一种水体环境预警系统的建立方法

专利名称：一种水体环境预警系统的建立方法
技术领域：
本发明涉及一种环境预警系统的建立方法，具体地说是水体环境预警系统的建 立方法。
背景技术：
对于环境预警系统的研究，国内主要集中于单一风险事件的研究，对区域性多 风险因素的评价研究较少，区域环境风险理论尚处于初级阶段。在我国曹希寿最早 提出区域环境风险评价与管理的理念，探讨了区域环境风险水平的表征方法、区域 环境风险的识别方法、区域环境风险评价的模式方法以及区域环境风险管理的四个 主要问题。对于区域环境风险的识别和评价方法，主要是通过调査区域环境基础资 料和环境风险源项来识别风险，针对常规风险和灾难性事故风险选用不同的模式进 行风险评价。该方法主要是针对污染物释放到环境中后，对人体健康风险的评价， 没有考虑到导致风险事件发生的其它要素。
水体环境的恶化已成为全球的趋势，建立水体环境的预警系统已经成为防范环 境污染事故和防止事故危害扩大化的必要手段。现有水体环境的预警系统不能适应 环境趋势的发展，反应不成体系，无法为进一步采取有效措施提供支持。

发明内容
1. 发明目的
本发明提供一种水体环境预警系统的建立方法，针对现有水体环境预警系统建 立方法的可信性差，手段单一的问题，做到风险预警，并通过调用风险决策支持的 相关信息，对环境风险事件进行应急支持。
2. 技术方案
一种水体环境预警系统的建立方法，其步骤包括
(1) 自动监测仪对风险源污水排放口进行24小时实时监控；
(2) 自动监测数据通过网络传输到系统，然后由系统判断排放是否异常；
(3) 如果发现排放异常，立即调用自动监测数据和水质预测模型对下游的环境受体
3进行水质预测，返回给系统受体的浓度；
(4) 通过受体自身的性质、以及前面预测的受体污染物浓度，对受体进行危害评价；
(5) 根据受体的危害评价等级与受体自身的性质，调用事故危害数据库，给出事故 危害的应急对策。
其中的系统中包含以下数据库
(1) 环境空间数据库长江水环境的基本数据库；水文水质数据库；地理信息数据 库，可査询长江沿岸污水处理厂、取水口、排污口、监测断面等基本情况，重点污 染源动态实时监测数据，全流域地理信息；
(2) 社会属性数据库长江流域社会经济基本情况，风险源数据库、危险物质数据
库、防范求援数据库、环境法律法规数据库；可査询不同区域尺度潜在风险源的基
本情况及事故防范信息；风险源涉及的有毒有害危险物质的理化性质；环境保护相
关法律法规及标准。
其中的水质预测模型包括二维稳态模型和瞬时点源模型。 3.有益效果-
本发明提供了一种水体环境预警系统的建立方法，解决了以往基于GIS的环境 污染实时监控及预警系统中存在的问题，以信息技术为基础，综合运用地理信息系 统(GIS)、遥感(RS)、网络、多媒体等现代高新科技手段，利用水质预测技术， 结合现代环境风险管理理论，以计算机技术为依托对水体环境的水污染事故问题进 行模拟预测分析，以远程控制及自动化技术为依托对流域内的重点污染源进行自动 监控操作，并提出基于重点污染源优先控制有机毒物谱库的预警对策，为水体水质 自动化管理提供了一个效率高、实用性强的运行环境，为实现区域可持续发展奠定 坚实的基础，真正利用现代环境风险计算模型定性和定量预测重点污染企业和区域 的风险等级，将环境监控、水质预测和风险预测模型相结合。


图1为水体环境预警系统的建立方法流程图； 图2为水体环境预警系统结构图
图3为水体环境预警系统功能流程图。
具体实施例方式
4以下通过实施例结合附图来进一步说明本发明
水体环境预警系统是以信息技术为基础，综合运用地理信息系统(GIS)、遥感 (RS)、网络、多媒体等现代高新科技手段，通过对区域自然、社会、经济和水质 状况、生态环境、水资源分布的全面调査与评价，建立相应的动态数据库，提供动 态更新和査阅功能，建立全流域水质基础信息平台、不同功能的水质模型及其相应 的管理系统，为水体的环境风险管理提供数据支持；在此基础上，研制和开发政府 决策部门对长江(江苏段)流域水质环境进行风险管理和决策的计算机应用系统， 实现流域内各类基础信息、风险防范及应急信息的可视化查询；根据区域潜在环境 风险源的风险度，做好风险源的日常防范管理；当突发性环境污染事故发生时，实 时监测各项指标的变化，预测突发性环境污染事故的发展，模拟其影响范围与历时， 快速应急决策进行处理、处置，最大限度地减少突发性环境污染事故造成的不良影 响的全过程。
