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专利号: 2020107665336
申请人: 浙江同济科技职业学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于四点对称应急监测网络的水污染溯源方法,其特征在于:首先通过逆向求解河流二维对流扩散连续源积分方程,推导得到源强参数的溯源解析公式;而后通过四点对称应急监测网络确定溯源解析公式中目标污染物浓度在空间域和时间域上的差分值;最后将已知参数以及目标染物浓度在空间域和时间域上的差分值代入溯源解析公式,从而得到连续性排放水污染的包括污染源发生位置、排放强度和持续时间的源强参数;

所述溯源解析公式为连续排放污染源的溯源算法;

所述溯源解析公式的推导过程如下:假设在原点(0,0)处从t=0开始以速率为Q连续排放污染物,浓度为C0,因为是连续排放,视为一系列瞬时排放的叠加;设在原点(0,0)处于t=τ时刻,经过dτ,注入的污染物排放量为dM=C0Qdτ,在(x,y)处,t时刻的污染物浓度的计算公式为:公式(1)为河流二维对流扩散连续源积分模型,式中,C(x,y,t)为河流点的污染物浓度,单位为mg/L;C0为连续源排放浓度,单位为为mg/L;Q为连续源排放速率,单位为L/s;Dx,2

Dy分别为x,y方向湍流扩散系数,单位为m /s;t为时间,单位为s;x为在河流流向平行方向上,河流点与连续排放污染源的距离,单位为m;y为在河流流向垂直方向上,河流点与连续排放污染源的距离,单位为为m;u,v分别为水流在x,y方向的速度分量,单位为m/s;

公式(1)的另一种算法为:

设 则

C’是关于x,y,t的函数关系式,对C’(x,y,t)的x,y,t分别求导,得到:设

将公式(7)、(8)、(9)式代入公式(4)、(5)、(6)中,求得:

x=(u‑a)·(t‑τ) (10)

y=‑b(t‑τ) (11)

公式(7)—(12)中的x,y即为连续排放污染源发生位置的溯源解析公式,t为水污染事件已经发生时间的溯源解析公式;公式(7)—(9)中导数项 通过四点对称应急监测网络来确定;

四点对称应急监测网络的构建方法为:以常设监测点P1为原点,河流流向平行方向为x轴,河流流向垂直方向为y轴建立坐标系,在x方向上与固定监测点P1相距+Δx处布置应急监测点P2,在x方向上与固定监测点P1相距‑Δx处布置应急监测点P4,在y方向上与固定监测点P1相距+Δy处布置应急点监测点P3,在y方向上与固定监测点P1相距‑Δy处布置应急点监测点P5;

不同时刻的污染物浓度获得方法为:常设监测点P1设置在距离污染源发生位置的(X,Y)处,距离污染源发生时间后的T时刻,常设监测点P1和应急监测点P2、P3、P4、P5同步监测污染物浓度,获得(X,Y)、(X+Δx,Y)、(X,Y+Δy)、(X‑Δx,Y)、(X,Y‑Δy)这五个监测点在T时刻的污染物浓度,分别为CP1(X,Y,T),CP2(X+Δx,Y,T),CP3(X,Y+Δy,T),CP4(X-Δx,Y,T),CP5(X,Y-Δy,T);在T+τ时刻,P1,P2,P3,P4和P5同步监测污染物浓度,分别为CP1(X,Y,T+τ),CP2(X+Δx,Y,T+τ),CP3(X,Y+Δy,T+τ),CP4(X-Δx,Y,T+τ),CP5(X,Y-Δy,T+τ);

将污染物浓度在x,y方向和时间t上得到的差分值来近似估算导数项

的值,计算过程如下:

a中 为浓度在x方向上的导数,计算公式为:

其中CP2(T),CP4(T)为应急监测点P2和P4在T时刻监测到的目标污染物浓度值;CP2(T+τ),CP4(T+τ)为应急监测点P2和P4在T+τ时刻监测到的目标污染物浓度值;应急监测点P2和P4在x方向上距离常设监测点P1为+Δx;

b中 为浓度在y方向上的导数,计算公式为:

其中CP3(T),CP5(T)为应急监测点P3和P5在T时刻监测到的目标污染物浓度值;CP3(T+τ),CP5(T+τ)为应急监测点P3和P5在T+τ时刻监测到的目标污染物浓度值;应急监测点P3和P5在y方向上距离常设监测点P1为±Δy;

e中 为浓度在时间t上的导数,计算公式为:

其中CP1(T)为P1在T时刻的污染物监测浓度;CP1(T+τ)为P1在T+τ时刻的污染物监测浓度;CP1(T+Δt)为P1在T+Δt时刻的污染物监测浓度;CP1(T+τ+Δt)为P1在T+τ+Δt时刻的污染物监测浓度。

2.根据权利要求1所述的一种基于四点对称应急监测网络的水污染溯源方法,其特征在于:所述目标污染物浓度在空间域和时间域上的差分值确定方法具体为,在河流上布设常设监测点P1监测污染物浓度,当常设监测点P1监测到污染物浓度超标时,报警并提出溯源请求,然后在常设监测点P1的x和Y方向构建四点对称应急监测网络,获得常设监测点P1以及四个应急监测点的不同时刻的污染物浓度,确定溯源解析公式中目标污染物浓度在空间域和时间域上的差分值。

3.根据权利要求1所述的一种基于四点对称应急监测网络的水污染溯源方法,其特征在于:所述常设监测点P1是指国控、省控水质监测断面,或由企业单位在水系中布置的常设水质监测断面,或在环境巡查过程中第一时间发现的水质异常点。

4.根据权利要求1所述的一种基于四点对称应急监测网络的水污染溯源方法,其特征在于:所述源强参数的计算过程如下:将已知的水文、水质参数和差分值带入公式(2)—(12),求得的x,y,t即为(X,Y,T)的解;将求得的x,y,t代入公式(1)即可求得污染源排放强度C0Q;连续排放水污染事故污染源发生位置由(X,Y)确定,事故发生持续时间由T确定。