長距離輸水工程突發水污染快速調控決策方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及水利工程及市政工程中的突發水污染應急調控技術領域，特別涉及長 距離輸水工程突發水污染事件應急調控決策方法。
【背景技術】
[0002] 隨著經濟社會的發展，環境事故經常發生，而突發水污染事件是環境事故中比較 常見的事故；而長距離輸水工程中交叉建筑物眾多，易發生突發水污染事件。突發水污染事 件不同于一般的污染，其主要特征為：不確定性、流域性、處理的艱巨性和影響的長期性以 及應急主體的不明確性。突發水污染事件處置不當或不及時，將會造成嚴重的危害，因此對 突發水污染事件應急調控技術的研究具有重要的理論意義和實用價值。
[0003]目前在突發水污染事件應急處理技術上，國內外主要都是利用計算機、無線通訊 等現代化手段，通過計算機編程與GIS界面結合，構建突發性水污染事件的預警系統；法 國于1992年開發出一個稱為"seams"的軟件包，可以為突發性水污染事件提供應急決策； 1994年，Desimone等把人工智能和模式識別技術用于溢油事件過程的模擬、應急計劃的 評估，能夠對大型溢油事件應急處理設施的選擇和人員的配備進行輔助決策；2004年馮文 剖、張宏、彭立芹、閭國年通過對系統設計、數據庫設計、系統實施、系統功能等方面的介紹， 給出了一種突發性環境污染事件預警、應急監測和處理方面軟件開發的新方法；近年來，關 于突發可溶性水污染事件應急調控技術開始逐步建立。目前突發可溶性水污染事件應急調 控雖有一定的技術與理念，但是并不能快速有效地解決突發水污染事件。通常是根據已有 的資料建立宏觀管理層面的規定，或者需要依據大量的數值模擬和計算系統作為支撐，難 于快速有效的做出可供決策者操作的方案問題。另外，水污染事件應急調控目前主要還是 著眼于規定事件發生的報告程序，而對于應急處理措施的規定則過于簡單，缺乏突發可溶 性水污染事件應急調控技術以及不能快速有效的做出解決的方案。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種長距離輸水工程突發水污 染事件應急調控決策方法，該方法包括污染物信息識別，主要是考慮對人體的傷害；根據污 染物信息，選擇應急調控方式：正常輸水和閉閘調控；每種調控方式下給出可溶和漂浮油 類的應急調控決策參數快速量化公式，根據決策者需求，提供污染物擴散范圍以及控制污 染物在特定渠道內的閘門狀態和關閉時間。解決了長距離輸水工程中多類型突發水污染事 件快速調控的問題，具有物理概念清晰、計算量小、結果直觀等優點，可為長距離輸水工程 突發水污染事件應急處置提供技術支持。
[0005] 本發明的目的是通過以下技術方案實現的：
[0006] 長距離輸水工程突發水污染快速調控決策方法，包括以下步驟：
[0007] (1)對水污染事件信息進行識別得到污染物性質，根據污染物性質確定污染物對 人體是否有害；
[0008] (2)給出應急調控方法，若污染物對人體無害則可正常輸水，若污染物對人體有害 則閉閘調控；
[0009] (3)根據污染物類型及輸移擴散特征確定相應的應急調控決策參數；
[0010] (4)考慮輸水工程渠道幾何尺寸和水流特性，建立一維水動力水質模型，根據水質 模擬結果，提出應急調控決策參數快速量化公式及條件，結合應急調控方法計算出應急調 控決策參數值，給出最終的應急調控方案；
[0011] (5)若應急調控方案為正常輸水，根據正常輸水情況下應急調控決策參數快速量 化公式給出污染物變化情況，對于可溶性污染物，給出污染范圍以及濃度變化情況，對于漂 浮油類，給出油膜范圍，供決策者使用；
[0012] 若應急調控為閉閘調控，根據閘控情況下應急調控決策參數快速量化公式及條件 給出調控方案；對于可溶性污染物，提供不同時間內污染物擴散范圍以及將污染物控制在 制定渠道內的閘門關閉時間，對于漂浮油類，提供不同時間內油膜擴散范圍以及確保油膜 不下潛閘門開度，供決策者使用。
[0013] 步驟（1)中所述水污染事件包括突發可溶性水污染事件和突發漂浮油類水污染 事件。
