重金属污染仿真与管理决策系统

1、水环境仿真及管理决策支持系统-重金属污染仿真与管理决策系统1典型项目案例一：成都市重点工程成都市中心城区水环境管理及决策支持仿真服务系统案例二：国家环保公益性行业科研专项跨国流域环境污染突发事件预测预警系统案例三：国家水体污染控制与治理科技重大专项湘江水环境重金属污染仿真与管理决策系统2案例一成都市中心城区水环境管理及决策支持仿真服务系统3项目开发背景成都市中心城区进行大量的水环境综合整治工程创建国家环保模范城市的需要对各种环境整治工程措施的合理性、环境效益需要有量化的判断 同时，在项目结束后，功能强大的水环境仿真服务平台还将继续发挥决策支持的作用 4建立一套成都市府南河、沙河流域水环境污染及

2、控制的仿真系统，用来模拟上述河流水污染成因、变化趋势及污染治理项目的效果。辅助政府部门对污染治理的决策，同时可以帮助工程技术人员研究水污染的变化规律，以求得事半功倍、投资效益最大化的效果。项目开发目的与意义5工作路线图6关键技术建模仿真技术模拟、预测成都市中心城区水环境及其工程治理效果，回答决策者关心的水环境整治相关问题GIS平台技术基于地理信息系统实现水环境数据管理、现状评价、仿真模拟等功能。既服务于决策和管理用户群，又可服务于科技工作者虚拟现实技术一种新型实用技术，它为人机交互界面的发展开创了新的研究领域，为各类工程的大规模的数据可视化提供了新的表现方法7建模仿真技术模型概化控制区控制单元

3、子单元编号控制子单元岷江内江府河（F）F-1高桥至洞子口F-2洞子口至西北桥F-3西北桥至合江亭入口F-4合江亭至永安大桥F-5永安大桥至江安河入口F-6江安河入口至黄龙溪沙河（S）S-1洞子口至杆塔厂S-2杆塔厂至洗瓦堰S-3洗瓦堰至府河入口南河（N）N-1苏坡桥至百花大桥N-2百花大桥至合江亭8建模仿真技术Matlab计算非点源耦合模型结构图 9GIS平台技术水环境评价10GIS平台技术水环境仿真11虚拟现实技术水质展示12虚拟现实技术精美场景13项目开发成果基于仿真结果可信和误差可接受的数学模型，采用可视化建模方法开发了研究范围内水系水环境质量的仿真模型基于仿真模型，建立了“水环境专业研

4、究仿真平台”、“GIS水环境仿真服务平台”、“互联网水环境仿真服务平台”三大平台利用这些仿真工具，对成都市中心城区水环境综合整治的效果进行了深入、细致的仿真分析，对综合整治各项工程的环境效果有了明确的判断，并提出改善成都市水环境的合理化建议。14平台构成及相应用户群 15项目开发成果水环境专业研究仿真平台16项目开发成果 GIS水环境仿真服务平台 17项目开发成果互联网水环境仿真服务平台18项目开发成果建议示例19项目开发影响该项目是国内首次将仿真技术用于水环境管理，其成果水环境管理及决策支持仿真服务系统获得了2005年第九届中国国际环保展览会金奖20案例二跨国流域环境污染突发事件预测预警系统

5、21研究目的利用空间信息技术，针对跨国流域水环境进行综合测报技术和应急处理平台研发的研究将研究得出的仿真数据应用于水环境的监测、治理、预警等领域22主界面23主要功能模块信息查询水质评价污染模拟实时监测应急预案24信息查询25水质评价2627污染模拟边界条件设置28计算结果29曲线显示3031结果可视化32实时监测33应急预案34案例三湘江水环境重金属污染仿真与管理决策系统35目 录 国内外研究现状 研究目标及内容数据收集与现场调查重金属污染仿真系统研发项目成果及示范工程建设36国内外研究现状1 自20世纪70年代美国麻省理工学院的Morton和Keen首先提出“决策支持系统”这一概念以来，许

6、多研究者对决策支持系统的理论研究与开发应用进行了卓有成效的工作。 1.1 国外研究现状 1977年，美国Purdue大学研制了河流净化决策支持系统GPLAN，这是最早的水质管理决策支持系统。 美国环境系统研究所（ESRI）开发了一系列以地理信息系统 （GIS）为基础的决策支持系统操作平台，决策支持系统的核心支持技术逐渐由单一的GIS向3S（GIS、RS、GPS）技术发展 。 1990年，葡萄牙开发了具有水质数据库和污染数据库，以及海峡模型、扩散模型、面源污染控制模型和污水处理优化模型的决策支持系统HyPercard，并应用于西欧Tejo海峡的水质管理。日本国立公害研究所开发的SAPIENS，集

7、成了多种任务的综合管理信息系统，除了数据存储外，还具有运用各种数据模型对系统收集和整理过的水环境信息进行分析、长期预测、综合争端和因果分析等功能，可用于国内水体的环境政策评价、决策和计划制定。 此外，西班牙的河流水质管理决策支持系统，美国的海湾水质管理决策支持系统，澳大利亚的水库水质保护决策支持系统，美国的多目标河流水质规划管理决策支持系统等在用户界面设计、空间数据分析、水质预测与分析、人工智能等方面都各有特色。37国内外研究现状1我国对环境决策支持系统的研究起步较晚，但是发展十分迅速。 1.2 国内研究现状 1991年中国环境科学院研制了用于全国52个重点城市的水环境和大气环境规划与管理的国

