CN104200322A - 一种流域综合管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种流域综合管理系统，涉及流域管理技术领域，包括知识管理模块、监控模块、预测预报模块、项目评估模块、应急决策模块；其中，知识管理模块用于采集流域的相关知识，并构成流域的知识库、模型库、方法库存入数据库；监控模块用于监控流域入湖通量和污染物总量；预测预报模块对流域的水文水质进行统计分析和趋势预测；项目评估模块为流域的水污染治理提供参考方案；应急决策模块正对水污染预警和突发事故生成相应的应急决策。上述方案通过监控模块、预测预报模块对流域进行实时监控、预警，并通过应急决策模块制定针对不同的突发事故或者预警信息制定相应的应急决策，还通过项目评估模块为规划水污染治理方案提供参考。

Description

一种流域综合管理系统

技术领域

本发明涉及流域管理技术领域，特别是指一种流域综合管理系统。

背景技术

流域是整体性极强、关联度很高的区域。基于流域的自然属性和社会属性，流域管理不仅是水系的管理，而且是包括自然环境和与人类活动相关联的社会经济环境的管理。在根据不同实际情况具体分析的同时，还要遵循几点原则：一是对水资源要按流域进行规划和综合管理；二是借助政府的力量，获得政府各方面的支持；三是重视公众的参与。将原本为自然系统的流域变成有人类活动参与的“资源-社会-市场”模式的水资源复合管理系统。流域统一管理要求根据水的自然流域统一性规律，对流域内各地区的水事活动实行统一管理；流域综合管理要求根据水的多功能统一性规律，将流域内各行业或部门的涉水活动纳入综合管理的轨道，以追求经济、社会和环境综合效益的最大化。

目前，流域水环境及污染源监测仍处于监测阶段，由于信息管理系统、监测、预警技术及应急决策不够完善，导致管理部门不能实时监控、预测流域水文水质和污染源分布的状况，一旦发生突发事故，不能及时制定相应的应急决策，因此，现在迫切需要提升流域的监控、预警、应急决策能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种流域综合管理系统，以解决现有技术所存在的不能实时监控、预测流域水文水质和污染源分布以及不能及时制定相应的应急决策的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种流域综合管理系统，包括知识管理模块、监控模块、预测预报模块、项目评估模块、应急决策模块；

所述知识管理模块用于采集流域的相关知识，并对其进行分类、整合，形成标准化数据，最终构成流域的知识库、模型库、方法库存入数据库；

所述监控模块通过水文水质(Hydrological Simulation Program-Fortran，HSPF)模型对流域自动监控站实时采集的监督数据进行分析，并结合污染物迁移转化模型进一步确定流域入湖通量和污染物总量；

所述预测预报模块根据所述监控模块的监督信息，结合气象信息和环境流体动力学(The Environmental Fluid Dynamics Code，EFDC)模型对流域的水文水质进行统计分析和趋势预测；

所述项目评估模块根据流域水污染治理项目评估指标体系和定量、半定量和定性的绩效分解方法，结合所述知识管理模块和监控模块的监督信息，对项目阶段治理绩效进行评估，并将评估结果反馈给被评估对象，为调整下一步规划方案及具体措施提供参考；

所述应急决策模块通过对所述知识管理模块、预测预报模块的关联调用，建立动态预案生成机制，并对突发事故进行动态模拟和仿真，生成相应的应急决策。

进一步，本系统还包括通用模块，所述通用模块包括系统维护、辅助工具；

其中，所述系统维护包括供系统管理员使用的用于添加、删除、更改用户属性的用户管理模块、用于设置用户权限的权限管理模块、用于修改密码的密码管理模块和用于分组的部门管理模块；辅助工具包括能随机显示用户喜爱图片的日历和将计算结果自动输入到相应数据窗口的计算器。

其中，所述知识库是流域综合管理所需科学知识的集合，主要包括基本事实、规则和其它有关信息，分为决策需求和知识储备相关的两类；

所述模型库包括流域经济社会-水环境系统动态模拟模型、非点源模型、HSPF模型、EFDC模型、污染物迁移转化模型、水环境安全评价与预测模型；

所述方法库包括用于各模型拟合和参数估值、敏感性分析的工具，人工智能算法以及设置和管理流域中的管理方法和情景组合模式。

进一步的，所述监控模块通过HSPF模型对流域自动监控站实时采集的监督数据进行分析，并结合污染物迁移转化模型进一步确定流域入湖通量和污染物总量具体为：

所述监控模块通过可视化界面输入自动监控站实时采集的监控数据作为HSPF模型的输入参数，并运行HSPF模型对其进行分析处理，输出流域流量、水文水质和其他标准化基础数据，并以统一的形式存入数据库，同时结合水文气象及基础空间数据，构建社会经济及污染源点、面分布信息，再根据污染物迁移转化模型对流域流量、水文水质情况进行统计分析，计算特定地点的入湖通量和污染物总量。

