CN112417721A - 基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法及系统，属于水污染监测技术领域，解决了现有水污染溯源方法对检测要求高、效率低、成本高的问题。该方法包括：获取待监测河流的河流基本信息、水流水质信息及排污口信息，并建立待监测河流的三维模型；在三维模型中，进行污染物扩散仿真，获得每一排污口的污染物浓度梯度，进而确定监测点的位置，并获得监测点处每一排污口对应的污染物浓度仿真值；在待监测河流中采集对应的污染物浓度值；当污染物浓度值大于预设值时，将污染物浓度值与每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行相关分析，获得相关系数，进而确定污染源排污口。该方法能够操作简单，且能够快速的水污染进行溯源。

Description

基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法及系统

技术领域

本发明涉及水污染监测技术领域，尤其涉及一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法系统。

背景技术

水环境涉及居民生活质量和生态环境，水污染溯源不仅可以查找污染源，还可以辅助污染整治管理。水污染溯源研究作为水环境研究的重要内容对水环境安全具有现实意义。

现有技术中，常见的水污染溯源方法有正向追踪法和反问题推导法，正向追踪法主要是基于同位素或微生物进行追踪，对于元素和微生物的测量检验要求较高。反问题推导法是基于污染发生后获取的污染物浓度等信息对污染源参数进行反向推导，进而算出污染源位置等，其中应用的算法模型包含基于SWMM模型、基于贝叶斯算法、基于遗传算法、基于地学统计方法、反向概率密度法等。反问题推导法中除基于贝叶斯概率统计方法可以利用监测断面的污染监测数据以外，其他方法都较少考虑监测数据，但贝叶斯方法在结合监测数据时会呈现出随着参数增加其复杂度和计算时间指数性增长，效率不高。此外，专利CN201911097844.1公开了一种实现突发水污染快速溯源的方法，其从纯数学的角度提出了针对二维顺直河道突发性水污染事故污染源溯源方法，其主要针对直河道，不适用于真实环境中的弯曲河道。专利CN201810817592.4公开了一种基于拓扑关联的水污染溯源方法，主要是沿流域设置多个水质监测站，通过监测站的拓扑分析和监测数据的关联分析，进行污染溯源，要求监测站布设数量较多，耗资较高，设备维护成本高。

现有技术中主要存在以下缺陷，一是基于元素和微生物的水污染溯源，对测量检验的要求较高；二是基于贝叶斯的方法，其随着参数增加计算复杂度和计算时间呈指数性增长，效率低；三是水污染溯源只针对于直流河道，无法对弯流河道进行水污染溯源；四是基于拓扑关联的水污染溯源需要布设较多的监测站，耗资高且设备维护成本高。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法及系统，用以解决现有水污染溯源方法对测量检验要求高、效率低、成本高的问题。

一方面，本发明实施例提供了一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法，包括以下步骤：

获取待监测河流的河流基本信息、水流水质信息及排污口信息，并建立所述待监测河流的三维模型；

在所述待监测河流的三维模型中，进行污染物扩散仿真，获得每一排污口的污染物浓度梯度，以及基于每一所述排污口的污染物浓度梯度确定监测点的位置，并获得所述监测点处每一排污口对应的污染物浓度仿真值；每一排污口的污染物至少包括一种；

根据确定的所述监测点的位置在待监测河流中采集对应的污染物浓度值；

当所述污染物浓度值大于预设值时，将所述污染物浓度值与具有相同污染物种类的每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行相关分析，获得相关系数，并根据所述相关系数确定污染源排污口。

进一步的，所述排污口信息包括排污口位置、排污种类及对应的污染物种类、排污量；

通过下述方式获得每一排污口的污染物浓度梯度：

在待监测河流的三维模型中，利用二维有限元水动力模型进行河道流场仿真；以及利用二维有限元法污染输移模型进行污染物的输移扩散仿真，获得每个排污口对应污染物种类的污染物浓度梯度。

