CN115062071A - 一种用于河道的水资源污染扩散分析方法及系统 - Google Patents

一种用于河道的水资源污染扩散分析方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于河道的水资源污染扩散分析方法及系统，涉及河道污染分析技术领域，所述分析系统包括污染物采集模块、河道参数采集模块以及扩散分析模块；所述污染物采集模块用于对河道的污染物的污染参数进行获取；所述污染物采集模块包括污染点采集单元以及污染物参数采集单元；所述污染点采集单元用于采集污染物在河道中的位置；所述污染物参数采集单元用于对污染物的浓度和污染量进行获取；本发明通过对河道的基础和实时状态参数进行获取，能够得到河道自身的污染物消解能力，再结合污染物本身的状态参数，能够对污染物的扩散进行综合性的分析，以解决现有的河道污染物扩散分析方式简单，扩散分析不够准确的问题。

Description

一种用于河道的水资源污染扩散分析方法及系统
技术领域
本发明涉及河道污染分析技术领域，尤其涉及一种用于河道的水资源污染扩散分析方法及系统。
背景技术
河道污染是指由于人类活动，直接或间接地把物质或能量引入河道环境，造成损害河道生物资源，损坏河水和河道环境质量，危害人类健康等有害的影响，也是水体污染的一种。其污染程度随时间变化，而且扩散快，污染影响大。
现有的技术中，在对河道污染进行分析的过程中，通常都是基于河道的上下游关系以及污染物发生位置进行简单的污染扩散的判断，但是实际的河道污染过程中，其河道的污染物扩散会受到多种因素的影响，现有的河道污染物的扩散分析方式简单，扩散判断的准确度较低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种用于河道的水资源污染扩散分析方法及系统，通过对河道的基础和实时状态参数进行获取，能够得到河道自身的污染物消解能力，再结合污染物本身的状态参数，能够对污染物的扩散进行综合性的分析，以解决现有的河道污染物扩散分析方式简单，扩散分析不够准确的问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种用于河道的水资源污染扩散分析系统，所述分析系统包括污染物采集模块、河道参数采集模块以及扩散分析模块；
所述污染物采集模块用于对河道的污染物的污染参数进行获取；所述污染物采集模块包括污染点采集单元以及污染物参数采集单元；所述污染点采集单元用于采集污染物在河道中的位置；所述污染物参数采集单元用于对污染物的浓度和污染量进行获取；
所述河道参数采集模块用于对河道的状态参数进行获取；所述河道参数采集模块包括河道基础参数采集单元以及河道实时状态参数采集单元，所述河道基础参数采集单元用于对河道的基础参数进行采集，所述河道实时状态参数采集单元用于对河道的实时状态数据进行采集；
所述扩散分析模块用于基于河道的污染物的污染参数和河道的状态参数进行处理后得到污染物的扩散结果。
进一步地，所述河道基础参数采集单元配置有河道基础参数采集策略，所述河道基础参数采集策略包括：先将待分析的河道进行划分，获取待分析河道的起点和终点，河道的流向为由起点向终点，然后在起点和终点处对河道进行横向连线，然后分别取起点和终点处的横向连线的中点作为起始参照点和终止参照点，然后沿起始参照点和终止参照点之间在河道的中线上选取若干检测参照点；
获取若干参照点处河流的宽度以及起点到终点之间的距离。
进一步地，所述河道实时状态参数采集单元配置有河道实时状态采集策略，所述河道实时状态采集策略包括：在若干检测参照点处河流的流速以及径流量进行获取；并对若干检测参照点进行河道汇入流量进行采集；
再获取当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量。
进一步地，所述污染点采集单元配置有污染点采集策略，所述污染点采集策略包括：获取污染物的起始范围，然后圈出起始范围的轮廓，在起始范围的轮廓内尽可能放置一个较大的圆，将该圆设定为起始点参考圆，并将参考圆的圆心作为污染物的起始中心；
