水污染扩散-一维二维模型在线示例

柔情只为你懂 2024-04-08 12:27 41阅读 0赞

## 1 在线模拟示例 ##

[在线模拟示例][Link 1]

![1612dd2941294870a2c3abbb1d2c2eb3.png][]

![f23a017899d2430cb2bd7ee4481f5eca.png][]

## 2 水污染扩散过程 ##

地表水（surface water），是指陆地表面上动态水和静态水的总称，亦称“陆地水”，包括各种液态的和固态的水体，主要有河流、湖泊、沼泽、冰川、冰盖等。它是人类生活用水的重要来源之一，也是各国水资源的主要组成部分。

1.物理过程:物理过程主要是指污染物在水体中的混合稀释和自然沉淀过程。只改变进入水体污染物的物理性状、空间位置，而不改变其化学性质、不参与生物作用。  
水体的混合稀释作用主要由下面三部分作用所致：紊动扩散、移流、离散。  
（1）紊动扩散：由水流的紊动特性引起水中污染物自高浓度向低浓度区转移的扩散。  
（2）移流：由于水流的推动使污染物的迁移随水流输移。  
（3）离散：由于水流方向横断面上流速分布的不均匀（由河岸及河底阻力所致）而引起分散。  
2.化学过程:污染物在水体中发生化学性质或形态、价态上的转化，使水质发生化学性质的变化。  
主要包括酸碱中和、氧化-还原、分解-化合、吸附-解吸、胶溶-凝聚等过程  
3.生物自净过程:是水体中的污染物经生物吸收、降解作用而发生消失或浓度降低的过程。  
影响生物自净作用的关键是：溶解氧的含量，有机污染物的性质、浓度以及微生物的种类、数量等。

## 3 一维模型 ##

一维河流水质模型是目前应用最广泛的模型，它适用于污染物浓度仅在一个方向上有变化的场合，如宽度比较窄的河流。如果河段横截面、流速、流量、污染物的排入量和弥散系数不随时间变化，且污染物的衰减符合一级反应，河段不考虑源和汇。

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## 4 二维模型 ##

二维河流水质模型在如下条件下使用：  
（1）平直、断面形状规则河段混合过程段；  
（2）持久性污染物；  
（3）河流为恒定流动；  
（4）连续稳定排放；

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## 5 部分代码 ##

package com.planet.engine.water.param;
    
    import lombok.Data;
    
    /**
     * 非持久性污染物 - 一维模型参数
     */
    @Data
    public class  BusD1Param {
        /**
         * ex—— 纵向扩散系数，m2/s
         */
        private double ex = 0.045;
    
        /**
         * C0—— 完全混合计算所得初始浓度(s-p模式下是BOD浓度)，mg/L；
         */
        private double c0 = 10d;
    
        /**
         * K —— 污染物的衰减系数，1/d；
         */
        private double k = 0.045d;
    
        /**
         * K —— 污染物的衰减系数，1/d；
         */
        private double k1 = 0.194d;
    
        /**
         * B —— 河宽，m；
         */
        private double bupper = 100d;
    
        /**
         * A —— 河流截面积，m2；
         */
        private double aupper = 300d;
    
    }

@RestController
 @RequestMapping("/api/water/1d")
 @Api(value = "WaterD1SimuApi", description = "水污染扩散模拟-一维模型")
 public class WaterD1SimuApi extends MyBaseApi {
 @Autowired
 private WaterDiffService waterDiffService;
 
 @Autowired
 private SimuHistService simuHistService;
 
 
 /**
 * 非持久性污染物(nonconservative pollutant)
 * 指在地表水中由于生物作用而逐渐减少的污染物，例如耗氧有机物，BOD/COD＞0.3，
 * 则判别其为非持久性污染物；
 * 
 * 一维河流水质模型是目前应用最广泛的模型，它适用于污染物浓
 * 度仅在一个方向上有变化的场合，如宽度比较窄的河流。
 * 如果河段横截面、流速、流量、污染物的排入量和弥散系数不随时
 * 间变化，且污染物的衰减符合一级反应，河段不考虑源和汇。
 *
 * @param params
 * @return
 */
 @LimitRequest
 @ResponseBody
 @RequestMapping(value = "/mixing-length", method = RequestMethod.POST)
 @ApiOperation(value = "一维-混合过程段长度")
 public Result d1SimuMixLength(@RequestBody WaterD1MixParam params) {
 if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
 & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
 throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和步长距离!");
 }
 D1MixWrapData result = this.waterDiffService.mixLength(params);
 
