水污染扩散-一维二维模型在线展示

1 在线模拟示例

在线模拟示例

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。

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； 

5 部分代码

1.  
   package com.planet.engine.water.param;
2.  
    
3.  
   import lombok.Data;
4.  
    
5.  
   /**
6.  
   * 非持久性污染物 - 一维模型参数
7.  
   */
8.  
   @Data
9.  
   public class BusD1Param {
10.  
    /**
11.  
    * ex—— 纵向扩散系数，m2/s
12.  
    */
13.  
    private double ex = 0.045;
14.  
     
15.  
    /**
16.  
    * C0—— 完全混合计算所得初始浓度(s-p模式下是BOD浓度)，mg/L；
17.  
    */
18.  
    private double c0 = 10d;
19.  
     
20.  
    /**
21.  
    * K —— 污染物的衰减系数，1/d；
22.  
    */
23.  
    private double k = 0.045d;
24.  
     
25.  
    /**
26.  
    * K —— 污染物的衰减系数，1/d；
27.  
    */
28.  
    private double k1 = 0.194d;
29.  
     
30.  
    /**
31.  
    * B —— 河宽，m；
32.  
    */
33.  
    private double bupper = 100d;
34.  
     
35.  
    /**
36.  
    * A —— 河流截面积，m2；
37.  
    */
38.  
    private double aupper = 300d;
39.  
     
40.  
    }

1.  
   @RestController
2.  
   @RequestMapping("/api/water/1d")
3.  
   @Api(value = "WaterD1SimuApi", description = "水污染扩散模拟-一维模型")
4.  
   public class WaterD1SimuApi extends MyBaseApi {
5.  
   @Autowired
6.  
   private WaterDiffService waterDiffService;
7.  
    
8.  
   @Autowired
9.  
   private SimuHistService simuHistService;
10.  
     
11.  
     
12.  
    /**
13.  
    * 非持久性污染物(nonconservative pollutant)
14.  
    * 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，
15.  
    * 则判别其为非持久性污染物；
16.  
    * <p>
17.  
    * 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
18.  
    * 度仅在一个方向上有变化的场合，如宽度比较窄的河流。
19.  
    * 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
20.  
    * 间变化，且污染物的衰减符合一级反应，河段不考虑源和汇。
21.  
    *
22.  
    * @param params
23.  
    * @return
24.  
    */
25.  
    @LimitRequest
26.  
    @ResponseBody
27.  
    @RequestMapping(value = "/mixing-length", method = RequestMethod.POST)
28.  
    @ApiOperation(value = "一维-混合过程段长度")
29.  
    public Result d1SimuMixLength(@RequestBody WaterD1MixParam params) {
30.  
    if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
31.  
    & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
32.  
    throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和步长距离!");
33.  
    }
34.  
    D1MixWrapData result = this.waterDiffService.mixLength(params);
35.  
     
36.  
    // 异步保存历史纪录
37.  
    SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
38.  
    String paramsStr = this.getReqParams(params);
39.  
    this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D_MIXING_LENGTH, paramsStr, StatusType.SUCCESS.code(), result);
40.  
     
41.  
    return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
42.  
    }
43.  
     
44.  
     
45.  
    /**
46.  
    * 非持久性污染物(nonconservative pollutant)
47.  
    * 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，
48.  
    * 则判别其为非持久性污染物；
49.  
    * <p>
50.  
    * 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
51.  
    * 度仅在一个方向上有变化的场合，如宽度比较窄的河流。
52.  
    * 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
53.  
    * 间变化，且污染物的衰减符合一级反应，河段不考虑源和汇。
54.  
    *
55.  
    * @param params
56.  
    * @return
57.  
    */
58.  
    @LimitRequest
59.  
    @ResponseBody
60.  
    @RequestMapping(value = "/", method = RequestMethod.POST)
61.  
    @ApiOperation(value = "一维模式-通用水质模拟模型")
62.  
    public Result d1Simu(@RequestBody WaterD1Param params) {
63.  
    if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
64.  
    & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
65.  
    throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和格网距离!");
66.  
    }
67.  
    String result = this.waterDiffService.d1Diff(params);
68.  
     
69.  
    // 异步保存历史纪录
70.  
    SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
71.  
    String paramsStr = this.getReqParams(params);
72.  
    this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D, paramsStr, StatusType.SUCCESS.code(), result);
73.  
     
74.  
    return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
75.  
    }
76.  
     
77.  
     
