本發(fā)明屬于環(huán)境工程和生態(tài)工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種突發(fā)污染事故下利用流速閾值的分級(jí)預(yù)警方法并利用該方法應(yīng)對(duì)突發(fā)污染事故。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，三峽水庫(kù)上游建立了多座中型化工廠，大大增加了河流水源地污染的可能性。此外，數(shù)據(jù)顯示，三峽每年的石油運(yùn)輸己經(jīng)超過(guò)了3500噸，因此研究如何保障水源地飲用水的水質(zhì)安全是十分重要的。根據(jù)三峽庫(kù)區(qū)飲用水源地水環(huán)境現(xiàn)狀，結(jié)合水質(zhì)安全評(píng)判體系，構(gòu)建了三峽庫(kù)區(qū)飲用水源地水質(zhì)安全預(yù)警預(yù)報(bào)模型框架。基于水質(zhì)模型對(duì)污染物進(jìn)行擴(kuò)散模擬，建立了水質(zhì)安全預(yù)報(bào)子模型；基于水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行預(yù)警等級(jí)劃分，建立了水質(zhì)安全預(yù)警子模型；利用

matlab強(qiáng)大的計(jì)算和繪圖能力，構(gòu)建了三峽庫(kù)區(qū)飲用水源地水質(zhì)安全預(yù)警預(yù)報(bào)模型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種突發(fā)污染事故下利用流速閾值的分級(jí)預(yù)警方法，包括以下步驟：

1)對(duì)污染物預(yù)警等級(jí)進(jìn)行劃分，應(yīng)用分級(jí)模型(a)。

其中，c-監(jiān)測(cè)值；c1-背景值；c2-標(biāo)準(zhǔn)值；c3-污染物平均值。

所述監(jiān)測(cè)值是通過(guò)事故發(fā)生時(shí)自動(dòng)控制站所測(cè)河流污染物水質(zhì)濃度數(shù)值。所述背景值是在水源地區(qū)污染物濃度多年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值。所述標(biāo)準(zhǔn)值在地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(gb3838-2002)中滿足第三級(jí)別的要求。

當(dāng)根據(jù)污染物濃度監(jiān)測(cè)值c取值得出的分級(jí)模型(a)的函數(shù)值ew(c)小于0時(shí)，飲用水源地啟動(dòng)水質(zhì)安全初級(jí)預(yù)警；當(dāng)ew(c)位于0和1之間時(shí)，飲用水源地啟動(dòng)水質(zhì)安全中級(jí)預(yù)警；當(dāng)預(yù)警模型函數(shù)值ew(c)大于1時(shí)，飲用水源地啟動(dòng)水質(zhì)安全高級(jí)預(yù)警，停止取水。

2)利用檢測(cè)到的污染物水質(zhì)濃度監(jiān)測(cè)值c計(jì)算流速閾值

確定污染物在河流中的擴(kuò)散模式模型，用公式(l}表示

假設(shè)存在兩個(gè)邊界，污染源位于兩個(gè)邊界之間，考慮邊界的反射作用，此時(shí)可以通過(guò)假設(shè)的虛源來(lái)模擬邊界的反射作用，將模型(1)改變成公式(2)

約束條件:b<b

模型中各參數(shù)的計(jì)算公式如下:

其中:c一監(jiān)測(cè)值，mg/l；

c1一國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度值，mg/l；

c。一水體本底濃度值，mg/l；

m一污染物質(zhì)量，g；

h一河流水深，m；

t一限定時(shí)間，s；

dx-x方向的擴(kuò)散系數(shù)；

dy-y方向的擴(kuò)散系數(shù)；

k一衰減系數(shù)，d^-1

ux-x方向流速，m/s；

b一污染源與岸邊的距離，m；

b一河寬，m；

i一水力坡度。

利用該模型測(cè)定在突發(fā)污染事故的情形下，通過(guò)確定水深和限定時(shí)間等約束條件，在滿足國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(gb3838-2002>)的要求下，計(jì)算出限定時(shí)間內(nèi)達(dá)到國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所需要的水流流速，當(dāng)流速大于流速闌值時(shí)，河流水體可通過(guò)自凈能力在5天內(nèi)達(dá)到三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。若流速小于流速閡值時(shí)，能夠直觀地判斷出在應(yīng)急時(shí)間內(nèi)的河流不能通過(guò)自身自凈能力解決水質(zhì)污染的問(wèn)題。則需要為調(diào)度方面提供了一個(gè)響應(yīng)條件。