[0014] 步驟（3)中對于可溶性污染物，用表征污染物輸移擴散特征的污染物峰值輸移距 離、污染物縱向長度和污染物峰值濃度作為應急調控決策參數；對于漂浮油類污染物，用表 征油膜輸移擴散特征的油膜輸移距離、油膜長度和油膜下潛條件作為應急調控決策參數。
[0015] 步驟（4)中所述輸水工程渠道幾何尺寸包括渠道長度、底寬、邊坡和底坡，水流特 性包括渠道流量和水深。
[0016] 步驟（4)中所述的應急調控決策參數快速量化公式及條件分別為：
[0017] 1)可溶性污染物應急調控決策參數快速量化公式：
[0018] c.正常輸水情況：
[0019]
[0020] d.閉閘調控情況：
[0021]
[0022] 式中，(；_污染物峰值濃度，mg/L;D_污染物峰值輸移距離，m辦-第i個渠池內峰 值距污染源的距離，m;Vl-第i個渠池內平均流速，m/s應急調控時閘門關閉時間， s;Tb-事故渠段內水波傳播時間s;T-傳播時間，是從發生污染那一時刻開始計時，s;W-污 染物縱向長度，m;Q-突發事故段的流量，m3/s;M-污染物投放量，t;EX-污染物所在渠段的 彌散系數，m2/s。
[0023] 2)漂浮油類應急調控決策參數快速量化公式：
[0024]a.正常輸水情況：
[0025] 不同油類的油膜輸移擴散規律并不相同，針對三種不同品種的油類，分別是：①輕 質燃料油，密度為〇.86g/cm3,沸點為180°~370°，粘度為3.0~8.0mm2/s;②合成油，密 度為0. 82g/cm3,沸點為170°~390°，粘度為0. 76mm2/s;③食用油，密度為0. 92g/cm3,沸 點為335°，粘度為9. 5mm2/s;每種油的應急調控決策參數快速量化公式分別為：
[0026]
[0027] 式中，Ι^Η-油膜輸移距離，m「油膜縱向長度，m輸水渠段內的水體平均流 速，m/s;t-傳播時間，s;
[0028] b.閉閘調控情況：
[0029] 控制油膜下潛的條件：①首先控制渠段輸水流速不超過0.8m/s:流速0.7~ 0· 8m/s，閘門吃水深度0· 55m;流速0· 5~0· 7m/s，閘門吃水深度0· 4~0· 55m;低于0· 5m/ s，閘門吃水深度0. 35~0. 4m;②倒虹吸進口不產生漩渦。
[0030]與現有技術相比，本發明的技術方案所帶來的有益效果是：本發明長距離輸水工 程突發水污染事件應急調控決策方法，解決了長距離輸水工程中多類型突發水污染事件快 速調控的問題，具有物理概念清晰、計算量小、結果直觀等優點，可為長距離輸水工程突發 水污染事件應急處置提供技術支持。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發明方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0032] 為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖與實例對本發明 做詳細的論述：
[0033] 如圖1本發明方法的流程圖所示，本發明長距離輸水工程突發水污染快速調控決 策方法包括如下步驟：
[0034] 步驟一、對水污染事件信息進行識別得到污染物性質，根據污染物性質確定污染 物對人體是否有害，有害主要包括毒性及揮發性等。
[0035]步驟二、根據水污染事件的信息，水污染事件包括突發可溶性水污染事件和突發 漂浮油類水污染事件，快速給出具體的應急調控方法，若污染物對人體無害則可正常輸水， 若污染物對人體有害則需閉閘調控。
[0036] 步驟三、根據不同污染物的輸移擴散特征，給出相應的應急調控決策參數；其中對 于可溶性污染物，用表征污染物輸移擴散特征的峰值輸移距離、縱向長度、峰值濃度來表示 應急調控決策參數；對于漂浮油類，用表征油膜輸移擴散特征的油膜輸移距離、油膜長度、 油膜下潛條件來表示應急調控決策參數。
[0037] 步驟四、綜合考慮輸水工程渠道幾何尺寸和水流特性等因素，其中輸水工程渠道 幾何尺寸包括渠道長度、底寬、邊坡和底坡，水流特性包括渠道流量和水深；利用HEC-RAS 軟件建立一維水動力水質模型，根據水質模擬結果，提出應急調控決策參數快速量化公式 及條件，結合應急調控方法計算出應急調控決策參數值