获取起始中心距离起始参照点的距离并设定为污染起始距离；
再获取起始中心处的河流的流速和径流量。
进一步地，所述扩散分析模块配置有河道参数分析策略，所述河道参数分析策略包括：先将若干参照点处河流的宽度、起点到终点之间的距离、若干检测参照点处河流的流速以及径流量代入到河道基础分解公式中求得河道基础分解量；
再将若干检测参照点进行河道汇入流量以及当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量代入到实时分解公式中求得实时分解增加量；
将河道基础分解量和实时分解增加量进行相加得到河道实时分解总量；所述河道基础分解公式配置为：
Figure BDA0003684869990000031
其中，Ljcf为河道基础分解量，K1至Kn分别为若干参照点处河流的宽度，n为若干参照点的数量，Sqz为起点到终点之间的距离，V1至Vn分别为若干检测参照点处河流的流速，Lj1至Ljn分别为若干检测参照点处河流的径流量；所述实时分解公式配置为：
Figure BDA0003684869990000032
其中，Lssf为实时分解增加量，Lhr为河道汇入流量，a1为降雨汇入转换系数，Ljy为当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量。
进一步地，所述扩散分析模块配置有扩散分析策略，所述扩散分析策略包括：将污染物的浓度、污染量、污染起始距离以及起始中心处的河流的流速和径流量代入到污染物基础扩散公式中求得污染物基础扩散指数；
再将污染物基础扩散指数和河道实时分解总量代入到综合扩散公式中求得综合扩散指数；
当综合扩散指数大于等于第一扩散阈值时，输出高风险河道污染信号；当综合扩散指数大于等于第二扩散阈值且小于第一扩散阈值时，输出中风险河道污染信号；当综合扩散指数小于第二扩散阈值时，输出低风险河道污染信号；所述污染物基础扩散公式配置为：
Figure BDA0003684869990000033
其中，Rjck为污染物基础扩散指数，Nwr为污染物的浓度，Lwr为污染量，Vwr和Lwrj分别为起始中心处的河流的流速和径流量，Swrq为污染起始距离；所述综合扩散公式配置为：
Figure BDA0003684869990000041
其中，Rzhk为综合扩散指数，Lzfj为河道实时分解总量。
一种用于河道的水资源污染扩散分析系统的分析方法，所述分析方法包括如下步骤：
步骤A，首先对河道的基础参数和实时状态数据进行采集；
步骤B，再对河道的污染物在河道中的位置以及污染物的浓度和污染量进行采集；
步骤C，对河道的污染物的污染参数和河道的状态参数进行处理后得到污染物的扩散结果。
进一步地，所述步骤A还包括：先将待分析的河道进行划分，获取待分析河道的起点和终点，河道的流向为由起点向终点，然后在起点和终点处对河道进行横向连线，然后分别取起点和终点处的横向连线的中点作为起始参照点和终止参照点，然后沿起始参照点和终止参照点之间在河道的中线上选取若干检测参照点；获取若干参照点处河流的宽度以及起点到终点之间的距离；在若干检测参照点处河流的流速以及径流量进行获取；并对若干检测参照点进行河道汇入流量进行采集；再获取当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量。
进一步地，所述步骤B还包括：获取污染物的起始范围，然后圈出起始范围的轮廓，在起始范围的轮廓内尽可能放置一个较大的圆，将该圆设定为起始点参考圆，并将参考圆的圆心作为污染物的起始中心；获取起始中心距离起始参照点的距离并设定为污染起始距离；再获取起始中心处的河流的流速和径流量。
进一步地，所述步骤C还包括：先将若干参照点处河流的宽度、起点到终点之间的距离、若干检测参照点处河流的流速以及径流量代入到河道基础分解公式中求得河道基础分解量；再将若干检测参照点进行河道汇入流量以及当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量代入到实时分解公式中求得实时分解增加量；将河道基础分解量和实时分解增加量进行相加得到河道实时分解总量；