其中，所述HSPF模型的输入参数为标准化数据及流域数据管理(Watershed Data Management，WDM)文件，所述系统为其提供可视化的标准化数据输入界面、WDM文件上传接口和数据修改界面；

所述HSPF模型的输出结果为文本文件，所述系统为其提供特定的文本数据转存数据库的接口，所述输出结果存入数据库，且能以数据表格、图表和地理信息系统(Geographic Information System，GIS)地图3种形式在可视化界面上显示。

进一步的，所述预测预报模块根据所述监控模块的监督信息，结合气象信息和EFDC模型对流域的水文水质进行统计分析和趋势预测具体为：

所述预测预报模块根据监控模块中HSPF模型输出的流量、水文水质和其他标准化基础数据，结合气象信息和EFDC模型算出不同水文条件下的水环境容量、流域最大允许排放负荷，模拟不同水污染控制方案下常规指标在时空尺度下的水质响应，对不同控制点、断面的水文水质进行统计分析和趋势预测，并基于预警阈值发出预警等级信号。

其中，所述EFDC模型的输入参数为标准化数据，所述系统为其提供标准化数据输入界面和修改界面，所述输入参数以统一的形式保存于数据库中；

所述EFDC模型输出的结果为文本文件，所述系统为其提供特定的文本数据转存数据库的接口，输出结果存入数据库，且能以数据表格、图表和GIS地图3种形式在可视化界面上显示。

进一步的，所述监控模块用于监控单条河流、各条河流的流量、水文水质、入湖通量的平均数据并按周、月以表格形式呈现；同时监控单条河流、各条河流的流量、水文水质、入湖通量的动态变化并按周、月以GIS地图形式呈现；还能用于按月、年查询、对比污染物总量和负荷，且查询结果以数据表格的形式呈现，对比结果以GIS图形形式呈现。

其中，所述GIS地图显示采用动态的数据图层服务，根据用户提交的需求来实时生成图层进行响应。

进一步的，所述应急决策模块通过对所述知识管理模块、预测预报模块的关联调用，建立动态预案生成机制，并对突发事故进行动态模拟和仿真，生成相应的应急决策具体为：

所述应急决策模块根据所述预测预报模块发出预警信息或者流域内发生各类突发事故，在GIS的基础上查询与预警信息或事故相关的各类信息，建立动态预案生成机制，并通过模型库对事故的发展进行动态模拟和仿真，进而生成相应的应急决策。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过监控模块、预测预报模块对流域进行实时监控、预警，并通过应急决策模块制定针对不同的突发事故或者预警信息制定相应的应急决策，最大限度地减小事故的影响，还通过项目评估模块为规划水污染治理方案提供参考，同时本系统采用可视化界面并结合GIS，能让用户基于地图的形式更加直观的查看、分析、评价流域的水环境。

附图说明

图1为本发明实施例提供的流域综合管理系统的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的HSPF模型可视化输入界面示意图；

图3为本发明实施例提供的EFDC模型可视化输入界面示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明针对现有的不能实时监控、预测流域水文水质和污染源分布以及不能及时制定相应的应急决策的问题，提供一种流域综合管理系统。

如图1所示为本发明实施例提供的流域综合管理系统的结构示意图，该系统包括知识管理模块1、监控模块2、预测预报模块3、项目评估模块4、应急决策模块5；

知识管理模块1用于采集流域的相关知识，并对其进行分类、整合，形成标准化数据，最终构成流域的知识库、模型库、方法库存入数据库；

监控模块2通过HSPF模型对流域自动监控站实时采集的监督数据进行分析，并结合污染物迁移转化模型进一步确定流域入湖通量和污染物总量；

预测预报模块3根据监控模块2的监督信息，结合气象信息和EFDC模型对流域的水文水质进行统计分析和趋势预测；

项目评估模块4根据流域水污染治理项目评估指标体系和定量、半定量和定性的绩效分解方法，结合知识管理模块1和监控模块2的监督信息，对项目阶段治理绩效进行评估，并将评估结果反馈给被评估对象，为调整下一步规划方案及具体措施提供参考；

