[發(fā)明專利]一維非穩(wěn)態(tài)河流水動力-水質(zhì)模擬方法和裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010182408.0
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111382547A
• 公開（公告）日: 2020-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫明東;王艷;徐香勤;蔡文倩
• 申請（專利權(quán)）人: 中國環(huán)境科學(xué)研究院
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28
• 代理公司: 北京漢智嘉成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11682
• 代理人: 姜勁;谷惠敏

本發(fā)明提供一種一維非穩(wěn)態(tài)河流水動力?水質(zhì)模擬方法和裝置，具有全面周到、科學(xué)可信的優(yōu)點。其中方法包括如下步驟：獲取河流的時間序列、空間數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，其中所述時間序列包括流量、水質(zhì)和排污，空間數(shù)據(jù)包括河道地形、河網(wǎng)結(jié)構(gòu)和構(gòu)建物結(jié)構(gòu)，所述控制參數(shù)包括水力學(xué)參數(shù)、水文學(xué)參數(shù)和水質(zhì)參數(shù)；根據(jù)所述河流的時間序列、空間數(shù)據(jù)和控制參數(shù)進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)河流水動力模擬計算和非穩(wěn)態(tài)河流水質(zhì)模擬計算，以得到考察點水位、流量、流速及水質(zhì)的時間序列數(shù)據(jù)；輸出所述考察點水位、流量、流速及水質(zhì)的時間序列數(shù)據(jù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域，特別地涉及一種一維非穩(wěn)態(tài)河流水動力-水質(zhì)模擬方法和裝置。

背景技術(shù)

河流水質(zhì)模型是描述河道水體中污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的數(shù)學(xué)模型，在流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)的應(yīng)用過程中發(fā)揮著重要作用，是制定水質(zhì)目標(biāo)管理方案的重要技術(shù)依據(jù)。河流水質(zhì)模型的特點是可將河流進(jìn)行分析、評價、總量控制、污染治理與費用效益分析綜合于一體，實現(xiàn)數(shù)據(jù)與分析工具的集成，為河流水質(zhì)管理提供便利。利用河流水質(zhì)模型，我們可以科學(xué)地認(rèn)識到水體中污染物降解和遷移規(guī)律及污染物排放與收納水體的作用關(guān)系，通過使用河流水質(zhì)模型模擬的手段能夠建立流域污染負(fù)荷同斷面水質(zhì)之間的響應(yīng)關(guān)系，從而制定出科學(xué)的水污染控制方案。

河流水質(zhì)污染表現(xiàn)出隨機性、間歇性、不確定性等特點，造成水體污染和富營養(yǎng)化控制難度大、效果不顯著、時間漫長。在我國北方大部分地區(qū)，水資源相對缺乏，為了充分利用有限的地表水資源，控制和調(diào)配地表水和地下水，在河流上修建了許多水利工程(水庫、閘壩和灌渠等)來控制水流，用于防止洪澇災(zāi)害及水量的調(diào)節(jié)和再分配。這些情況造成部分河道常年或季節(jié)性斷流，流域天然水系遭到破壞，河道水力連通性被分割，從而形成了高度非穩(wěn)態(tài)的河流特點。河流水體對于河流水生生態(tài)系統(tǒng)維系及良性循環(huán)具有非常重要的意義。國內(nèi)普遍以常規(guī)穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型來進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)河流水質(zhì)模擬的研究工作，從而為水質(zhì)目標(biāo)管理帶來極大的不確定性；而目前國內(nèi)外的河流水質(zhì)模型的模擬效果不佳，難于適應(yīng)這種高度非穩(wěn)態(tài)河流的狀況，這些已經(jīng)成為影響河流水質(zhì)目標(biāo)管理方案制定的重要因素。

根據(jù)所需水質(zhì)目標(biāo)管理功能的實際需要，在體現(xiàn)出河流水質(zhì)變化的主要影響因素基礎(chǔ)上，開發(fā)適用于非穩(wěn)態(tài)(人工調(diào)控、斷流等)河流的簡單易用、移植性適應(yīng)性強的水質(zhì)模擬數(shù)學(xué)模型，為人工調(diào)控情境下的水質(zhì)目標(biāo)管理提供科學(xué)精準(zhǔn)的水質(zhì)模擬技術(shù)方法，對指導(dǎo)河流污染控制走向精細(xì)化管理有著重要的科學(xué)意義和實踐意義。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供一種一維非穩(wěn)態(tài)河流水動力-水質(zhì)模擬方法和裝置，具有全面周到、科學(xué)可信的優(yōu)點。

本發(fā)明第一方面公開一種一維非穩(wěn)態(tài)河流水動力-水質(zhì)模擬方法，包括：獲取河流的時間序列、空間數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，其中所述時間序列包括流量、水質(zhì)和排污，空間數(shù)據(jù)包括河道地形、河網(wǎng)結(jié)構(gòu)和構(gòu)建物結(jié)構(gòu)，所述控制參數(shù)包括水力學(xué)參數(shù)、水文學(xué)參數(shù)和水質(zhì)參數(shù)；根據(jù)所述河流的時間序列、空間數(shù)據(jù)和控制參數(shù)進(jìn)行非穩(wěn)態(tài)河流水動力模擬計算和非穩(wěn)態(tài)河流水質(zhì)模擬計算，以得到考察點水位、流量、流速及水質(zhì)的時間序列數(shù)據(jù)；輸出所述考察點水位、流量、流速及水質(zhì)的時間序列數(shù)據(jù)。

可選地，所述非穩(wěn)態(tài)河流水動力模擬計算包括：河道徑流模擬計算、區(qū)間入流過程模擬計算和人工調(diào)度過程模擬計算。

可選地，所述非穩(wěn)態(tài)河流水質(zhì)模擬計算包括：河道水質(zhì)模擬計算、區(qū)間入流污染負(fù)荷模擬計算和河道入滲、蒸發(fā)及土壤含水量模擬計算。

可選地，所述非穩(wěn)態(tài)河流水動力模擬計算以圣維南一維非恒定流方程與一系列的內(nèi)邊界條件的隱式有限差分法為依據(jù)，用于模擬各種不同形式的水工建筑物所控制的非恒定流。

可選地，所述非穩(wěn)態(tài)河流水質(zhì)模擬計算以組分質(zhì)量平衡為依據(jù)，參考來源和源漏以及化學(xué)、物理和生物相互影響而產(chǎn)生的濃度變化。