CN115587667A - 智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块及方法。该方法包括：获取水环境基础数据，水环境基础数据包括监测断面基本信息、主要流域水文基本信息和废水污染源排放基本信息；根据水体流向确定各监测断面的上下游关系，确定水系干流与各主要支流的汇入、流出关系，获取各废水污染源的废水排放去向和排口位置；将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个控制单元的上下游边界是两个相邻的监测断面，基于控制单元构建溯源关系模型；获取每个监测断面的水质数据，当水质数据超标时，根据溯源关系模型获取污染来源。本发明能够有效提升制订污染防治决策的效率和效果。
Description
技术领域
本发明环境保护技术领域，尤其涉及智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块及方法。
背景技术
随着工业化生产的发展，虽然城市经济得到了发展，但是水环境也遭受到了损害，为了实现生态资源的可持续发展，对水环境进行监测是非常必要的，不仅要实现实时、在线的监控，更要实现及时发现问题，进而及时解决问题。对于水污染问题解决的关键在于找到水污染的源头，从根源解决问题才能有效提升水环境治理的效果。如果仅针对水质异常的河段进行治理，会导致治理效果不佳，治理效率差的问题。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提出了智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块及方法。
一种智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，包括：
获取水环境基础数据，所述水环境基础数据包括监测断面基本信息、主要流域水文基本信息和废水污染源排放基本信息；
根据水体流向确定各所述监测断面的上下游关系，确定水系干流与各主要支流的汇入、流出关系，获取各所述废水污染源的废水排放去向和排口位置；
将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个所述控制单元的上下游边界是两个相邻的监测断面，基于所述控制单元构建溯源关系模型；
获取每个监测断面的水质数据，当所述水质数据超标时，根据所述溯源关系模型获取污染来源。
其中，所述根据所述溯源关系模型获取污染来源的步骤，包括：
获取超标的水质数据对应的监测端面的上游的监测断面的水质数据，若所述上游的监测断面的水质数据处于非超标状态，则根据所述溯源关系模型分析所述监测断面的上游河段的及汇入所述上游河段支流流域的污染源以获取所述污染来源。
其中，所述根据所述溯源关系模型分析所述监测断面的上游河段的及汇入所述上游河段支流流域的污染源以获取所述污染来源的步骤之后，包括：
获取用户选择的模式的模式信息，所述模式信息包括筛选对象、指标和时间，所述筛选对象包括至少一个污染成因；
基于所述模式信息和所述溯源关系模型生成成因玫瑰图，将多个所述模式进行组合后分析出影响最大的至少一个污染成因。
其中，所述将多个所述模式进行组合后分析出影响最大的至少一个污染成因的步骤，还包括：
获取用户选择的至少一个所述污染成因，显示至少一个所述污染成因的随时间变化的趋势，突出显示监测断面的水质数据超标的时间段。
其中，所述基于所述控制单元构建溯源关系模型的步骤之后，包括：
基于所述溯源关系模型追溯各所述废水污染源对各个监测断面的污染负荷总量的贡献比例。
其中，所述基于所述控制单元构建溯源关系模型的步骤之后，包括：
获取目标流域的容量分析结果，所述容量分析结果包括水环境容量现状和环境容量分布情况；
获取用户设定的事件信息，所述事件信息包括事件名称、污染发生地点、污染物指标、输入污染物质量、选择排放方式；
基于所述事件信息和所述溯源关系模型进行运算，模拟事件发生后对目标流域的影响随时间的变化。
其中，所述基于所述控制单元构建溯源关系模型的步骤之后，包括：
基于所述溯源关系模型和所述容量分析结果以及用户设置的指标体系构建水环境承载力评估模型；
基于所述水环境承载力模型计算各个废水污染源的监测断面的水环境承载力；
以图、表、报告形式，展示所述水环境承载力动态信息，综合反映一定时期内水环境承载的可持续水平或状况；
依据水环境承载力分析、变化趋势分析提出改善意见，根据模板生成决策分析报告。
其中，所述指标体系包括用于承载力评估的各个评价指标以及对应的权重，所述评价指标包括污径比、城镇污染负荷入河率、农村污染负荷入河率、化肥施用比率、地表水断面达标率、生态基流保证率、水草森地比例。
其中，所述基于所述水环境承载力模型计算各个废水污染源的监测断面的水环境承载力的步骤包括：
采用试错法计算所述水环境承载力，分配初始纳污负荷进行水质模拟，利用二分法反复调整所述废水污染源的监测断面的污染负荷，直至废水污染源的监测断面的模拟水质数据最靠近预设标准，此时的所述污染负荷即为所述废水污染源的监测断面的水环境承载力。
其中，所述利用二分法反复调整所述废水污染源的监测断面的污染负荷的步骤，包括：
结合二分法公式调整所述废水污染源的监测断面的污染负荷：
其中，an为第n次迭代计算时河段污染物负荷，n为迭代计算次数。
其中，所述获取每个监测断面的水质数据的步骤之后，包括：
获取不同时期的所述监测断面的水质数据，将所述水质数据不同时期进行聚类分析，基于所述聚类分析的结果进行相关性分析；
所述相关性分析包括：结合水位、流速、气压、降雨因素采用采用关联分析水质数据超标的现象是否与降雨量、温度、季节相关；或
根据所述水质数据获取水质污染物代表性指标，对所述水质污染物代表性指标和经济指标二者之间的关系进行动态分析，从科学的数理角度探究经济与水污染之间的关系。
其中，所述获取每个监测断面的水质数据的步骤之后，包括：
基于上述相关性分析构建水质预测预警模型，提供未来水质变化情况的预测。
