一种平原河网区水环境监测预警与安全保障管理系统的制作方法
本发明涉及水环境监测技术领域，具体涉及一种平原河网区水环境监测预警与安全保障管理系统。
背景技术：
随着全球对水环境和水安全问题的日益重视，水环境和水安全问题已经成为关系到人类经济、社会和环境可持续发展的重大问题。
现有技术中，水环境管理部门一般仅对区域水文、水质、水生态等进行常规监测和监管，对影响水文水质的其他要素信息监管往往不足，各种信息相对孤立，不能提供相互支撑。而影响水环境和水安全因素具有多样性和不确定性，因此现有常规水环境管理方式无法从根源处解决水环境和水安全问题。
技术实现要素：
本发明为解决上述技术问题，提供了一种平原河网区水环境监测预警与安全保障管理系统，能够加强平原河网区域水环境的综合管理，提高平原河网区域水环境的安全性。
本发明采用的技术方案如下：
一种平原河网区水环境监测预警与安全保障管理系统，包括：基本信息管理模块，所述基本信息管理模块用于建立水系、监测点、污染源、社会经济、市政设施、安全保障的基本信息数据库；水环境分析与评价模块，所述水环境分析与评价模块用于进行水质分析、生成水质报告并提供历史数据查询；水环境监控预警模块，所述水环境监控预警模块用于进行预警信息配置、水质及污染源超标预警、监控预警管理、水质模拟预测、溯源分析；水环境风险管控模块，所述水环境风险管控模块用于进行风险源管理、敏感源管理、企业风险评估、区域风险评估。
所述的平原河网区水环境监测预警与安全保障管理系统还包括：gis模块，所述gis模块用于基于所述基本信息数据库对水环境监测区域的电子地图进行放大、缩小、移动和图层控制；数据监测模块，所述数据监测模块用于从水质监测设备获取水环境监测区域水体的实时数据，并将所述实时数据传输至所述基本信息管理模块。
所述基本信息管理模块包括：水系单元，所述水系单元存储水质等级、河流上下游、长度、流向、流量、流域面积、水域面积、常水位和平均设计水位、河流边坡；监测点单元，所述监测点单元存储监测数据类型、监测断面位置、水质因子、水质类别、监测时间、监测因子、所属河流，所述监测数据类型包括手工监测和自动监测；污染源单元，所述污染源单元存储工业源、污水处理厂、农业源和生活源列表信息；社会经济单元，所述社会经济单元存储年份、人口和经济类型；市政设施单元，所述市政设施单元存储网分布、污水口、雨水口、闸坝信息；安全保障信息单元，所述安全保障信息单元存储应急专家、应急预案、应急知识、应急资源管理；专题图层单元，所述专题图层单元存储地表水功能区划、生态红线区域、水生态功能区。
所述水环境分析与评价模块包括：水质分析单元，所述水质分析单元基于水十条和水质自动站进行水质分析；水质报告单元，所述水质报告单元用于从所属监测点数据库提取各监测点的水环境数据，并以日报、周报、月报和年报的形式或者专题报告进行分类统计建立水质报告；历史数据查询单元，所述历史数据查询单元用于提供手工监测和自动监测项目的参数查询。
所述水环境监控预警模块包括：预警信息配置单元，所述预警信息配置单元用于配置水质和污染源预警信息；水质及污染源超标预警单元，所述水质及污染源超标预警单元用于通过电子地图标记预警站点的预警状态分布，并对预警信息进行记录；监控预警管理单元，所述监控预警管理单元用于针对预警信息，开展预警应急任务发布，同时启动应急响应、应急处置和应急保障，提供应急任务的查看、应急任务办理的全流程流转；水质模拟预测单元，所述水质模拟预测单元用于进行水质预测和水质污染预报；溯源分析单元，所述溯源分析单元用于基于高程数据建立河流流向和支流干流的拓扑关系。
所述水质模拟预测单元包括水质预测子单元和水质污染预报子单元，所述水质预测子单元通过机器学习实现水质预测，所述水质污染预报子单元通过构建一维河网水质模型模拟方案并展示模拟结果。
所述水质预测子单元具体用于基于各个监测点的等间距历史监测数据，开展动态灰色系统模型gm(1，1)的水质预测，并开展人工神经网络模型的水质预测，以及根据组合预测原理，采用加权系数法，对动态灰色模型预测结果与人工神经网络模型预测结果进行组合，获得最终的水质预测结果。