78.  
    /**
79.  
    * 非持久性污染物持续排放(nonconservative pollutant)
80.  
    * 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，
81.  
    * 则判别其为非持久性污染物；
82.  
    * <p>
83.  
    * 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
84.  
    * 度仅在一个方向上有变化的场合，如宽度比较窄的河流。
85.  
    * 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
86.  
    * 间变化，且污染物的衰减符合一级反应，河段不考虑源和汇。
87.  
    *
88.  
    * @param params
89.  
    * @return
90.  
    */
91.  
    @LimitRequest
92.  
    @ResponseBody
93.  
    @RequestMapping(value = "/std/continue", method = RequestMethod.POST)
94.  
    @ApiOperation(value = "一维模式-水质模拟模型(持续排放)")
95.  
    public Result d1SimuStd(@RequestBody WaterD1Param params) {
96.  
    if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
97.  
    & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
98.  
    throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和格网距离!");
99.  
    }
100.  
     String result = this.waterDiffService.d1DiffStd(params);
101.  
      
102.  
     // 异步保存历史纪录
103.  
     SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
104.  
     String paramsStr = this.getReqParams(params);
105.  
     this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D_CONTINUE, paramsStr, StatusType.SUCCESS.code(), result);
106.  
      
107.  
     return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
108.  
     }
109.  
      
110.  
     /**
111.  
     * 非持久性污染物瞬时排放(nonconservative pollutant)
112.  
     * 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，
113.  
     * 则判别其为非持久性污染物；
114.  
     * <p>
115.  
     * 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
116.  
     * 度仅在一个方向上有变化的场合，如宽度比较窄的河流。
117.  
     * 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
118.  
     * 间变化，且污染物的衰减符合一级反应，河段不考虑源和汇。
119.  
     *
120.  
     * @param params
121.  
     * @return
122.  
     */
123.  
     @LimitRequest
124.  
     @ResponseBody
125.  
     @RequestMapping(value = "/std/instant", method = RequestMethod.POST)
126.  
     @ApiOperation(value = "一维模式-水质模拟模型(瞬时排放)")
127.  
     public Result d1SimuInstantStd(@RequestBody WaterD1InstParam params) {
128.  
     if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
129.  
     & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
130.  
     throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和格网距离!");
131.  
     }
132.  
     D1InstWrapData result = this.waterDiffService.d1SimuInstantStd(params);
133.  
      
134.  
     // 异步保存历史纪录
135.  
     SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
136.  
     String paramsStr = this.getReqParams(params);
137.  
     this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D_INSTANT,
138.  
     paramsStr, StatusType.SUCCESS.code(), result);
139.  
      
140.  
     return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
141.  
     }
142.  
      
143.  
      
144.  
     /**
145.  
     * 非持久性污染物(nonconservative pollutant)
146.  
     * BOD浓度计算
147.  
     * <p>
148.  
     * Streeter-Phelps，简称S－P模式：
149.  
     * 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；
150.  
     * ⑵反应速度是恒定的；
151.  
     * ⑶河流中的耗氧是由BOD衰减引起的；
152.  
     * ⑷而河流中的溶解氧来源则是大气复氧)。
153.  
     *
154.  
     * @param params
155.  
     * @return
156.  
     */
157.  
     @LimitRequest
158.  
     @ResponseBody
159.  
     @RequestMapping(value = "/s-p/bod", method = RequestMethod.POST)
160.  
     @ApiOperation(value = "一维模式-S-P水质模拟模型(BOD浓度)")
161.  
     public Result d1SpBodSimu(@RequestBody WaterD1SpParam params) {
162.  
     if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
163.  
     & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
164.  
     throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和步长距离!");
165.  
     }
166.  
     String result = this.waterDiffService.spBodDiff(params);
167.  
      
168.  
     // 异步保存历史纪录
169.  
     SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
170.  
     String paramsStr = this.getReqParams(params);
171.  
     this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D_SP, paramsStr,
172.  
     StatusType.SUCCESS.code(), result);
173.  
      
174.  
     return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
175.  
     }
176.  
      
177.  
      
178.  
     /**
179.  
     * 非持久性污染物(nonconservative pollutant)
180.  
     * 亏氧量计算
181.  
     * <p>
182.  
     * Streeter-Phelps，简称S－P模式：
183.  
     * 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；
184.  
     * ⑵反应速度是恒定的；
185.  
     * ⑶河流中的耗氧是由BOD衰减引起的；
186.  
     * ⑷而河流中的溶解氧来源则是大气复氧)。
187.  
     *
188.  
     * @param params
189.  
     * @return
190.  
     */
191.  
     @LimitRequest
192.  
     @ResponseBody
193.  
     @RequestMapping(value = "/s-p/odis", method = RequestMethod.POST)
194.  
     @ApiOperation(value = "一维模式-S-P水质模拟模型(溶氧量)")
195.  
     public Result d1SpOdDisSimu(@RequestBody WaterD1SpOdParam params) {
196.  
     if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
197.  
     & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
198.  
     throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和格网距离!");
199.  
     }
200.  
     D1SpWrapData result = this.waterDiffService.spOdDisDiff(params);
201.  
      
202.  
     // 异步保存历史纪录
203.  
     SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
204.  
     String paramsStr = this.getReqParams(params);
205.  
     this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D_SP_ODIS, paramsStr,
206.  
     StatusType.SUCCESS.code(), result);
207.  
      
