1研究背景

金澤水庫位于上海市青浦區(qū)金澤鎮(zhèn)西部、太浦河北岸，占地面積約為2.7km2，總庫容約為910萬m3。2016年底，金澤水庫原水工程正式投入運(yùn)行，初期原水供應(yīng)規(guī)模約為200萬m3/d，遠(yuǎn)期達(dá)到351萬m3/d，主要供應(yīng)青浦、松江、金山、閔行、奉賢5個(gè)區(qū)，總服務(wù)人口約為670萬。金澤水庫取水口位于太浦河中段，距離太湖太浦河口約為50km，受太湖出水及杭嘉湖平原河網(wǎng)水質(zhì)影響，金澤水氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽及藻密度、葉綠素a等指標(biāo)偏高。從水質(zhì)類別看，金澤取水水質(zhì)總體達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，但部分指標(biāo)如氨氮、溶解氧、鐵等存在季節(jié)性超標(biāo)，水質(zhì)尚不穩(wěn)定。受流域內(nèi)紡織印染等工業(yè)排污影響，金澤來水存在銻超標(biāo)等環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。受太浦河航運(yùn)影響(船舶最大通行量＞50艘/h)，流動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)源隱患明顯。金澤水庫通水后，藻類外源輸入現(xiàn)象突出，來水葉綠素a總體在10～30μg/L，經(jīng)庫區(qū)留滯后會(huì)有一定增加。此外，金澤水庫建成之初，工況、水質(zhì)等資料不足，水庫生態(tài)系統(tǒng)也處于構(gòu)建初始階段。在此背景下，為保障金澤水源地供水安全，2017年本項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)聯(lián)合申報(bào)國(guó)家“十三五”水專項(xiàng)課題“金澤水庫水質(zhì)調(diào)控與穩(wěn)定關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”并獲批復(fù)立項(xiàng)。該課題研究聚焦4個(gè)方面:水源地水質(zhì)特征研究與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、水庫生態(tài)調(diào)控水質(zhì)凈化與保障、水源取水安全調(diào)控、監(jiān)測(cè)預(yù)警平臺(tái)構(gòu)建及業(yè)務(wù)化應(yīng)用。本平臺(tái)是課題研究的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

2研究?jī)?nèi)容

在金澤水源地上下游跨區(qū)域、跨部門監(jiān)測(cè)資源集成、分析的基礎(chǔ)上，依托水動(dòng)力學(xué)和生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型、河網(wǎng)水量水質(zhì)和突發(fā)水污染事件調(diào)控模型、供水量預(yù)測(cè)和水質(zhì)預(yù)測(cè)模型以及庫區(qū)水生植物管控和魚類調(diào)控技術(shù)分析，建設(shè)跨區(qū)域、跨部門的金澤水源水質(zhì)水量監(jiān)測(cè)與預(yù)警業(yè)務(wù)化平臺(tái)。平臺(tái)主要集成水質(zhì)監(jiān)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)分析、模型預(yù)測(cè)、聯(lián)合調(diào)度、庫區(qū)控防等業(yè)務(wù)分析模塊以及在線數(shù)據(jù)監(jiān)控、船舶AIS監(jiān)控、視頻監(jiān)控識(shí)別等監(jiān)控業(yè)務(wù)模塊，也包含對(duì)重要場(chǎng)景、構(gòu)筑物(如泵房)及設(shè)備工況等的三維可視化功能。

2.1水質(zhì)監(jiān)測(cè)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)模塊包括監(jiān)測(cè)資源和綜合水質(zhì)2項(xiàng)。

2.1.1監(jiān)測(cè)資源

集成金澤水源地上下游跨區(qū)域、跨部門監(jiān)測(cè)資源，形成數(shù)據(jù)共享中心，監(jiān)測(cè)范圍覆蓋太浦河太浦閘—金澤水庫—松浦大橋沿線干流及主要支流，以及太湖、滬西南五區(qū)(供水量)等。在線監(jiān)測(cè)點(diǎn)16個(gè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)共160余項(xiàng)，指標(biāo)類型主要包括水位、流量、水溫、pH、電導(dǎo)率、溶解氧、渾濁度、高錳酸鹽指數(shù)、總氮、氨氮、總磷、葉綠素a、藍(lán)綠藻、揮發(fā)酚、銻、總有機(jī)碳(TOC)、鹽度、氧化還原點(diǎn)位(OPＲ)、總?cè)芙庑怨腆w(TDS)、生物毒性以及水閘和泵房工況指標(biāo)等；多數(shù)監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸頻率為分鐘級(jí)，部分指標(biāo)如總氮、總磷、氨氮、銻、TOC、生物毒性等可達(dá)到小時(shí)級(jí)。人工監(jiān)測(cè)點(diǎn)27個(gè)，其中12個(gè)點(diǎn)主要監(jiān)測(cè)從地表水標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)指標(biāo)中篩選出的13項(xiàng)，監(jiān)測(cè)頻率約2次/周；其余15個(gè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)地表水109項(xiàng)，除少數(shù)點(diǎn)外，常規(guī)29項(xiàng)監(jiān)測(cè)頻率1次/月，特定項(xiàng)監(jiān)測(cè)頻率1次/季度。水文水質(zhì)指標(biāo)均支持歷史數(shù)據(jù)查詢，在線水質(zhì)指

