研究背景与意义
突发性水污染事件具有诱因不明、难以预料、危害紧急等特征。据统计，2000—2020年间中国发生典型大型水污染事件达60起。传统数学分析模型复杂且实时动态性不足，现有研究偏重二维表面模拟，难以反映垂直方向的污染物运移。
本研究融合全球离散格网系统（DGGS）与元胞自动机（CA），提供统一的时空框架，实现水体污染扩散的三维动态模拟，为应急决策提供科学支撑。
球体测地线八叉树格网（SGOG）
剖分体系
球面剖分
以首子午圈、东西经90°子午圈和赤道将球面分为8个等面积球面三角形。每层剖分通过连接三边中点将一个三角形分为4个子三角形。
确保全球范围内的空间均匀性和计算一致性
径向剖分
将半径R进行2ⁿ等分，实现垂直方向的精细划分，支持三维空间的层次化表达。
本研究采用第18层剖分，格网单元边长约38m
编码方案
采用修正方向编码，形式为：圈层码（十六进制）_卦限标识码（八进制）+ 球面位置码（四进制）_径向深度码（二进制）
示例编码：0_1211_111
元胞自动机（CA）组件设计
元胞自动机由元胞、状态、邻居、转换规则和时间五个部分组成，本研究针对三角形元胞进行了专门设计。
邻居定义
二维邻居
选取与中心元胞具有直接邻近关系的12个元胞，包括3个边邻近元胞和9个点邻近元胞。
三维邻居
在二维基础上增加垂直方向（Z轴）上的8个元胞（上下两侧各4个），共计20个邻居元胞。
转换规则（基于菲克第一定律）
二维扩散规则公式
M(t+1) = M(t) + m × [∑(边邻近及部分点邻近差值)] + md × [∑(斜向点邻近差值)]
• M：污染物质量
• m：静态扩散系数（实验取0.084）
• d：斜向扩散系数（实验取0.16）
• 约束条件：m + md ≤ 0.25
三维扩散规则
在二维基础上引入垂直方向序号z，增加上下层面邻近元胞的质量交换计算，实现污染物的三维扩散模拟。
边界条件处理
采用扩展虚拟元胞法：对于不在模拟范围内的邻居元胞，设置其值与中心元胞相等，使该方向的扩散计算结果为0，从而实现边界约束。