本發(fā)明涉及重金屬污染的，具體涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的洪泛區(qū)重金屬污染源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、重金屬污染的來源可以追溯到多個(gè)方面。工業(yè)活動(dòng)是重金屬污染的主要源頭，尤其是采礦、冶煉、化肥等行業(yè)。工業(yè)廢水和固體廢棄物中的重金屬元素，如鉛、鎘、汞、砷等，經(jīng)過排放進(jìn)入土壤和水體，經(jīng)時(shí)間推移緩慢影響非直接排放區(qū)域。但在洪水發(fā)生時(shí)，由于洪水的沖刷和浸泡，會(huì)將重金屬帶入洪泛區(qū)，從而加劇污染的擴(kuò)散速度和面積。

2、傳統(tǒng)的洪泛區(qū)重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定方法，主要是在洪水過后，采集土壤樣本，進(jìn)行定性定量分析。然后根據(jù)分析結(jié)果采取治理措施?，F(xiàn)有的重金屬污染評(píng)估、處理具有滯后性，不能采取有效、精確的預(yù)防性措施，導(dǎo)致后期的治理浪費(fèi)大量資源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就在于解決上述背景技術(shù)中提到的滯后性的問題的問題，而提出一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的洪泛區(qū)重金屬污染源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)。

2、本發(fā)明實(shí)施的第一方面，提供了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的洪泛區(qū)重金屬污染源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括：

3、洪水預(yù)測(cè)模塊，用于獲取目標(biāo)地域的環(huán)境數(shù)據(jù)，作為預(yù)設(shè)的洪水模擬模型的輸入，得到洪水預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；

4、重金屬污染源識(shí)別模塊，用于從所述洪水預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中，提取目標(biāo)區(qū)域的洪水流通數(shù)據(jù)，確定重金屬污染源集合；

5、污染擴(kuò)散模塊，用于根據(jù)重金屬污染源集合，進(jìn)行擴(kuò)散分析，得到目標(biāo)區(qū)域洪水的重金屬濃度；

6、區(qū)域污染變化計(jì)算模塊，用于將目標(biāo)區(qū)域洪水的重金屬濃度作為預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入?yún)?shù)，得到目標(biāo)區(qū)域土壤的重金屬變化量；

7、區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊，用于根據(jù)目標(biāo)區(qū)域土壤的原始重金屬濃度和重金屬變化量，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得到目標(biāo)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

8、可選的，所述洪水模擬模型是一種結(jié)合水文學(xué)和水動(dòng)力學(xué)的耦合模型；

9、所述洪水預(yù)測(cè)模塊包括：

10、數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取目標(biāo)地域的環(huán)境數(shù)據(jù)；所述環(huán)境數(shù)據(jù)包括氣象數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)和土地?cái)?shù)據(jù)；

11、數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)模塊，用于將所述環(huán)境數(shù)據(jù)作為預(yù)設(shè)的洪水模擬模型的輸入?yún)?shù)，以預(yù)設(shè)的時(shí)間步長(zhǎng)進(jìn)行模擬，得到洪水預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；所述洪水預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)包括不同時(shí)刻的洪水淹沒范圍、不同地點(diǎn)的水位、流速。

12、可選的，所述重金屬污染源識(shí)別模塊包括：

13、排放源數(shù)據(jù)獲取模塊，用于獲取目標(biāo)地域上污染物排放源的數(shù)據(jù)；污染物排放源的數(shù)據(jù)包括排放源位置和污染物排放量；

14、洪水分路提取模塊，用于根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的地理位置，從所述洪水預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中提取洪水蔓延至所述目標(biāo)區(qū)域的流通數(shù)據(jù)；所述流通數(shù)據(jù)包括流通路徑；

15、污染源確定模塊，用于將所述流通路徑上排放重金屬污染的污染物排放源加入重金屬污染源集合。

16、可選的，所述污染擴(kuò)散模塊包括河段劃分模塊、計(jì)算元素確定模塊、順序計(jì)算模塊、終止判斷模塊和濃度計(jì)算模塊；其中：

17、所述河段劃分模塊，用于根據(jù)洪水流動(dòng)線速度和流量，將所述流通路徑劃分為多個(gè)河段；

18、所述計(jì)算元素確定模塊，用于將每一河段的開始位置和重金屬污染源的位置作為計(jì)算點(diǎn)，得到計(jì)算隊(duì)列；所述目標(biāo)區(qū)域的位置是所述計(jì)算隊(duì)列的隊(duì)尾元素；

19、所述順序計(jì)算模塊，用于彈出所述計(jì)算隊(duì)列的隊(duì)頭元素，作為目標(biāo)計(jì)算點(diǎn)；

20、所述終止判斷模塊，用于若所述計(jì)算隊(duì)列非空，則進(jìn)入所述濃度計(jì)算模塊；否則，輸出目標(biāo)區(qū)域洪水的重金屬濃度；

21、所述濃度計(jì)算模塊，用于根據(jù)洪水經(jīng)過目標(biāo)計(jì)算點(diǎn)的重金屬濃度，進(jìn)行擴(kuò)散分析，得到洪水到達(dá)下一計(jì)算點(diǎn)的重金屬濃度，并返回順序計(jì)算模塊。

22、可選的，所述濃度計(jì)算模塊包括：

23、濃度更新模塊，用于若所述目標(biāo)計(jì)算點(diǎn)為重金屬污染源，則根據(jù)該重金屬污染源的污染物排放數(shù)據(jù)，更新洪水經(jīng)過所述目標(biāo)計(jì)算點(diǎn)后的重金屬濃度；