208.  
     return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
209.  
     }
210.  
      
211.  
      
212.  
     /**
213.  
     * 非持久性污染物(nonconservative pollutant)
214.  
     * 亏氧量计算
215.  
     * <p>
216.  
     * Streeter-Phelps，简称S－P模式：
217.  
     * 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；
218.  
     * ⑵反应速度是恒定的；
219.  
     * ⑶河流中的耗氧是由BOD衰减引起的；
220.  
     * ⑷而河流中的溶解氧来源则是大气复氧)。
221.  
     *
222.  
     * @param params
223.  
     * @return
224.  
     */
225.  
     @LimitRequest
226.  
     @ResponseBody
227.  
     @RequestMapping(value = "/s-p/odif", method = RequestMethod.POST)
228.  
     @ApiOperation(value = "一维模式-S-P水质模拟模型(亏氧量)")
229.  
     public Result d1SpOdDifSimu(@RequestBody WaterD1SpOdParam params) {
230.  
     if (params.getProcParams().getGridLen() != 0
231.  
     & params.getProcParams().getSimuLength() / params.getProcParams().getGridLen() > 1000) {
232.  
     throw new DataOptionException("云主机资源有限，请缩短模拟时间和格网距离!");
233.  
     }
234.  
     D1SpWrapData result = this.waterDiffService.spOdDifDiff(params);
235.  
      
236.  
     // 异步保存历史纪录
237.  
     SecurityUser securityUser = this.getLoginUser();
238.  
     String paramsStr = this.getReqParams(params);
239.  
     this.simuHistService.save(securityUser, SimuType.WATER_1D_SP_ODIF, paramsStr,
240.  
     StatusType.SUCCESS.code(), result);
241.  
      
242.  
     return this.getResult(ResultCode.SUCCESS, result);
243.  
     }
244.  
      
245.  
     }

1.  
   public static void main0(String[] args) {
2.  
   File file = new File("D:\\\\fenghe-desolve\\river-line.shp");
3.  
   SimpleFeatureCollection featureCollection = null;
4.  
   try {
5.  
   // 读取源文件shape
6.  
   ShapefileDataStore dataStore = new ShapefileDataStore(file.toURI().toURL());
7.  
   dataStore.setCharset(StandardCharsets.UTF_8);
8.  
   System.out.println(dataStore.getCharset() "获取编码11111111111111111");
9.  
   SimpleFeatureSource featureSource = dataStore.getFeatureSource();
10.  
    featureCollection = featureSource.getFeatures();
11.  
    // 读取线状河流
12.  
    SimpleFeatureIterator iterator1 = (SimpleFeatureIterator) featureCollection.features();
13.  
    SimpleFeature simpleFeature = iterator1.next();
14.  
    MultiLineString geom = (MultiLineString) simpleFeature.getDefaultGeometry();
15.  
    LineString river = (LineString) geom.getGeometryN(0);
16.  
    Coordinate endPt = river.getCoordinates()[river.getCoordinates().length - 1];
17.  
    iterator1.close();
18.  
     
19.  
     
20.  
    ShapefileDataStore ds = new ShapefileDataStore(s1.toURI().toURL());
21.  
    // ds.setCharset(StandardCharsets.UTF_8);
22.  
    ds.setCharset(Charset.forName("GBK"));
23.  
    System.out.println(ds.getCharset() "获取编码22222222");
24.  
     
25.  
    SimpleFeatureType sft = fs.getSchema();
26.  
    //创建
27.  
    ds.createSchema(sft);
28.  
     
29.  
    //设置Writer，并设置为自动提交
30.  
    FeatureWriter<SimpleFeatureType, SimpleFeature> writer = ds.getFeatureWriter(ds.getTypeNames()[0], Transaction.AUTO_COMMIT);
31.  
     
32.  
    //循环写入要素
33.  
    while (iterator.hasNext()) {
34.  
    //获取要写入的要素
35.  
    SimpleFeature feature = iterator.next();
36.  
    //将要写入位置
37.  
    SimpleFeature featureBuf = writer.next();
38.  
    //设置写入要素所有属性
39.  
    featureBuf.setAttributes(feature.getAttributes());
40.  
    //获取the_geom属性的值
41.  
    Geometry geo = (Geometry) feature.getAttribute("the_geom");
42.  
    // //重新覆盖the_geom属性的值，这里的geoBuffer必须为Geometry类型
43.  
    featureBuf.setAttribute("the_geom", geo);
44.  
    }
45.  
    //将所有数据写入
46.  
    writer.write();
47.  
    //关闭写入流
48.  
    writer.close();
49.  
    iterator.close();
50.  
    } catch (Exception e) {
51.  
    e.printStackTrace();
52.  
    }
53.  
     
54.  
     
55.  
    }

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