申请日2018.03.09
公开(公告)日2018.07.20
IPC分类号G06F17/50; G06F17/30
摘要
本发明公开了一种基于WebGIS的污水排放口规划仿真和评价系统，该系统采用B/S结构，在服务器端提供污水排放口规划的仿真和评价，根据需要模拟仿真的所有排放口位置信息与时间参数、水文参数、源强参数信息，结合二维浅水河流解析模型进行仿真计算，将仿真结果存入数据库。利用WebGIS技术，在浏览器端以GIS地图的动态叠加显示方式得到不同污水排放口对模拟范围内河流污染物浓度时空上的变化，以及不同排放口超标断面的统计、超标时长和超标倍数的计算，结合污水排放口评价模型，向平台用户推荐最佳污水排放口位置。本发明能够一次性实现多个污水排放口位置的水质模拟计算以及能够清晰明了地展示不同污水排放口对河流水质的影响，为平台用户提供科学可靠的最佳污水排放口的辅助决策信息。
权利要求书
1.一种基于WebGIS的污水排放口规划仿真和评价系统，其特征在于：采用WebGIS可视化水环境数据服务平台、二维浅水河流解析模型、污水排放口评价模型以及污水排放口规划仿真和评价系统数据库。
2.根据权利要求1所述的一种基于WebGIS的污水排放口规划仿真和评价系统，其特征在于：WebGIS可视化水环境数据服务平台采用Leaflet实现网页地图服务，用于给平台用户提供污水排放口规划的模拟平台，包括地图显示、污水排放口规划的时间参数设置、排放口位置采集、水体污染物源强参数设置、水文参数设置、污水排放口规划计算结果可视化显示以及指定条件下不同排放口的比较和总体评价分析。
3.根据权利要求1所述的一种基于WebGIS的污水排放口规划仿真和评价系统，其特征在于：污水排放口规划仿真和评价系统数据库采用SQL Server 2012实现系统数据的管理应用，用于记录平台用户的污水排放口规划的参数设置以及规划结果存储。包括污染物参数基本信息表、流量流速关系表、排放位置规划信息表、排放位置规划结果存储表、水质标准信息表以及分析断面信息表。
4.根据权利要求1所述的一种基于WebGIS的污水排放口规划仿真和评价系统，其特征在于：所述的二维浅水河流解析模型采用C++编程实现污水排放口规划河流污染物浓度的计算。
5.根据权利要求1所述的一种基于WebGIS的污水 排放口规划仿真和评价系统，其特征在于：所述的污水排放口评价模型采用C++编程实现污水排放口的评价。包括绘制不同排放口对同一分析断面处的河流污染物浓度随时间变化的曲线图以及统计不同排放口超标断面数量、超标时长和超标倍数。
6.根据权利要求2所述的一种基于WebGIS的污水排放口规划仿真和评价系统，其特征在于：污水排放口规划计算结果可视化显示以动态渲染技术将计算出来的整条河流的污染物浓度变化情况叠加显示在原有的GIS地图上。平台用户可根据自身需要，选择动态显示任一规划排放口的河流污染物浓度可视化计算结果。
7.根据权利要求2所述的一种基于WebGIS的污水排放口规划仿真和评价系统，其特征在于：指定条件下不同排放口的比较和总体评价分析包括分析断面的选择、指定断面的静态河流污染物浓度变化的时间序列图以及对所有规划排放口进行超标断面的统计、超标时长和超标倍数的计算。最终向平台用户推荐最佳污水排放口位置。
说明书
一种基于WebGIS的污水排放口规划仿真和评价系统
技术领域
本发明属于水环境动力学、GIS地理信息系统与计算机学的交叉领域，涉及一种污水排放口规划仿真和评价系统的构建方法，特别是指通过前端WebGIS页面设计、后端污水排放口规划解析模型程序与污水排放口规划仿真和评价系统数据库的结合，提供不同位置的污水排放口的可视化仿真结果、评价分析结果以及污水排放位置的最佳推荐方案。
背景技术
随着现代工业生产领域和规模的日益扩大，各类化工企业、制造型企业、污水处理厂每日排放的工业污水对水环境的威胁越发显著。涉及到城市水源地的大量污水排放将直接威胁城市供水安全和城市经济社会系统的正常运行。因此，对各类化工企业、制造型企业等排放工业污水的企业的选址进行合理的规划和决策成为保障水质健康的途径之一。
发明内容
目前，国内较多的水质模拟仿真软件是针对突发水污染事故的模拟，通过现场数据采集处理、建立模型、科学计算、仿真结果可视化显示为突发性水污染事故进行应急处置提供科学的辅助决策信息。这些软件在水资源水质管理、水利工程规划设计方面广泛应用，并取得了良好的模拟效果。
但是上述水质模拟仿真软件由于局限性，在应用到污水排放口规划领域中往往遇到很多问题：
