發(fā)布時(shí)間：2020-08-08 17:00

【摘要】：“十三五”期間,國(guó)家提出要加快生態(tài)文明建設(shè),改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。但是目前在我國(guó)河流突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急處理處置方面還存在許多需要改進(jìn)的方面,需要進(jìn)行更進(jìn)一步的研究探索以實(shí)現(xiàn)國(guó)家層面的生態(tài)文明建設(shè)。本文以阿什河為研究對(duì)象,以突發(fā)污染物的正向模擬和污染源的反向追蹤兩條主線(xiàn)為研究思路。針對(duì)阿什河目前的環(huán)境應(yīng)急管理現(xiàn)狀,利用水質(zhì)模型WASP和EFDC分別模擬了一維和二維阿什河突發(fā)污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程,以人工智能算法為核心構(gòu)建了突發(fā)污染源項(xiàng)識(shí)別框架,實(shí)現(xiàn)污染源項(xiàng)推演。最后探索設(shè)計(jì)了以“河長(zhǎng)制”為中心的阿什河突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)警決策支持平臺(tái)。突發(fā)污染物的正向模擬利用WASP和EFDC水動(dòng)力-水質(zhì)模型分別對(duì)一維和二維河流突發(fā)污染物的遷移轉(zhuǎn)化過(guò)程進(jìn)行模擬。將阿什河從西泉眼水庫(kù)至阿什河口內(nèi)監(jiān)測(cè)斷面概化為一維河道,并劃分為16段,沿途支流概化為6條,利用WASP水動(dòng)力-水質(zhì)模型模擬此河段的水動(dòng)力變化過(guò)程,用實(shí)際的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果顯示各監(jiān)測(cè)河段模擬流量值與實(shí)際值相對(duì)誤差均小于20%,且河流的水動(dòng)力狀況比較穩(wěn)定,有利于進(jìn)行突發(fā)污染物水質(zhì)模擬。假設(shè)在西泉眼水庫(kù)發(fā)生重金屬鉛泄漏,模型預(yù)測(cè)了重金屬鉛的污染物擴(kuò)散狀況,各河段的重金屬鉛濃度隨時(shí)間變化近似呈正態(tài)分布。利用二維網(wǎng)格劃分軟件CLVGrid1.1將阿什河從阿城鎮(zhèn)下至信義溝上監(jiān)測(cè)斷面概化為二維河道,并沿河流縱向和橫向劃為5180個(gè)網(wǎng)格,沿途支流概化為3條,同理利用EFDC水動(dòng)力-水質(zhì)模型模擬了該河段的流速分布狀況,用實(shí)際的流速數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,結(jié)果表明模擬河流水動(dòng)力與實(shí)際河流水動(dòng)力狀況吻合相對(duì)較好。隨后利用染色劑模擬突發(fā)污染物,結(jié)果顯示河流右岸的染色劑濃度相對(duì)左岸較高,且染色劑濃度隨河流長(zhǎng)度的增加逐漸減小。污染源的反向推演即以水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化模型為基礎(chǔ),以人工智能算法為核心,從而構(gòu)建了污染源反向推演框架。同時(shí),巧妙地將遺傳算法和模擬退火法相耦合產(chǎn)生一種新的人工智能算法,將三種污染源反向推演框架應(yīng)用到Matlab軟件仿真假想案例中,結(jié)果表明,相對(duì)于遺傳算法和模擬退火法,耦合遺傳算法與模擬退火法產(chǎn)生的新算法具有更好的溯源效率,其對(duì)污染源三個(gè)參數(shù)(污染物排放量、污染物初始排放時(shí)間、污染物初始排放位置)的識(shí)別相對(duì)誤差分別為1.1%,3.0%,2.2%,均優(yōu)于兩種經(jīng)典的人工智能算法識(shí)別結(jié)果。以“河長(zhǎng)制”為中心,利用C語(yǔ)言探索設(shè)計(jì)了阿什河突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)警決策支持平臺(tái)。平臺(tái)主要包括環(huán)境應(yīng)急信息管理、應(yīng)急指揮調(diào)度和輔助決策和突發(fā)事故處置評(píng)估三個(gè)系統(tǒng)。各系統(tǒng)之間通過(guò)相互協(xié)作,共同完成河流突發(fā)污染事件的預(yù)警、決策和評(píng)估。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：X52;X507
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文第 2 章 研究對(duì)象和研究方法介紹2.1 研究對(duì)象阿什河作為松花江右岸重要的一級(jí)支流，按照水利部河道等級(jí)劃為屬于 3 級(jí)河道[39]。其自東南向西北流經(jīng)黑龍江省尚志市、五常市和哈爾濱市，在哈爾濱市道外區(qū)匯入松花江。阿什河干流全長(zhǎng) 257km，流域面積為 3493km2。阿什河有南北兩個(gè)源頭：南源稱(chēng)黃泥河，發(fā)源于尚志市蜜蜂山；北源為阿什河，發(fā)源于阿城市與賓縣交界處的秋皮頓山。兩源匯合后沿著尚志市和阿城邊界流向西北方，最終在哈爾濱東面匯入松花江[40]。阿什河支流較多，主要有阿城河、大石河、玉泉河、黃泥河、海溝河、廟臺(tái)子溝和信義溝等。

