一种河流水质预测系统的制作方法

本实用新型涉及一种河流水质预测系统，属于河流水质监测领域。

背景技术：

随着经济社会高速发展，城市化进程不断加快，生态环境负荷逐年增加。解决好生态环境与人类社会和谐发展是当今社会重要的课题。水环境是人们生活、生产等活动不可分割的一部分，全国各个城市都面临不同程度河道水体污染负荷过载问题，哪个污染因子超标，什么时候开始超标，未来会恶化到什么程度，需要怎样的宏观规划防控是摆在现实社会的一道难题。

因此，有必要建立一套河流水质预测系统，利用实时采集的水质水量监测数据，在线数据处理，对河流体系未来水质进行预测，从而实现对河道水体污染因子的监控和预测，为河流体系的水生态保护、区域规划等方面提供理论依据，为今后河流治理相关工程提供科学有效地的数据支撑。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型提供一种河流水质预测系统，通过监测影响河流水质的多种污染因子，模拟预测河流水质的发展趋势。

本发明采用的技术方案是：一种河流水质预测系统，它包括水动力测量装置、水质监测终端、无线数据传输装置和水质预测服务器，所述无线数据传输装置包含无线通信单元、控制单元和gprs通信单元，无线通信单元通过控制单元连接gprs通信单元，水动力测量装置和水质监测终端通过无线通信单元与无线数据传输装置进行数据传输，水质预测服务器通过gprs通信单元与无线数据传输装置进行数据传输。

所述水动力测量装置包含测扫雷达测流装置、雷达水位计、遥测雨量计和自动蒸发监测装置。

所述水质监测终端包含多个水质自动监测站。

所述水质预测服务器包含数据处理模块和水质预测模块。

所述水动力测量装置包含电源模块、stm32单片机、水动力传感器模块、水动力通信模块，stm32单片机电连接电源模块、水动力传感器模块和水动力通信模块，水动力测量装置通过水动力通信模块和无线通信单元进行数据传输；水动力传感器模块与stm32单片机通过uart通讯进行数据传输。

所述测扫雷达测流装置包含电源模块、stm32单片机、水动力传感器模块（雷达测流传感器模块）、水动力通信模块（雷达测流通信模块），测扫雷达测流装置通过雷达测流通信模块和无线通信单元进行数据传输；雷达测流传感器模块与stm32单片机通过uart通讯进行数据传输。

所述雷达水位计包含电源模块、stm32单片机、水动力传感器模块（水位传感器模块）、水动力通信模块（水位通信模块），雷达水位计通过水位通信模块和无线通信单元进行数据传输；水位传感器模块与stm32单片机通过uart通讯进行数据传输。

所述遥测雨量计包含电源模块、stm32单片机、水动力传感器模块（雨量传感器模块）、水动力通信模块（雨量通信模块），遥测雨量计通过雨量通信模块和无线通信单元进行数据传输；雨量传感器模块与stm32单片机通过uart通讯进行数据传输。

所述自动蒸发监测装置包含电源模块、stm32单片机、水动力传感器模块（蒸发监测传感器模块）、水动力通信模块（蒸发监测通信模块），动蒸发监测装置通过蒸发监测通信模块和无线通信单元进行数据传输；蒸发监测传感器模块与stm32单片机通过uart通讯进行数据传输。

所述水质自动监测站包含电源模块、stm32单片机、水质分析模块、采水\配水\预处理模块和水质数据通信模块，stm32单片机电连接电源模块、水质分析模块、采水\配水\预处理模块和水质数据通信模块，水质分析模块电连接采水\配水\预处理模块，水质监测终端通过水质数据通信模块和无线通信单元进行数据传输，水质分析模块与stm32单片机通过uart通讯进行数据传输。

所述水质分析模块包含化学需氧量分析仪、氨氮分析仪、高锰酸钾分析仪和总磷分析仪中的至少一种。

采水\配水\预处理模块负责为水质分析模块取水样、对待测水样进行预处理、分配及对测量结束后的水样和测量产生的废水进行处理。水质分析模块通过水质分析仪对待测水样进行分析并输出分析结果数据。stm32单片机对采水\配水\预处理模块和水质分析模块进行调控和数据通信。