 // 异步保存历史纪录
 SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
 String paramsStr = this.getReqParams(params);
 this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D_MIXING_LENGTH, paramsStr, StatusType.SUCCESS.code(), result);
 
 return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
 }
 
 
 /**
 * 非持久性污染物(nonconservative pollutant)
 * 指在地表水中由于生物作用而逐渐减少的污染物，例如耗氧有机物，BOD/COD＞0.3，
 * 则判别其为非持久性污染物；
 * 
 * 一维河流水质模型是目前应用最广泛的模型，它适用于污染物浓
 * 度仅在一个方向上有变化的场合，如宽度比较窄的河流。
 * 如果河段横截面、流速、流量、污染物的排入量和弥散系数不随时
 * 间变化，且污染物的衰减符合一级反应，河段不考虑源和汇。
 *
 * @param params
 * @return
 */
 @LimitRequest
 @ResponseBody
 @RequestMapping(value = "/", method = RequestMethod.POST)
 @ApiOperation(value = "一维模式-通用水质模拟模型")
 public Result d1Simu(@RequestBody WaterD1Param params) {
 if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
 & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
 throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和格网距离!");
 }
 String result = this.waterDiffService.d1Diff(params);
 
 // 异步保存历史纪录
 SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
 String paramsStr = this.getReqParams(params);
 this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D, paramsStr, StatusType.SUCCESS.code(), result);
 
 return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
 }
 
 
 /**
 * 非持久性污染物持续排放(nonconservative pollutant)
 * 指在地表水中由于生物作用而逐渐减少的污染物，例如耗氧有机物，BOD/COD＞0.3，
 * 则判别其为非持久性污染物；
 * 
 * 一维河流水质模型是目前应用最广泛的模型，它适用于污染物浓
 * 度仅在一个方向上有变化的场合，如宽度比较窄的河流。
 * 如果河段横截面、流速、流量、污染物的排入量和弥散系数不随时
 * 间变化，且污染物的衰减符合一级反应，河段不考虑源和汇。
 *
 * @param params
 * @return
 */
 @LimitRequest
 @ResponseBody
 @RequestMapping(value = "/std/continue", method = RequestMethod.POST)
 @ApiOperation(value = "一维模式-水质模拟模型(持续排放)")
 public Result d1SimuStd(@RequestBody WaterD1Param params) {
 if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
 & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
 throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和格网距离!");
 }
 String result = this.waterDiffService.d1DiffStd(params);
 
 // 异步保存历史纪录
 SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
 String paramsStr = this.getReqParams(params);
 this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D_CONTINUE, paramsStr, StatusType.SUCCESS.code(), result);
 
 return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
 }
 
 /**
 * 非持久性污染物瞬时排放(nonconservative pollutant)
 * 指在地表水中由于生物作用而逐渐减少的污染物，例如耗氧有机物，BOD/COD＞0.3，
 * 则判别其为非持久性污染物；
 * 
 * 一维河流水质模型是目前应用最广泛的模型，它适用于污染物浓
 * 度仅在一个方向上有变化的场合，如宽度比较窄的河流。
 * 如果河段横截面、流速、流量、污染物的排入量和弥散系数不随时
 * 间变化，且污染物的衰减符合一级反应，河段不考虑源和汇。
 *
 * @param params
 * @return
 */
 @LimitRequest
 @ResponseBody
 @RequestMapping(value = "/std/instant", method = RequestMethod.POST)
 @ApiOperation(value = "一维模式-水质模拟模型(瞬时排放)")
 public Result d1SimuInstantStd(@RequestBody WaterD1InstParam params) {
 if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
 & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
 throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和格网距离!");
 }
 D1InstWrapData result = this.waterDiffService.d1SimuInstantStd(params);
 
 // 异步保存历史纪录
 SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
 String paramsStr = this.getReqParams(params);
 this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D_INSTANT,
 paramsStr, StatusType.SUCCESS.code(), result);
 
 return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
 }
 
 
 /**
 * 非持久性污染物(nonconservative pollutant)
 * BOD浓度计算
 * 
 * Streeter-Phelps，简称S－P模式：
 * ⑴假设河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧来源都是一级反应；
 * ⑵反应速度是恒定的；
 * ⑶河流中的耗氧是由BOD衰减引起的；
 * ⑷而河流中的溶解氧来源则是大气复氧)。
 *
 * @param params
 * @return
 */
 @LimitRequest
 @ResponseBody
 @RequestMapping(value = "/s-p/bod", method = RequestMethod.POST)
 @ApiOperation(value = "一维模式-S-P水质模拟模型(BOD浓度)")
 public Result d1SpBodSimu(@RequestBody WaterD1SpParam params) {
 if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
 & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
 throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和步长距离!");
 }
 String result = this.waterDiffService.spBodDiff(params);
 