进一步的，通过下述方式确定监测点的位置：

基于每个排污口的污染物浓度梯度在排污口中下游污染物浓度梯度差大于预设阈值的区域内布设监测点；所述监测点包括第一监测点、第二监测点和第三监测点；其中，

在所述区域内的河流流线上间隔第一预设距离的两个位置处布设第一监测点和第二监测点；所述第二监测点位于第一监测点的下游；

在所述第二监测点所处的河流断面内，在水平方向间隔所述第二监测点第二预设距离的位置处布设第三监测点。

进一步的，通过下述方式获得所述监测点处每一排污口对应的污染物浓度仿真值：

在所述待监测河流的三维模型中，利用二维有限元法污染输移模型分别对每一排污口进行污染物的输移扩散仿真，并分别获得第一监测点、第二监测点和第三监测点对应污染物种类的污染物浓度仿真值K_i＝[k_1i,k_2i,k_3i]，i＝1,2,3....n，i表示第i个排污口，k_1i,k_2i,k_3i分别表示第一监测点、第二监测点和第三监测点处的对应污染物种类的污染物浓度仿真值。

进一步的，根据确定的所述监测点的位置在待监测河流中对应位置处安装水质监测仪，采集对应的污染物浓度值，当所述污染物浓度值大于预设值时，所述水质监测仪则发出警报。

进一步的，将所述污染物浓度值与具有相同污染物种类的每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行相关分析之前，对所述污染物浓度值进行归一化处理，以及对每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行归一化处理。

另一方面，本发明提供了一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源系统，包括：

河流仿真模块，用于基于获取的待监测河流的河流基本信息、水流水质信息及排污口信息，建立所述待监测河流的三维模型；

进一步用于，在所述待监测河流的三维模型中，进行污染物扩散仿真，获得每一排污口的污染物浓度梯度，以及基于每一所述排污口的污染物浓度梯度确定监测点的位置，并获得所述监测点处每一排污口对应的污染物浓度仿真值；每一排污口的污染物至少包括一种；

水质监测仪，用于采集待监测河流中与所述监测点对应位置处的污染物浓度值；当所述污染物浓度值大于预设值时，还用于发出警报；

分析模块，用于发出警报后，将所述污染物浓度值与具有相同污染物种类的每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行相关分析，获得相关系数，并根据所述相关系数确定污染源排污口。

进一步的，所述排污口信息包括排污口位置、排污种类及对应的污染物种类、排污量；

所述河流仿真模块进一步用于：

在待监测河流的三维模型中，利用二维有限元水动力模型进行河道流场仿真；以及基于所述排污口位置、排污种类及对应的污染物种类、排污量利用二维有限元法污染输移模型进行污染物的输移扩散仿真，获得每个排污口对应污染物种类的污染物浓度梯度。

进一步的，所述河流仿真模块进一步用于：

基于每个排污口的污染物浓度梯度在排污口中下游污染物浓度梯度差大于预设阈值的区域内布设监测点；所述监测点包括第一监测点、第二监测点和第三监测点；其中，

在所述区域内的河流流线上间隔第一预设距离的两个位置处布设第一监测点和第二监测点；所述第二监测点位于第一监测点的下游；

在所述第二监测点所处的河流断面内，在水平方向间隔所述第二监测点第二预设距离的位置处布设第三监测点。

进一步的，所述河流仿真模块进一步用于：

在所述待监测河流的三维模型中，利用二维有限元法污染输移模型分别对每一排污口进行污染物的输移扩散仿真，并分别获得第一监测点、第二监测点和第三监测点对应污染物种类的污染物浓度仿真值K_i＝[k_1i,k_2i,k_3i]，i＝1,2,3....n，i表示第i个排污口，k_1i,k_2i,k_3i分别表示第一监测点、第二监测点和第三监测点处的对应污染物种类的污染物浓度仿真值