将污染物的浓度、污染量、污染起始距离以及起始中心处的河流的流速和径流量代入到污染物基础扩散公式中求得污染物基础扩散指数；再将污染物基础扩散指数和河道实时分解总量代入到综合扩散公式中求得综合扩散指数；当综合扩散指数大于等于第一扩散阈值时，输出高风险河道污染信号；当综合扩散指数大于等于第二扩散阈值且小于第一扩散阈值时，输出中风险河道污染信号；当综合扩散指数小于第二扩散阈值时，输出低风险河道污染信号。
本发明的有益效果：本发明首先对河道的基础参数和实时状态数据进行采集；再对河道的污染物在河道中的位置以及污染物的浓度和污染量进行采集；然后对河道的污染物的污染参数和河道的状态参数进行处理后得到污染物的扩散结果，本发明通过对河道的基础参数和实时状态参数进行获取，再结合污染物的参数，能够综合多种因素对污染物扩散的进行分析，进而提高污染物扩散分析的准确度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的分析系统的原理框图；
图2为本发明的分析方法的流程图。
图中：1、污染物采集模块；11、污染点采集单元；12、污染物参数采集单元；2、河道参数采集模块；21、河道基础参数采集单元；22、河道实时状态参数采集单元；3、扩散分析模块。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
请参阅图1，本发明提供一种用于河道的水资源污染扩散分析系统，通过对河道的基础和实时状态参数进行获取，能够得到河道自身的污染物消解能力，再结合污染物本身的状态参数，能够对污染物的扩散进行综合性的分析，以解决现有的河道污染物扩散分析方式简单，扩散分析不够准确的问题。
所述分析系统包括污染物采集模块1、河道参数采集模块2以及扩散分析模块3。
所述污染物采集模块1用于对河道的污染物的污染参数进行获取；所述污染物采集模块1包括污染点采集单元11以及污染物参数采集单元12。
所述污染点采集单元11用于采集污染物在河道中的位置；所述污染点采集单元11配置有污染点采集策略，所述污染点采集策略包括：获取污染物的起始范围，然后圈出起始范围的轮廓，在起始范围的轮廓内尽可能放置一个较大的圆，将该圆设定为起始点参考圆，并将参考圆的圆心作为污染物的起始中心；获取起始中心距离起始参照点的距离并设定为污染起始距离；再获取起始中心处的河流的流速和径流量。通过上述划定方法能够快速确定一个较为靠近污染物内部的中心点。
所述污染物参数采集单元12用于对污染物的浓度和污染量进行获取。污染物的浓度和污染量是衡量污染严重程度的重要参考依据。
所述河道参数采集模块2用于对河道的状态参数进行获取；所述河道参数采集模块2包括河道基础参数采集单元21以及河道实时状态参数采集单元22。
所述河道基础参数采集单元21用于对河道的基础参数进行采集，所述河道基础参数采集单元21配置有河道基础参数采集策略，所述河道基础参数采集策略包括：先将待分析的河道进行划分，获取待分析河道的起点和终点，河道的流向为由起点向终点，然后在起点和终点处对河道进行横向连线，然后分别取起点和终点处的横向连线的中点作为起始参照点和终止参照点，然后沿起始参照点和终止参照点之间在河道的中线上选取若干检测参照点；获取若干参照点处河流的宽度以及起点到终点之间的距离。通过设置若干检测参照点能够对待分析河道的整体区域进行综合检测，便于获取一个河道的综合参照数据。
所述河道实时状态参数采集单元22用于对河道的实时状态数据进行采集；所述河道实时状态参数采集单元22配置有河道实时状态采集策略，所述河道实时状态采集策略包括：在若干检测参照点处河流的流速以及径流量进行获取；并对若干检测参照点进行河道汇入流量进行采集；再获取当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量，通过对河道的汇入量和降雨量进行检测，能够得到河道增加的污染物消解量。