一种智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块，包括：
获取单元，用于获取水环境基础数据，所述水环境基础数据包括监测断面基本信息、主要流域水文基本信息和废水污染源排放基本信息；
关系单元，用于根据水体流向确定各所述监测断面的上下游关系，确定水系干流与各主要支流的汇入、流出关系，获取各所述废水污染源的废水排放去向和排口位置；
模型单元，用于将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个所述控制单元的上下游边界是两个监测断面，基于所述控制单元构建溯源关系模型；
来源单元，用于获取监测断面水质数据，当所述监测断面水质数据超标时，根据所述溯源关系模型获取污染来源。
一种智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述方法的步骤。
其中，所述基于智慧环保平台饮用水源管理系统的管理及应急模块包括存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如上所述方法的步骤。
采用本发明实施例，具有如下有益效果：
将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个所述控制单元的上下游边界是两个相邻的监测断面，基于所述控制单元构建溯源关系模型；获取每个监测断面的水质数据，当所述水质数据超标时，根据所述溯源关系模型获取污染来源。用户能够追溯考核监测断面的污染来源，发现污染防治工作的重点，辅助用户更好地制订污染防治决策。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第一实施例的流程示意图；
图2是本发明提供的污染事件成因分析的原始数据的页面示意图；
图3是本发明提供的污染事件成因分析的轮廓图的页面示意图；
图4是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第二实施例的流程示意图；
图5是本发明提供的河段的地图的页面示意图；
图6是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第三实施例的流程示意图；
图7是本发明提供的污染过程变化趋势的页面示意图；
图8是本发明提供的污染事件成因图的页面示意图；
图9是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第四实施例的流程示意图；
图10是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第五实施例的流程示意图；
图11是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块的一实施例的结构示意图；
图12是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块的另一实施例的结构示意图；
图13是本发明提供的存储介质的一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请结合参阅图1，图1是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第一实施例的流程示意图。本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法包括如下步骤：
S101：获取水环境基础数据，水环境基础数据包括监测断面基本信息、主要流域水文基本信息和废水污染源排放基本信息。
在一个具体的实施场景中，获取水环境基础数据，水环境基础数据可以由用户提供，或者可以接入水环境基础数据的采集设备或采集系统获取。水环境基础数据包括监测断面基本信息、主要流域水文基本信息和废水污染源排放基本信息。监测断面可以根据用户的检测需求结合河流的实际场景进行设置，监测断面基本信息可以包括各个监测断面的位置、所属的水体、断面的面积、断面的宽度、断面的深度、断面的流量等。主要流域水文基本信息包括用户选择的主要流域的水的变化信息、流动信息等。废水污染源排放基本信息包括废水污染源的位置信息、所属的企业、排放的污染物的类型和排放量等。
S102：根据水体流向确定各监测断面的上下游关系，确定水系干流与各主要支流的汇入、流出关系，获取各废水污染源的废水排放去向和排口位置。
在一个具体的实施场景中，获取水体流向，断面、排口、河流汇入点、面源汇入点的经纬度，结合河流位置信息及流向，得出断面、排口、支流、面源的上下游关系。水体流向可以在流域水文基本信息中获取，基于水体流向获取各个监测断面的上下游关系，在流域水文基本信息中获取各个主要支流的汇入、流入关系，基于各个废水污染所属的水域的流向和位置，确定各个废水污染源的废水排放去向和排口位置。
S103：将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个控制单元的上下游边界是两个监测断面，基于控制单元构建溯源关系模型。
在一个具体的实施场景中，基于主要流域水文基本信息获取流域水系的GIS数据，根据流域水系的GIS数据和水环境质量监测断面设置情况，将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元。每个控制单元的上下游边界是两个相邻的监测断面。以监测断面为单位，将两个相邻的监测断面间的排口、支流、面源等定为属于同一个控制单元。基于控制单元构建溯源关系模型，建立“监测断面-河段-污染源”的污染物溯源关系。以监测断面为基础，影响其水质达标的因素主要有两方面，一是其上游监测断面的水质，二是其上游河段的污染物输入情况。河流中的污染物的输入包括两个层面：直排入河的污染物和通过支流汇入的污染物。因此，基于控制单元将“河段-污染源”、“河段-支流-污染源”的关系建立起来，最终实现“监测断面-污染源”的溯源关系模型。通过控制单元划分、监管上下游关系，得出溯源关系网。