3)突發(fā)污染事故發(fā)生時(shí)，位于水庫(kù)的檢測(cè)器所檢測(cè)到的污染物濃度值傳輸?shù)筋A(yù)警分級(jí)模型和流速閾值計(jì)算模型，對(duì)污染物危險(xiǎn)程度進(jìn)行劃分，確定預(yù)警級(jí)別，同時(shí)得出的流速閾值與水庫(kù)中實(shí)際的流速進(jìn)行比較，若v實(shí)際＞v閾，水庫(kù)通過(guò)自凈可以在5天內(nèi)達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，若v實(shí)際＜v閾，河流不能通過(guò)自身自凈能力解決水質(zhì)污染的問(wèn)題，應(yīng)采取其他措施如物理、化學(xué)和生物措施進(jìn)行處理。

本發(fā)明的效果，本發(fā)明利用現(xiàn)有數(shù)值模型和可視化平臺(tái)，反演典型飲用水源地在不同水環(huán)境狀況下的突發(fā)污染事件情景，并對(duì)突發(fā)環(huán)境事件的污染程度進(jìn)行等級(jí)劃分，水質(zhì)污染事故突發(fā)時(shí)，監(jiān)測(cè)站所測(cè)得濃度值通過(guò)水質(zhì)預(yù)警模型、污染物濃度的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,可以確定預(yù)警級(jí)別,隨后緊急信號(hào)可以發(fā)布到相關(guān)部門，采取相應(yīng)預(yù)警級(jí)別的措施。并且考慮濃度與流速發(fā)出不同的警報(bào)，針對(duì)不同等級(jí)的突發(fā)性水污染事件，結(jié)合相關(guān)物理、化學(xué)和生物措施，進(jìn)行治理。

附圖說(shuō)明

圖1為分級(jí)預(yù)警原理圖。

圖2為汛期時(shí)的污染物濃度與流速的關(guān)系圖。

圖3為蓄水期時(shí)的污染物濃度與流速的關(guān)系圖

圖4為消落期時(shí)的污染物濃度與流速的關(guān)系圖。

圖5為分級(jí)警報(bào)與流速閾值的結(jié)合圖。

圖6為三峽庫(kù)區(qū)水質(zhì)安全預(yù)報(bào)子模型圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

一種突發(fā)污染事故下利用流速閾值的分級(jí)預(yù)警方法，包括以下步驟：

1)對(duì)污染物預(yù)警等級(jí)進(jìn)行劃分，綜合分析目前水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)法的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢(shì)，選取操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便且滿足三峽庫(kù)區(qū)實(shí)際情況的預(yù)警方法進(jìn)行預(yù)警級(jí)別劃分。發(fā)明人創(chuàng)建了分級(jí)模型(a)。

其中，c-監(jiān)測(cè)值；c1-背景值；c2-標(biāo)準(zhǔn)值；c3-污染物平均值。所述監(jiān)測(cè)值是通過(guò)事故發(fā)生時(shí)自動(dòng)控制站所測(cè)河流污染物水質(zhì)濃度數(shù)值。所述背景值是在水源地區(qū)污染物濃度多年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值。所述標(biāo)準(zhǔn)值在地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(gb3838-2002)中滿足第三級(jí)別的要求。

圖1為分級(jí)預(yù)警原理圖，當(dāng)根據(jù)污染物濃度監(jiān)測(cè)值c取值得出的預(yù)警模型函數(shù)值ew(c)小于0時(shí)，飲用水源地啟動(dòng)水質(zhì)安全初級(jí)預(yù)警。當(dāng)ew(c)位于0和1之間時(shí)，飲用水源地啟動(dòng)水質(zhì)安全中級(jí)預(yù)警，表明水源地存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，相關(guān)部門做好應(yīng)急治理準(zhǔn)備工作，考慮停止取水，做好飲用水儲(chǔ)備工作，確保居民正常用水。當(dāng)預(yù)警模型函數(shù)值ew(c)大于1，飲用水源地啟動(dòng)水質(zhì)安全高級(jí)預(yù)警，表明水源地已經(jīng)超標(biāo)，飲用水源地的水質(zhì)安全對(duì)人類的安全形成危險(xiǎn)，必須停止取水，相關(guān)部門立刻采取緊急措施治理，爭(zhēng)取盡快使水源地飲用水水質(zhì)達(dá)到安全濃度。

2)利用檢測(cè)到的污染物水質(zhì)濃度監(jiān)測(cè)值c計(jì)算流速閾值。

首先確定污染物在河流中的擴(kuò)散模式模型，可以用公式(1}表示

假設(shè)存在兩個(gè)邊界，污染源位于兩個(gè)邊界之間，考慮邊界的反射作用，此時(shí)可以通過(guò)假設(shè)的虛源來(lái)模擬邊界的反射作用，將模型(1)改變成公式(2)