所述水质污染预报子单元具体用于设置模拟时间、河网空间信息、水文水质信息、污染事故、水动力边界条件，然后运行模拟方案，显示污染物迁移过程和曲线分析图。
预警过程包括根据水质评价标准，判断水质预测值是否符合相应的指标要求，若不符合，则查看预警点位及周边信息，控制溯源分析单元开展溯源分析，排查可能的污染源，然后根据风险管控应急管理章程，将污染溯源任务发送至下级分区负责人，同时启动应急响应，应急处置和应急保障。
所述水环境风险管控模块包括：风险源管理单元，所述风险源管理单元用于对风险源企业、危化品仓库、加油站、码头、输油管线等进行电子地图展示；敏感源管理单元，所述敏感源管理单元用于对小区、学校、医院、水源地保护区、生态红线区进行管理；企业风险评估单元，所述企业风险评估单元用于通过构建水企业突发水环境事件分级矩阵开展评价工作，并进行结果展示；区域风险评估单元，所述区域风险评估单元用于通过构建水环境突发环境事件风险指标体系开展评级，并进行结果展示。
本发明的有益效果：
本发明通过建立各种信息的关联，加强了对重点区域、重点断面的针对性重点监控；通过建立水质数据分析与评价，对不同属性监测数据进行分析评价和趋势分析；对自动监测站点开展预测预报，帮助监测者及管理人员识别水环境污染区域及污染级别，帮助决策者在发生水污染事件时做到判断准确、处理及时和措施有效；结合gis的图形显示功能，对监测区域水系、水质、污染源等进行监管图形一体化显示，实现了一张图的功能，由此，能够加强平原河网区域水环境的综合管理，提高平原河网区域水环境的安全性。
附图说明
图1为本发明实施例的平原河网区水环境监测预警与安全保障管理系统的方框示意图；
图2为本发明一个实施例的平原河网区水环境监测预警与安全保障管理系统的方框示意图；
图3为本发明一个实施例的基本信息管理模块的方框示意图；
图4为本发明一个实施例的水环境分析与评价模块的方框示意图；
图5为本发明一个实施例的水环境监控预警模块的方框示意图；
图6为本发明一个实施例的水环境风险管控模块的方框示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例的平原河网区水环境监测预警与安全保障管理系统包括基本信息管理模块10、水环境分析与评价模块20、水环境监控预警模块30和水环境风险管控模块40。其中，基本信息管理模块10用于建立水系、监测点、污染源、社会经济、市政设施、安全保障的基本信息数据库；水环境分析与评价模块20用于进行水质分析、生成水质报告并提供历史数据查询；水环境监控预警模块30用于进行预警信息配置、水质及污染源超标预警、监控预警管理、水质模拟预测、溯源分析；水环境风险管控模块40用于进行风险源管理、敏感源管理、企业风险评估、区域风险评估。
进一步地，如图2所示，本发明实施例的平原河网区水环境监测预警与安全保障管理系统还包括gis模块50和数据监测模块60。gis模块50和数据监测模块60分别与基本信息管理模块10相连，gis模块50用于基于基本信息数据库对水环境监测区域的电子地图进行放大、缩小、移动和图层控制；数据监测模块60用于从水质监测设备获取水环境监测区域水体的实时数据，并通过无线通信的方式将实时数据传输至基本信息管理模块10。
在本发明的一个实施例中，如图3所示，基本信息管理模块10包括水系单元11、监测点单元12、污染源单元13、社会经济单元14、市政设施单元15、安全保障信息单元16和。水系单元11用于记录水质等级、河流上下游、长度、流向、流量、流域面积、水域面积、常水位和平均设计水位、河流边坡等。监测点单元12包含监测数据类型(包括手工监测和自动监测)、监测断面位置(经纬度)、水质因子、水质类别、监测时间、监测因子、所属河流等。其中，手工监测因子包含水温、溶解氧、ph、高锰酸盐指数、cod、五日生化需氧量、氨氮、总磷、总氮、挥发酚、石油类、氟化物、铅、汞、铜、锌、硒、砷、镉、六价铬、氰化物、阴离子表面活性剂、硫化物、粪大肠菌群等；自动监测因子包含ph、溶解氧、氨氮、cod、总磷、总氮、电导率水温、氟化物、总有机物、总酚、浊度等。