数字孪生水库水质安全模型平台与“ 四预 ”关键技术

技术来源

       省部计划 。

技术简介

       该技术研发了水库三维水动力水质模型 ，采用基于 sigma／z坐标模型的新垂直分层方法 ，集 成了 2. 5 阶紊流模型 ，结合水库磷等关键污染物迁移转化机理及水温对污染降解的影响 ， 改进水 质模型反应动力学模块 ，可有效模拟河道水库急缓流交替 、坝前深水区垂向流等复杂流场及其 影响下的污染扩散演进 、吸附沉降 、界面交换等过程 。通过接入实时水文水质监测数据 ， 可在线 模拟库区水体污染浓度场时空推进过程 ，研发具有水质监测分析 、在线推演 、预警分析 、态势预 演 、预案管理的水质“ 四预 ” 体系 ， 实现库区水质“ 回溯历史 、展示当下 、预见未来”。该技术 实现实时数据接入 、模型自动调用与在线推演 、预测预警分析等多业务协同 ， 掌握水库全域水质 变化趋势 ，实现库区总氮 、总磷等关键指标浓度场三维动态模拟及滚动预测预警 ，并提供突发污 染情景设置 ， 实现库区和入库支流任意位置突发污染场景快 速 模 拟 ， 辅 助 制 定 针 对 性 的 应 对 方案 。

技术指标

     （1） 水动力模拟精度平均相对误差<5% 。

     （2） 典型常规水质指标的模拟精度平均相对误差<20% 。

（3） 水动力水质机理模型在 5min 内完成 8 万个计算单元 、 6 个模拟参数 （水位 、流速 、 总 磷 、总氮 、高锰酸盐指数 、氨氮） 的库区水动力水质快速模拟 。

     （4） 具有独立低耦合 、高可配的模型驱动接口 ，支持水动力水质模型在线模拟演算 。

应用范围及前景

       适用于数字孪生水库水质“ 四预 ”建设及水库水源地供水水质安全保障 。

该技术采用模块化设计 、标准化建设 ，具有通用化程度高 、可移植性强 、运行维护成本低等 特点 ，通过实时接入水文水质监测数据 ， 自动调用高精度模型进行在线推演 。根据不同工况 ， 可 灵活调整模型参数 ，实现水质安全管理由人工向智能转变 ， 降低水质安全管理人工成本 ， 提高水 质安全精准化及智慧化管理水平 ，具有较好经济和社会效益 ，适用于国内类似水库水质数字孪生 建设及水库水源地水质安全管理 ，推广应用前景良好 。

持有单位： 长江水利委员会长江科学院 、 南水北调中线水源有限责任公司

单位地址： 湖北省武汉市江岸区黄浦大街 23号长江科学院

联  系  人： 曹慧群

联系方式： 15927268812、02782926680