应急决策模块5通过对知识管理模块1、预测预报模块3的关联调用，建立动态预案生成机制，并对突发事故进行动态模拟和仿真，生成相应的应急决策。

其中，本系统为知识管理模块1提供标准化数据录入界面，把流域的相关知识信息以统一的形式保存于数据库中，并提供信息修改界面进行数据管理维护，同时提供信息查询界面方便获取所需的知识。其中，知识库是流域综合管理所需科学知识的集合，主要包括基本事实、规则和其它有关信息，分为决策需求和知识储备相关的两类；模型库包括流域经济社会-水环境系统动态模拟模型、非点源模型、HSPF模型、EFDC模型、污染物迁移转化模型、水环境安全评价与预测模型；方法库包括用于各模型拟合和参数估值、敏感性分析的工具，人工智能算法以及设置和管理流域中的管理方法和情景组合模式。

进一步，监控模块2通过HSPF模型对流域自动监控站实时采集的监督数据进行分析，并结合污染物迁移转化模型进一步确定流域入湖通量和污染物总量具体为：

监控模块2通过可视化界面输入自动监控站实时采集的监控数据作为HSPF模型的输入参数，并运行HSPF模型对其进行分析处理，输出流域流量、水文水质和其他标准化基础数据，并以统一的形式存入数据库，同时结合水文气象及基础空间数据，构建社会经济及污染源点、面分布信息，再根据污染物迁移转化模型对流域流量、负荷、水文水质情况进行统计分析，计算特定地点的入湖通量和污染物总量，从而能够动态监控流域流量、水文水质、负荷、污染源点、面分布信息、入湖通量以及污染物总量，为预测预报模块3提供了源数据，同时为管理部门制定削减、治理污染源的方案提供可靠支持。其中污染物迁移转化模型是根据不确定性的流域土壤侵蚀与泥沙传输模拟技术构建的，包括土壤侵蚀模型、泥沙淤积与输送模型。

如图2所示为HSPF模型可视化输入界面，用户需输入相应的参数并点击运行模型，系统会自动调用HSPF模型的接口对输入参数进行分析处理，HSPF模型先通过WDM文件计算流域流量，再通过流域流量、点源数据和化肥施用量计算负荷，最后计算出水文水质，并将输出结果存入数据库，其中，每条河流都是独立的，可以填写每条入湖河流的点源数据和化肥施用量，设置起始和结束日期必须和WDM文件相对应，否则HSPF模型会计算出错。

其中，HSPF模型的输入参数为标准化数据及WDM文件，本系统为其提供可视化的标准化数据输入界面、WDM文件上传接口和数据修改界面；HSPF模型的输出结果为文本文件，本系统为其提供特定的文本数据转存数据库的接口，该输出结果存入数据库，且能以数据表格、图表和GIS地图3种形式在可视化界面上显示，方便用户利用输出结果进行分析。

进一步的，监控模块2用于监控单条河流、各条河流的流量、水文水质、入湖通量的平均数据并按周、月以表格形式呈现；同时监控单条河流、各条河流的流量、水文水质、入湖通量的动态变化并按周、月以GIS地图形式呈现；还能用于按月、年查询、对比污染物总量和负荷，且查询结果以数据表格的形式呈现，对比结果以GIS图形形式呈现。

进一步的，预测预报模块3根据监控模块2的监督信息，结合气象信息和EFDC模型对流域的水文水质进行统计分析和趋势预测具体为：

预测预报模块3根据监控模块2中HSPF模型输出的流量、水文水质及其他标准化基础数据，结合气象信息和EFDC模型算出不同水文条件下的水环境容量、流域最大允许排放负荷，模拟不同水污染控制方案下常规指标在时空尺度下的水质响应，对不同控制点、断面的水文水质进行统计分析和趋势预测，并基于预警阈值发出预警等级信号。比如，预测预报模块3利用小时气象、河流日流量、日浓度模拟特征污染物迁移、沉积、营养化与生化过程，最终开展流域水质周预报，为决策者提供营养盐、蓝藻暴发时机、影响范围、影响程度等预报数据，并基于预警阈值发出预警等级信号；当突发事故发生时，预测预报模块3收集相关信息，通过EFDC模型快速预测污染物向下游的扩散范围、影响程度、整个的污染分布和动态变化过程，并将实现任意控制断面、任意控制点的水质污染灾害预警，为水污染事故的应急处理提供决策支持依据。

如图3所示为EFDC模型可视化输入界面，用户需输入预测时间区间、湖体状态模拟条件，并点击运行模型，系统会自动调用EFDC模型的接口对输入参数和数据库中存储的相关的气象信息、流量、水文水质及其他标准化基础数据，进行分析处理。其中，EFDC模型的输入参数为标准化数据，本系统为其提供标准化数据输入界面和修改界面，输入参数以统一的形式保存于数据库中；EFDC模型输出的结果为文本文件，本系统为其提供特定的文本数据转存数据库的接口，输出结果存入数据库，且能以数据表格、图表和GIS地图3种形式在可视化界面上显示，方便用户利用数据进行分析决策。