污染源单元13包含工业源、污水处理厂、农业源和生活源等列表信息。其中，工业源包含名称、法人、联系电话、详细地址、行业类别、企业状态、所属河流、排水去向、年份、年度cod、氨氮、总磷、总氮的排放量等；污水处理厂包含名称、位置、法人、电话、排污去向、受纳水体、处理类型、接管企业、份度、年度cod、氨氮、总磷、总氮的排放量等；农业源包含各个乡镇农业产生的cod、氨氮、总磷、总氮的年度排放量；生活源包含各个乡镇生活产生的cod、氨氮、总磷、总氮的年度排放量。社会经济单元14包括年份、人口(水环境监测区域所在地人口和户籍人口)以及经济类型等。市政设施单元15包括网分布、污水口、雨水口、闸坝等信息。安全保障信息单元16包括应急专家、应急预案、应急知识、应急资源管理等。其中，应急专家包含专家姓名、专业类型、联系方式等，应急预案包含企业应急预案、政府部门应急预案；应急知识包含危险化学品库、典型案例库、法律知识库、环境标准库等。专题图层单元17包含地表水功能区划、生态红线区域、水生态功能区等。
在本发明的一个实施例中，如图4所示，水环境分析与评价模块20包括水质分析单元21、水质报告单元22和历史数据查询单元23。水质分析单元基于水十条和水质自动站进行水质分析。其中，水十条断面包含国考和省考两种类型，选择考核目标作为水质评价标准，水环境数据评价包含达标率分析、水质级别分析、主要污染物分析、污染物变化趋势分析、累计浓度趋势分析、mann-kendall分析等。水质自动站点包含国控、省控和市控，监测数据频次包含1小时、2小时和4小时，选择自动站点河流水环境功能区标准作为水质评价标准，水环境数据评价包含水质级别分析、主要污染物分析、污染物趋势变化分析和mann-kendall分析等。所有分析结果根据需要以条形图、柱状图、折线图、饼状图或日历图等形式显示。水质报告单元22用于从所属监测点数据库提取各监测点的水环境数据，并以日报、周报、月报和年报的形式或者专题报告进行分类统计建立水质报告。其中，日历报告内容包括监测日期、监测站点、断面名称、水功能区标准、ph、溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮、水质现状类别、水文(流向、流速等)、感官等。蓝藻报告内容包含监测时间、气温、水温、风俗、藻密度、ph、溶解氧、以及蓝藻聚集分布、异味等。历史数据查询单元23用于提供手工监测和自动监测项目的参数查询。其中，手工监测项目可以根据河流名称、断面属性、监测时间、水温、溶解氧、ph、高锰酸盐指数、cod、五日生化需氧量、氨氮、总磷、总蛋、挥发酚、石油类、氟化物、铅、汞、铜、锌、硒、砷、镉、六价铬、氰化物、阴离子表面活性剂、硫化物、粪大肠菌群等参数查询；自动监测数据可以根据站点名称、站点类型、所在河流、ph、溶解氧、氨氮、cod、总磷、总氮、电导率水温、氟化物、总有机物、总酚、浊度等参数查询。
在本发明的一个实施例中，如图5所示，水环境监控预警模块30包括预警信息配置单元31、水质及污染源超标预警单元32、监控预警管理单元33、水质模拟预测单元34和溯源分析单元35。预警信息配置单元31用于配置水质和污染源预警信息。其中，污染源配置要素包含企业名称、在线监控因子、排放口编号、预警等级等，水质预警信息配置要素包含站点、断面、因子、预警等级等。可以根据历史数据的分析，开展针对性的预警指标以及预警等级的设置。水质及污染源超标预警单元32用于通过电子地图标记预警站点的预警状态分布，并对预警信息进行记录。监控预警管理单元33用于针对预警信息，开展预警应急任务发布，同时启动应急响应、应急处置和应急保障，提供应急任务的查看、应急任务办理的全流程流转。其中任务的发布包含监测方案的设计、预警点位的现状等内容。水质模拟预测单元34用于进行水质预测和水质污染预报。其中，水质模拟预测单元34包括水质预测子单元和水质污染预报子单元，水质预测子单元通过机器学习实现短期的水质预测，水质污染预报子单元通过构建一维河网水质模型模拟方案并展示模拟结果。溯源分析单元35用于基于高程数据建立河流流向和支流干流的拓扑关系。建立污染源与排口、排口与河流的拓扑关系，可以实现问题点位上游流域范围分析以及污染源、风险源、污水处理厂查询等功能，并将查询结果返回客户端电子地图，显示结果列表。