8、家环境质量决策支持系统(NEQDSS) 。 2000年中山大学的黄平提出了水环境管理决策支持一同设计原则与实现功能，并给出了广东省谭江的应用实例 。 清华大学、云南省地理研究所于2001年合作开发澜沧江(媚公河)区域综合开发和协调的信息管理与决策支持系统，成为我国大江大河的第一套综合开发和协调的信息管理和决策支持系统 。 2002年杭州市环保局开发了杭州市水环境总量控制的决策支持系统 。38目 录 国内外研究现状 研究目标及内容数据收集与现场调查重金属污染仿真系统研发项目成果及示范工程建设39研 究 目标与内 容2研究目标：融合GIS技术、计算机仿真技术和虚拟现实技术，开发一套功能完善、界面友

9、好的湘江水环境仿真及管理决策系统使政府相关管理部门能够快速、准确、充分地了解和掌握目标区域水环境现状和工程治理效果的信息，为政府科学决策提供科学的管理手段和数据支撑40研究内容：（1）建立水环境仿真与仿真基础数据库及开发数据管理模块（2）开发基于GIS的重金属污染管理决策支持系统（3）建立示范区域的三维视景仿真平台41目 录 国内外研究现状 研究目标及内容数据收集与现场调查重金属污染仿真系统研发项目成果及示范工程建设42数据收集与现场调查3数据收集区域位于湘江流域的株洲段43历史数据收集历史数据主要包括水文和水质数据水文数据收集整理了株洲近15年月均流量及月均水位数据收集整理了湘江株洲段近10

10、年五个断面水质监测数据，监测指标包括铅、砷、汞、镉、锌、六价铬。五个监测断面分别为朱亭断面、枫溪断面、白石断面、霞湾断面和枧头镇断面44水文及水质数据量水文数据量水质数据量45现场调查选定湘江株洲市枫溪至马家河段的汇水区域作为研究区，于2010-2011年，分丰、平、枯3个水期从上游朱亭断面到下游马家河断面全长20多公里现场调查了主要入江排污口污染源强，主要监测断面水质、底泥重金属含量及分布，同时，根据土地功能类别及课题需求，调查了研究区域不同利用类型土壤重金属分布情况。对采集样品进行实验分析，分别得到了湘江株洲段排污口水质、湘江株洲段断面水质、湘江株洲段底泥、株洲境内研究区域土壤重金属的实测

11、数据，为课题的顺利展开提供了基础数据支撑。现场采样点均有GPS定位。46土壤、排污口及地表水采样点47霞湾港采样点图 铜塘港采样点图白石港采样点图 建宁港采样点图 枫溪港采样点图 大唐华银湘江直排口采样点图排污口采样点48朱亭断面采样点图枫溪断面采样点图 湘江一水厂断面采样点图白石断面采样点图 霞湾断面采样点图 马家河断面采样点 湘江株洲段断面采样点49霞湾港菜地采样点图 霞湾港株冶下风向荒地采样点图 石峰公园林地采样点图 枫溪港上游水稻田采样点图株洲电焊条厂外绿化带采样点图 湘江岸坡草地采样点图 土壤采样点50目 录 国内外研究现状 研究目标及内容数据收集与现场调查重金属污染仿真系统研发项目

12、成果及示范工程建设51水环境重金属污染仿真系统研发4湘江水环境重金属污染仿真与管理决策支持系统主界面52软件架构本系统软件架构包括3个层次：综合数据库、应用模块及成果展示平台综合数据库包括社会经济、水文、水质等7类数据应用模块包括地理信息、水质评价、情景分析等5大模块结果展示平台包括GIS二维和三维视景2大展示平台53数据库开发及管理数据库管理数据库管理模块中的数据包括：水文数据、水质数据等。对数据库的管理功能包括数据的增加、删除和批量导入。54地理信息地理信息模块主要包括对地理信息、水文信息及入河排污口相关信息的查询以及相关信息在GIS地图上的显示应用模块55水质评价通过导入环境监测站得到的

13、数值数据，可得出过去一段时间内的水质状况以及水质变化趋势，从而对河流的水质状况有个整体的把握应用模块56情景分析为了预测在项目开发建设、环境工程治理措施、产业结构调整等情景下的水质变化情况，通过对各种方案进行定量分析，从而能够挑选出最佳方案，实现环境、经济效益的最大化应用模块57总量控制在划定河段功能区之后，通过对环境容量和实际排污量进行对比，得出现有污染源的减排目标。总量控制模块分为总量削减和浓度削减两种情况应用模块58水质预警在发生水环境污染突发事件后，通过对水质变化情况的数学模拟，及时预测、预报水污染带到达下游的准确时间，并提供应急预案查询功能应用模块59GIS展示水质评价结果能够在GIS地图进行二维展示，直观表现整个河段的水质状况结果展示60结果展示三维视景不仅能够帮助软件使用者对所研究区域地形地貌有一个更直观的印象，而且能够在三维情景下显示所研究河段的水文水质情况。建宁港霞湾港61目 录 国内外研究现状 研究目标及内容数据收集与现场调查重金属污染仿真系统研发项目成果及