我院張萬順教授牽頭的國家“水體污染控制與治理科技重大專項”“三峽庫區及上遊流域水環境風險評估與預警技術研究與示範”課題取得标志性成果，獲得各界高度評價。

張萬順，二級教授、博導，任教88858cc永利官网環境科學系，研究領域涉及水力學、河流動力學、環境管理學、生态環境水力學、環境數學模拟仿真、大數據、智慧環保、水資源配置、流域面源污染、流域水環境演化、泥沙數學模型、分布式降雨徑流泥石流預報和流域面源污染等方面 。

以下轉自《中國環境報》2016年12月29日第07版。

原文鍊接：http://news.cenews.com.cn/html/2016-12/29/content_54220.htm

從無到有，從有到優

水專項為三峽水環境風險評估與預警提供技術支撐

◆童克難

三峽庫區及上遊水環境安全不僅關系到庫區周邊湖北省和重慶市20個區縣人民的生産生活，也關系到長江中下遊和南水北調沿線幾億人的用水安全。水環境的風險評估與預警，對于保障沿線人民飲水安全有着重要意義。

曆經3年多的時間，由88858cc永利官网牽頭的國家“水體污染控制與治理科技重大專項”“三峽庫區及上遊流域水環境風險評估與預警技術研究與示範”課題，實現了三峽庫區及上遊流域水環境風險評估與預警業務化高精度模型“從無到有”的突破和業務化系統平台“從有到優”的進步。課題所取得的标志性成果能滿足國家相關環保業務化的需求，在四川、重慶、湖北等地進行了示範應用，能及時、準确、有效的輔助業務部門進行風險處置，具有重大的環境效益、生态效益和經濟效益。

本土化高精度環境模型可2小時内預測未來水環境變化趨勢，5分鐘内模拟預測突發事故

課題負責人張萬順教授介紹，課題的标志性成果之一就是構建了具有動力學機理的、引入高效能計算技術的“空-地-水”一體化水環境模型體系，實現了2小時内預測三峽庫區水體20米精度内未來兩天的水環境變化趨勢，5分鐘内模拟預測突發事故未來兩天内的演進過程，實現了對三峽庫區水環境風險的高精度、高效率評估與預警，實現了實時高精度地模拟預測水環境風險的“發生時間、發生區域、影響範圍以及影響程度”，解決了水專項實施前環境風險預警局限在局部區域和小尺度，且模型模拟精度無法滿足業務需求的問題，将被動的水環境風險應急處置提升為自動化預測與主動管理，極大地提升了業務部門對水環境風險的預測能力，有效地保障了庫區的水環境安全。

“技術上的創新點之一，是構建了能按業務化需求進行動态耦合的‘空-地-水’一體化模型體系。”張教授介紹，基于流域大氣、陸地、水體的物質能量循環流動機理，課題通過改進氣象數值模型、陸地模型和水動力-水質-水生态模型，針對業務化水環境管理的需要，提出了“空-地-水”一體化水環境模型的動态耦合模式，實現模型間按業務需求進行耦合，開展以業務需求為導向的模拟預測服務。無論是“平時”的COD、NH3-N、TN、TP等水質指标和藻類濃度的預報預警還是“戰時”突發水環境事故風險預測，隻需改變模型間的耦合方式，以一套模型完成模拟預測。

“這套模型的研發，曆經4年，參考了衆多模式，是完全按照中國氣候、地形地貌和水環境特征打造的本土化的環境數值模型，在我國各大流域具有廣泛的适用性。”張教授補充道。

為使這套模型能開展高精度和高性能的計算，課題組在模型的空間單元構建、網格生成以及模型并行計算上取得了一系列的技術突破，提出了可延伸、可裁剪、可拓展的分塊網格繪制技術，和“空-地-水”一體化模型多層次的并行計算技術，在将三峽庫區660km河道的三維水質水生态計算網格精度提升到20米以内的同時，确保了模型的計算效率，為業務化的環境風險預測評估提供了支撐。

水環境風險評估與預警智能雲平台可進行模塊組裝和集成，實現業務化部署和智能化運行

能否将研究成果轉化為水環境管理領域的應用，用科技手段解決目前的環境管理中存在的問題，是研究課題是否成功的标志。

為滿足水環境管理多部門多業務的需求，課題基于SOA和SaaS構架，突破分布式數據庫技術、模型集成技術，構建了包含數據中心、計算中心、控制中心和業務中心的流域水環境風險評估與預警智能雲平台。智能雲平台涵蓋了環境大數據下多源異構數據的融合、集成、挖掘、共享技術體系，“空-地-水”一體化模型及其高效能計算方法和人工智能技術，能為流域水環境風險評估提供實時化、自動化、智能化、服務化和業務化的支撐。