在本发明的一个具体实施例中，水质预测子单元用于基于各个监测点的等间距历史监测数据，开展动态灰色系统模型gm(1，1)的水质预测，并开展人工神经网络模型的水质预测，以及根据组合预测原理，采用加权系数法，对动态灰色模型预测结果与人工神经网络模型预测结果进行组合，获得最终的水质预测结果。
其中，动态灰色系统模型gm(1，1)的水质预测过程为：针对各个监测点的等间距历史监测数据，基于gm(1，1)理论，构建灰色子模型，要求原始数据系列中有n个数(n≥4)，按照时间序列且含有原始数据系列中最后一位数的组合共有n-3组，按照时间序列建立n-3种子模型，获得灰色子系统特征参数，形成动态灰色系统模型群；对每一个灰色子系统进行精度检验；在满足模型精度的条件下，采用每个灰色子系统进行水质预测；对各个灰色子系统模型预测值进行算数平均，获得最终的水质预测结果。
根据组合预测原理，采用加权系数法进行组合预测，组合预测系数的确定过程为：分别获取gm(1，1)模型和人工神经网络模型预测的精度序列：j1,t和j2,t，其中
在本发明的一个具体实施例中，水质污染预报子单元用于：设置模拟时间，包括时间步长、初始时间和结束时间；设置河网空间信息；设置水文水质信息，包含流速、水深、水质本底值；设置污染事故，包含污染物泄漏事件、位置、污染物名称、浓度、体积等；设置水动力边界条件，包括边界描述、边界类型、断面距离，闸坝位置、敏感受体位置等；运行模拟方案，显示污染物迁移过程和曲线分析图。
在本发明的一个实施例中，如图6所示，水环境风险管控模块40包括风险源管理单元41、敏感源管理单元42、企业风险评估单元43和区域风险评估单元44。风险源管理单元41用于对风险源企业、危化品仓库、加油站、码头、输油管线等进行电子地图展示。其中，风险源企业按照一般、较大和重大级别进行不同颜色显示。风险源企业包含风险源基本信息、原料及产品、风险物质和单元、风险控制水平、企业应急联系人、周边环境和应急演练等信息。风险源可以实现周边范围内的敏感源的联动查询和显示。敏感源管理单元42用于对小区、学校、医院、水源地保护区、生态红线区等进行管理。企业风险评估单元43用于通过构建水企业突发水环境事件分级矩阵开展评价工作，并进行结果展示。区域风险评估单元44用于通过构建水环境突发环境事件风险指标体系开展评级，并进行结果展示。
基于上述平原河网区水环境监测预警与安全保障管理系统的预警方法可包括：根据水质评价标准，判断水质预测值是否符合相应的指标要求，若符合，则不进行预警；若不符合，则查看预警点位及周边信息，控制溯源分析单元开展溯源分析，排查可能的污染源；根据风险管控应急管理章程，将污染溯源任务发送至下级分区负责人，同时启动应急响应，应急处置和应急保障。
综上所述，根据本发明实施例的平原河网区水环境监测预警与安全保障管理系统，通过建立各种信息的关联，加强了对重点区域、重点断面的针对性重点监控；通过建立水质数据分析与评价，对不同属性监测数据进行分析评价和趋势分析；对自动监测站点开展预测预报，帮助监测者及管理人员识别水环境污染区域及污染级别，帮助决策者在发生水污染事件时做到判断准确、处理及时和措施有效；结合gis的图形显示功能，对监测区域水系、水质、污染源等进行监管图形一体化显示，实现了一张图的功能，由此，能够加强平原河网区域水环境的综合管理，提高平原河网区域水环境的安全性。
在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、
“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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