輸水干線突發(fā)水污染調(diào)控可視化系統(tǒng)研究

薛　霞，官慶朔，桑國(guó)慶

（1.山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061；2.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014；3.濟(jì)南大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022）

輸水干線突發(fā)水污染調(diào)控可視化系統(tǒng)研究

薛霞1，官慶朔2，桑國(guó)慶3

（1.山東大學(xué)土建與水利學(xué)院，山東 濟(jì)南 250061；2.山東省水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，山東 濟(jì)南 250014；3.濟(jì)南大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，山東 濟(jì)南 250022）

【摘要】針對(duì)南水北調(diào)山東段輸水渠道和湖泊可能發(fā)生的突發(fā)水污染事故，分別開展仿真模擬及應(yīng)急調(diào)控處置研究，建立突發(fā)水污染事故應(yīng)急調(diào)控及處置可視化系統(tǒng)，以便直觀展示并預(yù)測(cè)突發(fā)污染事故的發(fā)生、發(fā)展情況，為突發(fā)水污染事故的應(yīng)急管理提供技術(shù)支持。

【關(guān)鍵詞】南水北調(diào)；輸水干線；突發(fā)水污染；可視化

突發(fā)水污染事故是指人為或者自然災(zāi)害引起，使污染物進(jìn)入江河湖庫(kù)等水體，導(dǎo)致水體水質(zhì)惡化，影響水資源的有效利用，使經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的正?；顒?dòng)遭到嚴(yán)重影響，水生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重危害的事故。近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)穩(wěn)定增長(zhǎng)，由于人們重發(fā)展輕環(huán)保，給環(huán)境安全造成了極大隱患，突發(fā)水污染事故頻頻發(fā)生。

本文針對(duì)南水北調(diào)山東段輸水渠道和湖泊可能發(fā)生的突發(fā)水污染事故，分別開展仿真模擬及應(yīng)急調(diào)控處置研究，采用VisualFoxPro6.0開發(fā)水質(zhì)應(yīng)急調(diào)度及處置可視化系統(tǒng)，以便直觀展示并預(yù)測(cè)突發(fā)污染事故的發(fā)生、發(fā)展情況，為突發(fā)水污染事故的應(yīng)急管理提供技術(shù)支持，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1　仿真模擬簡(jiǎn)介

針對(duì)南水北調(diào)東線山東段輸水干渠與湖泊內(nèi)的水質(zhì)異常應(yīng)急情況（突發(fā)性水污染），分別針對(duì)兩湖段、魯北段、濟(jì)東段工程與南四湖上級(jí)湖進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別，在此基礎(chǔ)上確定各工程可能發(fā)生的突發(fā)水污染事故，利用DHIMIKE11與MIKE21仿真模擬軟件建立一維、二維水動(dòng)力與水污染事故仿真模擬模型，模擬預(yù)測(cè)不同污染事故的影響范圍及對(duì)出水口的影響時(shí)間，并初步提出了相對(duì)于不同監(jiān)測(cè)斷面的污染事故臨界值，形成典型污染事故的應(yīng)急調(diào)度預(yù)案群。

2　水質(zhì)應(yīng)急調(diào)度及處置可視化系統(tǒng)研究

利用上述輸水干線突發(fā)水污染事故仿真模擬研究成果，集成建立多種典型污染物與典型工況下的應(yīng)急調(diào)度及處置預(yù)案庫(kù)，利用VisualFox-Pro6.0開發(fā)輸水干線突發(fā)水污染應(yīng)急調(diào)控及處置預(yù)案可視化系統(tǒng)，直觀展示并預(yù)測(cè)污染事故的發(fā)生、發(fā)展情況，為突發(fā)水污染事故的應(yīng)急管理提供技術(shù)支持。

2. 1系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

1）系統(tǒng)登陸界面。用戶通過(guò)系統(tǒng)登陸界面進(jìn)入本系統(tǒng)。當(dāng)輸入正確的用戶名和密碼時(shí)，系統(tǒng)顯示“登陸成功！”并進(jìn)入系統(tǒng)主界面，否則顯示“用戶名或密碼錯(cuò)誤！”。