24、擴(kuò)散分析模塊，用于計(jì)算洪水經(jīng)過任一河段后的重金屬濃度：其中，是洪水到達(dá)計(jì)算點(diǎn)i+1時(shí)第j類重金屬的濃度；是洪水經(jīng)過計(jì)算點(diǎn)i后第j類重金屬的濃度；exp()是以自然常數(shù)e為底的指數(shù)函數(shù)；是計(jì)算點(diǎn)i到計(jì)算點(diǎn)i+1的距離；是洪水從計(jì)算點(diǎn)i到計(jì)算點(diǎn)i+1的流動(dòng)線速度；和是第j類重金屬濃度計(jì)算的常數(shù)項(xiàng)系數(shù)。

25、可選的，所述區(qū)域污染變化計(jì)算模塊包括：

26、特征提取模塊，用于從所述洪水預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中，提取目標(biāo)區(qū)域的淹沒特征參數(shù)；所述淹沒特征參數(shù)包括目標(biāo)區(qū)域的地質(zhì)數(shù)據(jù)、開始淹沒時(shí)間、淹沒持續(xù)時(shí)間、最大水深、達(dá)到最大水深時(shí)間、洪水重金屬濃度變化曲線；

27、變化量計(jì)算模塊，用于將所述特征參數(shù)作為預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入，得到目標(biāo)區(qū)域土壤的重金屬變化量。

28、可選的，所述區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊包括：

29、土壤重金屬濃度更新模塊，用于根據(jù)目標(biāo)區(qū)域土壤的原始重金屬濃度和重金屬變化量，得到目標(biāo)區(qū)域在洪水過后的重金屬濃度；

30、風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)計(jì)算模塊，用于根據(jù)目標(biāo)區(qū)域在洪水過后的重金屬濃度，計(jì)算內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；

31、風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)確定模塊，用于根據(jù)所述內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，確定目標(biāo)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

32、本發(fā)明的有益效果：

33、本發(fā)明提出了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的洪泛區(qū)重金屬污染源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：洪水預(yù)測(cè)模塊，用于獲取目標(biāo)地域的環(huán)境數(shù)據(jù)，作為預(yù)設(shè)的洪水模擬模型的輸入，得到洪水預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)；重金屬污染源識(shí)別模塊，用于從洪水預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中，提取目標(biāo)區(qū)域的洪水流通數(shù)據(jù)，確定重金屬污染源集合；污染擴(kuò)散模塊，用于根據(jù)重金屬污染源集合，進(jìn)行擴(kuò)散分析，得到目標(biāo)區(qū)域洪水的重金屬濃度；區(qū)域污染變化計(jì)算模塊，用于將目標(biāo)區(qū)域洪水的重金屬濃度作為預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入?yún)?shù)，得到目標(biāo)區(qū)域土壤的重金屬變化量；區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊，用于根據(jù)目標(biāo)區(qū)域土壤的原始重金屬濃度和重金屬變化量，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得到目標(biāo)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

34、通過預(yù)測(cè)洪水分布，進(jìn)而對(duì)重金屬污染源及其污染擴(kuò)散進(jìn)行分析，可以得到當(dāng)洪水從河道蔓延至目標(biāo)區(qū)域時(shí)的污染程度，然后通過機(jī)器學(xué)習(xí)模型計(jì)算目標(biāo)區(qū)域的土壤重金屬濃度在洪水影響下的變化量，繼而可以進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。該方法可以提前識(shí)別洪水影響下的重金屬污染范圍和強(qiáng)度，從而為管理者提供決策依據(jù)，采取有效、準(zhǔn)確的預(yù)防性措施。

技術(shù)特征：

1.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的洪泛區(qū)重金屬污染源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的洪泛區(qū)重金屬污染源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述洪水模擬模型是一種結(jié)合水文學(xué)和水動(dòng)力學(xué)的耦合模型；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的洪泛區(qū)重金屬污染源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述重金屬污染源識(shí)別模塊包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的洪泛區(qū)重金屬污染源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述污染擴(kuò)散模塊包括河段劃分模塊、計(jì)算元素確定模塊、順序計(jì)算模塊、終止判斷模塊和濃度計(jì)算模塊；其中：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的洪泛區(qū)重金屬污染源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述濃度計(jì)算模塊包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的洪泛區(qū)重金屬污染源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述區(qū)域污染變化計(jì)算模塊包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的洪泛區(qū)重金屬污染源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，其特征在于，所述區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模塊包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的洪泛區(qū)重金屬污染源識(shí)別與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，涉及重金屬污染的技術(shù)領(lǐng)域；通過環(huán)境數(shù)據(jù)，進(jìn)行洪水預(yù)測(cè)；從洪水預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)中，提取目標(biāo)區(qū)域的洪水流通數(shù)據(jù)，確定重金屬污染源；對(duì)重金屬污染源進(jìn)行擴(kuò)散分析，得到目標(biāo)區(qū)域洪水的重金屬濃度；將目標(biāo)區(qū)域洪水的重金屬濃度作為預(yù)訓(xùn)練的機(jī)器學(xué)習(xí)模型的輸入?yún)?shù)，得到目標(biāo)區(qū)域土壤的重金屬變化量；根據(jù)目標(biāo)區(qū)域土壤的原始重金屬濃度和重金屬變化量，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得到目標(biāo)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。該方法可以提前識(shí)別洪水影響下的重金屬污染范圍和強(qiáng)度，從而為管理者提供決策依據(jù)，提前調(diào)配資源，降低洪水及其帶來的重金屬污染對(duì)環(huán)境和居民的影響。

技術(shù)研發(fā)人員：師華定,何澤新,馮瑤,劉小林,陳鵬,劉安富,季國華,李藜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：生態(tài)環(huán)境部土壤與農(nóng)業(yè)農(nóng)村生態(tài)環(huán)境監(jiān)管技術(shù)中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30