[發(fā)明專利]一種分層湖泊水庫(kù)水體完全混合的碳排放量的計(jì)算方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911411337.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111159629B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-08-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫昕;黃峰;葉麗麗;郭瑩鴿;劉亞婉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安建筑科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/10
• 分類號(hào): G06F17/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 閔岳峰

1.一種分層湖泊水庫(kù)水體完全混合的碳排放量的計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)根據(jù)分層湖泊或水庫(kù)水體初始水溫結(jié)構(gòu)以及與水溫相關(guān)的水的密度結(jié)構(gòu)，計(jì)算出湖泊或水庫(kù)水體水溫分層時(shí)的等效重心高度；具體分為如下步驟：

1-1)根據(jù)湖泊或水庫(kù)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(duì)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以及2～5m；對(duì)于第一層水體，層頂即為水面，層底位于第一、第二測(cè)量點(diǎn)的平均水深處；對(duì)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(cè)量點(diǎn)的平均水深處；對(duì)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(diǎn)被視為每層水體的重心；

1-2)每層水體的溫度為T_i1，與水溫相關(guān)的水體的密度為ρ_i1，運(yùn)用湖庫(kù)庫(kù)容與水位的關(guān)系求得每層水體的體積V_i1，則等效重心高度為：H_c1＝∑M_i1h_i1/∑M_i1，式中：M_i1為混合前每層水體的質(zhì)量；h_i1為水平面到每層水體重心的距離；

2)根據(jù)水體熱交換模型，求出水體完全混合期間通過(guò)大氣-水界面熱交換而獲取的凈傳熱量；具體分為如下步驟：

2-1)破壞水溫分層至完全混合期間水體表面總的熱交換通量(Q_S)，為長(zhǎng)波輻射量(Q_R)、表面短波輻射(Q_SW(S))、水面蒸發(fā)量(Q_W)、水面顯熱對(duì)流量(Q_H)之和，并且根據(jù)完全混合所需的總時(shí)間及水庫(kù)水面總表面積求出完全混合期間水體獲取的凈熱能△E_S；

2-2)水體所獲得的熱量中，考慮到最不利情況，在計(jì)算表面?zhèn)鳠崃繒r(shí)，根據(jù)實(shí)測(cè)太陽(yáng)輻射強(qiáng)度最大時(shí)計(jì)算；

2-3)上述表面?zhèn)鳠崃烤鶠閱挝幻娣e的功率，因此在破壞分層、混合期間表面總的傳遞熱量可以表示為：

△E_S＝Q_S×A×t

其中A為湖泊水庫(kù)水面總表面積(㎡)，t為總的破壞分層、完全混合所需時(shí)間(t)；

2-4)分層湖泊水庫(kù)破壞分層、完全混合所需時(shí)間(t)，與分層水體水溫結(jié)構(gòu)、水庫(kù)地形及所采用的混合充氧設(shè)備運(yùn)行工況有關(guān)；可以通過(guò)再實(shí)際分層水體內(nèi)運(yùn)行混合設(shè)備，實(shí)測(cè)水體垂向溫度，以上層和下層溫度差別低于1～3℃為完全混合，從設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行到水體完全混合所需要的時(shí)間為完全混合所需時(shí)間(t)；

2-5)分層湖泊水庫(kù)破壞分層、完全混合所需時(shí)間(t)，也可以通過(guò)數(shù)值模擬方法確定，首先構(gòu)建實(shí)際湖泊水庫(kù)的地形網(wǎng)格，根據(jù)實(shí)際水庫(kù)的水文、水溫及其他水質(zhì)資料，設(shè)置適當(dāng)?shù)倪吔纭⒊跏紬l件，并將混合充氧設(shè)備的進(jìn)水口、出水口分別作為湖泊水庫(kù)水體的內(nèi)邊界，選擇合適的紊流模型和傳熱模型，數(shù)值模擬不同工況條件下水體水溫變化過(guò)程，從設(shè)備開(kāi)始運(yùn)行到水體完全混合所需要的時(shí)間為完全混合所需時(shí)間(t)；

3)根據(jù)質(zhì)量和熱量守恒定律，計(jì)算湖泊或水庫(kù)水體溫度分層被破壞、完全混合后的平均水溫；

4)根據(jù)分層湖泊或水庫(kù)水體完全混合后的平均水溫、水的密度以及水體總體積，求出完全混合后水體的等效重心高度，計(jì)算分層湖泊或水庫(kù)水體完全混合前后水體勢(shì)能增加量；

5)促使分層湖泊或水庫(kù)水體完全混合所需的理論能量即是水體完全混合后的勢(shì)能增加量，根據(jù)分層水體混合系統(tǒng)的能量利用效率，計(jì)算水體完全混合所需的實(shí)際輸入能量；

6)根據(jù)碳排放量與能量的關(guān)系，計(jì)算分層湖泊或水庫(kù)水體完全混合的碳排放量。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種分層湖泊水庫(kù)水體完全混合的碳排放量的計(jì)算方法，其特征在于，步驟3)中，完全混合后水體的溫度變化是受分層水體初始總熱量與完全混合期間水體獲取的凈熱能共同影響的結(jié)果，故混合后的平均水溫T由式：△E_S+∑cM_i1T_i1＝∑cM_i2T計(jì)算，其中，c為水的比熱容，M_i2為混合后每層水體的質(zhì)量，且∑M_i2＝∑M_i1。