其中，HSPF模型和EFDC模型的输出结果均存储在数据库中，数据量特别大，不能一一生成GIS图层进行发布，故GIS地图显示采用动态的数据图层服务，根据用户提交的需求来实时生成图层进行响应。

进一步的，项目评估模块4根据流域水污染治理项目评估指标体系和定量、半定量和定性的绩效分解方法，结合监控模块2的监督数据对项目阶段治理绩效进行评估，并将评估结果反馈给被评估对象，为调整下一步规划方案及具体措施提供参考，同时该项目评估模块4具有独立的操作界面，并提供特定的接口供本系统调用。

其中，绩效分解方法依循“控源-减排-截污-治污-生态修复”递阶削减技术系统的逻辑链路，根据各项治理行为与治理绩效之间的逻辑关系链网，采用定量、半定量和定性分析相结合的方法，建立治理绩效与各项具体治理措施之间的定量、半定量和定性映射，针对有关环境指标，评估各项治理措施的环境绩效贡献情况的功能，并把环境绩效贡献进一步分解到时间、空间等不同维度上，以获取尽可能高的解析分辨率。

同时，通过采取自下而上与自上而下相结合、纵向评估与横向评估相结合、单独评估与综合评估相结合、绝对削减效果与相对削减效果相结合等方式，按照评估层次逐级分解，采取层次分析、综合模糊评价、德尔菲法等方法，建立多层次、多目标的流域水污染治理评估指标体系。

进一步的，应急决策模块5通过对知识管理模块1、预测预报模块3的关联调用，建立动态预案生成机制，并对突发事故进行动态模拟和仿真，生成相应的应急决策具体为：

应急决策模块5根据预测预报模块3发出预警信息或者流域内发生各类突发事故，在GIS的基础上查询与预警信息或事故相关的各类信息，建立动态预案生成机制，并通过模型库对事故的发展进行动态模拟和仿真，进而生成相应的应急决策，其中，应急决策模块5主要包括3个部分：一是基于预测预报模块3分析结果的应急决策；二是流域突发事故的动态模拟和仿真；三是流域突发事故的应急决策和处置。

进一步的，本系统还包括通用模块，该通用模块包括系统维护、辅助工具；其中，系统维护包括用户管理模块、权限管理模块、密码管理模块、部门管理模块，用户管理模块只有系统管理员(超级用户)才可以使用，能够添加新用户、删除用户和设置用户属性；权限管理模块分配用户对知识管理模块1、监控模块2、预测预报模块3、项目评估模块4和应急决策模块5的使用权限，可以同时为一个用户分配多个模块的使用权限；密码管理模块用于用户修改自己的密码，密码修改后要妥善保管，如果密码丢失，可由超级用户创建新的用户；部门管理模块用于将用户进行分组管理。

其中，辅助工具包括日历和计算器，其中日历用于输入日期，且用户可将自己喜爱的图片放到指定目录下，日历可以随机加载该目录下的图片作为日历的画面；计算器用于输出一些复杂计算的计算结果，并将计算结果自动输入到相应的数据窗口中。

综上所述，本发明实施例通过监控模块、预测预报模块对流域进行实时监控、预警，并通过应急决策模块制定针对不同的突发事故或者预警信息制定相应的应急决策，最大限度地减小事故的影响，还通过项目评估模块为规划水污染治理方案提供参考，同时本系统采用可视化界面并结合GIS，能让用户基于地图的形式更加直观的查看、分析、评价流域的水环境。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种流域综合管理系统，其特征在于，包括知识管理模块、监控模块、预测预报模块、项目评估模块、应急决策模块；

所述知识管理模块用于采集流域的相关知识，并对其进行分类、整合，形成标准化数据，最终构成流域的知识库、模型库、方法库存入数据库；

所述监控模块通过HSPF模型对流域自动监控站实时采集的监督数据进行分析，并结合污染物迁移转化模型进一步确定流域入湖通量和污染物总量；

所述预测预报模块根据所述监控模块的监督信息，结合气象信息和EFDC模型对流域的水文水质进行统计分析和趋势预测；

所述项目评估模块根据流域水污染治理项目评估指标体系和定量、半定量和定性的绩效分解方法，结合所述知识管理模块和监控模块的监督信息，对项目阶段治理绩效进行评估，并将评估结果反馈给被评估对象，为调整下一步规划方案及具体措施提供参考；