(1)水质模拟仿真软件主要针对突发水污染事故的模拟，当其应用于污水排放口规划时，操作复杂，且不同排放口对河流水质影响的仿真结果无法直接分析比较，无法给用户提供清晰明了的解决方案。
(2)部分仿真软件应用局限于单机，无法实现网络化。
针对以上问题，本发明通过WebGIS技术，结合二维浅水河流解析模型和污水排放口规划仿真和评价系统数据库构建了一种针对污水排放口规划的仿真和评价系统，为环保相关部门在分析评价各类化工企业、制造型企业的选址时提供快捷、科学的决策依据，保障水质健康。
发明内容
本发明要解决的问题是：克服现有的水质模拟仿真软件在进行污水排放口规划时的不足，为用户提供快捷，方便的污水排放口规划和仿真系统，利用该系统可同时建立不同位置的排放口对同一河流的污染影响模型，通过二维河流浅水解析模型进行河流污染物浓度计算，再通过污水排放评价模型对各个排放口的污染物浓度计算结果进行分析比较，并将分析比较结果传输至前端网页显示，为用户选择排放口提供快捷、科学的科学依据。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：采用B/S结构，利用WebGIS技术，结合二维浅水河流解析模型、污水排放口评价模型以及污水排放口规划仿真和评价系统数据库，构建一个专用于污水排放口规划的数据服务平台系统。
本发明中的WebGIS可视化水环境数据服务平台主要采用Leaflet来实现地图功能服务，包括河流的空间地理位置显示、排放口的地理位置采集、排放口规划结果动态叠加显示。通过WebGIS技术，平台用户可快捷方便获取相关的空间信息。
二维浅水河流解析模型利用水动力学中污染物迁移转化基本方程，模拟污染物扩散过程。用C++编写用于基于二维浅水河流解析模型的排放口规划的计算程序，通过程序计算不同排放口对河流水质影响结果并存储至数据库。
污水排放口评价模型根据河流水质标准，分析不同排放口对河流水质的影响，向平台用户推荐最佳污水排放口位置。包括不同排放口对同一分析断面处的河流污染物浓度随时间变化的曲线图以及不同排放口超标断面的统计、超标时长和超标倍数的计算统计。其中：
(1)不同排放口对同一分析断面处的河流污染物浓度随时间变化的曲线图，从前台网页采集用户需要分析的断面经纬度，通过C++编写的寻找指定点污染物浓度程序，找出仿真时间内不同排放口对该断面处污染物浓度的变化值。将不同排放口对于同一断面的河流污染物浓度变化值绘成曲线传输至前台网页反映给用户。
(2)在分析不同排放口对河流水质的影响时，可选择多个分析断面。通过C++程序统计不同排放口超标断面的数量，以及仿真时间内所有分析断面的污染物浓度超标总时长和最高超标倍数。最后为用户推荐最佳排放口位置。
(3)最佳排放口位置的确定主要基于排放口的超标断面数量，超标总时长以及最高超标倍数。计算公式如下：
在此公式基础上，编写C++程序，求出各个排放口的y值，找出最小的y值，该y值所对应的排放口即为最佳排放口位置。
采用SQL Server 2012设计并建立污水排放口规划仿真和评价系统数据库，包括污染物参数基本信息表、流量流速关系表、排放位置规划信息表、排放位置规划结果存储表、水质标准信息表以及分析断面信息表。
污染物参数信息表用于存储污水中常见的水体污染物的基本参数信息。包括污染物类别、污染物降解系数和湍流扩散系数。污染物类别包括COD，NH3-N。
流量流速关系表用于存储流量与流速的转化关系，用户在平台上输入流量信息，通过流量流速关系表将流量信息转化为流速信息，代入污水排放口规划程序进行计算。
排放位置规划信息表用于存储用户在Web界面上进行污水排放口规划模拟仿真时输入的基本参数信息，包括时间参数、排放口经纬度信息、水文信息和污染物源强信息。
排放位置规划结果存储表用于存储用户在Web界面上进行污水排放口规划模拟仿真后的计算结果，包括模拟范围内河流插值后各个点的经纬度信息和该点的污染物浓度信息。
水质标准信息表用于存储模拟范围内河流的各个水功能区的水质标准及各类污染物浓度标准，作为污水排放口规划结果分析中不同排放口对河流污染物浓度是否超标的判断依据。
分析断面信息表用于存储模拟范围内河流的国控断面、省控断面和交接断面，用户在污水排放口规划结果分析中选择所需分析的重要断面后，可显示不同排放口对同一分析断面处的河流污染物浓度的时间序列图。
本发明的关键为能够一次性实现多个污水排放口位置的水质模拟计算以及能够清晰地展示不同污水排放口对河流水质的影响，为平台用户提供科学可靠的最佳污水排放口的辅助决策信息。