[发明专利]一种河流点源突发污染事故溯源方法

摘要

本发明公开了一种河流点源突发污染事故溯源方法。本方法的主要步骤如下：1)污染物扩散模型参数率定；2)河流污染源反演计算；3)移动水质监测平台实时反馈：利用反演计算得到的污染源信息驱动移动水质监测平台，并令其向污染源位置靠近，对污染源进行局部搜索并实时反馈在线监测数据，修正在线率定算法，并重新进行反演计算，循环工作直至溯源过程结束。本发明方法将污染物扩散模型参数率定方法、污染源反演计算以及移动水质平台反馈校正有机结合，使得溯源成为一个闭环反馈的过程。

主权项

1.一种河流点源突发污染事故溯源方法，其特征在于，工作流程如下：利用监测断面提供的水文和水质数据作为污染物扩散模型参数率定的输入，得到符合当前水文条件的水质扩散模型，基于马尔科夫蒙特卡罗(MCMC)方法的河流污染源反演算法利用该水质扩散模型，反演计算得到的污染物的溯源结果驱动移动水质监测平台，令其向污染源位置靠近，移动水质监测平台对污染源进行局部搜索并实时反馈水质在线监测数据，修正污染物扩散模型参数率定的参数，并重新进行基于MCMC方法的河流污染源反演污染计算，循环工作直至驱动移动水质监测平台到达污染源位置过程结束，得到污染源的空间位置、发生时间、泄漏量；其中，所述的基于MCMC方法的河流污染源反演污染计算包括污染事件类型判断、获取污染源先验分布、构造似然函数和后验概率密度函数和溯源结果抽样分析；所述的污染物扩散模型参数率定包括：2.1确定污染物扩散模型，依据不同的河流情况选定不同的污染物扩散模型；2.2率定污染物扩散模型参数，通过获取的污染物类型和浓度数据，以及先验信息，率定出适合当前水环境条件的污染物扩散模型参数；所述的基于MCMC方法的河流污染源反演计算方法包括：3.1污染事件类型判断确定静态岸边点源污水导致的河流突发污染事件溯源的排放的形式为是瞬时或是连续；3.2获取污染源先验分布污染源参数的上下限用上下限区间上的均匀分布来表示，若有i个参数需要反演，那么：式中，a和b为参数上下限,在溯源时，根据实际情况对未知参数的上下限进行设置；3.3构造似然函数和后验概率密度函数和溯源结果抽样分析在基于MCMC方法的河流污染物溯源反演算法中，似然函数用于表示模型参数和观测数据的拟合程度；由贝叶斯定理得到式中参数含义如下：P(X)为污染源未知参数X的先验分布，在未获取相关信息之前，近似成均匀分布；P(Y|X)表示污染源未知参数为X下，污染监测数据为Y的条件概率，称为似然概率；P(X|Y)表示在获取污染监测数据Y后，污染源未知参数X的概率分布，当得到污染源未知参数X的后验分布后，对该参数进行估计，从而实现对释放源空间位置信息的反演计算；似然概率P(Y|X)反映了测量点观测值Y＝{Y1,Y2,…,Yi,…,YN}和在同一时间地点处，污染物扩散模型正向模拟的理论值T＝{T1,T2,…,Ti,…,TN}的偏差，T的值通过污染物扩散模型计算公式得到，其中，Yi为测量点上第i点的观测值，Ti为污染物浓度计算公式得到的第i点的理论值；误差的大小为εi＝Yi‑Ti(M,x,y,t|X)，其中：Ti(M,x,y,t|X)是指：在瞬时泄漏量或泄漏强度为M，空间位置(x,y)及泄漏时刻距离当前时刻时长为t的情况下，通过水质扩散模型计算得到的污染物浓度理论值；假定εi服从标准差为σ的正态分布，且每个测量点相互独立，则污染物溯源问题的似然函数表示为：根据公式(3)，污染源的未知参数X的求解，通过使用贝叶斯公式，将溯源问题转换成求未知参数X的后验概率密度函数的问题：当知道污染源未知参数X的先验分布P(X)，且已知测量点观测值Y＝{Y1,Y2,…,Yi,…,YN}，通过马尔科夫蒙特卡罗方法对污染源未知参数X在取值范围内依据先验分布规律进行抽样；抽样时，正向模拟的理论值序列T＝{T1,T2,…,Ti,…,TN}接近观测值Y＝{Y1,Y2,…,YN}的参数组将得到保留，偏差过大的剔除，经过迭代得到的抽样的结果就是污染源关键信息的概率分布。