所述应急决策模块通过对所述知识管理模块、预测预报模块的关联调用，建立动态预案生成机制，并对突发事故进行动态模拟和仿真，生成相应的应急决策。

2.根据权利要求1所述的流域综合管理系统，其特征在于，还包括通用模块，所述通用模块包括系统维护、辅助工具；

所述系统维护包括供系统管理员使用的用于添加、删除、更改用户属性的用户管理模块、用于设置用户权限的权限管理模块、用于修改密码的密码管理模块和用于分组的部门管理模块；

辅助工具包括能随机显示用户喜爱图片的日历和将计算结果自动输入到相应数据窗口的计算器。

3.根据权利要求1所述的流域综合管理系统，其特征在于，所述知识库是流域综合管理所需科学知识的集合，主要包括基本事实、规则和其它有关信息，分为决策需求和知识储备相关的两类；

所述模型库包括流域经济社会-水环境系统动态模拟模型、非点源模型、HSPF模型、EFDC模型、污染物迁移转化模型、水环境安全评价与预测模型；

所述方法库包括用于各模型拟合和参数估值、敏感性分析的工具，人工智能算法以及设置和管理流域中的管理方法和情景组合模式。

4.根据权利要求1所述的流域综合管理系统，其特征在于，所述监控模块通过HSPF模型对流域自动监控站实时采集的监督数据进行分析，并结合污染物迁移转化模型进一步确定流域入湖通量和污染物总量具体为：

所述监控模块通过可视化界面输入自动监控站实时采集的监控数据作为HSPF模型的输入参数，并运行HSPF模型对其进行分析处理，输出流域流量、水文水质和其他标准化基础数据，并以统一的形式存入数据库，同时结合水文气象及基础空间数据，构建社会经济及污染源点、面分布信息，再根据污染物迁移转化模型对流域流量、水文水质情况进行统计分析，计算特定地点的入湖通量和污染物总量。

5.根据权利要求1所述的流域综合管理系统，其特征在于，所述HSPF模型的输入参数为标准化数据及WDM文件，所述系统为其提供可视化的标准化数据输入界面、WDM文件上传接口和数据修改界面；

所述HSPF模型的输出结果为文本文件，所述系统为其提供特定的文本数据转存数据库的接口，所述输出结果存入数据库，且能以数据表格、图表和GIS地图3种形式在可视化界面上显示。

6.根据权利要求1所述的流域综合管理系统，其特征在于，所述预测预报模块根据所述监控模块的监督信息，结合气象信息和EFDC模型对流域的水文水质进行统计分析和趋势预测具体为：

所述预测预报模块根据监控模块中HSPF模型输出的流量、水文水质和其他标准化基础数据，结合气象信息和EFDC模型算出不同水文条件下的水环境容量、流域最大允许排放负荷，模拟不同水污染控制方案下常规指标在时空尺度下的水质响应，对不同控制点、断面的水文水质进行统计分析和趋势预测，并基于预警阈值发出预警等级信号。

7.根据权利要求1所述的流域综合管理系统，其特征在于，所述EFDC模型的输入参数为标准化数据，所述系统为其提供标准化数据输入界面和修改界面，所述输入参数以统一的形式保存于数据库中；

所述EFDC模型输出的结果为文本文件，所述系统为其提供特定的文本数据转存数据库的接口，输出结果存入数据库，且能以数据表格、图表和GIS地图3种形式在可视化界面上显示。

8.根据权利要求1所述的流域综合管理系统，其特征在于，所述监控模块用于监控单条河流、各条河流的流量、水文水质、入湖通量的平均数据并按周、月以表格形式呈现；同时监控单条河流、各条河流的流量、水文水质、入湖通量的动态变化并按周、月以GIS地图形式呈现；还能用于按月、年查询、对比污染物总量和负荷，且查询结果以数据表格的形式呈现，对比结果以GIS图形形式呈现。

9.根据权利要求5、7或8所述的流域综合管理系统，其特征在于，所述GIS地图显示采用动态的数据图层服务，根据用户提交的需求来实时生成图层进行响应。

10.根据权利要求1所述的流域综合管理系统，其特征在于，所述应急决策模块通过对所述知识管理模块、预测预报模块的关联调用，建立动态预案生成机制，并对突发事故进行动态模拟和仿真，生成相应的应急决策具体为：

所述应急决策模块根据所述预测预报模块发出预警信息或者流域内发生各类突发事故，在GIS的基础上查询与预警信息或事故相关的各类信息，建立动态预案生成机制，并通过模型库对事故的发展进行动态模拟和仿真，进而生成相应的应急决策。