[發明專利]一種基于虛擬聯系的平原河網面源污染水質響應計算方法

在審

• 申請號: 201810486670.7
• 申請日: 2018-05-21
• 公開（公告）號: CN108665114A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 王鵬;王船海;馬騰飛;王一丹;郝少盼;謝增芳
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06Q50/26;G06F17/12
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種基于虛擬聯系的平原河網面源污染水質響應計算方法，該方法根據平原河網下墊面特征，采用在計算區域與河道間設置“虛擬聯系”的方法，分別建立圩區和非圩區的污染物質量平衡方程以及“虛擬聯系”過流方程，聯立求解得到面源污染隨降雨徑流的匯集過程。對于圩區面源污染的匯流過程，需要考慮“虛擬聯系”在不同水情條件下的調度原則，對于非圩區，“虛擬聯系”始終敞開。本發明實現了平原河網區面源污染物向河道匯集過程的計算，提高了該地區面源污染物從源頭發生?河網遷移過程的模擬精度。該方法解決了現有面源污染模型無法模擬平原河網區降雨產污匯流的問題，易于在具有同類水系特征地區的降雨產污水質響應計算中推廣應用。

技術領域

本發明屬于環境領域，尤其涉及一種基于虛擬聯系的平原河網面源污染水質響應計算方法。

背景技術

在發達國家，隨著工業和生活污染源等點污染源的有效控制，面源污染己成為水體污染的主要因素。近年來，隨著我國對水環境治理力度逐漸加強，點源污染基本得到了有效控制，面源污染對水環境的影響逐漸凸現出來。面源加劇了各類水體的污染，加速了湖泊的富營養化。平原河網地區河道縱橫交錯、池塘星羅棋布、水體交換頻繁，河網水質對隨降雨徑流遷移的面源污染響應也更為顯著和敏感。因此，預測降雨產污過程對河網水質的影響，對于評估不同土地利用方式和管理措施的水環境響應具有重要意義。

為了預測降雨產污對河網水質的影響，需要確定污染負荷向河道的匯流過程，該過程從空間上又可分為坡面匯流和河道匯流兩個階段。在降雨產污模型中，坡面匯流通常采用假設匯流單位線的方法，河道匯流通常采用馬斯京根法。但是馬斯京根法主要適用于流域上游山丘區，在流域下游，特別是平原河網區，受上游來流和下游潮位頂托的聯合作用，馬斯京根法的前提條件不成立。加之平原河網區的河道密度高，采用求解動力學方程計算全部河道匯流過程的方法也不現實。此外，平原河網區地勢較低，容易遭受洪澇災害侵襲，為了保護人民生命財產安全，建設了大量的圩堤、閘、泵等工程，將堤壩內的土地與外部河道隔離開，形成圩區，利用閘、泵對圩區水量進行調控，圩區內面源污染入河過程與非圩區存在顯著差異。因此，平原河網區降雨產污匯集過程計算需要考慮下墊面特征的差異，然而現有面源污染模型無法模擬平原河網區降雨產污匯集過程。

發明內容

發明目的：為了克服現有技術中存在的不足，本發明提供一種基于虛擬聯系的平原河網面源污染水質響應計算方法。通過提出描述平原河網區面源污染物向河道遷移過程的“虛擬聯系”法，實現圩區和非圩區面源污染物向周邊河道的匯集過程計算，進而解決隨降雨徑流遷移的面源污染物對平原河網水質影響的計算問題。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于虛擬聯系的平原河網面源污染水質響應計算方法，其步驟為：

(1)繪制河網多邊形結構圖；

(2)在河網多邊形內引入“虛擬聯系”，建立圩區和非圩區的“虛擬聯系”；

(3)根據質量守恒定律，分別建立圩區和非圩區的污染物質量平衡方程；

(4)計算圩區和非圩區面源污染出流過程；

(5)計算圩區和非圩區面源匯流過程；

(6)計算平原河網降雨產污水質響應。

其中，在步驟(1)中，繪制河網多邊形結構圖方法如下：根據計算區域的水系圖，對河網進行概化處理，繪制河網多邊形結構圖。

其中，在步驟(2)中，在河網多邊形內引入“虛擬聯系”，建立圩區和非圩區的“虛擬聯系”方法如下：對于圩區，“虛擬聯系”相當于帶有閘門和泵站的寬頂堰；對于非圩區，“虛擬聯系”僅相當于寬頂堰，堰的寬度等于與河道相連的所有支浜、溝渠寬度之和；對于每個河網多邊形，“虛擬聯系”的數量等于構成河網多邊形的河道數量。

其中，在步驟(3)中，建立圩區和非圩區的污染物質量平衡方程如下：