所述扩散分析模块3用于基于河道的污染物的污染参数和河道的状态参数进行处理后得到污染物的扩散结果；所述扩散分析模块3配置有河道参数分析策略，所述河道参数分析策略包括：先将若干参照点处河流的宽度、起点到终点之间的距离、若干检测参照点处河流的流速以及径流量代入到河道基础分解公式中求得河道基础分解量；所述河道基础分解公式配置为：
Figure BDA0003684869990000071
其中，Ljcf为河道基础分解量，K1至Kn分别为若干参照点处河流的宽度，n为若干参照点的数量，Sqz为起点到终点之间的距离，V1至Vn分别为若干检测参照点处河流的流速，Lj1至Ljn分别为若干检测参照点处河流的径流量；再将若干检测参照点进行河道汇入流量以及当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量代入到实时分解公式中求得实时分解增加量；所述实时分解公式配置为：
Figure BDA0003684869990000072
其中，Lssf为实时分解增加量，Lhr为河道汇入流量，a1为降雨汇入转换系数，a1参照降水的路面渗透和最终流入河道内的水量进行设定，Ljy为当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量；将河道基础分解量和实时分解增加量进行相加得到河道实时分解总量。
所述扩散分析模块3配置有扩散分析策略，所述扩散分析策略包括：将污染物的浓度、污染量、污染起始距离以及起始中心处的河流的流速和径流量代入到污染物基础扩散公式中求得污染物基础扩散指数；所述污染物基础扩散公式配置为：
Figure BDA0003684869990000081
其中，Rjck为污染物基础扩散指数，Nwr为污染物的浓度，Lwr为污染量，Vwr和Lwrj分别为起始中心处的河流的流速和径流量，Swrq为污染起始距离。
再将污染物基础扩散指数和河道实时分解总量代入到综合扩散公式中求得综合扩散指数；所述综合扩散公式配置为：
Figure BDA0003684869990000082
其中，Rzhk为综合扩散指数，Lzfj为河道实时分解总量，当综合扩散指数大于等于第一扩散阈值时，输出高风险河道污染信号；当综合扩散指数大于等于第二扩散阈值且小于第一扩散阈值时，输出中风险河道污染信号；当综合扩散指数小于第二扩散阈值时，输出低风险河道污染信号；其中第一扩散阈值大于第二扩散阈值，且综合扩散指数越高污染的风险性越大。
请参阅图2，本发明还提供一种用于河道的水资源污染扩散分析系统的分析方法，所述分析方法包括如下步骤：
步骤A，首先对河道的基础参数和实时状态数据进行采集；先将待分析的河道进行划分，获取待分析河道的起点和终点，河道的流向为由起点向终点，然后在起点和终点处对河道进行横向连线，然后分别取起点和终点处的横向连线的中点作为起始参照点和终止参照点，然后沿起始参照点和终止参照点之间在河道的中线上选取若干检测参照点；获取若干参照点处河流的宽度以及起点到终点之间的距离；在若干检测参照点处河流的流速以及径流量进行获取；并对若干检测参照点进行河道汇入流量进行采集；再获取当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量。
步骤B，再对河道的污染物在河道中的位置以及污染物的浓度和污染量进行采集；获取污染物的起始范围，然后圈出起始范围的轮廓，在起始范围的轮廓内尽可能放置一个较大的圆，将该圆设定为起始点参考圆，并将参考圆的圆心作为污染物的起始中心；获取起始中心距离起始参照点的距离并设定为污染起始距离；再获取起始中心处的河流的流速和径流量。
步骤C，对河道的污染物的污染参数和河道的状态参数进行处理后得到污染物的扩散结果；先将若干参照点处河流的宽度、起点到终点之间的距离、若干检测参照点处河流的流速以及径流量代入到河道基础分解公式中求得河道基础分解量；再将若干检测参照点进行河道汇入流量以及当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量代入到实时分解公式中求得实时分解增加量；将河道基础分解量和实时分解增加量进行相加得到河道实时分解总量；