約束條件:b<b

模型中各參數(shù)的計(jì)算公式如下:

其中:c一監(jiān)測(cè)值，mg/l；

c1一國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度值，mg/l；

c。一水體本底濃度值，mg/l；

m一污染物質(zhì)量，g；

h一河流水深，m；

t一限定時(shí)間，s；

dx-x方向的擴(kuò)散系數(shù)；

dy-y方向的擴(kuò)散系數(shù)；

k一衰減系數(shù)，d^-1

ux-x方向流速，m/s；

b一污染源與岸邊的距離，m；

b一河寬，m；

i一水力坡度。

本發(fā)明以模擬長(zhǎng)江宜昌株歸水源地石油泄漏事故為例，其中，數(shù)據(jù)采用2015年份水文數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，汛期是5月份到8月份，蓄水期為9月和10月，消落期為11月至次年4月。相應(yīng)的河寬b為2000m，石油的衰減系數(shù)k為0.0000015，污染事故選取河流中心，即b＝1000m,國(guó)家三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)cl＝o.osmg/l。通過(guò)計(jì)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。

按照三峽水文變化，將其分成三個(gè)時(shí)間段進(jìn)行計(jì)算，以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的可行性。圖1、圖2和圖3分別代表汛期、蓄水期和消落期時(shí)期內(nèi)保證飲用水安全的流速閡值。在所需調(diào)度時(shí)限內(nèi)，通過(guò)模擬計(jì)算，可得出各個(gè)時(shí)期內(nèi)的保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)的河流流速閩值，例如本模擬案例中，應(yīng)急調(diào)度時(shí)間為5天，因此在該計(jì)算模擬中流速閡值的計(jì)算時(shí)間以5天為限，模擬過(guò)程中污染物選擇石油，質(zhì)量為600t。通過(guò)計(jì)算，汛期、蓄水期和消落期的的流速閡值分布為為0.017m/s，0.014m/s和0.013mls。當(dāng)該時(shí)期的流速大于流速閡值時(shí)，河流水體可通過(guò)自凈能力在5天內(nèi)達(dá)到三類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。若流速小于流速閡值時(shí)，能夠直觀判斷出在應(yīng)急時(shí)間內(nèi)的河流不能通過(guò)自身自凈能力解決水質(zhì)污染的問(wèn)題。需要為調(diào)度方面提供了一個(gè)響應(yīng)條件。

3)圖5為分級(jí)警報(bào)與流速閾值的結(jié)合圖。突發(fā)污染事故發(fā)生時(shí)，位于水庫(kù)的檢測(cè)器所檢測(cè)到的污染物濃度值傳輸?shù)筋A(yù)警分級(jí)模型和流速閾值計(jì)算模型，對(duì)污染物危險(xiǎn)程度進(jìn)行劃分，確定預(yù)警級(jí)別，同時(shí)得出的流速閾值與水庫(kù)中實(shí)際的流速進(jìn)行比較，若v實(shí)際＞v閾，水庫(kù)通過(guò)自凈可以在5天內(nèi)達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，若v實(shí)際＜v閾，河流不能通過(guò)自身自凈能力解決水質(zhì)污染的問(wèn)題，應(yīng)采取其他措施如物理、化學(xué)和生物措施進(jìn)行處理。

物理法：吸附法，利用活性炭等吸附材料去除水中苯系物、酚類、農(nóng)藥等有機(jī)污染物。目前活性炭應(yīng)用廣泛，可應(yīng)對(duì)60多種有機(jī)污染物?；钚蕴糠譃榉勰┗钚蕴?pac)及粒狀活性炭(gac)。在2005年松花江水污染事故城市供水應(yīng)急處理中，形成了pac吸附水源水硝基苯及處理水廠砂濾池新增gac濾層雙重安全屏障的應(yīng)急處理工藝，處理后硝基苯濃度滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

化學(xué)法：針對(duì)突發(fā)水污染事故的化學(xué)應(yīng)急處置措施主要是氧化分解法。氧化分解法采用高錳酸鉀、臭氧等氧化劑將水中有機(jī)污染物氧化去除。

生物法：生物處理法是通過(guò)微生物對(duì)污染物質(zhì)的吞噬，經(jīng)過(guò)新陳代謝等作用將之分解和轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到去除有機(jī)物的目的。

上述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。顯然，本發(fā)明并不局限于所描述的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員還可據(jù)此做出多種變化，但任何與本發(fā)明等同或相類似的變化都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。