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明提出一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法，通过建立待监测河流的三维模型，并在河流的三维模型中进行污染物扩散仿真，获得每一排污口的污染物浓度梯度，进而确定监测点，并获得污染物浓度仿真值，然后在待监测河流相应位置采集污染物浓度值，进行相关性分析，从而对水污染进行溯源，其中，相关性分析算法复杂度低、计算简单，且通过该方法只需设置三个监测站，成本低；此外只需对污染物浓度进行检测，无需对同位素或微生物进行监测，对测量检测的技术要求较低，整个水污染溯源方法操作简单，方便实施。

2、本发明提出一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法，通过在排污口中下游污染物浓度梯度差较大的地方布设监测点，符合污染物的扩散特性，能够提高相关性分析结果的准确性，从而提高水污染溯源的准确率。

3、本发明提出一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法，安装于待监测河流中相应位置的水质监测仪，当监测到的污染物浓超过预设值时，则发出警报，触发水污染溯源机制，将采集到的污染物浓度数据与对应的污染物浓度仿真值进行相关性分析，能够快速实现溯源，有利于辅助及时对水污染进行整治管理。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例水污染溯源方法的流程图；

图2为本发明实施例P₁排污口对应的污染物浓度梯度的示意图；

图3为本发明实施例P₂排污口对应的污染物浓度梯度的示意图；

图4为本发明实施例P₃排污口对应的污染物浓度梯度的示意图；

图5为本发明实施例布设的监测点的位置示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法。如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤1、获取待监测河流的河流基本信息、地形信息、水流水质信息及排污口信息，并基于上述河流基本信息、地形信息、水流水质信息及排污口进行，采用GIS建模软件建立待监测河流的三维模型。具体的，河流基本信息包含河流长度、宽度、河流形态(顺直型、弯曲型、分叉型、游荡型)、流量、水位、流向、河流底部沉积情况，水流水质信息包括水流速度、水质类别、氨氮含量、溶解氧和ph值等信息；地形信息包括河流所处的方位信息、距离信息和高程信息；排污口信息包括排污口位置、排污种类及对应的污染物种类、排污量；排污种类包括企业排污和生活排污，其中，企业排污的主要污染物根据企业具体情况确定，生活排污的主要污染物为氨氮。

步骤2、在待监测河流的三维模型中，进行污染物扩散仿真，获得每一排污口的污染物浓度梯度，以及基于每一排污口的污染物浓度梯度确定监测点的位置，并获得该监测点处每一排污口对应的污染物浓度仿真值；每一排污口的污染物至少包括一种。

步骤3、根据确定的监测点的位置在待监测河流中采集对应的污染物浓度值。

步骤4、当污染物浓度值大于预设值时，将所述污染物浓度值与具有相同污染物种类的每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行相关分析，获得相关系数，并根据相关系数确定污染源排污口。

具体的，步骤2中包括，步骤2.1、通过下述方式获得每一排污口的污染物浓度梯度：

步骤2.1.1、获取河流历史数据，包括河流年平均流量、水位信息。设置二维有限元水动力模型边界条件，设置河流上游边界的流量为年平均流量，设置下游断面边界的水位为年平均水位。示例性的，设置河流上游边界流入水量设置为定流量40000cfs，下游流出边界设置为定水位16m

步骤2.1.2、设置二维有限元水动力模型的紊动粘性系数、糙率，进而进行河道流场仿真。示例性的，紊动粘性系数可以设置为20、糙率依据查表可以设为0.028。

步骤2.1.3、根据每一排污口的排污信息，利用二维有限元法污染输移模型进行污染物的输移扩散仿真，获得每个排污口对应污染物种类的污染物浓度梯度为：

其中，c为污染物断面平均浓度，h为计算节点的水深；u、v分别为x、y方向的深度平均流速，通过实测获得；Dx、Dy分别为x、y方向的弥散系数，实际操作中，可以结合实测和经验公式设定；Si为方程式中的污染物组分反应项，示例性的，反应遵守一级动力反应式，则Si＝-kch，k为生物化学反应率常数，S₀为源和汇项。