S104：获取每个监测断面的水质数据，当水质数据超标时，根据溯源关系模型获取污染来源。
在一个具体的实施场景中，获取每个监测断面的水质数据，可以通过在每个监测断面设置传感器或者探测器，通过传感器或者探测器获取水质数据，例如污染物含量或浓度、污染物类型、水质等级等等。当污染物含量或浓度超出预设阈值，或者水质等级低于预设等级时，判定水质数据超标。当水质数据超标时，据溯源关系模型获取污染来源。
获取水质数据超标的监测断面的上游的监测断面的水质数据，若上游的监测断面的水质数据也处于超标状态，说明污染物主要来自上游断面，原因分析的重点也转移至上游监测断面。再获取上游的监测断面再上游的监测断面的水质数据，依次类推直至当前的监测断面的上游的监测断面的水质数据不再超标，则分析该当前的监测断面的情况，例如废水污染源排放情况。
若上游的监测断面的水质数据正常，则说明污染物主要来自该监测断面的上游河段，也就是控制单元内，根据“监测断面-污染源”的溯源关系模型，重点分析上游河段及汇入该河段支流流域的污染源，根据要分析的污染物筛选选污染源，并统计各支流的污染物排放总量。从而用户可以限定污染物的主要来源，能够确定污染控制的重点地区、行业或污染源，为污染治理提供了重要的决策支持。
可以获取对水质数据超标情况最大的成因，从而用户能够进行精准控制。获取用户选择的模式的模式信息，模式信息包括筛选对象、指标和时间，筛选对象包括发生水质数据异常的河流或者控制单元，指标包括基于溯源关系模型获取的与该河流或者控制单元相关的面源、河流、排污口的水质数据(例如，某排污口的化学需氧量，或者通过监测站获取的氨氮量)。基于模式信息和溯源关系模型生成成因玫瑰图，将多个模式进行组合后分析出影响最大的至少一个污染成因。几个模式组合后选中值，可分析何种因素的影响最大。也可查看某模式单独生成的图，分析该模式下何种因素的影响最大。显示玫瑰图时，可以选择显示原始数据或者轮廓图。请结合参阅图2和图3，图2是本发明提供的污染事件成因分析的原始数据的页面示意图，图3是本发明提供的污染事件成因分析的轮廓图的页面示意图。
还可以获取用户选择的至少一个污染成因，显示至少一个污染成因的随时间变化的趋势，突出显示监测断面的水质数据超标的时间段，从而方便用户进行更加。
通过上述描述可知，在本实施例中将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个控制单元的上下游边界是两个相邻的监测断面，基于控制单元构建溯源关系模型；获取每个监测断面的水质数据，当水质数据超标时，根据溯源关系模型获取污染来源。用户能够追溯考核监测断面的污染来源，发现污染防治工作的重点，辅助用户更好地制订污染防治决策。
请结合参阅图4，图4是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第二实施例的流程示意图。本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法包括如下步骤：
S201：获取水环境基础数据，水环境基础数据包括监测断面基本信息、主要流域水文基本信息和废水污染源排放基本信息。
S202：根据水体流向确定各监测断面的上下游关系，确定水系干流与各主要支流的汇入、流出关系，获取各废水污染源的废水排放去向和排口位置。
S203：将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个控制单元的上下游边界是两个相邻的监测断面，基于控制单元构建溯源关系模型。
S204：获取每个监测断面的水质数据，当水质数据超标时，根据溯源关系模型获取污染来源。
在一个具体的实施场景中，步骤S201-S204与本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第一实施例中的步骤S101-S104基本一致，此处不再进行赘述。
S205：基于溯源关系模型追溯各废水污染源对各个监测断面的污染负荷总量的贡献比例，发现污染防治工作的重点。
在一个具体的实施场景中，用户可以选择指定的河流和/或指定的污染源来选择分析的范围，污染物选择包括氨氮、总磷、COD(Chemical Oxygen Demand，化学需氧量)中的至少一个。展示用户选中的河流从最下游断面到倒数第二个断面的河段(如果是只有一个断面则显示整条河)的地图，在地图中标记出各个监测断面位置，在地图上显示对应排污口、河流汇入点和面源(同一汇水区定为一个面源汇总统计)。请结合参阅图5，图5是本发明提供的河段的地图的页面示意图。
计算各个废水污染源和汇入的河流的贡献率，将各个废水污染源(包括各个排污口、面污染源)和汇入的河流的贡献率以柱图形式统计，柱图上方显示各个废水污染源的名称，柱图上显示贡献比例。在本实施场景中，将各个支流、上游汇入点作为一个聚类的统计，可以进行下钻，将支流汇入点的贡献率展开为支流对应排污口、面源的贡献率，上游汇入点则展开为倒数第二个断面到倒数第三个断面之间，排污口、支流、面源的贡献率，可以一层一层的依次展开直至源头。可以统计一段时长的贡献率数据，通过时间轴播放展示各个面源、河流、排污口的贡献率的变化。
在其他实施场景中，还可以根据用户选择的时间范围，以柱图形式统计污染排放量，分三种颜色堆积统计河流、面源、排污口的排放量。这样用户可以看到排放量随时间的变化，可以清晰的看到最高污染排放量的出现时间。将鼠标放置某条块，可以查看其污染源及其具体排放量。其中，排污口取自动监测数据计算，为小时浓度*小时流量，再累加到月、年。可以在废水污染源的排放口设置传感器或者监测器，获取自动监测数据。河流排放量可以通过累计流量*污染物浓度获得，流量数据可以通过监测站获取或者通过设置的传感器或监测器获取。面源排放量按照下述公式计算：
V＝10DFψ
其中，V为径流污染控制量(m3)，D为径流污染降雨控制厚度(mm)，F为汇水面积，ψ为径流系数。
