应对突发污染事故溯源逐流全程水质分析模型研究

Nowadays, water pollution emergencies are happening frequently with the rapid development of economic construction in China. Different from the routine water pollution, pollution emergencies always happen unexpectedly without fixed drainage patterns and ways.This kind of accident can release large amount of pollutants instantaneously, which brings severe damage to water environment and great loss of production and life to people nearby. It is vital to diagnose pollution source and evaluate the enviorental impacts of different measures rapidly. This project will determine the accidental pollution source by ajoint assimilation method and develop a 2D water envrionmental model based on deep analysis of pollution dispersion, which will be used to predict downstream pollution clouds, combining with Lagrangian tracer technique. The outcome can anlalyse accidental pollution from source to downstream and provide references for water accidental pollution emergency response.

目前，在我国经济建设快速发展的同时，水环境污染事故已经进入高发期。水环境突发污染事故不同于一般的环境污染，它没有固定的排放方式和排放途径，排放时间具有偶然性，来势凶猛，在瞬时或短时间内大量排放污染物质，对水体造成严重的污染和破坏，给人民的生产生活造成巨大的损失。快速诊断污染泄漏地点并评估不同应急处理措施对于下游的影响具有重要意义。本项目利用伴随同化方法诊断上游污染泄漏地点的位置，在深入研究复杂条件下河道离散特性的基础上，建立时效性强的平面二维水环境模型，辅以拉格朗日粒子追踪技术预测污染云团对下游的影响范围，实现对事故溯源逐流全程水质分析，为应对水环境突发污染事故提供科学依据。

目前，在我国经济建设快速发展的同时，水环境污染事故已经进入高发期。水环境突发污染事故不同于一般的环境污染，它没有固定的排放方式和排放途径，排放时间具有偶然性，来势凶猛，在瞬时或短时间内大量排放污染物质，对水体造成严重的污染和破坏。实现突发事故污染负荷位置和强度的诊断以及对下游的环境影响预测具有重要意义。针对该问题，本项目开展了如下研究：（a）复杂断面形态和河工建筑物影响下对河流中污染物离散特性的研究。基于室内实验数据和数学模型模拟结果，提出了断面形态和离散系数的经验关系式；利用数学模型模拟圆柱对于污染物迁移的影响，得到单圆柱污染物浓度分布的公式，给出了多圆柱耦合作用对于污染物迁移的影响；利用幂级数求解流速分布的理论解，提出明渠纵向离散系数的计算方法。（b）针对河流形态蜿蜒曲折以及对不同研究区域的分辨率要求差异较大的特点，自主开发平面二维非结构网格水环境数学模型。解决了三个问题：其一，避免岸边界拟合产生的虚拟锯齿形，使水流更好的沿河岸运动；其二，非结构网格全部设置于水域中节省计算量和存储量；其三，根据需要对关注区域进行选择性加密。（c）利用伴随方法，提出了污染源诊断方法，为突发污染事故的事故责任认定提供参考。提出利用目标泛函的设置方法，在目标泛函极值条件下，推导伴随方程。通过数值离散伴随方程和原始方程，实现污染源所在位置污染负荷量的确定。(e)以典型水库为例研究不同调度方式对于污染物迁移的影响。以青铜峡水库和万家寨水库为例，研究水库中突发污染负荷对下游的影响，以及不同处理措施的实施效果。研究上游突发事故条件下，污染负荷所形成的污染带的形态、迁移速度、污染面积的变化；比较不同处理方式下，对于污染物迁移的影响。本项目研究成果为污染事故的应急预警和水库水环境保护提供了科学依据。