优选的，在输移扩散仿真的过程中，通过设置仅一个排污口排污，进而获得对应的污染物浓度梯度。

示例性的，待监测河流中包含三个排污口P₁、P₂、P₃，在仿真过程中，当设置排污口P₁排污时，对应获得的污染物浓度梯度如图2所示，当设置排污口P₂排污时，对应获得的污染物浓度梯度如图3所示，当设置排污口P₃排污时，对应获得的污染物浓度梯度如图4所示。

优选的，步骤2.2、通过下述方式确定监测点的位置：

基于每个排污口的污染物浓度梯度在排污口中下游污染物浓度梯度差大于预设阈值的区域内布设监测点。具体的，根据中下游污染物浓度梯度差异显著时对应的差设置该预设阈值，并可以根据具体情况进行适应性调整。布设的监测点包括第一监测点、第二监测点和第三监测点。

具体的，如5所示，在上述区域内的河流流线上间隔第一预设距离的两个位置处布设第一监测点(a)和第二监测点(b)，其中，第二监测点位于第一监测点的下游。

在第二监测点所处的河流断面内，在水平方向间隔第二监测点(b)第二预设距离的位置处布设第三监测点(c)。

优选的，步骤2.3、通过下述方式获得监测点处每一排污口对应的污染物浓度仿真值：

在待监测河流的三维模型中，利用二维有限元法污染输移模型分别对每一排污口进行污染物的输移扩散仿真，并分别获得第一监测点(a)、第二监测点(b)和第三监测点(c)对应污染物种类的污染物浓度仿真值K_i＝[k_1i,k_2i,k_3i]，i＝1,2,3....n，i表示第i个排污口，k_1i,k_2i,k_3i分别表示第一监测点(a)、第二监测点(b)和第三监测点(c)处的对应污染物种类的污染物浓度仿真值。

优选的，根据确定的监测点的位置在待监测河流中对应位置处安装水质监测仪，采集对应的污染物浓度值，当污染物浓度值大于预设值时，水质监测仪则发出警报，其中，工作人员可以根据对河流污染物浓度的具体要求设置该预设值，对于不同的污染物，分别设置对应的预设值。

优选的，将污染物浓度值与具有相同污染物种类的每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行相关分析之前，还需要对污染物浓度值进行归一化处理，以及对每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行归一化处理。

示例性的，若P₁、P₂排污口为生活排污，P₃为企业排污，但其污染物种类均包含氨氮。当监测到氨氮浓度大于预设值时，则需要将监测到的氨氮浓度值分别与三个排污口对应的氨氮浓度仿真值进行相关性分析，得到的相关性系数越大，则对应排污口为污染源的可能性就越大。优选的，在对应的污染物排口处采集水样，进行水质成分化验，进而对溯源结果进行验证。

本发明的另一个实施例，公开了一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源系统。

由于水污染溯源系统与上述水污染溯源方法的原理相同，因此重复之处可以参考上述方法的实施例，在此不再赘述。

该系统包括：

河流仿真模块，用于基于获取的待监测河流的河流基本信息、水流水质信息及排污口信息，建立所述待监测河流的三维模型。

进一步用于，在待监测河流的三维模型中，进行污染物扩散仿真，获得每一排污口的污染物浓度梯度，以及基于每一所述排污口的污染物浓度梯度确定监测点的位置，并获得、监测点处每一排污口对应的污染物浓度仿真值。每一排污口的污染物至少包括一种。

水质监测仪，用于采集待监测河流中与所述监测点对应位置处的污染物浓度值；当所述污染物浓度值大于预设值时，还用于发出警报。

分析模块，用于发出警报后，将污染物浓度值与具有相同污染物种类的每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行相关分析，获得相关系数，并根据相关系数确定污染源排污口。

