專利名稱：基于隨機(jī)概率模型的突發(fā)河流水污染的統(tǒng)計(jì)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于隨機(jī)概率模型的突發(fā)河流水污染的統(tǒng)計(jì)定位方法，屬于傳質(zhì)反問題技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
突發(fā)性地表、地下河流水污染事故頻繁發(fā)生并造成嚴(yán)重的社會(huì)危害，是世界各國極為關(guān)注的焦點(diǎn)問題。如1986年，萊茵河沿岸化工廠排放的30余種有機(jī)物流入河流導(dǎo)致水污染，造成大量水生生物死亡，影響兩岸4個(gè)國家數(shù)百萬人的生活和生產(chǎn)；2005年的松花江硝基苯水污染事故導(dǎo)致哈爾濱市停水三天，還引起了中俄兩國政府的關(guān)注。此外，地下河流一旦遭到污染，后果更為可怕。治理被污染的地下河流需要耗資更多的經(jīng)濟(jì)成本和時(shí)間成本。2009年初，國土資源大調(diào)查項(xiàng)目“西南巖溶石山地區(qū)重大環(huán)境地質(zhì)問題及對(duì)策研究” 的調(diào)查結(jié)果表明我國西南巖溶區(qū)水環(huán)境問題呈現(xiàn)污染源多樣化，巖溶區(qū)3066條地下河面臨城市生活、工業(yè)以及農(nóng)業(yè)多重污染的挑戰(zhàn)，正受到變?yōu)榕盼巯滤赖膶?shí)際威脅。地下河流埋藏在地下一定深度內(nèi)，缺氧、溫度低、無光照、流動(dòng)緩慢、水交替周期長，一旦受到污染，污染物、水和介質(zhì)間的相互作用過程很復(fù)雜。即使經(jīng)濟(jì)上承擔(dān)得起治污成本，清除污染源也需要很長的周期，十幾年、幾十年甚至數(shù)百年。我國地下河流污染的危害程度日趨嚴(yán)重，做好突發(fā)性水污染事故應(yīng)急處置，并從源頭上預(yù)防水污染事故的發(fā)生，是目前我們應(yīng)對(duì)突發(fā)性河流水污染事件的首要任務(wù)，快速準(zhǔn)確定位污染源是預(yù)防水污染事故的關(guān)鍵。突發(fā)性河流水污染事故的特點(diǎn)往往具有很大的不確定性，包括發(fā)生時(shí)間和地點(diǎn)的不確定性、污染源的強(qiáng)度的不確定性?，F(xiàn)有的水污染定位、預(yù)警和預(yù)防方法比較被動(dòng)，許多方法仍停留在理論研究階段。國家級(jí)河流水質(zhì)檢測網(wǎng)絡(luò)的布設(shè)原則為重要河流的省界、重要支流入河(江)口和入?？?，重要湖庫湖體及出入湖河流，國界河流及出入境河流，重大水利工程項(xiàng)目等。目前河流水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)由中心站和水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測子站組成，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)定時(shí)自動(dòng)提取，可以通過數(shù)據(jù)分析確認(rèn)該河流水質(zhì)是否受到污染。除自動(dòng)檢測網(wǎng)絡(luò)，河流水質(zhì)檢測一般還包括視頻監(jiān)測、應(yīng)急監(jiān)測和對(duì)污染預(yù)警通過取樣，進(jìn)一步確認(rèn)污染情況。傳統(tǒng)的河流水污染定位方法如

圖1所示，由于河流水質(zhì)檢測站點(diǎn)的個(gè)數(shù)有限，分布密度不高，水質(zhì)檢測系統(tǒng)只能提供傳感器點(diǎn)附近或周圍水域中污染物濃度測量序列，不能準(zhǔn)確定位突發(fā)污染的位置、預(yù)測污染的危害性。對(duì)于某些地表河流水的突發(fā)污染，如果觀測污染濃度增加顯著，精確定位只能采用人工輔助搜索的方法，速度慢，效率低，對(duì)于地下河流水污染的定位則更加困難。傳統(tǒng)的突發(fā)河流水污染濃度擴(kuò)散傳播模型滿足式—+ V(Mc) = V[i/-grad(C// )] + 5(1)式中C為污染濃度，mg/m3 ；d為擴(kuò)散系數(shù)，mg/(m · s) ；u為水流速，m/s ；s為污染源(位置和散發(fā)強(qiáng)度的函數(shù))，mg/(m3 · s) ；t是時(shí)間，s ； P為水密度，mg/m3。假設(shè)污染散發(fā)是被動(dòng)的，即污染物流速和河流水的流速相同，同時(shí)假設(shè)污染物傳播過程中沒用發(fā)生物理、化學(xué)轉(zhuǎn)化。(1)式中的擴(kuò)散項(xiàng)采用二階中心差分進(jìn)行離散化，得
權(quán)利要求
1.基于隨機(jī)概率模型的突發(fā)河流水污染源定位算法，其特征在于包括 建立基于隨機(jī)概率的突發(fā)河流水污染傳播模型；建立突發(fā)河流水污染濃度觀測的隨機(jī)概率模型； 對(duì)突發(fā)河流水污染源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于包括
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于包括在式O)中補(bǔ)充了必須的不確定項(xiàng)得到污染傳播的統(tǒng)計(jì)模型 AcJ+1 = Cj+Sj+ Δ tffj(5)式中巧
6.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于包括 假設(shè)叫為零均值的高斯白噪聲，方差為
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于其中 入口邊界條件為 式中( 為入口濃度值；C為濃度；上標(biāo)i代表時(shí)間節(jié)點(diǎn)；下標(biāo)j代表網(wǎng)格節(jié)占；單傳感器情況下的觀測模型為zm=<+vm(7)式中上標(biāo)j表示傳感器所在節(jié)點(diǎn)位置，下標(biāo)m表示第m個(gè)采樣時(shí)間點(diǎn)，Vm是方差為r (r =COV(Vffl))的不相關(guān)高斯白噪聲序列，r由傳感器的測量精度決定，傳感器觀測越準(zhǔn)確，r 越?。环粗?，當(dāng)傳感器觀測不準(zhǔn)確時(shí)，r越大。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其特征在于包括如果檢測到突發(fā)污染，根據(jù)污染感知時(shí)刻tp，利用濃度序列，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)位置~計(jì)算一個(gè)最優(yōu)的突發(fā)污染散發(fā)起始時(shí)刻、和散發(fā)強(qiáng)度~，然后利用多個(gè)位置假設(shè)Pp tj; Sj正向計(jì)算傳感器點(diǎn)的濃度序列<、濃度距離和位置概率，構(gòu)造突發(fā)污染源處于每個(gè)節(jié)點(diǎn)的概率，如式(8)所示
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于隨機(jī)概率模型的突發(fā)河流水污染源定位算法，其特征在于包括建立基于隨機(jī)概率的突發(fā)河流水污染傳播模型；建立突發(fā)河流水污染濃度觀測的隨機(jī)概率模型；對(duì)突發(fā)河流水污染源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)定位。
文檔編號(hào)G06F19/00GK102254081SQ201110085698
公開日2011年11月23日 申請(qǐng)日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
發(fā)明者龐麗萍, 張瑜, 曲洪權(quán) 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué), 北方工業(yè)大學(xué)