平台針對水環境管理業務将功能模塊進行服務化處理，系統能按需進行模塊組裝和集成，在不同的業務部門實現針對性的部署和智能化運行。

據介紹，課題組已成功在四川省環境監測總站、重慶環境科學研究院、湖北省環境監測中心站、長江水利委員會水文局進行了4套示範平台的業務化部署，分别服務于庫區上遊四川的入庫通量監控預警、庫區重慶轄區的累積性風險評估預警、庫區湖北轄區的水生态風險評估預警以及全庫區的漂浮物和生态調度評估等業務。

4套示範平台自運行以來，均能及時準确地預測水體内水質濃度分布情況、突發污染風險和水華風險的發生時間、發生位置、發生範圍以及風險程度，針對風險自動發出預警，對業務部門環境風險業務的開展起到了極大地輔助作用，并在諸多的風險評估與預警業務工作中得到了驗證。

每天24點準時預報未來3天水質濃度，持續無間斷預報2年，預報精度在90%以上

課題在三峽庫區及其上遊流域部署的業務化平台自2014年業務化運行以來，每天無間斷持續運行，通過自動作業的方式，自動獲取水文監測站、氣象監測站的最新水文氣象信息，進行水文氣象預報，并模拟未來72小時的水動力狀況，進行未來72小時的水質預報。為确保平台水質預報的準确性，平台設定了自我糾正和參數優化功能，能基于内部模型的自我學習功能，通過對比自動監測站的監測數據和模拟結果，不斷自動校準模型，優化模型參數。随着實測數據不斷豐富，模型的不斷學習和校正，模型的參數率定也越來越準确，模拟精度由2014年的60.59%、2015年的85.78%提高到了2016年的90%以上。

平台自業務化以來，共獲得了120多萬條水質自動監測數據，每天整點預報未來3天的水質濃度，由指定工作人員審核發布，發布的内容涵蓋未來72小時重點斷面的首要污染物濃度值、水質類别及水質預報準确度評估結果，便于用戶實時、清晰的了解每日的水質狀況。該平台自2014年業務化運行以來，向四川省環保廳和重慶市環境科學研究院等單位的相關負責人發布了水質預報短信28140條。

實時監控水質變化，精準發現偷排事件，将環境管理由被動應對轉為主動監管

課題組部署的業務化平台，集水質實時監測、實時評價、實時預報、實時預警于一體，相比水專項開始前，将三峽庫區水環境管理由被動監管轉化到自動的風險識别及主動監控管理上來。基于平台預報和模拟結果的評估功能，平台對比評估水質自動監測值與模拟值，當模拟值與實測值存在較大誤差，且實測值大于先前3天平均值2倍以上時，監控平台自動發出水質濃度超标預警信息，并推送至管理員手機信息平台，再由指定管理人員根據平台預警信息進行水質信息校核。

平台風險預警功能有效地保障了水環境安全，迄今成功排查兩起污染偷排事件。2016年3月6日，四川省環境監測總站發現釜溪河鄧關斷面總磷實測值為0.38mg/L，超過平台預測值（0.27mg/L）的54%，且超過前一日實測值（0.28mg/L）的54%。按水專項重點流域水質預警阈值方案，總磷異常升高很可能是因為上遊企業的短時偷排所緻。四川省環境監測總站立即通知自貢市站上報市局，開展排查，及時發現了偷排事件。

2016年7月3日10時，釜溪河鄧關斷面7月1日總磷實測值為0.70mg/L，超過平台總磷預測值（0.37mg/L）89%，環保部門依據平台信息數據判斷可能是上遊企業在6月30日降雨期間有短時高濃度總磷廢液偷排所緻，四川省環境監測總站立即通知相關單位開展排查。

這些案例表明：課題組開發的平台通過模拟預測未來水質狀況，對比分析模拟值與監測值，開展預警評估和信息推送，能為三峽庫區水環境的管理、實時監控環境狀況提供方便、可靠、實時的決策依據。

突發事故快速預測預警，輔助應急部門部署人力物力及決策

業務化平台支持用戶在線進行流域突發事件模拟，并快速預報突發污染事故的影響範圍、程度、持續時間等，5分鐘内實現未來兩天的模拟計算，基于後台128種污染物的理化性質和處置庫，輔助應急部門部署人力和物力與決策，提升處置效率。