水体环境预警系统应用水质预测技术，结合现代环境风险管理理论，以计算机 技术为依托对长江流域内的水污染事故问题进行模拟预测分析，以远程控制及自动 化技术为依托对流域内的重点污染源进行自动监控操作，为长江水质自动化管理提 供了一个效率高、实用性强的运行环境，力图在全流域水质的综合规划和管理方面
提供辅助依据和手段做了新的尝试。 水体环境预警系统主要目标有
(一) 对潜在风险源的管理
针对不同区域尺度的风险源，建立风险源动态数据库，全面掌握各区域尺度主 要风险源的基本情况并建立严格的防范措施。同时，建立各类有毒有害物质的物理 化学特性数据库，污染物质可能污染环境的模型库。加强突发性事故特性及实例的 研究，总结以往各种事故发生和处理情况，以便建立各种事故预防、监测、处理、 处置的知识库。
(二) 实时监测和预警
由于突发性环境污染事故发生的突然性和危害的严重性，所以必须对易引发突 发性环境污染事故的场所安装相应的监测和预警装置，以便在某些指标刚刚接近警 戒线时预报可能出现的危机，并预测各种指标的时空变化趋势，为突发性事故管理 决策提供信息。(三)快速应急响应
根据预警系统提供的风险源、风险事件及受体的相关信息，由于情况紧急，环 境管理者必须在极短的时间内处理有关信息，明确事故类型和应急目标，拟定各种 可行的方案，并经分析评价后选择一个满意的方案，组织实施和跟踪监测，直至突 发性事故最终得以控制或消除为止。
数据库
(1) 空间数据的展示
主要包括长江水环境的基本数据库；水文水质数据库；地理信息数据库。可 查询长江沿岸污水处理厂、取水口、排污口、监测断面等基本情况；重点污染源动 态实时监测数据；全流域地理信息。
(2) 属性数据的展示
主要包括长江流域社会经济基本情况，风险源数据库、危险物质数据库、防 范求援数据库、环境法律法规数据库。查询不同区域尺度潜在风险源的基本情况及 事故防范信息；风险源涉及的有毒有害危险物质的理化性质；环境保护相关法律法 规及标准。
(3) 水质模型的展示 事故发生时能直观展示事故模拟过程，同时可进行紧急响应。
环境风险决策支持
流域尺度，通过环境风险区划，客观地揭示区域内及区域之间环境风险分布的 相似性和差异性，并根据区域环境风险分异的规律，按照区域自然环境及社会环境 的结构、功能及特点，划分成不同等级的地区，选择优先管理的区域，合理管理各 个地区的环境风险，做好流域环境风险日常防范工作，尽可能避免事故发生，保证 流域环境安全。
系统结构设计
针对系统的功能，系统的总体结构框架如图2所示，分为人机交互子系统、问题处理子系统、数据库子系统、模型库子系统，知识库子系统5个部分。
1、 人机交互子系统
人机交互界面是以直观的形象及不同的现场对话方式，建立用户和计算机系统 之间的联系，实现操作导航及交互结果的信息反馈。 一方面，用户通过人机交互子 系统中的菜单、命令按钮、对话框等来对系统发出命令；另一方面，系统通过人机 交互子系统，利用窗口、表格、地图、动画、声音等向用户传输信息，如为风险事 故发出警报等。人机交互界面是长江水质预警系统中极为重要的组成部分，因而多 样性、兼容性、有效性、便利性以及提供较好的帮助和错误信息提示即为该子系统 必须满足的要求，决定了决策的效果。
2、 数据库子系统
该系统负责对整个系统用到的数据进行储存与管理。系统中的数据可以分为静 态数据与动态数据。静态数据又可以分为属性数据和空间数据，属性数据主要包括 开发区的基本情况，部分企业的基本情况、流域的社会经济发展情况等，本系统主 要用MS Acess和网页的形式来储存静态的属性数据。空间数据是指一些具有空间 特征的信息，例如各个排污口、污水处理厂的分布，长江的一些水文信息等，本系 统通过Arcview来对空间数据进行储存。
与静态数据相对应，动态数据是指实时更新的数据，本系统的动态数据主要是 自动监测数据通过网络传输到数据库的实时监测数据，用MSAcess来储存数据。
3、 模型库子系统
该系统负责对系统所用到的模型进行储存和管理。本系统所用到的模型包括风 险评价模型和水质预测模型。风险评价模型主要包括区域风险评价模型、企业风险 评价模型、危害评价模型等。水质模型包括二维稳态模型和瞬时点源模型。
4、 知识库子系统
该系统主要对环境风险决策中所用到的基本知识，如政策法规、环境标准、有 毒物质的理化性质及应急措施等，通过各种知识的描述方法组织成基本知识集。