在其他实施场景中，还可以根据用户选择的时间范围，以饼图统计最新月、年的面源、排污口、河流的贡献率占比，进一步地，显示具体源的排名，从多到少排列，第一名按100％长度，其他根据比例显示。通过饼状图可以清晰的看到对水样指标贡献率最高的污染源，通过排行榜也可看到污染源排行及其排放量。
通过上述描述可知，在本实施例中基于溯源关系模型追溯各废水污染源对各个监测断面的污染负荷总量的贡献比例，能够帮助用户找到贡献率最大的污染源和污染最严重的时间段，从而用户能够找到污染防治的重点。
请结合参阅图6，图6是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第三实施例的流程示意图。本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法包括如下步骤：
S301：获取水环境基础数据，水环境基础数据包括监测断面基本信息、主要流域水文基本信息和废水污染源排放基本信息。
S302：根据水体流向确定各监测断面的上下游关系，确定水系干流与各主要支流的汇入、流出关系，获取各废水污染源的废水排放去向和排口位置。
S303：将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个控制单元的上下游边界是两个相邻的监测断面，基于控制单元构建溯源关系模型。
在一个具体的实施场景中，步骤S301-S303与本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第一实施例中的步骤S101-S103基本一致，此处不再进行赘述。
S304：获取不同时期的监测断面的水质数据，将水质数据不同时期进行聚类分析，基于聚类分析结果进行相关性分析。
在一个具体的实施场景中，获取不同时期的监测断面的水质数据，对大量不同时期的水质监测数据进行时间分析，检测到污染数据随时间变化的变化情况，有助于掌握河流污染情况的变化趋势，分析产生这种趋势的原因，并对流域水环境污染事件进行预测，便于制定相应的污染防止措施。
在一个实施场景中，采用聚类分析将水质监测数据按照不同时期如(季节、不同水期)进行聚类分析，同时结合水位、流速、气压、降雨等因素采用采用关联分析水质超标等是否与降雨量、温度、季节等相关，以期对流域污染进行预警预报。参与相关性计算的指标为河流所在地对应的气象数据(降雨量、温度、湿度、风速)、水文数据(流量)以及上游及支流的自动站监测数据和污染源自动监测数据。以折线图形式表示，并显示异常值线，异常值设置取该点对应污染物浓度，从大到小，取从大到小前20％作为异常值分析。异常事件开始时间和结束时间所在区间做颜色渲染。请结合参阅图7，图7是本发明提供的污染过程变化趋势的页面示意图。
在另一个实施场景中，通过对水质污染物代表性指标和经济指标二者之间的关系进行动态分析，如通过农药、化肥的销售量与水质监测数据之间的关联关系来预测水质的变化，从科学的数理角度探究经济与水污染之间的关系。
S305：基于上述相关性分析构建水质预测预警模型，提供未来水质变化情况的预测。
在一个具体的实施场景中，基于以上指标间的相关性分析构建水质预测预警模型，提供未来水质变化情况的预测，系统根据环境质量评价模型计算预测结果数据是否达标，超标的数据系统将发出警报，即将超标但还未超标的数据系统将发出提醒，用户可以根据需要调整评价标准值和提醒标准线。
在另一个实施场景中，通过汇聚多类异常事件，异常事件多的网格作为热点网格，并进行统计分析。以地图发布为主，结合列表、图形的形式发布预测数据、评价数据和预警、提醒信息，并且将实测数据与预测数据进行对比分析，实时掌握模型的预测精度。可查询模型预测结果数据、评价数据，以及与预测结果想对应的水文、气象数据、污染源排放状况等信息。即可查询整个地区或整条流域的信息，也可查询某个监测断面、重点保护区的环境质量预测信息。将异常事件中的热点问题根据其问题描述进行分词，根据出现频次多到少，以云图形式进行展示(次数多的单词越大，次数少的单词越小)。根据所选流域、行政区、时间范围，按照流域/行政区分别统计热点问题数量，按照热点问题从多到少统计，以柱图展示，第一行充满，后边根据比例显示长度，末端显示数量，显示时可以进行【流域】和【行政区】切换。
获取异常事件后，获取每个异常事件和每个指标的相关性，指标可以是河流、排污口或者污染源的排放数据，展示一个异常事件对应的若干个(例如请10个)相关性高的指标的均值(从开始时间到污染峰值)形成一个雷达图，每个异常事件对应一个雷达图，将历史上所有的异常事件堆积在一起，做聚类分析，找到匹配异常事件最多的三个类型，用三种颜色表示(例如红、黄、蓝)，其他的不在这三个范围内的显示另外一种颜色(例如黑)，构成污染事件成因分析图。请结合参阅图8，图8是本发明提供的污染事件成因图的页面示意图。在其他实施场景中，还可以将雷达图切换为轮廓图，则将这三种类型，按轮廓渲染为一个实心图形。
当监测断面发生超标现象，用户进行溯源分析筛选出可能造成该断面超标的污染源时；或者当水质预测出现超标预警可能是由于污染源超标排放导致时，系统可将该信息推送至管理部门，监察人员可根据该信息进行针对性的现场排查，并提供该违法记录的后续处置进度及结果反馈功能。
通过上述描述可知，在本实施例中获取不同时期的监测断面的水质数据，将水质数据不同时期进行聚类分析，基于聚类分析的结果进行相关性分析，能够有效获取污染事件的成因，并预测污染的结果，辅助用户展开污染防治工作。
请结合参阅图9，图9是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第四实施例的流程示意图。本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法包括如下步骤：
S401：获取水环境基础数据，水环境基础数据包括监测断面基本信息、主要流域水文基本信息和废水污染源排放基本信息。
S402：根据水体流向确定各监测断面的上下游关系，确定水系干流与各主要支流的汇入、流出关系，获取各废水污染源的废水排放去向和排口位置。
