[发明专利]基于三维藻类生态模型的自控水源分层取水方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及城市安全供水技术，具体涉及一种基于三维藻类生态模型的自控水源分层取水方法及系统，适合存在藻类暴发风险或有藻类暴发历史的水源水体取水。

背景技术

水是人类赖以生存的物质基础，饮用水安全关系到人民的身体健康和生命安全，做好饮用水的安全保障工作，是保障广大人民最根本利益的实际表现，近年来饮用水安全问题一直受到高度关注。

根据水利部发布的《2013年中国水资源公报》，对2013年，对全国262座大型水库、381座中型水库及24座小型水库，共667座主要水库进行了水质评价。全年水质为Ⅰ类的水库有31座，占评价水库总数的4.7%；Ⅱ类水库301座，占45.1%；Ⅲ类水库211座，占31.6%；Ⅳ类水库66座，占9.9%；Ⅴ类水库25座，占3.7%；劣Ⅴ类水库33座，占5.0%。对646座水库的营养状态进行评价，中营养状态的水库有375座，轻度富营养状态的水库有214座，中度富营养水库55座，重度富营养水库2座。由此可见，我国饮用水源污染形势严峻。

水库富营养化会导致水库存在藻类暴发的风险，而藻类的暴发又会直接影响到自来水厂的进水水质。近年来，以深圳为例，在2～4月铁岗、石岩水库水中常孳生不容易氧化和去除的硅藻，这些藻个体在滤池上层水中不断聚集、堆积，使以铁岗水库为原水水源的新安、朱坳水厂及以石岩水库为原水水源的立新、凤凰、长流陂、上南等水厂相继出现滤池堵塞现象，过滤周期由24h大幅缩短至8-9h甚至3～4h，进而导致水厂产能骤减，严重影响了这些水厂的安全稳定供水功能。

针对水厂因进水藻类浓度高而产生的产能下降问题，固然可以在水厂内部采取相应的工艺措施，但经实践证明主要可采取措施大多存在成本高、副产物及有毒物质去向不明等一系列问题，因此，非常有必要通过对水源水体藻类浓度空间分布情况的掌握，采取优化调度或优化取水的手段，实现低藻类浓度取水。

大量的研究数据表明，藻类在水源水体中存在分层现象，但分层规律并非一成不变。传统观念多认为水体中藻类的浓度随着深度的不断增加而降低，与水中的光照强度变化规律一致，目前大多水源地的取水口也是遵循这一理论设置在了水库的死水位。但实际上，藻类浓度的垂直分布除了受光照强度的影响外，还同时受到温度、溶解氧、营养盐、水动力条件以及其自身垂向运动等多种因素的影响。根据2013-2014年度对深圳市三座典型水库藻类垂向分布的监测数据，藻类垂向分布主要呈现出三种规律：表层>中层>底层；中层>表层>底层；底层>表层/中层。因此，有必要通过一定手段识别藻类浓度最低水层，定向取水。

随着电子计算机硬件的不断升级以及数值计算技术的发展，水质生态模型也得到了长足的发展。在模型中，空间的变化用水动力学公式来描述，而生态-地球化学过程由生物的和化学的过程描述，影响因素包括碳、氮、磷、硅、硫、氧、光照等。生态动力学模型主要演绎三个营养级（浮游植物、浮游动物和鱼）与各元素（如碳、磷、氮）有关物理、化学与生物的变化过程。目前，已有大量水质生态模型可供使用，如EFDC、Delft3D、WASP、HEM或MIKE模型等。应用这些模型可以有效建立不同水源水体不同维度的模拟体系，实现藻类浓度的动态模拟。其中，如果要模拟藻类的垂向分布情况，则需要建立藻类三维水质生态模型。与此同时，世界各国都建立了自己的饮用水源监测制度，目前，我国的环保、水利、国土资源、城建和卫生等部门都具有相应的监测职能和能力。在各部门已有监测体系的基础上，整合模型模拟系统所需要的输入数据已经具备条件。

水库分层取水技术早在20世纪90年代就已经在水库开始应用，但截至目前针对水质问题的分层取水装置还较少，大多主要集中在针对大型水库低温水问题的领域，少数与水质相关的也仅涉及到铁锰或溶解氧，并未见与藻类浓度相关的研究。而近年来随着自动控制技术的不断发展，自动控制闸门已经在国内多座水库启用，因此，建立一个自动控制的分层取水装置已经不存在技术问题。

发明内容

鉴于目前多座水源水体存在的藻类暴发的风险，本发明提供一种基于三维藻类生态模型的自控水源分层取水方法以及实现该方法的分层取水系统，以适应存在藻类暴发风险或有藻类暴发历史的水源水体取水。

本发明基于三维藻类生态模型的自控水源分层取水方法，包括以下步骤：

(1).通过数据采集系统采集水源水体中取水口位置的水质、水文和气象数据；