[發(fā)明專利]一種優(yōu)化生態(tài)補(bǔ)水量的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811407074.1
• 申請(qǐng)日: 2018-11-23
• 公開（公告）號(hào): CN109598376B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋為威;傅星乾;宋達(dá)昊;王長(zhǎng)芳子;許青;張鵬;王雪;逄勇;羅縉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q10/04
• 分類號(hào): G06Q10/04;G06Q50/26
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 石艷紅

1.一種優(yōu)化生態(tài)補(bǔ)水量的方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟1，資料收集：對(duì)需要優(yōu)化生態(tài)補(bǔ)水量的湖泊進(jìn)行近五年的資料收集；收集的資料包括該湖泊的地形資料、湖泊水質(zhì)濃度C、補(bǔ)水水量Q、補(bǔ)水水質(zhì)濃度C₀、污染源水質(zhì)濃度和排污量；

步驟2，污染物入湖量W確定：在對(duì)步驟1收集的污染源水質(zhì)和污染源水量收集的基礎(chǔ)上，對(duì)污染源所在位置、污染物濃度和排污量進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確定需要優(yōu)化生態(tài)補(bǔ)水量的湖泊的排污分擔(dān)率，進(jìn)而確定污染物入湖量W；

步驟3，參照最優(yōu)補(bǔ)水量確定：以湖泊水質(zhì)濃度C為縱坐標(biāo)，補(bǔ)水水量Q為橫坐標(biāo)，建立坐標(biāo)系；將步驟1收集的湖泊水質(zhì)濃度C和補(bǔ)水水量Q資料一一對(duì)應(yīng)填畫在建立的坐標(biāo)系中，

用二次函數(shù)擬合，即得到補(bǔ)水水量Q與湖泊水質(zhì)濃度C的相關(guān)關(guān)系，并得到極值，極值所對(duì)應(yīng)的補(bǔ)水量則為參照最優(yōu)補(bǔ)水量，極值所對(duì)應(yīng)的水質(zhì)為參照最優(yōu)水質(zhì)；

步驟4，理論最優(yōu)補(bǔ)水量確定，包括如下步驟：

步驟41，降解量W_k與補(bǔ)水水量Q關(guān)系確定：采用零維模型，建立降解量W_k與污染物入湖量W、補(bǔ)水水量Q、補(bǔ)水水質(zhì)濃度C₀、湖泊水質(zhì)濃度C之間的關(guān)系，求解降解量W_k與補(bǔ)水水量Q之間的定量關(guān)系為：W_k= -AQ+W，其中A=C- C₀；

步驟42，補(bǔ)水水量Q與補(bǔ)水水質(zhì)濃度C₀關(guān)系確定：以補(bǔ)水水質(zhì)濃度C₀為縱坐標(biāo)，補(bǔ)水水量Q為橫坐標(biāo)，建立坐標(biāo)系；將步驟1收集的補(bǔ)水水質(zhì)濃度C₀和補(bǔ)水水量Q資料一一對(duì)應(yīng)填畫在建立的坐標(biāo)系中，用二次函數(shù)擬合，即得到補(bǔ)水水量Q與補(bǔ)水水質(zhì)濃度C₀的二次函數(shù)關(guān)系；

步驟43，湖泊水質(zhì)濃度C與補(bǔ)水水量Q關(guān)系確定：將步驟41確定的A=C- C₀代入步驟42確定的補(bǔ)水水量Q與補(bǔ)水水質(zhì)濃度C₀的曲線關(guān)系式中，將得到湖泊水質(zhì)濃度C與補(bǔ)水水量Q的二次函數(shù)關(guān)系；

步驟44，理論最優(yōu)補(bǔ)水量確定：從步驟43中確定的湖泊水質(zhì)濃度C與補(bǔ)水水量Q關(guān)系中得到理論極值，該理論極值所對(duì)應(yīng)的補(bǔ)水量則為理論最優(yōu)補(bǔ)水量；

