輸水干線突發水污染調控可視化系統研究

薛　霞，官慶朔，桑國慶

（1.山東大學土建與水利學院，山東 濟南 250061；2.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250014；3.濟南大學資源與環境學院，山東 濟南 250022）

輸水干線突發水污染調控可視化系統研究

薛霞1，官慶朔2，桑國慶3

（1.山東大學土建與水利學院，山東 濟南 250061；2.山東省水利勘測設計院，山東 濟南 250014；3.濟南大學資源與環境學院，山東 濟南 250022）

【摘要】針對南水北調山東段輸水渠道和湖泊可能發生的突發水污染事故，分別開展仿真模擬及應急調控處置研究，建立突發水污染事故應急調控及處置可視化系統，以便直觀展示并預測突發污染事故的發生、發展情況，為突發水污染事故的應急管理提供技術支持。

【關鍵詞】南水北調；輸水干線；突發水污染；可視化

突發水污染事故是指人為或者自然災害引起，使污染物進入江河湖庫等水體，導致水體水質惡化，影響水資源的有效利用，使經濟、社會的正?；顒釉獾絿乐赜绊?，水生態環境受到嚴重危害的事故。近年來，隨著經濟社會持續穩定增長，由于人們重發展輕環保，給環境安全造成了極大隱患，突發水污染事故頻頻發生。

本文針對南水北調山東段輸水渠道和湖泊可能發生的突發水污染事故，分別開展仿真模擬及應急調控處置研究，采用VisualFoxPro6.0開發水質應急調度及處置可視化系統，以便直觀展示并預測突發污染事故的發生、發展情況，為突發水污染事故的應急管理提供技術支持，具有重要的理論和現實意義。

1　仿真模擬簡介

針對南水北調東線山東段輸水干渠與湖泊內的水質異常應急情況（突發性水污染），分別針對兩湖段、魯北段、濟東段工程與南四湖上級湖進行了風險源識別，在此基礎上確定各工程可能發生的突發水污染事故，利用DHIMIKE11與MIKE21仿真模擬軟件建立一維、二維水動力與水污染事故仿真模擬模型，模擬預測不同污染事故的影響范圍及對出水口的影響時間，并初步提出了相對于不同監測斷面的污染事故臨界值，形成典型污染事故的應急調度預案群。

2　水質應急調度及處置可視化系統研究

利用上述輸水干線突發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急調度及處置預案庫，利用VisualFox-Pro6.0開發輸水干線突發水污染應急調控及處置預案可視化系統，直觀展示并預測污染事故的發生、發展情況，為突發水污染事故的應急管理提供技術支持。

2. 1系統界面設計

1）系統登陸界面。用戶通過系統登陸界面進入本系統。當輸入正確的用戶名和密碼時，系統顯示“登陸成功！”并進入系統主界面，否則顯示“用戶名或密碼錯誤！”。

2）系統菜單與主界面。系統主界面上方為系統菜單欄，下方為梁濟運河渠首照片。系統菜單分為 “文件”、“編輯”、“預案庫瀏覽”、“預案庫查詢”、“典型工況演示”、“預案庫維護”、“幫助”7個子菜單。“文件”子菜單可實現“打開”、“新建”、“保存”、“另存為”、“關閉”、“全部關閉”、“退出”等功能；“編輯”子菜單可實現 “撤銷”、“重做”、“復制”、“剪切”、“粘貼”、“清除”、“全部選定”等功能；“預案庫瀏覽”子菜單分為單記錄瀏覽和多記錄瀏覽兩部分，可分別實現輸水干渠（包括兩湖段、魯北段和濟東段）和南四湖上級湖預案庫的單記錄、多記錄瀏覽功能；“預案庫查詢”子菜單可分別實現輸水干渠（包括兩湖段、魯北段和濟東段）和南四湖上級湖的預案庫查詢功能；“典型工況演示”子菜單可分別實現輸水干渠（魯北段）和南四湖上級湖的典型污染工況污染動畫及模擬結果展示功能；“預案庫維護”子菜單可分別實現輸水干渠（包括兩湖段、魯北段和濟東段）和南四湖上級湖的預案庫維護功能；“幫助”子菜單可實現 “產品信息”、“常見問題”、“聯機支持”、“Microsoft主頁”等功能。