S403：将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个控制单元的上下游边界是两个相邻的监测断面，基于控制单元构建溯源关系模型。
在一个具体的实施场景中，步骤S401-S403与本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第一实施例中的步骤S101-S103基本一致，此处不再进行赘述。
S404：获取目标流域的容量分析结果，容量分析结果包括水环境容量现状和环境容量分布情况。
在一个具体的实施场景中，通过各个监测断面的水流数据和水质数据获取目标流域的环境容量及流量随时间的趋势图，用户可以查阅各个时间点的时间点的剩余环境容量、环境容量和流量，也可以展示流域的水环境容量现状和环境容量分布情况。
S405：获取用户设定的事件信息，事件信息包括事件名称、污染发生地点、污染物指标、输入污染物质量、选择排放方式。基于事件信息和溯源关系模型进行运算，模拟事件发生后对目标流域的影响随时间的变化。
在一个具体的实施场景中，获取用户设定的事件信息，事件信息包括输入事件名称、定位污染发生地点、选择污染物指标(COD、阴离子表面活性剂、总铜、氨氮等)、输入污染物质量、选择排放方式(点源瞬间排放、点源持续排放)即可启动模型运算，模拟该事件发生后对流域的影响随时间的变化。用户可以查看该事件发生后，水质指标随时间的变化，可看到峰值出现时间及恢复正常时长。用户还可以查看重要断面污染物扩散情况。
通过上述描述可知，在本实施例中获取用户设定的事件信息，基于事件信息和溯源关系模型进行运算，模拟事件发生后对目标流域的影响随时间的变化，能够帮助用户预测事件发生时的扩散范围，有助于用户进行真实事件的模拟，提前准备好应急措施，提升污染防治的效果。
请结合参阅图10，图10是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第五实施例的流程示意图。本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法包括如下步骤：
S501：获取水环境基础数据，水环境基础数据包括监测断面基本信息、主要流域水文基本信息和废水污染源排放基本信息。
S502：根据水体流向确定各监测断面的上下游关系，确定水系干流与各主要支流的汇入、流出关系，获取各废水污染源的废水排放去向和排口位置。
S503：将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个控制单元的上下游边界是两个相邻的监测断面，基于控制单元构建溯源关系模型。
S504：获取目标流域的容量分析结果，容量分析结果包括水环境容量现状和环境容量分布情况。
在一个具体的实施场景中，步骤S501-S504与本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法的第一实施例中的步骤S401-S404基本一致，此处不再进行赘述。
S505：基于溯源关系模型和容量分析结果以及用户设置的指标体系构建水环境承载力评估模型。
在一个具体的实施场景中，基于溯源关系模型和容量分析结果以及用户设置的指标体系构建水环境承载力评估模型，用户设置的指标包括污径比、城镇污染负荷入河率、农村污染负荷入河率、化肥施用比率、地表水断面达标率、生态基流保证率、水草森地比例等，通过设置以上指标权重、指标标准来构建指标体系。
S506：基于水环境承载力模型计算各个废水污染源的监测断面的水环境承载力。
在一个具体的实施场景中，在确定城市河流各河段水功能区划与污染控制目标的基础上，基于算法程序模型采用试错法进行水环境承载力的计算。即在设定的计算条件下，分配初始纳污负荷进行水质模拟，利用二分法反复合理地调整各排污断面的污染负荷，直至最逼近各河段的水质目标，此时监测断面允许的最大污染负荷即为该监测断面的可利用水环境承载力。
二分法公式如下：
其中，an为第n次迭代计算时河段污染物负荷，n为迭代计算次数。
计算时，先使用初始纳污负荷a1进行计算，得到监测断面的污染物浓度，与污染控制目标进行比较，大于目标公式取减号，否则取加号，得到下一次迭代计算使用的污染物负荷a2，以此类推，直到控制监测断面污染物浓度与控制目标接近，此时该监测断面对应的控制单元的污染物负荷即为该河段的水环境承载力。
S507：以图、表、报告形式，展示水环境承载力动态信息，综合反映一定时期内水环境承载的可持续水平或状况。依据水环境承载力分析、变化趋势分析提出改善意见，根据模板生成决策分析报告。
在一个实施场景中，对水环境承载力进行动态更新和管理，综合反映一定时期内水环境承载的可持续水平或状况，从而协助决策者进行水环境的综合规划与合理利用。可以显示用户所选指标的水环境承载力和污染排放量，以柱图形式表示。
在一个实施场景中，在地图显示河流上各控制单元对应点位，用户选择哪个指标就展示哪个指标的环境承载力，可以选择年展示年环境承载力、选择月展示月环境承载力，类型选择环境承载力显示环境承载力状况，选择剩余量显示剩余量状况。还可以选择月则显示月数据，选择年显示年数据，选择氨氮显示氨氮的环境承载力，选择COD显示COD的环境承载力，选择环境承载力显示环境承载力，选择剩余量显示剩余量。其中，月环境承载力通过时间轴播放，选月为1-12月播放。
在一个实施场景中，显示该控制单元详情，包括控制单元名称和环境承载力趋势。环境承载力趋势根据所选指标和类型显示近12月环境承载力，选择环境承载力显示环境承载力和流量，选择剩余量显示剩余量，单位为t/mon。
在一个实施场景中，显示用户所选指标的水环境承载力、污染排放量、剩余量的当前值，其中剩余量如果是负数则显示为红色。还可以根据用户所选指标显示，展示环境承载力、剩余量和流量值，选择氨氮显示氨氮的环境承载力，选择COD显示COD的环境承载力，其中月环境承载力和剩余环境承载力的单位为t/mon，流量的单位是m3/mon。