本发明的有益效果是：一种河流水质预测系统包括水动力测量装置、水质监测终端、无线数据传输装置和水质预测服务器，无线数据传输装置包含无线通信单元、控制单元和gprs通信单元，无线通信单元通过控制单元连接gprs通信单元，水动力测量装置和水质监测终端通过无线通信单元与无线数据传输装置进行数据传输，水质预测服务器通过gprs通信单元与无线数据传输装置进行数据传输。该系统通过水动力测量装置实时记录测量目标河流的边界流量、水位、降雨量、蒸发量等水动力信息，通过水质监测终端监测目标河流的水质情况，并将水动力和水质数据通过无线数据传输装置传输至水质预测服务器的数据处理模块，水质预测模块通过数据处理模块存储的历史水动力数据建立目标河流的水动力模型，并不断通过新接收的水动力数据率定该水动力模型。水质预测模块根据水动力模型和水质数据运行建立水质预测模型，实现对目标河流水质信息的预测。该系统结构清晰紧凑、科学合理，运用现有设备即可实现对目标河流水质的预测，为目标河流周边项目实施的可行性提供一共评估工具。

附图说明

图1是一种河流水质预测系统的结构图。

图2是2019年石佛寺水库断面高锰酸钾预测数据与实际监测数据对比图。

图3是2019年石佛寺水库断面氨氮浓度预测值与实测值对比图。

图4是2019年马虎山断面高锰酸钾预测数据与实际监测数据对比图。

图5是2019年马虎山断面氨氮浓度预测值与实测值对比图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式对本实用信息的技术方案进行清楚、完整地说明：

图1示出了一种河流水质预测系统的结构图。这种河流水质预测系统的具体工作过程为：水动力测量装置和水质自动监测站的stm32单片机接收到目标河流的流量、水位、降雨量、蒸发量和水质数据后，进行处理，将十六进制的数字信号转换成十进制的字符串形式，传输给水动力通信模块和水质数据通信模块，水动力通信模块和水质数据通信模块通过无线通信单元和gprs通信单元将数据传输给水质预测服务器的数据处理模块，数据处理模块将水动力数据和水质数据分别存储。水质预测模块由水质预测模型组成，水质预测模型包含mikehydrohd水动力模型和ecolab水质模型，将数据处理模块中存储的历史水动力数据输入mikehydrohd水动力模型建立目标河流的水动力模型，目标河流水动力模型输出的水动力数据和历史水质数据共同建立目标河流的ecolab水质模型，利用数据处理模块中存储的水动力数据和水质数据对水动力模型和水质模型训练得到适用于目标河流的水质预测模型，对该水质预测模型输入预估的水动力数据、水质数据，生成预测时间段的目标河流不同断面的污染因子浓度。

应用该水质预测系统预测2019年辽河干流沈阳段主要污染因子氨氮和高锰酸钾的含量，利用2018年该河段涉及流域范围内水动力测量装置测量的降雨、蒸发、边界水位、边界流量数据和水质自动监测站测量的氨氮浓度和高锰酸钾含量数据建立辽河干流沈阳段的水质预测模型，将2019年水文预报的边界水位、流量等水动力数据和污染负荷估算的高锰酸钾、氨氮的平均入河浓度数据依次输入建立的水质预测模型，通过建立好的模型输出2019年辽河干流沈阳段的氨氮和高锰酸钾含量的模拟预测数据。图2为2019年石佛寺水库断面的高锰酸钾预测数据与实际监测数据对比图。图3是2019年石佛寺水库断面的氨氮浓度预测值与实测值对比图，从图中可以看出，辽河沈阳段石佛寺水库断面的水质模型模拟结果与实测数据吻合较好。

图4为2019年马虎山断面高锰酸钾预测数据与实际监测数据对比图。图5是2019年马虎山断面氨氮浓度预测值与实测值对比图，从图中可以看出，辽河沈阳段马虎山断面水质模型模拟结果与实测数据吻合较好。

本实施例的水质预测服务器可以使用其它现有的水质预测训练模型，利用训练模型对所接收的水动力数据和水质数据进行学习训练，建立目标河流的水质预测模型，根据预估的河流的边界水位、流量等水动力数据和水质负荷数据输出目标河流未来的水质预测值。

通过该水质预测系统能够准确预测目标水域的未来水质数据，为未来流域纳污整治规划、水环境质量改善预测提供数据支持，为打好辽河流域治理攻坚战保驾护航。