專利名稱：水質(zhì)信息計算裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水質(zhì)分析技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種水質(zhì)信息計算裝置及方法。
背景技術(shù)：
近年來我國重大水污染事故頻繁發(fā)生，對生態(tài)環(huán)境、人民健康及社會安全造成嚴重影響。例如，發(fā)生在2005年11月份的松花江水污染事故和12月份的廣東北江鎘污染都是重大水污染事故的典型案例。在水污染事故的應(yīng)急過程中，迫切需要掌握污染帶的時空分布及污染物的濃度，從而快速、有效地制訂應(yīng)急響應(yīng)的策略方案。為滿足水污染事故快速處置的要求，結(jié)合事故現(xiàn)場的實際監(jiān)測數(shù)據(jù)，利用水質(zhì)數(shù)學模型(簡稱“水質(zhì)模型”)對污染團到達各重要斷面的時間、濃度、影響范圍等做出及時準確的預(yù)測，模擬各種應(yīng)急策略和方案的效果，為事故的應(yīng)急決策提供定量參考的依據(jù)，是提升環(huán)境事故應(yīng)急能力的重要途徑。美國環(huán)境保護局提出的水質(zhì)模型系統(tǒng)，Water Quality Analysis SimulationProgram (WASP),是為分析池塘、湖泊、水庫、河流、河口和沿海水域的一系列水質(zhì)問題而設(shè)計的動態(tài)的多箱式模型，研究的問題包括生化需氧量(BOD)、溶解氧(DO)動力學、營養(yǎng)物/富營養(yǎng)化、有毒化學成分運移等，在國外被廣泛地用于預(yù)測水質(zhì)對自然和人為污染的反應(yīng)。WASP包括兩個獨立的計算程序=DYNHYD和WASP，它們可以聯(lián)合運行，也可以獨立運行。DYNHYD是水動力學程序，用來模擬水的動力學過程；WASP是水質(zhì)程序，它模擬水中各種污染物的運動與相互作用，包括EUTRO和TOXI是兩個子模型，它們可以裝入水質(zhì)程序中運行。其中TOXI模擬有毒物質(zhì)的污染，包括有機污染物、重金屬和底泥；EUTR0用來分析傳統(tǒng)的污染，包括溶解氧、生化需氧量、氮和磷等營養(yǎng)素。WASP提供了一個很靈活的模擬系統(tǒng)，在其基本程序中反映了對流、彌散、點雜質(zhì)負荷與擴散雜質(zhì)負荷以及邊界的交換等隨時間變化的過程，包括了溶解氧、富營養(yǎng)化、有毒物和有機化合物等四個動力學平衡計算過程。經(jīng)簡化WASP模型可用下式表示
權(quán)利要求
1.一種水質(zhì)信息計算裝置，用于水污染事故中模擬計算污染物的濃度，其特征在于，包括信息輸入模塊，用于輸入上游河段反映污染物濃度的信息；計算模塊，用于根據(jù)所述信息輸入模塊的輸入信息，采用一維水質(zhì)模擬系統(tǒng)動力學模型計算下游河段污染水質(zhì)的污染物濃度；顯示模塊，用于顯示所述信息輸入模塊輸入的信息及所述計算模塊輸出的計算結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水質(zhì)信息計算裝置，其特征在于，所述信息輸入模塊輸入的信息包括初始斷面的污染物濃度值、河流斷面的縱向流速、河流斷面的縱向彌散系數(shù)、河流斷面污染物的衰減速率系數(shù)、河流模擬空間步長。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水質(zhì)信息計算裝置，其特征在于，所述計算模塊采用的一維水質(zhì)模擬系統(tǒng)動力學模型具體為
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水質(zhì)信息計算裝置，其特征在于，所述計算模塊具體包括 流入速率計算單元，用于根據(jù)所述信息輸入模塊輸入的相關(guān)信息，計算河段經(jīng)對流和彌散后的污染物濃度流入速率；所述相關(guān)信息包括初始斷面的污染物濃度值、河流斷面的縱向流速、河流斷面的縱向彌散系數(shù)、河流模擬空間步長；流出速率計算單元，用于根據(jù)所述信息輸入模塊輸入的相關(guān)信息，計算河段經(jīng)過對流、 彌散和衰減后的污染物濃度流出速率；所述相關(guān)信息包括初始斷面的污染物濃度值、河流斷面的縱向流速、河流斷面的縱向彌散系數(shù)、河流斷面污染物的衰減速率系數(shù)、河流模擬空間步長；濃度計算單元，用于根據(jù)所述流入速率計算單元獲得的污染物濃度流入速率和所述流出速率計算單元獲得的污染物濃度流出速率計算某一時刻某河段污染物的濃度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水質(zhì)信息計算裝置，其特征在于，所述計算模塊還包括距離計算單元，用于根據(jù)所述信息輸入模塊輸入的河流斷面的縱向流速，計算污染物在模擬時間內(nèi)流過的距離。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水質(zhì)信息計算裝置，其特征在于，所述顯示模塊還用于以表函數(shù)或圖形方式呈現(xiàn)所述河流斷面的縱向流速、河流斷面的縱向彌散系數(shù)、河流斷面污染物的衰減速率系數(shù)與污染物在模擬時間內(nèi)流過的距離之間的關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水質(zhì)信息計算裝置，其特征在于，所述河流模擬空間步長Λχ 滿足以下條件
8.一種水質(zhì)信息計算方法，利用權(quán)利要求I至7任一所述的水質(zhì)信息計算裝置模擬計算水質(zhì)污染物濃度，其特征在于，包括信息輸入模塊接收包括初始斷面的污染物濃度值、河流斷面的縱向流速、河流斷面的縱向彌散系數(shù)、河流斷面的污染物濃度衰減速率系數(shù)、河流模擬空間步長信息；計算模塊根據(jù)上述信息，采用一維水質(zhì)模擬系統(tǒng)動力學模型計算下游河段污染水質(zhì)的污染物濃度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種水質(zhì)信息計算裝置及方法，用于水污染事故中模擬計算污染物的濃度。其中，水質(zhì)信息計算裝置包括信息輸入模塊，用于輸入上游河段反映污染物濃度的信息；計算模塊，用于根據(jù)所述信息輸入模塊的輸入信息，采用一維水質(zhì)模擬系統(tǒng)動力學模型計算下游河段污染水質(zhì)的污染物濃度；顯示模塊，用于顯示信息輸入模塊輸入的信息及計算模塊輸出的計算結(jié)果。本發(fā)明提供的水質(zhì)信息計算裝置將系統(tǒng)動力學應(yīng)用于水污染事故水質(zhì)變化的動態(tài)模擬研究，建立了一維水質(zhì)模擬系統(tǒng)動力學模型，對污染物在河流中通過對流、彌散以及由化學反應(yīng)和生物吸收引起的衰減等物理、化學和生物過程導致的濃度變化進行動態(tài)仿真模擬，對下游斷面污染物的濃度預(yù)測。
文檔編號G01N33/18GK102608282SQ20111002356
公開日2012年7月25日 申請日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者張波 申請人:張波