 // 异步保存历史纪录
 SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
 String paramsStr = this.getReqParams(params);
 this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D_SP, paramsStr,
 StatusType.SUCCESS.code(), result);
 
 return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
 }
 
 
 /**
 * 非持久性污染物(nonconservative pollutant)
 * 亏氧量计算
 * 
 * Streeter-Phelps，简称S－P模式：
 * ⑴假设河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧来源都是一级反应；
 * ⑵反应速度是恒定的；
 * ⑶河流中的耗氧是由BOD衰减引起的；
 * ⑷而河流中的溶解氧来源则是大气复氧)。
 *
 * @param params
 * @return
 */
 @LimitRequest
 @ResponseBody
 @RequestMapping(value = "/s-p/odis", method = RequestMethod.POST)
 @ApiOperation(value = "一维模式-S-P水质模拟模型(溶氧量)")
 public Result d1SpOdDisSimu(@RequestBody WaterD1SpOdParam params) {
 if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
 & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
 throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和格网距离!");
 }
 D1SpWrapData result = this.waterDiffService.spOdDisDiff(params);
 
 // 异步保存历史纪录
 SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
 String paramsStr = this.getReqParams(params);
 this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D_SP_ODIS, paramsStr,
 StatusType.SUCCESS.code(), result);
 
 return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
 }
 
 
 /**
 * 非持久性污染物(nonconservative pollutant)
 * 亏氧量计算
 * 
 * Streeter-Phelps，简称S－P模式：
 * ⑴假设河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧来源都是一级反应；
 * ⑵反应速度是恒定的；
 * ⑶河流中的耗氧是由BOD衰减引起的；
 * ⑷而河流中的溶解氧来源则是大气复氧)。
 *
 * @param params
 * @return
 */
 @LimitRequest
 @ResponseBody
 @RequestMapping(value = "/s-p/odif", method = RequestMethod.POST)
 @ApiOperation(value = "一维模式-S-P水质模拟模型(亏氧量)")
 public Result d1SpOdDifSimu(@RequestBody WaterD1SpOdParam params) {
 if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
 & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
 throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和格网距离!");
 }
 D1SpWrapData result = this.waterDiffService.spOdDifDiff(params);
 
 // 异步保存历史纪录
 SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
 String paramsStr = this.getReqParams(params);
 this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D_SP_ODIF, paramsStr,
 StatusType.SUCCESS.code(), result);
 
 return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
 }
 
 }

public static void main0(String[] args) {
 File file = new File("D:\\\\fenghe-desolve\\river-line.shp");
 SimpleFeatureCollection featureCollection = null;
 try {
 // 读取源文件shape
 ShapefileDataStore dataStore = new ShapefileDataStore(file.toURI().toURL());
 dataStore.setCharset(StandardCharsets.UTF_8);
 System.out.println(dataStore.getCharset() + "获取编码11111111111111111");
 SimpleFeatureSource featureSource = dataStore.getFeatureSource();
 featureCollection = featureSource.getFeatures();
 // 读取线状河流
 SimpleFeatureIterator iterator1 = (SimpleFeatureIterator) featureCollection.features();
 SimpleFeature simpleFeature = iterator1.next();
 MultiLineString geom = (MultiLineString) simpleFeature.getDefaultGeometry();
 LineString river = (LineString) geom.getGeometryN(0);
 Coordinate endPt = river.getCoordinates()[river.getCoordinates().length - 1];
 iterator1.close();
 
 
 ShapefileDataStore ds = new ShapefileDataStore(s1.toURI().toURL());
 // ds.setCharset(StandardCharsets.UTF_8);
 ds.setCharset(Charset.forName("GBK"));
 System.out.println(ds.getCharset() + "获取编码22222222");
 
 SimpleFeatureType sft = fs.getSchema();
 //创建
 ds.createSchema(sft);
 
 //设置Writer，并设置为自动提交
 FeatureWriter<SimpleFeatureType, SimpleFeature> writer = ds.getFeatureWriter(ds.getTypeNames()[0], Transaction.AUTO_COMMIT);
 
 //循环写入要素
 while (iterator.hasNext()) {
 //获取要写入的要素
 SimpleFeature feature = iterator.next();
 //将要写入位置
 SimpleFeature featureBuf = writer.next();
 //设置写入要素所有属性
 featureBuf.setAttributes(feature.getAttributes());
 //获取the_geom属性的值
 Geometry geo = (Geometry) feature.getAttribute("the_geom");
 // //重新覆盖the_geom属性的值，这里的geoBuffer必须为Geometry类型
 featureBuf.setAttribute("the_geom", geo);
 }
 //将所有数据写入
 writer.write();
 //关闭写入流
 writer.close();
 iterator.close();
 } catch (Exception e) {
 e.printStackTrace();
 }
 
 
 }

[Link 1]: http://43.140.250.235/vue/
[1612dd2941294870a2c3abbb1d2c2eb3.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/600497be826848668e2e7dcc21f13758.png
[f23a017899d2430cb2bd7ee4481f5eca.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/2f93736c19bd4d17864592ccb08fae62.png
[0297d1356ab44386b9a86f2cb6973f7d.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/19a255dda9f6430cb801cbe743107821.png
[784d00fc42274e19be8323662ab49871.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/fb4266f14c0f4313a8cc3e63db15e3c7.png