2.2系統功能模塊介紹

1）預案庫瀏覽模塊。本模塊可分別實現輸水干渠（包括兩湖段、魯北段和濟東段）和南四湖上級湖預案庫的單記錄、多記錄瀏覽功能。其中，單記錄瀏覽界面左側為事故工況與模擬結果，右側為事故點位置圖，下方為系統功能按鈕區；多記錄瀏覽界面中心為預案庫展示區。輸水干渠預案庫內容包括干渠名稱、事故點位置、樁號、輸水流量、污染物名稱、監測斷面、到達時間、臨界污染量等；上級湖預案庫內容包括工況編號、位置、X坐標、Y坐標、污染量、到達時間、最大濃度等。其中，臨界污染量是指在某一污染事故特征下，當出水口處污染物最大濃度恰好為《地表水環境質量標準》III類標準的上限值時，突發水污染事故發生點污染物的質量流量，單位為克每秒，輸水流量的單位為立方米每秒，到達時間的單位為小時。南四湖上級湖預案庫中污染物均為苯酚。

2）預案庫查詢模塊。本模塊可分別實現輸水干渠（包括兩湖段、魯北段和濟東段）和南四湖上級湖預案庫的預案庫查詢功能。輸水干渠預案庫查詢界面左側為查詢結果展示區，右側上方為事故點位置圖，下方為查詢條件選擇與功能按鈕區；上級湖預案庫查詢界面左側為查詢結果展示區，中間為事故點位置圖，右側為查詢條件選擇與功能按鈕區。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項特征對預案庫進行查詢，上級湖可分別按污染位置、到達時間和最大濃度3項特征對預案庫進行查詢。

3）典型工況展示模塊。本模塊可分別實現輸水干渠（魯北段）和南四湖上級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為污染工況選擇及系統功能按鈕區，右側為模擬結果展示區。其中，事故點位置為聊位公路橋，輸水流量分布為40m3/s（低于正常調水流量）、50m3/s（正常調水流量）、60m3/s（高于正常調水流量），監測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，在聊位公路橋發生突發水污染事故時，各監測斷面處鉛和苯酚的污染擴散過程動畫與模擬結果。

上級湖典型工況可視化界面左側為污染工況選擇區，右側為模擬結果展示區。其中，事故點位置為圖中藍色區域，本模塊可分別展示7種工況下，在上級湖發生突發水污染事故時，湖內的污染擴散情況與出水口處的模擬結果。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）預案庫維護模塊。為了在工程實際運行中根據實測情況對預案庫進行修改和完善，本系統設置了預案庫維護模塊。本模塊可分別實現輸水干渠和南四湖上級湖預案庫的預案庫維護功能，包括查找、打印、添加、編輯、刪除等，其中界面左側為數據編輯區，右側為預案庫展示區，下方為系統功能按鈕區。

3結語

本文采用VFP6.0開發了水質可視化系統，建立了水質應急調度處置預案庫。系統顯示結果準確、及時，可視化效果好，具有很好的應用前景。1）本系統界面設計美觀，布局合理，操作簡單，系統運行速度快；2）本系統可實現南水北調東線一期輸水干渠與南四湖上級湖預案庫的瀏覽、查詢、維護功能，預案庫數據詳細準確；3）本系統可實現南水北調東線一期輸水干渠與南四湖上級湖預案庫的典型污染工況污染過程與模擬結果展示功能，可視化效果好；4）本系統功能完整，滿足輸水干線水質突發事件應急調度可視化系統的要求。應急預案的可視化平臺可以幫助應急指揮人員快速啟動應急響應程序，全面、準確地獲取相關信息，科學有效地做出指令決策。

（責任編輯崔春梅）

【中圖分類號】X52

【文獻標識碼】B

【文章編號】1009-6159（2015）-10-0027-02

收稿日期：2015-03-17

作者簡介：薛霞(1990— )，女，研究生在讀