流域發(fā)生突發(fā)污染事故，對(duì)阿什河流域的水生態(tài)造成破壞，嚴(yán)重影響到下游群眾的用水安全。2.2 水質(zhì)模型由阿什河河道特征和已有的水文水質(zhì)數(shù)據(jù)，本文選擇兩種經(jīng)典的水質(zhì)模型軟件 WASP 和 EFDC 來(lái)分別模擬和預(yù)測(cè)阿什河一維和二維水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。2.2.1 WASP 水質(zhì)模型2.2.1.1 水質(zhì)模型簡(jiǎn)介本研究應(yīng)用的是 WASP7.3 模型，其作為一個(gè)可以用來(lái)分析多種水域的多箱式模型，WASP 模型的基本方程是建立在質(zhì)量守恒的基本原則上，此方程實(shí)質(zhì)上是平移-彌散質(zhì)量遷移方程，包括了平移和擴(kuò)散項(xiàng)以及源匯項(xiàng)。因?yàn)樵摲匠滩粌H考慮到污染物質(zhì)在水體中的平移擴(kuò)散過(guò)程，還考慮到其在水體中的物理、化學(xué)和生物等質(zhì)量變化過(guò)程，因此該方程可以描述任一水質(zhì)指標(biāo)在時(shí)間維度與空間維度上的變化。WASP 模型的質(zhì)量平衡方程建立在如下圖 2-2 所示的坐標(biāo)系統(tǒng)上，水面上縱向?yàn)?x軸，橫向?yàn)?y 軸，垂直方向?yàn)?z 軸。

圖 3-1 河段概化3.2.2 參數(shù)設(shè)置3.2.2.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)設(shè)置打開(kāi) WASP7.3 軟件，點(diǎn)擊數(shù)據(jù)設(shè)置按鈕后進(jìn)行參數(shù)輸入。在此界面中，用戶(hù)可以進(jìn)行以下主要操作：（1）定義模擬初始時(shí)間和終止時(shí)間；（2）選擇需要模擬的模塊，主要有富營(yíng)養(yǎng)化模塊（EUTRO）、簡(jiǎn)單有毒物質(zhì)（SimpleToxicant）、易降解有毒物質(zhì)（Organic Toxicant）；（3）導(dǎo)入面源數(shù)據(jù)文件；（4）選擇水動(dòng)力控制方程。主要應(yīng)用一維網(wǎng)格動(dòng)力學(xué)波動(dòng)方程。（5）選擇水質(zhì)求解方程，通常選擇歐拉方程。在本次研究中，基本模擬參數(shù)的選擇為：模擬時(shí)間段為 2016 年 7 月 1 日至2016 年 7 月 15 日，總共 15 天時(shí)間，選擇需要模擬的模塊為簡(jiǎn)單有毒物質(zhì)（SimpleToxicant）模塊，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為 0.01 天，水動(dòng)力學(xué)模型選擇 net flows，求解方法選擇 EULER，基本參數(shù)如圖 3-2 中所示。

【參考文獻(xiàn)】

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1 盧宇婷;林禹攸;彭喬姿;王穎U

本文編號(hào)：2785843