在一个实施场景中，水环境承载力评估的基础上，对水环境综合状况较差、承载力超载等进行及时预警，对水环境污染趋势进行分析预报，辅助管理。按时间、城市等维度，提供水环境承载力信息综合查询功能，并提供数据的导出等辅助功能。以图、表方式提供水环境承载力信息的时序、空间统计分析功能。结合水环境承载力评价标准，通过水环境承载力实施评价信息与标准数据对比，统计未达标信息、潜在风险等信息。针对水环境承载力信息提供预警功能、潜在水环境承载力风险信息提供预报功能。
在一个实施场景中，将水环境承载力评估与GIS(Geographic InformationSystem，地理信息系统)相结合，使评估结果更加形象生动的展示出来。通过GIS的空间分析能力，进一步提高水环境承载力评估的准确性。基于GIS底图叠加城市水体、水环境功能区划分、水功能区划分等空间信息，提供水环境基础信息展示功能，展示水环境承载力评估等相关信息。
在一个实施场景中，依据水环境承载力分析、变化趋势分析提出改善意见，根据模板生成决策分析报告。在决策分析报告中可以展示变化趋势示意图，以及根据变化趋势得出的结论，例如每隔多长时间会出现水质问题，以及出现的原因，和推荐的管控措施。
通过上述描述可知，在本实施例中基于溯源关系模型和容量分析结果以及用户设置的指标体系构建水环境承载力评估模型；基于水环境承载力模型计算各个废水污染源的监测断面的水环境承载力，依据水环境承载力分析、变化趋势分析提出改善意见，根据模板生成决策分析报告，能够帮助用户快速有效的制订决策，提升污染防治的效率和效果。
请参阅图11，图11是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块的一实施例的结构示意图。智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块10包括：获取单元11、关系单元12、模型单元13和来源单元14。
获取单元11用于获取水环境基础数据，水环境基础数据包括监测断面基本信息、主要流域水文基本信息和废水污染源排放基本信息。关系单元12用于根据水体流向确定各监测断面的上下游关系，确定水系干流与各主要支流的汇入、流出关系，获取各废水污染源的废水排放去向和排口位置。模型单元13用于将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个控制单元的上下游边界是两个监测断面，基于控制单元构建溯源关系模型。来源单元14用于获取监测断面水质数据，当监测断面水质数据超标时，根据溯源关系模型获取污染来源。
来源单元14还用于获取超标的水质数据对应的监测端面的上游的监测断面的水质数据，若上游的监测断面的水质数据处于非超标状态，则根据溯源关系模型分析监测断面的上游河段的及汇入上游河段支流流域的污染源以获取污染来源。
来源单元14还用于获取用户选择的模式的模式信息，模式信息包括筛选对象、指标和时间，筛选对象包括至少一个污染成因；基于模式信息和溯源关系模型生成成因玫瑰图，将多个模式进行组合后分析出影响最大的至少一个污染成因。
来源单元14还用于获取用户选择的至少一个污染成因，显示至少一个污染成因的随时间变化的趋势，突出显示监测断面的水质数据超标的时间段。
模型单元13还用于基于溯源关系模型追溯各废水污染源对各个监测断面的污染负荷总量的贡献比例。
模型单元13还用于获取目标流域的容量分析结果，容量分析结果包括水环境容量现状和环境容量分布情况；获取用户设定的事件信息，事件信息包括事件名称、污染发生地点、污染物指标、输入污染物质量、选择排放方式；基于事件信息和溯源关系模型进行运算，模拟事件发生后对目标流域的影响随时间的变化。
模型单元13还用基于溯源关系模型和容量分析结果以及用户设置的指标体系构建水环境承载力评估模型；基于水环境承载力模型计算各个废水污染源的监测断面的水环境承载力；以图、表、报告形式，展示水环境承载力动态信息，综合反映一定时期内水环境承载的可持续水平或状况；依据水环境承载力分析、变化趋势分析提出改善意见，根据模板生成决策分析报告。
指标体系包括用于承载力评估的各个评价指标以及对应的权重，评价指标包括污径比、城镇污染负荷入河率、农村污染负荷入河率、化肥施用比率、地表水断面达标率、生态基流保证率、水草森地比例。
模型单元13还用于采用试错法计算水环境承载力，分配初始纳污负荷进行水质模拟，利用二分法反复调整废水污染源的监测断面的污染负荷，直至废水污染源的监测断面的模拟水质数据最靠近预设标准，此时的污染负荷即为废水污染源的监测断面的水环境承载力。
模型单元13还用于结合二分法公式调整废水污染源的监测断面的污染负荷：
其中，an为第n次迭代计算时河段污染物负荷，n为迭代计算次数。
获取单元11还用于获取不同时期的监测断面的水质数据，将水质数据不同时期进行聚类分析，基于聚类分析的结果进行相关性分析；相关性分析包括：结合水位、流速、气压、降雨因素采用采用关联分析水质数据超标的现象是否与降雨量、温度、季节相关；或根据水质数据获取水质污染物代表性指标，对水质污染物代表性指标和经济指标二者之间的关系进行动态分析，从科学的数理角度探究经济与水污染之间的关系。
获取单元11还用于基于上述相关性分析构建水质预测预警模型，提供未来水质变化情况的预测。
请参阅图12，图12是本发明提供的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块的另一实施例的结构示意图。智慧环保平台生态环境舆情监控系统的监控模块20包括处理器21、存储器22。处理器21耦接存储器22。存储器22中存储有计算机程序，处理器21在工作时执行该计算机程序以实现如图1、图4、图6、图9和图10所示的方法。详细的方法可参见上述，在此不再赘述。
请参阅图13，图13是本发明提供的存储介质的一实施例的结构示意图。可读存储介质30中存储有至少一个计算机程序31，计算机程序31用于被处理器执行以实现如图1、图4、图6、图9和图10所示的方法，详细的方法可参见上述，在此不再赘述。在一个实施例中，存储介质30可以是终端中的存储芯片、硬盘或者是移动硬盘或者优盘、光盘等其他可读写存储的工具，还可以是服务器等等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (15)