步驟5，最優(yōu)補(bǔ)水量確定：將步驟3確定的參照最優(yōu)補(bǔ)水量與步驟4確定的理論最優(yōu)補(bǔ)水量進(jìn)行比較，當(dāng)參照最優(yōu)補(bǔ)水量位于理論最優(yōu)補(bǔ)水量上下10%的波動(dòng)范圍內(nèi)時(shí)，則將理論補(bǔ)水量±10%作為最終確定的最優(yōu)補(bǔ)水量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化生態(tài)補(bǔ)水量的方法，其特征在于：還包括步驟6，水環(huán)境數(shù)學(xué)模型預(yù)測(cè)，具體包括如下步驟：

步驟61，模型率定：運(yùn)用二維水動(dòng)力模型和水質(zhì)模型，對(duì)近一年的水動(dòng)力和水質(zhì)進(jìn)行模擬，不斷調(diào)整二維水動(dòng)力模型和水質(zhì)模型中的參數(shù)，當(dāng)近一年的實(shí)測(cè)水質(zhì)結(jié)果位于二維水動(dòng)力模型和水質(zhì)模型的計(jì)算結(jié)果的誤差范圍之內(nèi)時(shí)，則認(rèn)為二維水動(dòng)力模型和水質(zhì)模型率定成功；

步驟62，模型驗(yàn)證：將其他時(shí)段的實(shí)測(cè)水質(zhì)代入步驟61率定成功的二維水動(dòng)力模型和水質(zhì)模型中，當(dāng)其他時(shí)段的實(shí)測(cè)水質(zhì)結(jié)果位于率定成功的二維水動(dòng)力模型和水質(zhì)模型的計(jì)算結(jié)果的10%的誤差范圍之內(nèi)時(shí)，則認(rèn)為二維水動(dòng)力模型和水質(zhì)模型驗(yàn)證成功；

步驟63，水環(huán)境預(yù)測(cè)：使用驗(yàn)證成功的二維水動(dòng)力模型和水質(zhì)模型，對(duì)該湖泊在未來(lái)設(shè)定時(shí)間段的水質(zhì)情況進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的優(yōu)化生態(tài)補(bǔ)水量的方法，其特征在于：步驟61中，二維水動(dòng)力模型為笛卡爾坐標(biāo)系下的二維水動(dòng)力控制方程，具體包括連續(xù)方程和動(dòng)量方程；水質(zhì)模型采用垂向平均的二維水質(zhì)模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的優(yōu)化生態(tài)補(bǔ)水量的方法，其特征在于：還包括步驟7，制定近期、中期和遠(yuǎn)期方案：根據(jù)步驟6預(yù)測(cè)的水環(huán)境數(shù)學(xué)模型，制定近期、中期和遠(yuǎn)期方案；其中，近期方案為：調(diào)整生態(tài)補(bǔ)水水量至步驟5確定的最優(yōu)補(bǔ)水水量；中期方案為：提高污水接管率和截堵沿湖污水排放口，使得污水排放量削減40%，然后，通過(guò)步驟2至步驟5，重新尋找最優(yōu)補(bǔ)水量，并調(diào)整生態(tài)補(bǔ)水水量至重新尋找的最優(yōu)補(bǔ)水水量；遠(yuǎn)期方案為：通過(guò)深化截污，使得污水管網(wǎng)零排放入湖，只留存雨水管網(wǎng)所收集的地表徑流，使得污水排放量減少80%，保持最基本的生態(tài)基流，保證湖區(qū)生態(tài)系統(tǒng)和水質(zhì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的優(yōu)化生態(tài)補(bǔ)水量的方法，其特征在于：最優(yōu)補(bǔ)水量包括豐水期最優(yōu)補(bǔ)水量和枯水期最優(yōu)補(bǔ)水量；在步驟3中，將步驟1收集的湖泊水質(zhì)濃度C和補(bǔ)水水量Q資料按照豐水期和枯水期一一對(duì)應(yīng)填畫在建立的坐標(biāo)系中，分別用二次函數(shù)擬合，分別得到豐水期極值和枯水期極值，進(jìn)而得到豐水期參照最優(yōu)補(bǔ)水量和枯水期參照最優(yōu)補(bǔ)水量。