據介紹，平台已成功應用于多起突發事故的應急處置決策。2014年4月30日，重慶市江津區某公司在鄰二甲苯裝卸作業期間，因罐體螺絲松動發生洩漏，導緻3噸鄰二甲苯經廠區雨水溝進入長江。接到重慶市環科院緊急通知後，課題組根據事故地點的水情特點對事故進行了快速模拟預測，預測污染物到達關注斷面的時間為4.5小時，到達濃度為0.008mg/L，持續時間約10小時，與實際情況吻合程度較好。事後，重慶市環科院相關負責人高度肯定了預警軟件系統對處理此類事故産生的積極作用。

2015年11月24日，甘肅省某尾礦庫溢流井周圍約3000立方米尾礦砂漿溢出，經太石河流入西漢水，造成嘉陵江及其一級支流西漢水300多公裡河段重金屬銻濃度超标，污染區跨越甘肅、陝西、四川3省。由于事故發生地位置偏遠，地理、水文和社會經濟資料相對不足，開展應急監測與處置十分困難。課題組第一時間奔赴事故現場，運用移動版的無資料地區突發水環境風險快速評估預警平台準确快速地模拟了污染事故發生後，各相關斷面銻濃度值，模拟精度達到95%以上，确定了污染範圍及發展趨勢，有效輔助了事故的應急監測與處置決策。

在突發事故預測和輔助決策上，平台能将自動監控的結果和模型預測的結果實時地進行展示，并準确快速地模拟預測河流水體中污染物的濃度變化過程，确定突發事故的污染範圍、污染發展趨勢。決策者根據模拟結果進行應急監測，避免了盲目監測。同時，根據突發事故在不同河段的影響程度安排應急人員和物資，有利于綜合調度人員、車輛、專家、物資、專業隊伍等相關資源，提升了應急效率，有效地處置了突發事故帶來的水環境風險，使應急工作有條不紊地開展，最大限度地保障了流域水環境安全。

精細化模拟預測三峽全庫區水質濃度，助力污染物排放總量控制和水質達标考核

課題組部署的三峽庫區水環境管理示範平台每日準點自動模拟預測三峽全庫區高精度的水質濃度，根據污染物排放總量控制和水質達标考核以及《水污染防治行動計劃》的要求開展各類評估。

平台通過對水環境質量有突出影響的TN、TP、COD、藻類等指标的污染程度排比，核算比較并确定各個區域的重點污染物，确定區域污染物排放總量控制約束性指标體系，以明确水體水質保護目标，為污染物排放總量控制提供依據；平台深化了對環境風險控制的決策支持，能對沿江河湖庫的各個工業企業排污口、污水處理廠以及入彙面源，進行通量和水污染貢獻率核算，評估并确定水體污染的主要來源，開展水質達标考核；通過将全庫區643個鄉鎮分為1740個控制單元，三峽河道劃分為20米左右分辨率的網格，能對水體超标按行政區、上下遊左右岸控制單元進行污染來源的追蹤溯源，将責任主體細化到鄉鎮級别；平台能評估各鄉鎮工業、農業、養殖業、城鎮生活等主要污染源對水體達标的貢獻，區分可控與不可控污染源，以有效指導水污染責任主體開展污染達标改造與生态補償。

研發水環境精細化管理成套裝備，為水環境安全保駕護航

課題負責人表示，課題立足于高效、低成本、高速度地輔助水環境精細化管理，将模型-平台等成果進行整裝，研發了軟硬件結合的流域水環境風險評估與預警成套裝置。

該成套裝置集成水環境風險評估與預警智能雲平台，整合全流域的數據資源，在高性能計算技術和設備的支撐下，實現全流域的水環境現狀評價、未來趨勢預測、水環境風險評估預警和突發事件輔助決策。

該成套裝備既可以由應用部門進行硬件部署（價格在20萬元左右）；也可以應用于已有的平台系統或商業雲平台系統，安裝與部署十分方便。在部署中，各級水環境管理部門可以按需進行軟件模塊組裝和硬件配置，根據自身管理需求配備軟硬件設備，既可以節省裝備維護和運行所需的人力、物力，又能滿足業務部門的需求。

該成套裝備在各示範單位進行業務化部署以來，運行穩定，集管理平台與現場監測為一體，主動識别偷排事件和水環境風險，服務于流域管理部門的業務化工作，提高了管理部門應對水環境風險和環境管理的能力。