优选的，排污口信息包括排污口位置、排污种类及对应的污染物种类、排污量。

具体的，河流仿真模块进一步用于：

在待监测河流的三维模型中，利用二维有限元水动力模型进行河道流场仿真；以及基于所述排污口位置、排污种类及对应的污染物种类、排污量利用二维有限元法污染输移模型进行污染物的输移扩散仿真，获得每个排污口对应污染物种类的污染物浓度梯度。

优选的，河流仿真模块进一步用于：

基于每个排污口的污染物浓度梯度在排污口中下游污染物浓度梯度差大于预设阈值的区域内布设监测点；具体的，监测点包括第一监测点、第二监测点和第三监测点。

其中，在上述区域内的河流流线上间隔第一预设距离的两个位置处布设第一监测点和第二监测点；其中，第二监测点位于第一监测点的下游。

在第二监测点所处的河流断面内，在水平方向间隔第二监测点第二预设距离的位置处布设第三监测点。

优选的，河流仿真模块进一步用于：

在待监测河流的三维模型中，利用二维有限元法污染输移模型分别对每一排污口进行污染物的输移扩散仿真，并分别获得第一监测点、第二监测点和第三监测点对应污染物种类的污染物浓度仿真值K_i＝[k_1i,k_2i,k_3i]，i＝1,2,3....n，i表示第i个排污口，k_1i,k_2i,k_3i分别表示第一监测点、第二监测点和第三监测点处的对应污染物种类的污染物浓度仿真值。

为了更好的证明本发明的有益效果，现通过下述实施例进行说明。

本实施例以生活排污为例，采用氨氮(NH₃-N)作为典型指标进行溯源。

具体的，首先，对待监测河流进行三维建模，并处理获得对应的氨氮浓度梯度，包括：

利用GIS建模软件对待监测河流进行建模。依据河流历史数据，提取河流年平均流量、水位信息，设置河流上游边界流入水量设置为定流量40000cfs，下游流出边界设置为定水位16m。设置维有限元水动力模型系数，紊动粘性系数设置为20、糙率依据查表设为0.028，采用二维有限元水动力模型进行河道流场仿真。

3个排口P₁、P₂、P₃均为生活排污，采用二维有限元法污染输移模型进行河流污染物质的输移扩散计算。设置二维有限元法污染输移模型系数，具体的，计算节点水深h＝6m，污染物断面平均浓度c＝20mg/s，x方向的深度平均流速u＝0.6m/s，y方向的深度平均流速v＝0.2m/s，x方向的扩散系数Dx＝10m²/s，y方向的扩散系数Dy＝5m²/s，Si＝-kch，k＝0.2。

基于二维有限元法污染输移模型获得三个排污口的氨氮浓度梯度。

基于获得的氨氮浓度梯度在浓度梯度差异较大的区域布设3个水质监测点，选取浓度梯度相对高值区布设监测点a，沿河流流线方向距a距离d＝20米处布设监测点b，在以b点为基准的河流断面方向n＝10米处布设监测点c。

依据每个污染物排口Pi(i＝1,2,3)污染氨氮物浓度梯度，获取监测点a、b、c的氨氮污染物浓度值，归一化处理后记为K_i＝[k_ai,k_bi,k_ci]，i＝1,2,3，i表示第i个排污口。根据实际采集的数据，做归一化处理后为：

获取a、b、c实时监测数据并记录为D(t)。表1监测点a、b、c获取的部分水质监测数据样例，示出了从t时刻开始每隔10分钟时监测点a、b、c的氨氮(NH₃-N)浓度值。