5、 问题处理子系统
该部件是将实际的环境风险决策问题进行归纳整理并建立一个解决该决策问题 的总模型，它集所需的基本模型(来自模型库)、所需的数据(来自数据库)、所需的知识(来自知识库)进行必要的人机对话达到决策问题的求解、支持用户决策。 在集成各部件(数据、模型、知识、人)时需利用这些部件之间的接口，联接各部 件成为有机的整体。问题处理系统是本系统的核心部分，也是建立系统的难点之一。
系统功能设计
长江(江苏段)沿江开发预警系统是集数据管理、图形编辑、模型分析及图形 输出等诸功能于一体，并能有效地管理区域环境风险和分析事故救援情况的系统。
根据系统的目标及功能需求，系统的总体功能设计框架如图3所示。主要功能模块 有系统维护、信息査询、区域环境风险管理和帮助等。
系统维护功能包括信息的录入、修改、删除。其中信息录入包括空间数据和属 性数据的输入。空间信息录入包括取水口、污水处理厂等流域基础地理信息的输入。 属性数据录入主要是基础信息库、防范救援信息库的建立。
信息查询模块主要实现对长江(江苏段)流域经济与环境发展现状、长江水环 境基本信息、环境风险防范和应急救援信息的文本与地图的査询。
区域环境风险管理功能包括环境风险日常防范和环境风险预警与应急。这是整 个系统功能的核心部分。
其中，环境风险的日常防范包括以下两个功能
(1) 利用区域环境风险评价模型对流域进行环境风险区划，并根据各个区域 产生风险的主导因素从区域的层面上提出各个区域的环境管理策略与措施；
(2) 利用企业风险评价模型对各种企业进行环境风险评价，并根据企业产生 风险的主导因素提出企业环境风险控制的策略和措施。
环境风险事故的预警与应急功能主要是通过自动监测仪对排污口进行实时监 测，对监测数据进行分析，如果发现监测数据异常则马上调用水质预测模型对附近 的环境受体进行水质预测，并根据预测结果通过危害评价模型得出受体受到的危害 等级，并提供相应的应急决策支持。
帮助功能主要是对系统的安装、使用进行说明，为用户使用系统提供方便。
权利要求
1.一种水体环境预警系统的建立方法，其步骤包括(1)自动监测仪对风险源污水排放口进行24小时实时监控；(2)自动监测数据通过网络传输到系统，然后由系统判断排放是否异常；(3)如果发现排放异常，立即调用自动监测数据和水质预测模型对下游的环境受体进行水质预测，返回给系统受体的浓度；(4)通过受体自身的性质、以及前面预测的受体污染物浓度，对受体进行危害评价；(5)根据受体的危害评价等级与受体自身的性质，调用事故危害数据库，给出事故危害的应急对策。
2. 根据权利要求l所述的一种水体环境预警系统的建立方法，其特征在于其中 的系统中包含以下数据库(1) 环境空间数据库长江水环境的基本数据库；水文水质数据库；地理信 息数据库，可查询长江沿岸污水处理厂、取水口、排污口、监测断面等基本情 况，重点污染源动态实时监测数据，全流域地理信息；(2) 社会属性数据库长江流域社会经济基本情况，风险源数据库、危险物 质数据库、防范求援数据库、环境法律法规数据库；可査询不同区域尺度潜在 风险源的基本情况及事故防范信息；风险源涉及的有毒有害危险物质的理化性 质；环境保护相关法律法规及标准。
3. 根据权利要求l所述的一种水体环境预警系统的建立方法，其特征在于其中 的水质预测模型包括二维稳态模型和瞬时点源模型。
全文摘要
本发明公开了一种水体环境预警系统的建立方法。其步骤自动监测仪对风险源污水排放口进行实时监控；自动监测数据通过网络传输到系统，由系统判断排放是否异常；如果排放异常，立即调用自动监测数据和水质预测模型对下游的环境受体进行水质预测，返回给系统受体的浓度；通过受体自身的性质、以及前面预测的受体污染物浓度，对受体进行危害评价；调用事故危害数据库，给出事故危害的应急对策。本发明以信息技术为基础，综合运用地理信息系统、网络、多媒体等现代高新科技手段，利用水质预测技术，结合现代环境风险管理理论，为水体水质自动化管理提供了一个效率高、实用性强的运行环境，为实现区域可持续发展奠定坚实的基础。
文档编号G06Q50/00GK101582192SQ20081009891
公开日2009年11月18日 申请日期2008年5月16日 优先权日2008年5月16日
发明者冉廷兵, 晶 夏, 陆根法 申请人:南京大学