摘 要

面向水体污染源泄露，在传统的六边形路径算法的基础上进行优化以提供一种新的水体污染源事故中污染源头追踪的解决办法，解决了传统六边形路径算法固定步长、收敛步数多且花费较多溯源点位的缺点。

首先，构建并模拟计算了两种流域环境下两种污染物共四种工况下的污染物在流体中的扩散模型，得到了相关污染物浓度扩散云图。在此基础上分析了泄漏物种类和流域环境的区别对于污染物本身扩散造成的影响。

其后，详细介绍了传统六边形溯源法的溯源原理和相关溯源的优缺点，说明了三角形溯源法的溯源原理和程序逻辑。针对四种给定的工况，进行了相关溯源表现测试并导出了相关轨迹点位图。

最后，将三角形溯源法和六边形溯源法进行了同一初始点位溯源测试，并将两种溯源方法的收敛速度和收敛精度进行了对比。最后提出了关于三角形溯源法的相关改进意见。

关键词：三角形溯源，污染源，浓度梯度，六边形溯源。

Abstract

Facing leakage of water pollution sources, optimization is carried out based on traditional hexagon path algorithm to provide a new solution for tracing pollution sources in water pollution source accidents, which solves the disadvantages of traditional hexagon path algorithm such as fixed step, large convergence steps and high cost of tracing source.

At first, the diffusion model of pollutants in fluids under four operating conditions of two pollutants in two watershed environments was constructed and simulated, and the related pollutant concentration cloud was derived. In addition, the impact of the difference between the types of spills and the river basin environment on the diffusion of pollutants is analyzed.

Then, it introduces the traditional hexagon traceability principle and the advantages and disadvantages of the related traceability in detail, and explains the traceability principle and program logic of the triangle traceability method. It tests the performance of the related traceability under the given four working conditions and derives the relevant track point map.

Finally, in the later part of the paper, the triangle Traceability Method and hexagon traceability method are tested at the same initial point, and the convergence speed and accuracy of the two methods are compared. At the end of the paper, some suggestions on the improvement of the triangle tracing method are put forward.

Key word: Triangle tracing method,sources of pollution，concentration gradient，hexagon tracing method。

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题的产生背景以及研究意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 论文主要研究内容 3

1.4 本章小结 3

第2章 不同环境下的污染物扩散模型 5

2.1 基本模型 5

2.1.1 基本数学模型 5

2.1.2 ansys中基本模型的建立 5

2.2 网格划分 6

2.3 边界条件 7

2.3.1 边界条件数学模型 7

2.3.2 fluent中的边界条件配置 8

2.4 污染物扩散计算结果 10

2.5 本章小结………………………………………………………………………………………………………11

第3章 污染源的溯源 12

3.1 传统六边形溯源算法的分析 12

3.2 改进的基于浓度梯度的三角形溯源法 13

3.3 三角形溯源方法在既定污染物扩散模型中的溯源表现 13

3.4 三角形溯源法和传统六边形溯源法的比较 18

3.5 本章小结……………………………………………………………………………………………………… 19

第4章 总结与展望 20

5.1 全文总结 20

5.2 未来展望 21

致谢 22

参考文献 24

第1章 绪论

• 1. 课题产生背景以及研究意义

随着现代生活、科技水平的不断提高和现代工业的磅礴发展，工业生产规模和所涉及领域不断扩大，其生产所必须的化学物品的使用量也在随之升高，由此带来的生产、运输、使用和储藏等所附带的安全问题也随之凸显^[1] 。而最直观的表现便是近年来化工材料相关安全事故的频繁出现，如2015年5月12日发生在中国天津港瑞海危险品仓库由危险可燃的有机化学原料而造成的严重火灾及爆炸事故^[2]；再例如2012年12月31日, 在山西省长治市天脊煤化工集团发生的，因人为操作失误和管理不善造成的严重苯胺泄漏事件^[3]等等。而为了将化学品泄漏带来的直接和次生灾害降低到最小，正确的泄露污染物的处理也是必不可少的重要步骤。而污染物源头的追溯，便是污染物处理当中最重要的一个环节。只有掌握了污染物的源头情况，才能准确且快速的判断污染物的种类、泄漏速度、危险性等关键要素，并及时采取准确且高效的的治理方法^[4]。

而目前现有的数据模型统计方法或人工排查举报相关方法皆存在较大的局限性：就数据模型建立的方法而言，其需要极大的数据量、完善的地区水文环境数据、可能污染物厂家的登记以及大量的传感器和算力，对于未经登记的偷排和意外事故溯源能力较弱。而人工排查以及举报需要大量的人力和走访调查，效率极低，且在突发应急事件中的处理能力及弱。所以在微型机器人技术以及自动控制技术越发成熟的今天，大量的研究人员便将视线投向了基于小型机器人的污染源溯源。而本研究中所涉及的基于浓度梯度的三角形溯源机器人便是其中的一种。机器人溯源具有人工无法比拟的精确性以及快速性，并且能在突发状况中或者人员难以进入的场合极快的找到污染物的源头以给予下一步的相关处理。正因如此，基于机器人主动嗅探的溯源技术也成为了未来污染物源头追溯的一大趋势。

• 1. 国内外研究现状

基于小型机器人的嗅探技术起源于上世纪九十年代，发展初期均为基于动物行为为理论基础的室内空气嗅探或土地嗅探技术，在后来的发展中逐渐运用于污染物的溯源方面并逐渐发展到水体污染物浓度嗅探。