2）系統(tǒng)菜單與主界面。系統(tǒng)主界面上方為系統(tǒng)菜單欄，下方為梁濟(jì)運(yùn)河渠首照片。系統(tǒng)菜單分為 “文件”、“編輯”、“預(yù)案庫(kù)瀏覽”、“預(yù)案庫(kù)查詢”、“典型工況演示”、“預(yù)案庫(kù)維護(hù)”、“幫助”7個(gè)子菜單?！拔募弊硬藛慰蓪?shí)現(xiàn)“打開”、“新建”、“保存”、“另存為”、“關(guān)閉”、“全部關(guān)閉”、“退出”等功能；“編輯”子菜單可實(shí)現(xiàn) “撤銷”、“重做”、“復(fù)制”、“剪切”、“粘貼”、“清除”、“全部選定”等功能；“預(yù)案庫(kù)瀏覽”子菜單分為單記錄瀏覽和多記錄瀏覽兩部分，可分別實(shí)現(xiàn)輸水干渠（包括兩湖段、魯北段和濟(jì)東段）和南四湖上級(jí)湖預(yù)案庫(kù)的單記錄、多記錄瀏覽功能；“預(yù)案庫(kù)查詢”子菜單可分別實(shí)現(xiàn)輸水干渠（包括兩湖段、魯北段和濟(jì)東段）和南四湖上級(jí)湖的預(yù)案庫(kù)查詢功能；“典型工況演示”子菜單可分別實(shí)現(xiàn)輸水干渠（魯北段）和南四湖上級(jí)湖的典型污染工況污染動(dòng)畫及模擬結(jié)果展示功能；“預(yù)案庫(kù)維護(hù)”子菜單可分別實(shí)現(xiàn)輸水干渠（包括兩湖段、魯北段和濟(jì)東段）和南四湖上級(jí)湖的預(yù)案庫(kù)維護(hù)功能；“幫助”子菜單可實(shí)現(xiàn) “產(chǎn)品信息”、“常見(jiàn)問(wèn)題”、“聯(lián)機(jī)支持”、“Microsoft主頁(yè)”等功能。

2.2系統(tǒng)功能模塊介紹

1）預(yù)案庫(kù)瀏覽模塊。本模塊可分別實(shí)現(xiàn)輸水干渠（包括兩湖段、魯北段和濟(jì)東段）和南四湖上級(jí)湖預(yù)案庫(kù)的單記錄、多記錄瀏覽功能。其中，單記錄瀏覽界面左側(cè)為事故工況與模擬結(jié)果，右側(cè)為事故點(diǎn)位置圖，下方為系統(tǒng)功能按鈕區(qū)；多記錄瀏覽界面中心為預(yù)案庫(kù)展示區(qū)。輸水干渠預(yù)案庫(kù)內(nèi)容包括干渠名稱、事故點(diǎn)位置、樁號(hào)、輸水流量、污染物名稱、監(jiān)測(cè)斷面、到達(dá)時(shí)間、臨界污染量等；上級(jí)湖預(yù)案庫(kù)內(nèi)容包括工況編號(hào)、位置、X坐標(biāo)、Y坐標(biāo)、污染量、到達(dá)時(shí)間、最大濃度等。其中，臨界污染量是指在某一污染事故特征下，當(dāng)出水口處污染物最大濃度恰好為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》III類標(biāo)準(zhǔn)的上限值時(shí)，突發(fā)水污染事故發(fā)生點(diǎn)污染物的質(zhì)量流量，單位為克每秒，輸水流量的單位為立方米每秒，到達(dá)時(shí)間的單位為小時(shí)。南四湖上級(jí)湖預(yù)案庫(kù)中污染物均為苯酚。

2）預(yù)案庫(kù)查詢模塊。本模塊可分別實(shí)現(xiàn)輸水干渠（包括兩湖段、魯北段和濟(jì)東段）和南四湖上級(jí)湖預(yù)案庫(kù)的預(yù)案庫(kù)查詢功能。輸水干渠預(yù)案庫(kù)查詢界面左側(cè)為查詢結(jié)果展示區(qū)，右側(cè)上方為事故點(diǎn)位置圖，下方為查詢條件選擇與功能按鈕區(qū)；上級(jí)湖預(yù)案庫(kù)查詢界面左側(cè)為查詢結(jié)果展示區(qū)，中間為事故點(diǎn)位置圖，右側(cè)為查詢條件選擇與功能按鈕區(qū)。其中，輸水干渠可分別按輸水流量、污染物類型和污染位置3項(xiàng)特征對(duì)預(yù)案庫(kù)進(jìn)行查詢，上級(jí)湖可分別按污染位置、到達(dá)時(shí)間和最大濃度3項(xiàng)特征對(duì)預(yù)案庫(kù)進(jìn)行查詢。

