胶州湾排海污染物总量控制决策支持系统的设计和开发研究

论文摘要

当今世界对水环境保护日益重视,相应的环境管理水平也亟待提高。我国目前对水环境管理主要采用的是目标总量控制的方法,但这种方法只能作为实施总量控制的过渡阶段,要科学统筹的进行环境管理,最终要实施容量总量控制。胶州湾作为青岛市城市建设环绕的主要海域,其对青岛市的经济和社会发展具有非常重要的意义。而近20年来,随着青岛市社会经济的快速发展,排海化学污染物逐渐增多,由此导致了胶州湾的海洋生态环境问题。政府部门和科研机构对此开展了很多关于胶州湾环境容量和总量控制方面的工作,取得了很多成果,但技术支撑手段的欠缺制约了这些成果在青岛市环保机构和政府部门管理决策过程中的有效实施。本文针对目前水环境容量总量控制过程中技术支撑手段不足的现状,应水环境容量总量控制工作的迫切需要,首先通过总结国内外众多水环境容量总量控制的经验,归纳了水环境容量总量控制的管理模式。然后,以青岛市这一典型拥湾发展的海岸带城市为示范,以系统化和信息化技术为指导思想,进行胶州湾污染物排海总量控制决策支持系统的整体框架和功能设计,并深入探讨了系统开发过程中关键技术和技术难点的解决方案,最终完成了胶州湾排海污染物总量控制决策支持系统的主体框架和部分子系统功能。i.系统的整体构架设计包括:青岛市基础信息子系统,污染源信息管理子系统,环境质量评价与模拟子系统,总量控制与容量分配子系统,产业结构调整和优化布局决策支持子系统,以及排污权交易管理子系统六个主要部分;ii.系统关键技术以胶州湾主要迁移-转化过程-三维水动力耦合模型和地理信息系统技术为核心,采用紧密耦合的集成方式,在面向对象的Visual Stiduo.NET开发环境中,采用C#语言,对ESRI的ArcGIS Engine组件和海洋三维水质模型进行二次开发集成,为用户提供友好的交互界面,能够对胶州湾的COD、氮磷营养盐、石油烃和重金属等污染物的迁移-转化-扩散过程进行模拟计算;iii.对模拟数据利用GIS的可视化表现:通过先将模拟的离散数据转化成矢量图层,再对离散点插值转化为栅格图层,然后集成.NET的计时器控件（Timer）对模拟时间进行控制,从而实现了对污染物迁移扩散过程动态显示的功能;iv.构建了模型库管理系统对系统中的模型进行管理。模型库管理系统通过将各种计算模型封装成可执行文件（EXE）文件形式,在.NET中利用System.IO.Directory、System.IO.File类来完成对文件的操作,从而使系统具有了更好的扩展性。v.论文最后对部分已完成的功能进行了演示和讨论,总结了目前存在的问题和不足,并对后续的开发工作提出建议。胶州湾排海污染物总量控制决策支持系统的开发研究,一方面为青岛市胶州湾环境管理和政府部门的决策提供了有效的工具,填补了在胶州湾排海污染物总量控制工作方面技术支撑手段不足的空白,另一方面为后续其它子系统功能的开发提供了经验和借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1. 文献综述
• 1.1 水污染控制的研究进展
• 1.1.1 水污染浓度控制
• 1.1.2 水污染总量控制
• 1.2 环境管理信息化系统的研究和应用进展
• 1.2.1 环境管理信息系统（Environmental Management Information System,EMIS）的研究进展
• 1.2.2 基于GIS 的环境管理信息系统（Environmental Geographic Management Information Systems, EGMIS）的研究进展
• 1.2.3 环境决策支持系统（Environmental Decision Support System, EDSS）的研究进展
• 1.3 目前研究阶段中存在的问题
• 1.4 本论文的研究目标、内容和采用的技术路线
• 1.4.1 论文的研究目标和内容
• 1.4.2 技术路线
• 2. 水污染容量总量控制的理论依据及管理模式分析
• 2.1 水污染总量控制的基本理论依据
• 2.1.1 水污染容量总量控制的基本概念
• 2.1.2 水污染容量总量控制的理论依据
• 2.1.3 近岸海域污染物排海总量控制的理论依据
• 2.2 实施水污染容量总量控制的技术路线分析
• 2.2.1 我国实施容量总量控制的技术路线分析
• 2.2.2 美国TMDL（Total Maximum Daily Loads）计划的技术路线分析
• 2.2.3 我国总量控制技术与美国TMDL 计划的分析和比较
• 2.3 典型近岸海域污染物排海总量控制－以青岛市胶州湾为示范
• 2.4 小结
• 3. 排海污染物总量控制决策支持系统的设计
• 3.1 系统的设计目标与原则
• 3.1.1 系统的设计目标
• 3.1.2 系统的设计原则
• 3.2 排海污染物总量控制决策支持系统整体架构的设计
• 3.2.1 系统架构设计
• 3.2.2 数据流程架构
• 3.2.3 数据逻辑架构
• 3.2.4 网络架构
• 3.3 排海污染物总量控制决策支持系统的开发平台
• 3.3.1 系统平台
• 3.3.2 数据库平台
• 3.3.3 GIS 平台
• 3.3.4 开发平台
• 3.3.5 开发语言
• 3.4 排海污染物总量控制决策支持系统中各子系统设计
• 3.4.1 排海污染物总量控制决策支持系统中各子系统结构设计
• 3.4.2 排海污染物总量控制决策支持系统中各子系统功能设计
• 3.5 本章小结
• 4. 系统开发中的关键技术及其解决方案
• 4.1 海洋主要迁移-转化过程－三维水动力输运耦合模型及其与GIS 的集成
• 4.1.1 环境模型与GIS 集成的必要性
• 4.1.2 环境模型与GIS 集成的方式
• 4.1.3 海洋主要迁移-转化过程－三维水动力输运耦合模型与GIS 的集成
• 4.2 GIS 对模拟结果的可视化
• 4.2.1 矢量图层的生成
• 4.2.2 栅格图层的生成
• 4.2.3 动态可视化的实现
• 4.3 模型库管理系统
• 4.3.1 模型库管理系统建立的目的
• 4.3.2 模型库管理系统的解决方案
• 4.4 本章小结
• 5. 排海污染物总量控制决策支持系统的应用-以胶州湾为例
• 5.1 系统的登陆界面
• 5.2 系统操作的主窗口
• 5.2.1 系统菜单
• 5.2.2 工具栏
• 5.2.3 图层控制
• 5.2.4 数据信息查询
• 5.3 文件列表的操作
• 5.3.1 地图打印
• 5.3.2 地图输出
• 5.3.3 修改密码
• 5.5 青岛市基础经济、社会和环境信息子系统
• 5.5.1 城市基础信息
• 5.5.2 环境信息管理
• 5.5.3 环境信息分析
• 5.6 环境质量模拟预测子系统
• 5.6.1 海域污染模拟计算
• 5.6.2 计算结果处理功能
• 5.6.3 模拟结果可视化
• 5.7 总量控制和容量分配子系统
• 5.8 模型库管理子系统
• 5.8.1 模型库管理系统
• 5.9 小结
• 6. 结论
• 6.1 结论
• 6.2 下一步工作的展望
• 6.3 创新点
• 参考文献
• 附录1 胶州湾主要迁移-转化过程—三维水动力输运耦合模型参数
• 附录2 系统部分源代码
• 致谢
• 研究成果目录