[發(fā)明專利]一種流域水質(zhì)水量監(jiān)測系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010570416.2
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111723505A
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏征;王利軍;高曉薇;陳鶴;席鵬;彭致功;蔡甲冰;盧曉楊
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院;北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F113/08
• 代理公司: 天津創(chuàng)信方達(dá)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 12247
• 代理人: 李京京

1.一種流域水質(zhì)水量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述流域水質(zhì)水量監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)置有：

HYDRUS模塊，通過兩套網(wǎng)格交叉切割形成更小的交叉單元，用于實(shí)現(xiàn)進(jìn)行根區(qū)土壤水模擬；

MODFLOW模塊，用于實(shí)現(xiàn)對地下水的模擬；

EFDC模塊，用于實(shí)現(xiàn)河流、湖泊、水庫、濕地、河口和海洋水體的地表河道水模擬。

2.如權(quán)利要求1所述流域水質(zhì)水量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述HYDRUS模塊的耦合方法包括以下步驟：

(1)獲得新的土壤水分分布及上下邊界一天內(nèi)的累計(jì)流量；

(2)將HYDRUS模塊算出的上邊界積水量經(jīng)SWAT處理后作為地表產(chǎn)流傳給子流域中的主河道；同時(shí)將下邊界流量傳遞給地下水；

(3)EFDC以其自身時(shí)間步長向前推進(jìn)1天；

(4)將EFDC算出的河床與地下水交換量給MODFLOW；

(5)MODFLOW向前推進(jìn)一個(gè)時(shí)間步，算出新的地下水位；

(6)將新的第下水位傳給HYDRUS和EFDC。

3.如權(quán)利要求1所述流域水質(zhì)水量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述HYDRUS模塊采用一維模型模擬根區(qū)土壤水分運(yùn)移，HYDRUS模塊進(jìn)行包氣帶土壤水運(yùn)動模擬，其水分運(yùn)移控制方程為Richards方程：

式中，θ為土壤含水率，h為水頭，K為導(dǎo)水率，α為x軸與重力方向夾角，S為源項(xiàng)。

4.如權(quán)利要求1所述流域水質(zhì)水量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述HYDRUS模塊基于變量封裝的數(shù)據(jù)交換方法包括：

(1)收集分類土壤滲流模擬模塊中的輸入輸出數(shù)據(jù)；

(2)數(shù)據(jù)交換接口設(shè)計(jì)；

(3)修改土壤滲流模擬模塊中輸入文件讀取程序；

(4)修改土壤水資源評估模塊中土壤水分運(yùn)動計(jì)算程序。

5.如權(quán)利要求1所述流域水質(zhì)水量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述HYDRUS模塊提高土壤滲流計(jì)算的穩(wěn)定性的方法包括：

(1)自適應(yīng)時(shí)間步長；

(2)將含水率改由直接通過土壤水分特征曲線來計(jì)算，對迭代計(jì)算中的負(fù)壓水頭采用了亞松弛方法。

6.如權(quán)利要求1所述流域水質(zhì)水量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述EFDC模塊包括：

水動力模塊，用于對流速、水位、紊動混合系統(tǒng)、示蹤劑、鹽度進(jìn)行檢測；

水質(zhì)模塊，用于對藻類、有機(jī)物、磷、氮、DO、COD、金屬、大腸桿菌進(jìn)行檢測；

泥沙模塊，用于模擬泥沙的沉降、沉積、沖刷、再懸浮、底質(zhì)交換過程進(jìn)行檢測。

7.如權(quán)利要求1所述流域水質(zhì)水量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述EFDC模塊與MODFLOW的耦合，交換方向由河道水水頭與地下水水頭的大小決定，河床水流通量計(jì)算方法為：

Q_R,i＝C_R,i·(h_R,i-h_G,i)

其中，Q_R,i為EFDC中第i個(gè)單元的河床水流通量，h_R,i為河道水水頭，h_G,i為同一位置的地下水水頭，C_R,i為與河床厚度、導(dǎo)水率相關(guān)的系數(shù)。

8.如權(quán)利要求1所述流域水質(zhì)水量監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述EFDC模塊的耦合方法包括以下方法：

(1)初始化，讀入EFDC原始輸入文件，讀入交叉網(wǎng)格切割文件，修改EFDC計(jì)算參數(shù)；構(gòu)建用于表示地表產(chǎn)流的源項(xiàng)變量，構(gòu)建用于表示河床交換的源項(xiàng)變量；執(zhí)行EFDC代碼至開始時(shí)間推進(jìn)前；

(2)地表產(chǎn)流，逐個(gè)將子流域的產(chǎn)流量轉(zhuǎn)換為各EFDC單元的源項(xiàng)，將數(shù)值放入對應(yīng)的源項(xiàng)數(shù)組；

(3)直接訪問MODFLOW中的水頭變量，根據(jù)插值方法求出EFDC中各單元位置的地下水水頭；

(4)修改時(shí)間推進(jìn)參數(shù)，開始時(shí)間推進(jìn)計(jì)算，直至本次累計(jì)推進(jìn)時(shí)間達(dá)到1天，每推進(jìn)一個(gè)時(shí)間步調(diào)用一次河床水流通量計(jì)算程序；

(5)求出一天內(nèi)每個(gè)EFDC單元中河床水流通量的累計(jì)值，以備MODFLOW訪問。