跨区域、跨部门的金泽水源水质水量监测与预警业务化平台（一）

1研究背景

金泽水库位于上海市青浦区金泽镇西部、太浦河北岸，占地面积约为2.7km2，总库容约为910万m3。2016年底，金泽水库原水工程正式投入运行，初期原水供应规模约为200万m3/d，远期达到351万m3/d，主要供应青浦、松江、金山、闵行、奉贤5个区，总服务人口约为670万。金泽水库取水口位于太浦河中段，距离太湖太浦河口约为50km，受太湖出水及杭嘉湖平原河网水质影响，金泽水氮、磷等营养盐及藻密度、叶绿素a等指标偏高。从水质类别看，金泽取水水质总体达到地表水Ⅲ类标准，但部分指标如氨氮、溶解氧、铁等存在季节性超标，水质尚不稳定。受流域内纺织印染等工业排污影响，金泽来水存在锑超标等环境污染风险。受太浦河航运影响(船舶最大通行量＞50艘/h)，流动风险源隐患明显。金泽水库通水后，藻类外源输入现象突出，来水叶绿素a总体在10～30μg/L，经库区留滞后会有一定增加。此外，金泽水库建成之初，工况、水质等资料不足，水库生态系统也处于构建初始阶段。在此背景下，为保障金泽水源地供水安全，2017年本项目团队联合申报国家“十三五”水专项课题“金泽水库水质调控与稳定关键技术研究与应用”并获批复立项。该课题研究聚焦4个方面:水源地水质特征研究与风险评估、水库生态调控水质净化与保障、水源取水安全调控、监测预警平台构建及业务化应用。本平台是课题研究的一项重要内容。

2研究内容

在金泽水源地上下游跨区域、跨部门监测资源集成、分析的基础上，依托水动力学和生态动力学模型、河网水量水质和突发水污染事件调控模型、供水量预测和水质预测模型以及库区水生植物管控和鱼类调控技术分析，建设跨区域、跨部门的金泽水源水质水量监测与预警业务化平台。平台主要集成水质监测、风险分析、模型预测、联合调度、库区控防等业务分析模块以及在线数据监控、船舶AIS监控、视频监控识别等监控业务模块，也包含对重要场景、构筑物(如泵房)及设备工况等的三维可视化功能。

2.1水质监测

水质监测模块包括监测资源和综合水质2项。

2.1.1监测资源

集成金泽水源地上下游跨区域、跨部门监测资源，形成数据共享中心，监测范围覆盖太浦河太浦闸—金泽水库—松浦大桥沿线干流及主要支流，以及太湖、沪西南五区(供水量)等。在线监测点16个，监测指标共160余项，指标类型主要包括水位、流量、水温、pH、电导率、溶解氧、浑浊度、高锰酸盐指数、总氮、氨氮、总磷、叶绿素a、蓝绿藻、挥发酚、锑、总有机碳(TOC)、盐度、氧化还原点位(OPＲ)、总溶解性固体(TDS)、生物毒性以及水闸和泵房工况指标等；多数监测指标数据传输频率为分钟级，部分指标如总氮、总磷、氨氮、锑、TOC、生物毒性等可达到小时级。人工监测点27个，其中12个点主要监测从地表水标准监测指标中筛选出的13项，监测频率约2次/周；其余15个点监测地表水109项，除少数点外，常规29项监测频率1次/月，特定项监测频率1次/季度。水文水质指标均支持历史数据查询，在线水质指

2.1.2综合水质

根据太浦河沿程监测点最新监测数据(常规29项+锑)，采用综合污染指数法计算综合污染指数(CPI)。根据CPI值划分水质清洁(0～0.3)、微清洁(0.3～0.5)、轻污染(0.5～0.8)、中污染(0.8～1.0)、重污染(＞1.0)不同等级，并以不同颜色三维动态展示(图1)。金泽水库水质总体为微清洁，松浦大桥水质总体为轻污染。

2.2风险分析

风险分析模块包括污染源、风险源、通量分析、浓度分布4个功能项。

2.2.1污染源

集成太浦河两翼地区污染源调查数据，分类展示区域内主要点源(潜在点源)及污染物简要信息。点源(潜在点源)类型包括加油站、码头、污水处理厂、工业企业、涉锑企业、化学品仓库(石油类及其
他)等约650个点项。

2.2.2风险源

集成金泽水库船舶AIS在线数据，根据船舶距取水口的距离及种类划分三级预警并进行三维实时动态展示。油船或化学品船进入距取水口5～10km显示Ⅲ级预警；油船或化学品船进入距取水口1～5km显示Ⅱ级预警；船舶进入距取水口1km显示Ⅰ级预警。

2.2.3通量分析

基于监测数据，通过计算2018年以来太浦河太湖来水和主要支流总氮、总磷、氨氮、化学需氧量(COD)、石油类、锑等污染物通量，综合分析太浦河各来源污染物的贡献率，并结合出入河特征，进行三维动态展示。

2.2.4浓度分布

集成太浦河两翼地区河网水系总氮、氨氮、COD、铁、锑等污染物调查结果(采样点数平均413个/次；3次调查)，三维展示河网污染物浓度分布情况；采用插值法生成污染物浓度分布图，划分污染物高、低浓度分布区。

2.3模型预测

模型预测模块包括水动力、溢油、化学品泄漏、锑浓度、藻类生态、供水量/水质6个功能项。

2.3.1水动力模型

在水动力模拟三维动态展示界面(图2)，系统动态模拟预见期(最长72h)内不同太浦闸调度方案(下泄流量)条件下太浦河太浦闸—金泽水库—松浦大桥沿线河网及金泽库区的水动力。可点击查询范围内任意点位当前流速、流向等。水动力模型与溢油、化学品泄漏、锑浓度及藻类生态等模型实现无缝耦合。

2.3.2溢油模型

在溢油模拟展示界面(图3)，系统动态模拟预见期内溢油在水体中的扩散运动。根据输入参数，自动计算油类在每一时刻距离取水口的距离和到达取水口所需时间。可点击查询范围内任意点位油类扩散厚度、黏度等，并以曲线图的形式展现该位置从溢油开始，预见期内油污厚度和黏度的变化。可模拟柴油等26种常见油品的迁移扩散。

2.3.3化学品泄漏模型

在化学品泄漏模拟展示界面(图4)，系统动态模拟预见期内泄漏化学品在水体中的扩散运动。根据输入参数，自动计算化学品在每一时刻距离取水口的距离和到达取水口所需时间。可点击查询范围内任意点位化学品扩散浓度信息，并以曲线图的形式展现该位置从化学品扩散开始一定时间内的浓度变化。

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