表1

时刻	a(NH<sub>3</sub>-N)	b(NH<sub>3</sub>-N)	c(NH<sub>3</sub>-N)
				t+0	1.27mg/L	0.76mg/L	0.08mg/L
t+1	1.43mg/L	1.02mg/L	0.31mg/L
				t+2	1.69mg/L	1.28mg/L	0.57mg/L
t+3	1.83mg/L	1.42mg/L	0.71mg/L
				t+4	1.96mg/L	1.54mg/L	0.87mg/L
t+5	2.02mg/L	1.65mg/L	0.94mg/L
				t+6	2.18mg/L	1.72mg/L	1.06mg/L

按照GB3838-2002地表水环境质量标准，地表IV类水氨氮的限值为1.5mg/L，监测点a、b、c中a点的氨氮监测数据在t+2时刻超标，报警并触发溯源机制。监测点a、b、c的对应监测到的氨氮浓度值归一化后记为Ds＝[1.00,0.76,0.33]，将Ds和K₁，K₂，K₃做相关分析，分析结果如表2所示，结果显示Ds和K₃的相关系数最高，为0.999，因此追溯到主要污染物排口为P₃。

表2

相关系数	K1	K2	K3
				Ds	0.883	-0.664	0.999

分别在各排口附近进行水质取样及成分化验，化验结果为P3排口处NH₃-N排量最高，验证溯源结果正确。

与现有技术相比，本发明提出一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法，首先，通过建立待监测河流的三维模型，并在河流的三维模型中进行污染物扩散仿真，获得每一排污口的污染物浓度梯度，进而确定监测点，并获得污染物浓度仿真值，然后在待监测河流相应位置采集污染物浓度值，进行相关性分析，从而对水污染进行溯源，其中，相关性分析算法复杂度低、计算简单，且通过该方法只需设置三个监测站，成本低；此外只需对污染物浓度进行检测，无需对同位素或微生物进行监测，对测量检测的技术要求较低，整个水污染溯源方法操作简单，方便实施。其次，通过在排污口中下游污染物浓度梯度差较大的地方布设监测点，符合污染物的扩散特性，能够提高相关性分析结果的准确性，从而提高水污染溯源的准确率。最后，本发明提出一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法，安装于待监测河流中相应位置的水质监测仪，当监测到的污染物浓超过预设值时，则发出警报，触发水污染溯源机制，将采集到的污染物浓度数据与对应的污染物浓度仿真值进行相关性分析，能够快速实现溯源，有利于辅助及时对水污染进行整治管理。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取待监测河流的河流基本信息、水流水质信息及排污口信息，并建立所述待监测河流的三维模型；

在所述待监测河流的三维模型中，进行污染物扩散仿真，获得每一排污口的污染物浓度梯度，以及基于每一所述排污口的污染物浓度梯度确定监测点的位置，并获得所述监测点处每一排污口对应的污染物浓度仿真值；每一排污口的污染物至少包括一种；

根据确定的所述监测点的位置在待监测河流中采集对应的污染物浓度值；

当所述污染物浓度值大于预设值时，将所述污染物浓度值与具有相同污染物种类的每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行相关分析，获得相关系数，并根据所述相关系数确定污染源排污口。

2.根据权利要求1所述水污染溯源方法，其特征在于，所述排污口信息包括排污口位置、排污种类及对应的污染物种类、排污量；

通过下述方式获得每一排污口的污染物浓度梯度：

在待监测河流的三维模型中，利用二维有限元水动力模型进行河道流场仿真；以及利用二维有限元法污染输移模型进行污染物的输移扩散仿真，获得每个排污口对应污染物种类的污染物浓度梯度。