将污染物的浓度、污染量、污染起始距离以及起始中心处的河流的流速和径流量代入到污染物基础扩散公式中求得污染物基础扩散指数；再将污染物基础扩散指数和河道实时分解总量代入到综合扩散公式中求得综合扩散指数；当综合扩散指数大于等于第一扩散阈值时，输出高风险河道污染信号；当综合扩散指数大于等于第二扩散阈值且小于第一扩散阈值时，输出中风险河道污染信号；当综合扩散指数小于第二扩散阈值时，输出低风险河道污染信号。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于河道的水资源污染扩散分析系统，其特征在于，所述分析系统包括污染物采集模块(1)、河道参数采集模块(2)以及扩散分析模块(3)；
所述污染物采集模块(1)用于对河道的污染物的污染参数进行获取；所述污染物采集模块(1)包括污染点采集单元(11)以及污染物参数采集单元(12)；所述污染点采集单元(11)用于采集污染物在河道中的位置；所述污染物参数采集单元(12)用于对污染物的浓度和污染量进行获取；
所述河道参数采集模块(2)用于对河道的状态参数进行获取；所述河道参数采集模块(2)包括河道基础参数采集单元(21)以及河道实时状态参数采集单元(22)，所述河道基础参数采集单元(21)用于对河道的基础参数进行采集，所述河道实时状态参数采集单元(22)用于对河道的实时状态数据进行采集；
所述扩散分析模块(3)用于基于河道的污染物的污染参数和河道的状态参数进行处理后得到污染物的扩散结果。
2.根据权利要求1所述的一种用于河道的水资源污染扩散分析系统，其特征在于，所述河道基础参数采集单元(21)配置有河道基础参数采集策略，所述河道基础参数采集策略包括：先将待分析的河道进行划分，获取待分析河道的起点和终点，河道的流向为由起点向终点，然后在起点和终点处对河道进行横向连线，然后分别取起点和终点处的横向连线的中点作为起始参照点和终止参照点，然后沿起始参照点和终止参照点之间在河道的中线上选取若干检测参照点；
获取若干参照点处河流的宽度以及起点到终点之间的距离。
3.根据权利要求2所述的一种用于河道的水资源污染扩散分析系统，其特征在于，所述河道实时状态参数采集单元(22)配置有河道实时状态采集策略，所述河道实时状态采集策略包括：在若干检测参照点处河流的流速以及径流量进行获取；并对若干检测参照点进行河道汇入流量进行采集；
再获取当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量。
4.根据权利要求3所述的一种用于河道的水资源污染扩散分析系统，其特征在于，所述污染点采集单元(11)配置有污染点采集策略，所述污染点采集策略包括：获取污染物的起始范围，然后圈出起始范围的轮廓，在起始范围的轮廓内尽可能放置一个较大的圆，将该圆设定为起始点参考圆，并将参考圆的圆心作为污染物的起始中心；
获取起始中心距离起始参照点的距离并设定为污染起始距离；
再获取起始中心处的河流的流速和径流量。
5.根据权利要求4所述的一种用于河道的水资源污染扩散分析系统，其特征在于，所述扩散分析模块(3)配置有河道参数分析策略，所述河道参数分析策略包括：先将若干参照点处河流的宽度、起点到终点之间的距离、若干检测参照点处河流的流速以及径流量代入到河道基础分解公式中求得河道基础分解量；
再将若干检测参照点进行河道汇入流量以及当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量代入到实时分解公式中求得实时分解增加量；
将河道基础分解量和实时分解增加量进行相加得到河道实时分解总量；所述河道基础分解公式配置为：
Figure FDA0003684869980000021
其中，Ljcf为河道基础分解量，K1至Kn分别为若干参照点处河流的宽度，n为若干参照点的数量，Sqz为起点到终点之间的距离，V1至Vn分别为若干检测参照点处河流的流速，Lj1至Ljn分别为若干检测参照点处河流的径流量；所述实时分解公式配置为：