2.1.2綜合水質(zhì)

根據(jù)太浦河沿程監(jiān)測(cè)點(diǎn)最新監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(常規(guī)29項(xiàng)+銻)，采用綜合污染指數(shù)法計(jì)算綜合污染指數(shù)(CPI)。根據(jù)CPI值劃分水質(zhì)清潔(0～0.3)、微清潔(0.3～0.5)、輕污染(0.5～0.8)、中污染(0.8～1.0)、重污染(＞1.0)不同等級(jí)，并以不同顏色三維動(dòng)態(tài)展示(圖1)。金澤水庫水質(zhì)總體為微清潔，松浦大橋水質(zhì)總體為輕污染。

2.2風(fēng)險(xiǎn)分析

風(fēng)險(xiǎn)分析模塊包括污染源、風(fēng)險(xiǎn)源、通量分析、濃度分布4個(gè)功能項(xiàng)。

2.2.1污染源

集成太浦河兩翼地區(qū)污染源調(diào)查數(shù)據(jù)，分類展示區(qū)域內(nèi)主要點(diǎn)源(潛在點(diǎn)源)及污染物簡(jiǎn)要信息。點(diǎn)源(潛在點(diǎn)源)類型包括加油站、碼頭、污水處理廠、工業(yè)企業(yè)、涉銻企業(yè)、化學(xué)品倉庫(石油類及其
他)等約650個(gè)點(diǎn)項(xiàng)。

2.2.2風(fēng)險(xiǎn)源

集成金澤水庫船舶AIS在線數(shù)據(jù)，根據(jù)船舶距取水口的距離及種類劃分三級(jí)預(yù)警并進(jìn)行三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)展示。油船或化學(xué)品船進(jìn)入距取水口5～10km顯示Ⅲ級(jí)預(yù)警；油船或化學(xué)品船進(jìn)入距取水口1～5km顯示Ⅱ級(jí)預(yù)警；船舶進(jìn)入距取水口1km顯示Ⅰ級(jí)預(yù)警。

2.2.3通量分析

基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算2018年以來太浦河太湖來水和主要支流總氮、總磷、氨氮、化學(xué)需氧量(COD)、石油類、銻等污染物通量，綜合分析太浦河各來源污染物的貢獻(xiàn)率，并結(jié)合出入河特征，進(jìn)行三維動(dòng)態(tài)展示。

2.2.4濃度分布

集成太浦河兩翼地區(qū)河網(wǎng)水系總氮、氨氮、COD、鐵、銻等污染物調(diào)查結(jié)果(采樣點(diǎn)數(shù)平均413個(gè)/次；3次調(diào)查)，三維展示河網(wǎng)污染物濃度分布情況；采用插值法生成污染物濃度分布圖，劃分污染物高、低濃度分布區(qū)。

2.3模型預(yù)測(cè)

模型預(yù)測(cè)模塊包括水動(dòng)力、溢油、化學(xué)品泄漏、銻濃度、藻類生態(tài)、供水量/水質(zhì)6個(gè)功能項(xiàng)。

2.3.1水動(dòng)力模型

在水動(dòng)力模擬三維動(dòng)態(tài)展示界面(圖2)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬預(yù)見期(最長(zhǎng)72h)內(nèi)不同太浦閘調(diào)度方案(下泄流量)條件下太浦河太浦閘—金澤水庫—松浦大橋沿線河網(wǎng)及金澤庫區(qū)的水動(dòng)力?？牲c(diǎn)擊查詢范圍內(nèi)任意點(diǎn)位當(dāng)前流速、流向等。水動(dòng)力模型與溢油、化學(xué)品泄漏、銻濃度及藻類生態(tài)等模型實(shí)現(xiàn)無縫耦合。

2.3.2溢油模型

在溢油模擬展示界面(圖3)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬預(yù)見期內(nèi)溢油在水體中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。根據(jù)輸入?yún)?shù)，自動(dòng)計(jì)算油類在每一時(shí)刻距離取水口的距離和到達(dá)取水口所需時(shí)間?？牲c(diǎn)擊查詢范圍內(nèi)任意點(diǎn)位油類擴(kuò)散厚度、黏度等，并以曲線圖的形式展現(xiàn)該位置從溢油開始，預(yù)見期內(nèi)油污厚度和黏度的變化?？赡M柴油等26種常見油品的遷移擴(kuò)散。

2.3.3化學(xué)品泄漏模型

在化學(xué)品泄漏模擬展示界面(圖4)，系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬預(yù)見期內(nèi)泄漏化學(xué)品在水體中的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。根據(jù)輸入?yún)?shù)，自動(dòng)計(jì)算化學(xué)品在每一時(shí)刻距離取水口的距離和到達(dá)取水口所需時(shí)間?？牲c(diǎn)擊查詢范圍內(nèi)任意點(diǎn)位化學(xué)品擴(kuò)散濃度信息，并以曲線圖的形式展現(xiàn)該位置從化學(xué)品擴(kuò)散開始一定時(shí)間內(nèi)的濃度變化。

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