[發(fā)明專利]基于元胞自動(dòng)機(jī)的城市面源污染物累積沖刷過(guò)程計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811307557.4
• 申請(qǐng)日: 2018-11-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109583035B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳求穩(wěn);陳誠(chéng);何夢(mèng)男;嚴(yán)晗璐;董建瑋;王麗;齊笑
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 水利部交通運(yùn)輸部國(guó)家能源局南京水利科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06Q50/26
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 孟紅梅

1.基于元胞自動(dòng)機(jī)的城市面源污染物累積沖刷過(guò)程計(jì)算方法，其特征在于，該方法包括：

(1)構(gòu)建元胞地理場(chǎng)景模型，包括定義地理場(chǎng)景模型元胞大小、領(lǐng)域關(guān)系、模型邊界和出口，根據(jù)研究區(qū)的下墊面類型、DEM高程和隨時(shí)間變化的降雨量，獲得每個(gè)元胞的下墊面類型、高程和隨時(shí)間變化的降雨量；

(2)根據(jù)設(shè)置的下墊面下滲參數(shù)利用初損后損法進(jìn)行每個(gè)元胞的產(chǎn)流和下滲量的計(jì)算得到元胞的凈雨深，并根據(jù)中心元胞與鄰域元胞高程的水位差進(jìn)行流向計(jì)算，進(jìn)而通過(guò)匯流計(jì)算獲得每個(gè)元胞的當(dāng)前水深；

(3)根據(jù)設(shè)置的污染物累積和沖刷相關(guān)系數(shù)和干期天數(shù)，采用指數(shù)累積公式計(jì)算干期污染物累積量，并考慮污染物的降雨濺蝕、徑流沖刷和再沉積作用，對(duì)污染物輸移過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算，得到徑流沖刷強(qiáng)度、降雨沖刷強(qiáng)度和污染物再沉降強(qiáng)度，從而獲得每個(gè)元胞的陸相污染物轉(zhuǎn)移量和水相污染物輸移量，進(jìn)而計(jì)算水相污染物濃度。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于元胞自動(dòng)機(jī)的城市面源污染物累積沖刷過(guò)程計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟(2)中利用初損后損法將下滲簡(jiǎn)化為初損和后損兩個(gè)部分，降雨開(kāi)始到出現(xiàn)產(chǎn)流時(shí)的水量損失為初損量I₀；產(chǎn)流后的水量損失為后損，用后損平均入滲率f表示；每個(gè)元胞的凈雨深計(jì)算公式如下：

h＝X-I₀-ft_c-X_n

式中，h為X形成的元胞的水深，即凈雨深；X為總降雨量；t_c為超滲產(chǎn)流歷時(shí)；X_n為后損階段非超滲歷時(shí)的降雨量。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于元胞自動(dòng)機(jī)的城市面源污染物累積沖刷過(guò)程計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟(2)中水流流向判斷方法，具體為：比較中心元胞與鄰域元胞高程的水位差，排除高于平均高程的鄰域元胞，循環(huán)該過(guò)程直到?jīng)]有高于平均高程的鄰域元胞可以被排除，確定可以進(jìn)行水量轉(zhuǎn)移的鄰域元胞。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于元胞自動(dòng)機(jī)的城市面源污染物累積沖刷過(guò)程計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟(2)中匯流計(jì)算具體為：在產(chǎn)流和流向確定的基礎(chǔ)上，采用曼寧公式計(jì)算一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)中心元胞可以轉(zhuǎn)移的水量，同時(shí)根據(jù)水位差得出可以轉(zhuǎn)移的潛在最大水量，將二者相比，得出一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)內(nèi)中心元胞轉(zhuǎn)移的真實(shí)水量；計(jì)算公式如下：

式中，T為中心元胞水深轉(zhuǎn)移至鄰居元胞所需時(shí)間，即 水量/污染物轉(zhuǎn)移時(shí)間步長(zhǎng)；h為中心元胞水深；s為中心元胞與第i個(gè)鄰居元胞間的水面坡度；n為曼寧糙率系數(shù)；t為模型時(shí)間步長(zhǎng)；D為中心元胞與鄰居元胞i的距離，對(duì)于四鄰域而言，D為元胞邊長(zhǎng)，對(duì)于斜向鄰域元胞，D為倍的元胞邊長(zhǎng)；f_i表示中心元胞向鄰居元胞i轉(zhuǎn)移的水量；

每個(gè)鄰居元胞轉(zhuǎn)移水量f_i求和可以得出轉(zhuǎn)移總水深，將轉(zhuǎn)移總水深與中心元胞水深進(jìn)行對(duì)比，確定每個(gè)元胞的實(shí)際轉(zhuǎn)移水量；計(jì)算出每一時(shí)刻整個(gè)元胞空間內(nèi)所有元胞的轉(zhuǎn)移水量和剩余水量，并根據(jù)下一時(shí)刻步長(zhǎng)的降雨和下滲量，獲得下一時(shí)刻末的元胞水量，循環(huán)計(jì)算，直到整個(gè)模擬過(guò)程結(jié)束。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于元胞自動(dòng)機(jī)的城市面源污染物累積沖刷過(guò)程計(jì)算方法，其特征在于：所述步驟(3)中干期污染物累積量計(jì)算公式如下：

式中，M為干期沉積層污染物累積量，單位面積或者邊沿長(zhǎng)度的質(zhì)量；td為干期時(shí)長(zhǎng)；C₁為最大增長(zhǎng)可能，單位面積或者邊沿長(zhǎng)度的質(zhì)量，C₂為增長(zhǎng)速率常數(shù)。