控源改善滨江水网环境质量虚拟仿真实验教学指导书
本虚拟仿真教学实验基于Unity引擎开发,其中的虚拟场景是以我国某滨江城市骨干树状河网为蓝本,具备科学评估水网环境质量状况、解析水网环境问题与实时模拟控源改善水质效果等功能,能够为滨江河网地区水环境综合治理与效果评估提供综合性情景仿真训练。实验总体框架设计共包括三大模块:滨江河网水环境调查认知模块、水环境问题诊断模块和控源改善水质效果评估模块。其中水环境调查认知模块包括不同类型的污染源认知、污染源调查方法认知、水环境调查方法认知污染物输运模拟方法认知四个环节;水环境问题诊断模块包括水网环境质量调查、水污染源调查、水质评价与诊断三个环节;控源改善水质效果评估模块包括模型选择与参数率定、控源措施应用、方案效果评估三个环节。各实验场景与模块环节均依托滨江树状河网水系治理实际工程项目构筑,建立在大量现实调查实践基础之上,很好地复现河网水环境治理的主要过程。通过本虚拟仿真实验,可以使学生较为全面了解和掌握流域污染负荷计算、河网水环境质量评价、水质模型构建、模拟和分析方法和流程,学会对水环境不同治理手段的治理效果进行科学评估,为将来工作中流域水环境污染控制的实际应用打下基础。
开始实验
1步骤1:污染源认知
了解滨江水网点、面污染源概念及其主要特征。
2步骤2:污染源调查方法认知
了解滨江水网污染点、面污染源调查内容与源强计算方法。
3步骤3:水质类别认知
了解我国地表水分类、对应水体及其常规水质指标标准。
4步骤4:监测采样方法认知
了解水环境质量现状调查中,水质监测断面布设、采样点设置与监测结果记录要求。
5步骤5:水环境数学模型认知
了解一、二维河流水质解析解数学模型。
6步骤6:监测断面布设
进入断面布设界面,拖动右方断面示意图标,到左方水网概化图相应位置进行断面布设。
7步骤7:水文水质监测
进入河流水文水质量测界面,点击激活流量仪,完成河道流量、水深与河宽等水文参数测定;点击激活取水器,开展水样采集与温度、DO、pH值现场量测,并将样本带回实验室,启动分光光度计、COD消解仪,进行氨氮、TP和COD的分析检测。
8步骤8:水污染源调查
学员可按方向键或者WASD键,进行左右前后移动游走。界面右侧列有工业污水、城市生活污水、农田污染、农村污染、城镇径流污染、城镇生活直排图标,分别点击图标,则可进入各污染源场景动画,自动采集并得出相应源强数据。
9步骤9:水质现状评价
确定不同水质指标污染指数计算公式,与各断面水质目标,根据各断面各水质指标现状监测值,计算各断面各水质指标污染指数与超标倍数,确定超标断面。
10步骤10:水质问题诊断
根据超标情况,将各指标进行污染程度排序,并选择导致各断面水质恶化的可能原因,完成后点击提交诊断报告。
11步骤11:水质模型选择
针对河网滨江河上段、滨江河、滨江新河与某江干流段四条河流物质输运特征,选择合适的水质模型。
12步骤12:模型参数率定
进入参数率定界面,针对不同断面所在河段,分别设定COD、氨氮、总磷降解系数,对各监测断面水质现状进行模拟。当所有断面指标计算值与实测值相对误差均在5%以内,方可认为参数通过率定;否则退回参数率定界面,重新率定参数,直到计算结果符合要求为止。
13步骤13:控源措施设计与方案效果模拟
进入控源治理方案设计界面,通过下拉菜单选择不同控源方案,查看所设定控源方案成本与对污染源负荷的消减成效,进行该方案水质改善效果实时模拟,观察各控制断面水质指标预测值与对应水质标准值的对比。
14步骤14:优化方案与提交方案
若任一断面、任一指标出现计算值高于水质标准值情形,则需要对控源方案进行调整,学员可点击优化方案,回到控源方案治理设计界面,重新设定方案并模拟其控源效果;如果所有断面指标计算值均不超过标准值,则认为控源措施达标,可提交治理方案。
15步骤15:最终成效评估与出具实验报告
系统针对提交的治理方案,测算总成本,对治理方案进行评估,治理成本越低者,其方案越优,学生点击实验报告,系统生成各模块完成与最终得分情况。
END