[發明專利]一種基于Mike11的河流水環境容量確定方法

在審

• 申請號: 201710888357.1
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107657912A
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 金圣將;劉洪波
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G09F19/00
• 分類號: G09F19/00;G06F17/50
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所12201
• 代理人: 李麗萍

技術領域

本發明涉及污染減排與污染物排放總量控制等環境管理鄰域，特別是一種MIKE11技術支持下的河流水環境容量計算方法，其中，所述的河流是指相連通的河流。

背景技術

水環境容量是水功能區水質目標管理的基本依據，是水資源保護規劃的主要約束條件，是實施水污染物總量控制的依據，也是水環境管理的基礎。20世紀70年代，“環境容量”概念進入我國，到1988年，張永良等提出了“水環境容量”的簡明定義:水體環境在規定的環境目標下所能容納的污染物量。自此以后，雖有不少新的關于水環境容量的定義，但其本質含義大同小異。本文中水環境容量的計算就依據張永良提出的概念來計算。

目前，水環境容量的計算方法主要分確定性方法和不確定性方法兩大類。(1)確定性方法以機理性水質模型為主要工具，主要包括解析公式法、模型試錯法、和模擬優化法，不確定性因素通過限制性條件引入，表達對安全及控制風險的要求，計算結果為定值。解析公式法采用穩態水質模型直接計算，工作量小，應用最廣，但精度較低且不能用于計算動態水環境容量。模型試錯法采用動態水質模型反復測算，計算精度高，但計算效率相對較低。基于規劃理論的模擬優化方法，將模擬方法與優化方法有機結合，方法靈活，能夠大幅度提高效率和精度，美國常用該方法施行總量控制的TMDL(Total Maximum Daily Loads)計劃，但其容量與總量的概念幾乎為同義語，不同于國內水環境容量的內涵，它更強調污染物總量分配。(2)不確定性方法從不確定性角度分析與計算某種可信度水平下的水環境容量或容量的取值范圍，其中以確定性模型為基礎的水質隨機過程方法、隨機微分方程模型法和灰色(參數)水質規劃法，由于區間取值對分配的限制和數學處理的復雜性等原因，應用并不廣泛。近年來，未確知數學盲數理論和三角模糊技術等非確定性方法的引入為水環境容量研究提供了新思路和新方法，但是需要采用實測數據確定變量或參數的分布，實際應用中技術難度相對較大。

水環境容量計算以數學模型為基本技術手段。依據污染物類型的不同，可將水環境容量模型分為易降解有機物水環境容量模型、難降解有機物水環境容量模型、重金屬水環境容量計算模型和水環境熱容量計算模型。按照水環境容量公式所采用的水質數學模型維數的不同，又可將水環境容量模型分為零維水環境容量模型、一維水環境容量模型和二維水環境容量模型。不同的計算模型有其各自的適用條件，如:零維模型適用于污染物均勻混合的小河段(河流)及網河流域；一維模型適用于河道寬深比不大，污染物質在較短時間內能在橫斷面上混合均勻的中小型河段(河流)；二維模型適用于河道寬度較大，且平面距離顯著大于垂向距離，致使污染物在橫斷面上分布極不均勻的河段(河流)，或者寬度雖然不大，但是存在某些特殊功能需求的河流(如魚類的洄游通道)。

目前尚未有在不同水文條件下計算水環境容量的專利，隨著人們生態環境保護意識的加強，社會對水環境質量的重視，控制排入水體的污染物和改善水體質量已成為當前社會穩定發展的迫切需要，促使環境容量計算方法不斷改進。因此，在利用MIKE11軟件計算河流水環境容量方法的基礎上，得到不同設計水文條件下的水環境容量，并使之高效、經濟、廣泛的應用于水污染物總量控制具有非常現實的意義。

發明內容

針對現有的河流水環境容量計算方法存在的不足，本發明要解決的技術問題是建立新的確定河流水環境容量的一種MIKE11技術支持下的河流水環境容量的計算方法，不僅能夠克服河流水環境容量計算時因水文等資料缺乏所造成的無從下手的問題，還可以避免因不考慮水文條件是個變化的過程導致容量計算結果不精確的問題，提高水環境容量計算的精確度，有利于河流生態環境的管理。

為了解決上述技術問題，本發明提出的一種基于Mike11的河流水環境容量確定方法，步驟如下：

步驟一、收集原始數據，至少包括河流水文、氣象、化學需氧量COD、總磷TP和氨氮的濃度；

步驟二、利用步驟一收集到的初始數據采用MIKE11軟件的水動力模塊HD和水質模塊AD，建立水量、水質模型，模擬計算河道中污染物的時空分布，分別得到河道各功能區控制斷面的化學需氧量COD濃度、總磷TP濃度和氨氮的濃度，均用C_控制表示；