[發明專利]一種破壞湖泊水庫水溫分層系統的能量效率的計算方法

在審

• 申請號: 201410636742.3
• 申請日: 2014-11-12
• 公開（公告）號: CN104361232A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 孫昕;程雪娜;葉麗麗
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

技術領域

本發明屬于湖泊水庫水質污染控制領域，涉及破壞湖泊水庫水溫分層研究，具體涉及一種破壞湖泊水庫水溫分層系統的能量效率的計算方法。

背景技術

深水型湖泊水庫水體溫度具有明顯的季節性沿深度成層分布的特點，在多數水深超過30m的水源水庫中都會普遍出現溫度分層現象，一般夏季自上而下形成變溫層、溫度梯度較大的躍溫層和水溫恒定的等溫層的典型水溫分層結構。在分層湖庫底層水體，溶解氧受躍溫層浮阻力的作用而得不到補充，而各種微生物和化學作用則會使水中的溶解氧逐漸被消耗，當水中溶解氧濃度低于2mg/L時，底泥中的無機和有機污染物會大量釋放形成湖庫內源污染，內源污染使表層水體磷、氮含量增加，在夏秋季節水溫、光照合適時，會引起藻類的大量繁殖和水體富營養化等一系列水質問題。水溫分層是導致分層湖庫水質內源污染和富營養化的重要誘因之一，為保證和提高深水型湖泊水庫的水質，破壞湖庫水體溫度分層是一種經濟有效的水質改善方法。理想的破壞分層技術應該效果好、能耗低、排碳少，但在計算破壞分層系統的能量需求方面存在較大的不確定性，在優選各種破壞分層技術時也面臨能量效率的計算基準缺乏問題。實際湖泊水庫的地形和水溫結構非常復雜，計算破壞分層系統的能量輸入很具有挑戰性。

目前涉及破壞水庫水溫分層系統的能量效率計算方法可以根據理論方法：穩定系數式中：z_i為測量點深度，cm；Δz_i為兩測量點中點之間的距離，cm；A₀表示池塘的表面積，cm²；A_zi表示zi深度處池塘的面積，cm²)；z_g表示池塘水體完全混合后重心處的深度，cm，等于∑(z_iA_ziΔ_zi)/V；ρ_zi為zi深度處水體的密度，g/cm³)；ρ_m為水體完全混合后的密度，g/cm³，等于∑(ρ_ziA_ziΔ_zi)/V。穩定系數的上述方法只適用于水深較淺、地形簡單的分層水體。對于水深幾十米甚至高達幾百米的地形復雜的實際湖泊和水庫而言，這種方法并不能用于計算破壞分層所需的能量。

為優選高效節能減排的水庫破壞分層技術和系統，最小化源水處理行業的能耗和碳排放量，需要合理確定破壞分層所需的能量，采用統一的破壞分層系統的能量效率。

發明內容

本發明的目的在于針對現有破壞水溫分層所需能量及破壞分層系能量效率計算方法的不足，提供了一種破壞湖泊水庫水溫分層系統的能量效率的計算方法，該方法簡單易行。

為達到上述目的，本發明采用如下的技術方案予以實現：

一種破壞湖泊水庫水溫分層系統的能量效率的計算方法，包括以下步驟：

1)根據湖泊或水庫水體水溫分布情況，計算出湖泊或水庫水體水溫分層時的等效重心高度；

2)根據質量和熱量守恒定律，計算湖泊或水庫水體溫度分層被破壞、完全混合后的平均水溫；

3)根據湖泊或水庫水體溫度分層被破壞、完全混合后的平均水溫與其密度的垂向分布以及混合后的湖泊或水庫水體總體積計算出混合后水體等效重心高度，求出湖泊或水庫水體溫度分層被破壞、完全混合前后水體勢能增加量；

4)破壞湖泊或水庫水溫分層所需的最小能量即是破壞分層后水體的勢能增加量，破壞湖泊水庫水溫分層系統的能量效率為破壞湖泊或水庫水溫分層所需的最小能量與破壞水溫分層系統的實際輸入能量之比。

本發明進一步的改進在于，步驟1)中，具體分為如下步驟：

1-1)根據湖泊或水庫水體水溫分布情況，將水體沿垂向每隔一定間距分為一層，其中，對于上部變溫層、中部躍溫層以及底部等溫層，間距分別取2～5m、1m、2～5m；對于第一層水體，層頂即為水面，層底位于第一、第二測量點的平均水深處；對于第二層水體，層頂為第一層水體的層底，層底位于第二、第三測量點的平均水深處；對于最后一層水體，層頂為上一層水體的層底，層底即為水體底部，每層垂向距離的中點被視為每層水體的重心；