1.一种智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，其特征在于，包括：
获取水环境基础数据，所述水环境基础数据包括监测断面基本信息、主要流域水文基本信息和废水污染源排放基本信息；
根据水体流向确定各所述监测断面的上下游关系，确定水系干流与各主要支流的汇入、流出关系，获取各所述废水污染源的废水排放去向和排口位置；
将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个所述控制单元的上下游边界是两个相邻的监测断面，基于所述控制单元构建溯源关系模型；
获取每个监测断面的水质数据，当所述水质数据超标时，根据所述溯源关系模型获取污染来源。
2.根据权利要求1所述的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，其特征在于，所述根据所述溯源关系模型获取污染来源的步骤，包括：
获取超标的水质数据对应的监测端面的上游的监测断面的水质数据，若所述上游的监测断面的水质数据处于非超标状态，则根据所述溯源关系模型分析所述监测断面的上游河段的及汇入所述上游河段支流流域的污染源以获取所述污染来源。
3.根据权利要求2所述的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，其特征在于，所述根据所述溯源关系模型分析所述监测断面的上游河段的及汇入所述上游河段支流流域的污染源以获取所述污染来源的步骤之后，包括：
获取用户选择的模式的模式信息，所述模式信息包括筛选对象、指标和时间，所述筛选对象包括至少一个污染成因；
基于所述模式信息和所述溯源关系模型生成成因玫瑰图，将多个所述模式进行组合后分析出影响最大的至少一个污染成因。
4.根据权利要求3所述的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，其特征在于，所述将多个所述模式进行组合后分析出影响最大的至少一个污染成因的步骤，还包括：
获取用户选择的至少一个所述污染成因，显示至少一个所述污染成因的随时间变化的趋势，突出显示监测断面的水质数据超标的时间段。
5.根据权利要求1所述的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，其特征在于，所述基于所述控制单元构建溯源关系模型的步骤之后，包括：
基于所述溯源关系模型追溯各所述废水污染源对各个监测断面的污染负荷总量的贡献比例。
6.根据权利要求1所述的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，其特征在于，所述基于所述控制单元构建溯源关系模型的步骤之后，包括：
获取目标流域的容量分析结果，所述容量分析结果包括水环境容量现状和环境容量分布情况；
获取用户设定的事件信息，所述事件信息包括事件名称、污染发生地点、污染物指标、输入污染物质量、选择排放方式；
基于所述事件信息和所述溯源关系模型进行运算，模拟事件发生后对目标流域的影响随时间的变化。
7.根据权利要求1所述的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，其特征在于，所述基于所述控制单元构建溯源关系模型的步骤之后，包括：
基于所述溯源关系模型和所述容量分析结果以及用户设置的指标体系构建水环境承载力评估模型；
基于所述水环境承载力模型计算各个废水污染源的监测断面的水环境承载力；
以图、表、报告形式，展示所述水环境承载力动态信息，综合反映一定时期内水环境承载的可持续水平或状况；
依据水环境承载力分析、变化趋势分析提出改善意见，根据模板生成决策分析报告。
8.根据权利要求7所述的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，其特征在于，所述指标体系包括用于承载力评估的各个评价指标以及对应的权重，所述评价指标包括污径比、城镇污染负荷入河率、农村污染负荷入河率、化肥施用比率、地表水断面达标率、生态基流保证率、水草森地比例。
9.根据权利要求7所述的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，其特征在于，所述基于所述水环境承载力模型计算各个废水污染源的监测断面的水环境承载力的步骤包括：
采用试错法计算所述水环境承载力，分配初始纳污负荷进行水质模拟，利用二分法反复调整所述废水污染源的监测断面的污染负荷，直至废水污染源的监测断面的模拟水质数据最靠近预设标准，此时的所述污染负荷即为所述废水污染源的监测断面的水环境承载力。
10.根据权利要求9所述的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，其特征在于，所述利用二分法反复调整所述废水污染源的监测断面的污染负荷的步骤，包括：
结合二分法公式调整所述废水污染源的监测断面的污染负荷：
其中，an为第n次迭代计算时河段污染物负荷，n为迭代计算次数。
11.根据权利要求1所述的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，其特征在于，所述获取每个监测断面的水质数据的步骤之后，包括：
获取不同时期的所述监测断面的水质数据，将所述水质数据不同时期进行聚类分析，基于所述聚类分析的结果进行相关性分析；
所述相关性分析包括：结合水位、流速、气压、降雨因素采用采用关联分析水质数据超标的现象是否与降雨量、温度、季节相关；或
根据所述水质数据获取水质污染物代表性指标，对所述水质污染物代表性指标和经济指标二者之间的关系进行动态分析，从科学的数理角度探究经济与水污染之间的关系。
12.根据权利要求11所述的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理方法，其特征在于，所述获取每个监测断面的水质数据的步骤之后，包括：