3.根据权利要求2所述水污染溯源方法，其特征在于，通过下述方式确定监测点的位置：

基于每个排污口的污染物浓度梯度在排污口中下游污染物浓度梯度差大于预设阈值的区域内布设监测点；所述监测点包括第一监测点、第二监测点和第三监测点；其中，

在所述区域内的河流流线上间隔第一预设距离的两个位置处布设第一监测点和第二监测点；所述第二监测点位于第一监测点的下游；

在所述第二监测点所处的河流断面内，在水平方向间隔所述第二监测点第二预设距离的位置处布设第三监测点。

4.根据权利要求3所述水污染溯源方法，其特征在于，通过下述方式获得所述监测点处每一排污口对应的污染物浓度仿真值：

在所述待监测河流的三维模型中，利用二维有限元法污染输移模型分别对每一排污口进行污染物的输移扩散仿真，并分别获得第一监测点、第二监测点和第三监测点对应污染物种类的污染物浓度仿真值K_i＝[k_1i,k_2i,k_3i]，i＝1,2,3....n，i表示第i个排污口，k_1i,k_2i,k_3i分别表示第一监测点、第二监测点和第三监测点处的对应污染物种类的污染物浓度仿真值。

5.根据权利要求4所述水污染溯源方法，其特征在于，根据确定的所述监测点的位置在待监测河流中对应位置处安装水质监测仪，采集对应的污染物浓度值，当所述污染物浓度值大于预设值时，所述水质监测仪则发出警报。

6.根据权利要求1-5任一项所述水污染溯源方法，其特征在于，将所述污染物浓度值与具有相同污染物种类的每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行相关分析之前，对所述污染物浓度值进行归一化处理，以及对每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行归一化处理。

7.一种基于二维有限元法扩散模型的水污染溯源系统，其特征在于，包括：

河流仿真模块，用于基于获取的待监测河流的河流基本信息、水流水质信息及排污口信息，建立所述待监测河流的三维模型；

进一步用于，在所述待监测河流的三维模型中，进行污染物扩散仿真，获得每一排污口的污染物浓度梯度，以及基于每一所述排污口的污染物浓度梯度确定监测点的位置，并获得所述监测点处每一排污口对应的污染物浓度仿真值；每一排污口的污染物至少包括一种；

水质监测仪，用于采集待监测河流中与所述监测点对应位置处的污染物浓度值；当所述污染物浓度值大于预设值时，还用于发出警报；

分析模块，用于发出警报后，将所述污染物浓度值与具有相同污染物种类的每一排污口对应的污染物浓度仿真值进行相关分析，获得相关系数，并根据所述相关系数确定污染源排污口。

8.根据权利要求7所述的水污染溯源系统，其特征在于，所述排污口信息包括排污口位置、排污种类及对应的污染物种类、排污量；

所述河流仿真模块进一步用于：

在待监测河流的三维模型中，利用二维有限元水动力模型进行河道流场仿真；以及基于所述排污口位置、排污种类及对应的污染物种类、排污量利用二维有限元法污染输移模型进行污染物的输移扩散仿真，获得每个排污口对应污染物种类的污染物浓度梯度。

9.根据权利要求8所述的水污染溯源系统，其特征在于，所述河流仿真模块进一步用于：

基于每个排污口的污染物浓度梯度在排污口中下游污染物浓度梯度差大于预设阈值的区域内布设监测点；所述监测点包括第一监测点、第二监测点和第三监测点；其中，

在所述区域内的河流流线上间隔第一预设距离的两个位置处布设第一监测点和第二监测点；所述第二监测点位于第一监测点的下游；

在所述第二监测点所处的河流断面内，在水平方向间隔所述第二监测点第二预设距离的位置处布设第三监测点。

10.根据权利要求9所述的水污染溯源系统，其特征在于，所述河流仿真模块进一步用于：

在所述待监测河流的三维模型中，利用二维有限元法污染输移模型分别对每一排污口进行污染物的输移扩散仿真，并分别获得第一监测点、第二监测点和第三监测点对应污染物种类的污染物浓度仿真值K_i＝[k_1i,k_2i,k_3i]，i＝1,2,3....n，i表示第i个排污口，k_1i,k_2i,k_3i分别表示第一监测点、第二监测点和第三监测点处的对应污染物种类的污染物浓度仿真值。

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