3）典型工況展示模塊。本模塊可分別實(shí)現(xiàn)輸水干渠（魯北段）和南四湖上級(jí)湖的典型污染工況污染可視化功能。

魯北段典型工況展示界面左側(cè)為污染工況選擇及系統(tǒng)功能按鈕區(qū)，右側(cè)為模擬結(jié)果展示區(qū)。其中，事故點(diǎn)位置為聊位公路橋，輸水流量分布為40m3/s（低于正常調(diào)水流量）、50m3/s（正常調(diào)水流量）、60m3/s（高于正常調(diào)水流量），監(jiān)測(cè)斷面分別為東昌府分水口、聊城分水口、出口。本模塊可分別展示3種流量下，在聊位公路橋發(fā)生突發(fā)水污染事故時(shí)，各監(jiān)測(cè)斷面處鉛和苯酚的污染擴(kuò)散過(guò)程動(dòng)畫與模擬結(jié)果。

上級(jí)湖典型工況可視化界面左側(cè)為污染工況選擇區(qū)，右側(cè)為模擬結(jié)果展示區(qū)。其中，事故點(diǎn)位置為圖中藍(lán)色區(qū)域，本模塊可分別展示7種工況下，在上級(jí)湖發(fā)生突發(fā)水污染事故時(shí)，湖內(nèi)的污染擴(kuò)散情況與出水口處的模擬結(jié)果。為了便于展示，本模塊所選工況的污染量均為該工況下污染物的臨界值。

4）預(yù)案庫(kù)維護(hù)模塊。為了在工程實(shí)際運(yùn)行中根據(jù)實(shí)測(cè)情況對(duì)預(yù)案庫(kù)進(jìn)行修改和完善，本系統(tǒng)設(shè)置了預(yù)案庫(kù)維護(hù)模塊。本模塊可分別實(shí)現(xiàn)輸水干渠和南四湖上級(jí)湖預(yù)案庫(kù)的預(yù)案庫(kù)維護(hù)功能，包括查找、打印、添加、編輯、刪除等，其中界面左側(cè)為數(shù)據(jù)編輯區(qū)，右側(cè)為預(yù)案庫(kù)展示區(qū)，下方為系統(tǒng)功能按鈕區(qū)。

3結(jié)語(yǔ)

本文采用VFP6.0開發(fā)了水質(zhì)可視化系統(tǒng)，建立了水質(zhì)應(yīng)急調(diào)度處置預(yù)案庫(kù)。系統(tǒng)顯示結(jié)果準(zhǔn)確、及時(shí)，可視化效果好，具有很好的應(yīng)用前景。1）本系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)美觀，布局合理，操作簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行速度快；2）本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)東線一期輸水干渠與南四湖上級(jí)湖預(yù)案庫(kù)的瀏覽、查詢、維護(hù)功能，預(yù)案庫(kù)數(shù)據(jù)詳細(xì)準(zhǔn)確；3）本系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)南水北調(diào)東線一期輸水干渠與南四湖上級(jí)湖預(yù)案庫(kù)的典型污染工況污染過(guò)程與模擬結(jié)果展示功能，可視化效果好；4）本系統(tǒng)功能完整，滿足輸水干線水質(zhì)突發(fā)事件應(yīng)急調(diào)度可視化系統(tǒng)的要求。應(yīng)急預(yù)案的可視化平臺(tái)可以幫助應(yīng)急指揮人員快速啟動(dòng)應(yīng)急響應(yīng)程序，全面、準(zhǔn)確地獲取相關(guān)信息，科學(xué)有效地做出指令決策。

（責(zé)任編輯崔春梅）

【中圖分類號(hào)】X52

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1009-6159（2015）-10-0027-02

收稿日期：2015-03-17

作者簡(jiǎn)介：薛霞(1990— )，女，研究生在讀