、监测断面和饮用水源地位置，所述专题数据包括污染排放、水质监测、敏感受体监测和社会经济。进一步，所述模型参数包括必调参数、可调参数和默认参数三类：其中，必调参数为用户新建算例时必需设定的参数，包括算例的模拟起止时间、排污口流量及污染物浓度的时间序列；可调参数为根据情况调整的参数，包括河流的河网、河底坡降、糙率系数、入库流量、出库水位和污染物降解系数；在一定时期内，未发生重大地理、地貌、气象变化情况下，河流的河网、河底坡降和糙率系数变化不大，仅与预测河段位置有关，入库流量及水文条件与水期有关，出库水位与水期及三峡水库调度方式有关，污染物降解系数与污染因子有关，一旦构建成熟的本地化模型实例，可调参数便与各类条件建立对应关系，将不同条件下的参数预置入库，作为模型计算的初始值供模型调用，用户视情况直接调用或修改；默认参数为除必调参数和可调参数外，对预测地水质不敏感的参数，包括风速、风向和温度，在成熟实例中做好率定调试，在模型集成时直接调用；在基础数据较为简单、时间紧迫时，模型参数简化为必调参数；在数据充足详实条件下，模型参数简化为必调参数与可调参数；用于在模型集成应用时，既满足水环境管理用户快速预测需求，又满足个案条件下的详实模拟需求。进一步，所述步骤S1具体为：S101：输入文件封装：输入文件包括空间地形数据文件、时间序列数据文件和模型参数数据文件；在封装输入参数文件时，针对参数类型提供不同封装策略，必调参数用于实现设置、复用、修改功能；可调参数用于在实例参数解析入库的前提下，实现对参数预置库的调用及修改；默认参数只需固化调用，无需修改；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三峡库区EFDC模型集成方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：模型封装：基于EFDC源代码，对模型的模块进行封装，实现对模型文件的可控，所述模块包括EFDC输入文件、输出文件及对主控文件；S2：模型接口服务：为实现模型封装文件对外提供计算，对相应模型调用功能提供接口服务，针对三峡库区水质安全评估与预警系统实际模型使用需求，模型接口服务包括情景设置、模型选择、模型条件设置、模型参数设置、模型计算启动和结果调用；S3：系统集成：通过集成实现在信息系统中对模型数据的前后处理，并调用模型接口服务，向模型传递输入参数、启动计算并提取计算结果存入模型数据库；集成后，模型数据库成为信息系统的核心数据库，与基础空间数据、专题空间数据及专题数据整合，实现基于GIS的模型算例可视化表达。

【技术特征摘要】
1.一种三峡库区EFDC模型集成方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：S1：模型封装：基于EFDC源代码，对模型的模块进行封装，实现对模型文件的可控，所述模块包括EFDC输入文件、输出文件及对主控文件；S2：模型接口服务：为实现模型封装文件对外提供计算，对相应模型调用功能提供接口服务，针对三峡库区水质安全评估与预警系统实际模型使用需求，模型接口服务包括情景设置、模型选择、模型条件设置、模型参数设置、模型计算启动和结果调用；S3：系统集成：通过集成实现在信息系统中对模型数据的前后处理，并调用模型接口服务，向模型传递输入参数、启动计算并提取计算结果存入模型数据库；集成后，模型数据库成为信息系统的核心数据库，与基础空间数据、专题空间数据及专题数据整合，实现基于GIS的模型算例可视化表达。2.根据权利要求1所述的一种三峡库区EFDC模型集成方法，其特征在于：所述基础空间数据包括河道地形数据，所述专题空间数据包括排污口位置、污染源位置、监测断面和饮用水源地位置，所述专题数据包括污染排放、水质监测、敏感受体监测和社会经济。3.根据权利要求1所述的一种三峡库区EFDC模型集成方法，其特征在于：所述模型参数包括必调参数、可调参数和默认参数三类：其中，必调参数为用户新建算例时必需设定的参数，包括算例的模拟起止时间、排污口流量及污染物浓度的时间序列；可调参数为根据情况调整的参数，包括河流的河网、河底坡降、糙率系数、入库流量、出库水位和污染物降解系数；在一定时期内，未发生重大地理、地貌、气象变化情况下，河流的河网、河底坡降和糙率系数变化不大，仅与预测河段位置有关，入库流量及水文条件与水期有关，出库水位与水期及三峡水库调度方式有关，污染物降解系数与污染因子有关，一旦构建成熟的本地化模型实例，可调参数便与各类条件建立对应关系，将不同条件下的参数预置入库，作为模型计算的初始值供模型调用，用户视情况直接调用或修改；默认参数为除必调参数和可调参数外，对预测地水质不敏感的参数，包括风速、风向和温度，在成熟实例中做好率定调试，在模型集成时直接调用；在基础数据较为简单、时间紧迫时，模型参数简化为必调参数；在数据充足详实条件下，模型参数简化为必调参数与可调参数；用于在模型集成应用时，既满足水环境管理用户快速预测需求，又满足个案条件下的详实模拟需求。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晓，刘明君，余游，刘海涵，张艳军，曾可，王陆潇，黄孝艳，
申请(专利权)人：重庆市环境保护信息中心，
类型：发明
国别省市：重庆,50