Figure FDA0003684869980000022
其中，Lssf为实时分解增加量，Lhr为河道汇入流量，a1为降雨汇入转换系数，Ljy为当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量。
6.根据权利要求5所述的一种用于河道的水资源污染扩散分析系统，其特征在于，所述扩散分析模块(3)配置有扩散分析策略，所述扩散分析策略包括：将污染物的浓度、污染量、污染起始距离以及起始中心处的河流的流速和径流量代入到污染物基础扩散公式中求得污染物基础扩散指数；
再将污染物基础扩散指数和河道实时分解总量代入到综合扩散公式中求得综合扩散指数；
当综合扩散指数大于等于第一扩散阈值时，输出高风险河道污染信号；当综合扩散指数大于等于第二扩散阈值且小于第一扩散阈值时，输出中风险河道污染信号；当综合扩散指数小于第二扩散阈值时，输出低风险河道污染信号；所述污染物基础扩散公式配置为：
Figure FDA0003684869980000031
其中，Rjck为污染物基础扩散指数，Nwr为污染物的浓度，Lwr为污染量，Vwr和Lwrj分别为起始中心处的河流的流速和径流量，Swrq为污染起始距离；所述综合扩散公式配置为：
Figure FDA0003684869980000032
其中，Rzhk为综合扩散指数，Lzfj为河道实时分解总量。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种用于河道的水资源污染扩散分析系统的分析方法，其特征在于，所述分析方法包括如下步骤：
步骤A，首先对河道的基础参数和实时状态数据进行采集；
步骤B，再对河道的污染物在河道中的位置以及污染物的浓度和污染量进行采集；
步骤C，对河道的污染物的污染参数和河道的状态参数进行处理后得到污染物的扩散结果。
8.根据权利要求7所述的一种用于河道的水资源污染扩散分析系统的分析方法，其特征在于，所述步骤A还包括：先将待分析的河道进行划分，获取待分析河道的起点和终点，河道的流向为由起点向终点，然后在起点和终点处对河道进行横向连线，然后分别取起点和终点处的横向连线的中点作为起始参照点和终止参照点，然后沿起始参照点和终止参照点之间在河道的中线上选取若干检测参照点；获取若干参照点处河流的宽度以及起点到终点之间的距离；在若干检测参照点处河流的流速以及径流量进行获取；并对若干检测参照点进行河道汇入流量进行采集；再获取当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量。
9.根据权利要求8所述的一种用于河道的水资源污染扩散分析系统的分析方法，其特征在于，所述步骤B还包括：获取污染物的起始范围，然后圈出起始范围的轮廓，在起始范围的轮廓内尽可能放置一个较大的圆，将该圆设定为起始点参考圆，并将参考圆的圆心作为污染物的起始中心；获取起始中心距离起始参照点的距离并设定为污染起始距离；再获取起始中心处的河流的流速和径流量。
10.根据权利要求9所述的一种用于河道的水资源污染扩散分析系统的分析方法，其特征在于，所述步骤C还包括：先将若干参照点处河流的宽度、起点到终点之间的距离、若干检测参照点处河流的流速以及径流量代入到河道基础分解公式中求得河道基础分解量；再将若干检测参照点进行河道汇入流量以及当前检测时间段之后的第一采集时间内的降雨量代入到实时分解公式中求得实时分解增加量；将河道基础分解量和实时分解增加量进行相加得到河道实时分解总量；
将污染物的浓度、污染量、污染起始距离以及起始中心处的河流的流速和径流量代入到污染物基础扩散公式中求得污染物基础扩散指数；再将污染物基础扩散指数和河道实时分解总量代入到综合扩散公式中求得综合扩散指数；当综合扩散指数大于等于第一扩散阈值时，输出高风险河道污染信号；当综合扩散指数大于等于第二扩散阈值且小于第一扩散阈值时，输出中风险河道污染信号；当综合扩散指数小于第二扩散阈值时，输出低风险河道污染信号。
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