基于上述相关性分析构建水质预测预警模型，提供未来水质变化情况的预测。
13.一种智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取水环境基础数据，所述水环境基础数据包括监测断面基本信息、主要流域水文基本信息和废水污染源排放基本信息；
关系单元，用于根据水体流向确定各所述监测断面的上下游关系，确定水系干流与各主要支流的汇入、流出关系，获取各所述废水污染源的废水排放去向和排口位置；
模型单元，用于将各水系干流以监测断面为界限划分为若干个控制单元，每个所述控制单元的上下游边界是两个监测断面，基于所述控制单元构建溯源关系模型；
来源单元，用于获取监测断面水质数据，当所述监测断面水质数据超标时，根据所述溯源关系模型获取污染来源。
14.一种智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至12中任一项所述方法的步骤。
15.根据权利要求14所述的智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块，其特征在于，所述基于智慧环保平台饮用水源管理系统的管理及应急模块包括存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1至12中任一项所述方法的步骤。
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| CN202211380628.XA Pending CN115587667A (zh) | 2022-11-04 | 2022-11-04 | 智慧环保平台水环境管理系统的污染分析管理模块及方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116227744A (zh) * | 2023-05-06 | 2023-06-06 | 雅安市汉源生态环境监测站 | 一种流域水环境中铊污染的预测方法及其系统 |
| CN116402252A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-07-07 | 重庆市生态环境大数据应用中心 | 用于水污染防治的智能分析决策方法及系统 |
| CN116451034A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-07-18 | 重庆大学 | 基于xgboost算法的压力源与水质关系的分析方法及系统 |
| CN116756523A (zh) * | 2023-08-14 | 2023-09-15 | 清华大学合肥公共安全研究院 | 跨界水污染源解析方法、系统、装置和存储介质 |
| CN117314019A (zh) * | 2023-11-28 | 2023-12-29 | 北京英视睿达科技股份有限公司 | 一种农业面源污染产生量评估方法 |
| CN117332959A (zh) * | 2023-09-28 | 2024-01-02 | 中建生态环境集团有限公司 | 一种基于断面水质达标的流域入河污染物调控方法 |
| CN118136146A (zh) * | 2024-05-08 | 2024-06-04 | 芯视界（北京）科技有限公司 | 汛期污染的溯源方法、装置及电子设备、存储介质 |
-
2022
- 2022-11-04 CN CN202211380628.XA patent/CN115587667A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN116402252A (zh) * | 2023-03-30 | 2023-07-07 | 重庆市生态环境大数据应用中心 | 用于水污染防治的智能分析决策方法及系统 |
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| CN116402252B (zh) * | 2023-03-30 | 2024-06-21 | 重庆市生态环境大数据应用中心 | 用于水污染防治的智能分析决策方法及系统 |
| CN116227744A (zh) * | 2023-05-06 | 2023-06-06 | 雅安市汉源生态环境监测站 | 一种流域水环境中铊污染的预测方法及其系统 |
| CN116756523A (zh) * | 2023-08-14 | 2023-09-15 | 清华大学合肥公共安全研究院 | 跨界水污染源解析方法、系统、装置和存储介质 |
| CN116756523B (zh) * | 2023-08-14 | 2023-10-20 | 清华大学合肥公共安全研究院 | 跨界水污染源解析方法、系统、装置和存储介质 |
| CN117332959A (zh) * | 2023-09-28 | 2024-01-02 | 中建生态环境集团有限公司 | 一种基于断面水质达标的流域入河污染物调控方法 |
| CN117332959B (zh) * | 2023-09-28 | 2024-05-28 | 中建生态环境集团有限公司 | 一种基于断面水质达标的流域入河污染物调控方法 |
| CN117314019A (zh) * | 2023-11-28 | 2023-12-29 | 北京英视睿达科技股份有限公司 | 一种农业面源污染产生量评估方法 |
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| CN118136146A (zh) * | 2024-05-08 | 2024-06-04 | 芯视界（北京）科技有限公司 | 汛期污染的溯源方法、装置及电子设备、存储介质 |
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