【摘要】：“十三五”期間,國家提出要加快生態(tài)文明建設,改善生態(tài)環(huán)境質量。但是目前在我國河流突發(fā)環(huán)境事件應急處理處置方面還存在許多需要改進的方面,需要進行更進一步的研究探索以實現(xiàn)國家層面的生態(tài)文明建設。本文以阿什河為研究對象,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為研究思路。針對阿什河目前的環(huán)境應急管理現(xiàn)狀,利用水質模型WASP和EFDC分別模擬了一維和二維阿什河突發(fā)污染物的遷移轉化過程,以人工智能算法為核心構建了突發(fā)污染源項識別框架,實現(xiàn)污染源項推演。最后探索設計了以“河長制”為中心的阿什河突發(fā)環(huán)境事件應急預警決策支持平臺。突發(fā)污染物的正向模擬利用WASP和EFDC水動力-水質模型分別對一維和二維河流突發(fā)污染物的遷移轉化過程進行模擬。將阿什河從西泉眼水庫至阿什河口內(nèi)監(jiān)測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水動力-水質模型模擬此河段的水動力變化過程,用實際的流量數(shù)據(jù)進行驗證,結果顯示各監(jiān)測河段模擬流量值與實際值相對誤差均小于20%,且河流的水動力狀況比較穩(wěn)定,有利于進行突發(fā)污染物水質模擬。假設在西泉眼水庫發(fā)生重金屬鉛泄漏,模型預測了重金屬鉛的污染物擴散狀況,各河段的重金屬鉛濃度隨時間變化近似呈正態(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)測斷面概化為二維河道,并沿河流縱向和橫向劃為5180個網(wǎng)格,沿途支流概化為3條,同理利用EFDC水動力-水質模型模擬了該河段的流速分布狀況,用實際的流速數(shù)據(jù)進行驗證,結果表明模擬河流水動力與實際河流水動力狀況吻合相對較好。隨后利用染色劑模擬突發(fā)污染物,結果顯示河流右岸的染色劑濃度相對左岸較高,且染色劑濃度隨河流長度的增加逐漸減小。污染源的反向推演即以水質遷移轉化模型為基礎,以人工智能算法為核心,從而構建了污染源反向推演框架。同時,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用到Matlab軟件仿真假想案例中,結果表明,相對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,其對污染源三個參數(shù)(污染物排放量、污染物初始排放時間、污染物初始排放位置)的識別相對誤差分別為1.1%,3.0%,2.2%,均優(yōu)于兩種經(jīng)典的人工智能算法識別結果。以“河長制”為中心,利用C語言探索設計了阿什河突發(fā)環(huán)境事件應急預警決策支持平臺。平臺主要包括環(huán)境應急信息管理、應急指揮調度和輔助決策和突發(fā)事故處置評估三個系統(tǒng)。各系統(tǒng)之間通過相互協(xié)作,共同完成河流突發(fā)污染事件的預警、決策和評估。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：X52;X507
【圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學工程碩士學位論文第 2 章 研究對象和研究方法介紹2.1 研究對象阿什河作為松花江右岸重要的一級支流，按照水利部河道等級劃為屬于 3 級河道[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 257km，流域面積為 3493km2。阿什河有南北兩個源頭：南源稱黃泥河，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、廟臺子溝和信義溝等。

流域發(fā)生突發(fā)污染事故，對阿什河流域的水生態(tài)造成破壞，嚴重影響到下游群眾的用水安全。2.2 水質模型由阿什河河道特征和已有的水文水質數(shù)據(jù)，本文選擇兩種經(jīng)典的水質模型軟件 WASP 和 EFDC 來分別模擬和預測阿什河一維和二維水質遷移轉化規(guī)律。2.2.1 WASP 水質模型2.2.1.1 水質模型簡介本研究應用的是 WASP7.3 模型，其作為一個可以用來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量守恒的基本原則上，此方程實質上是平移-彌散質量遷移方程，包括了平移和擴散項以及源匯項。因為該方程不僅考慮到污染物質在水體中的平移擴散過程，還考慮到其在水體中的物理、化學和生物等質量變化過程，因此該方程可以描述任一水質指標在時間維度與空間維度上的變化。WASP 模型的質量平衡方程建立在如下圖 2-2 所示的坐標系統(tǒng)上，水面上縱向為 x軸，橫向為 y 軸，垂直方向為 z 軸。

圖 3-1 河段概化3.2.2 參數(shù)設置3.2.2.1 基礎數(shù)據(jù)設置打開 WASP7.3 軟件，點擊數(shù)據(jù)設置按鈕后進行參數(shù)輸入。在此界面中，用戶可以進行以下主要操作：（1）定義模擬初始時間和終止時間；（2）選擇需要模擬的模塊，主要有富營養(yǎng)化模塊（EUTRO）、簡單有毒物質（SimpleToxicant）、易降解有毒物質（Organic Toxicant）；（3）導入面源數(shù)據(jù)文件；（4）選擇水動力控制方程。主要應用一維網(wǎng)格動力學波動方程。（5）選擇水質求解方程，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：模擬時間段為 2016 年 7 月 1 日至2016 年 7 月 15 日，總共 15 天時間，選擇需要模擬的模塊為簡單有毒物質（SimpleToxicant）模塊，時間步長設置為 0.01 天，水動力學模型選擇 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】

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1 盧宇婷;林禹攸;彭喬姿;王穎U

本文編號：2785843