[發(fā)明專利]熱分層水庫三場(chǎng)動(dòng)態(tài)溶解氧耦合模型的構(gòu)建方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011148356.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN112227294B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余曉;李國強(qiáng);歐陽麗;杜霞;楊青瑞;趙沖;杜強(qiáng);諸葛亦斯;石浩洋;聶睿;李雙雙;梁曉旭;陳一迪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院;中國電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司
• 主分類號(hào): E02B1/02
• 分類號(hào): E02B1/02
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

1.熱分層水庫三場(chǎng)動(dòng)態(tài)溶解氧耦合模型的構(gòu)建方法，其特征在于，包括：

S1、根據(jù)水動(dòng)力學(xué)的質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒和能量守恒，構(gòu)建包括紊動(dòng)影響和密度變化的水動(dòng)力基本控制方程；

S2、根據(jù)凈短波輻射、水面的凈長波輻射、蒸發(fā)熱損失量、大氣和水面的熱傳導(dǎo)量，構(gòu)建水面熱交換方程；

S3、根據(jù)水體化學(xué)過程、生物過程和物質(zhì)沉降過程，構(gòu)建水質(zhì)反應(yīng)方程；水動(dòng)力基本控制方程、水面熱交換方程和水質(zhì)反應(yīng)方程構(gòu)成水動(dòng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)、濃度場(chǎng)“三場(chǎng)”動(dòng)態(tài)溶解氧耦合模型；

S4、獲取熱分層水庫的地形數(shù)據(jù)，以及水庫歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，所述地形數(shù)據(jù)包括水庫地形數(shù)據(jù)和入流斷面形態(tài)；所述監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)包括上游邊界條件、下游邊界條件和氣候條件；

S5、根據(jù)水庫地形和不同水位下的歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，采用基于MIKE3軟件構(gòu)建的“三場(chǎng)”動(dòng)態(tài)溶解氧耦合模型進(jìn)行求解和率定驗(yàn)證，計(jì)算得到不同水位、調(diào)度運(yùn)行方式及硝酸鹽濃度情景下熱分層水庫溶解氧的時(shí)空分布；

S6、對(duì)比多個(gè)不同情景下溶解氧的時(shí)空分布，選取出不同情景下滯溫層溶解氧溶度最高值，將溶解氧溶度最高值對(duì)應(yīng)的水位、調(diào)度運(yùn)行方式及硝酸鹽濃度作為熱分層水庫相應(yīng)情景的溶解氧調(diào)整策略；

所述水動(dòng)力基本控制方程為：

其中，t為時(shí)間；ρ為水的密度；u_i、u_j分別為x_i、x_j方向的速度分量；c_s為水中聲的傳播速度；P為壓力；Ω_ij為柯氏張量；g_i為重力矢量；v_T為紊動(dòng)粘性系數(shù)；δ_ij為Kronecker函數(shù)；k為紊動(dòng)動(dòng)能；T為溫度；D_T為溫度擴(kuò)散系數(shù)；SS為各自的源匯項(xiàng)；

所述水面熱交換方程為：

Δq＝q_lr，net+q_sr，net-q_v-q_c

其中，Δq為水面熱交換總量；q_lr，net為凈短波輻射；q_lr，net為水面的凈長波輻射；q_v為蒸發(fā)熱損失量；q_c為大氣和水面的熱傳導(dǎo)量；

水質(zhì)反應(yīng)模型的計(jì)算公式為：

其中，C為物質(zhì)的濃度；u、v、w分別為x、y、z三個(gè)方向的流速；D_x、D_y、D_z分別為x、y、z三個(gè)方向的擴(kuò)散系數(shù)；S_c為源匯項(xiàng)；P_c為生化反應(yīng)項(xiàng)；

所述水動(dòng)力基本控制方程中的水動(dòng)動(dòng)能采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型和Smagorinsky公式進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)算：

其中，u、v為水平速度分量；ρ為密度；σ_T為普朗特?cái)?shù)；C_1S、C_2S、C_3S、σ_k、σ_s為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；D_S為水平網(wǎng)格間距；C_sm為Smagorinsky常數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱分層水庫三場(chǎng)動(dòng)態(tài)溶解氧耦合模型的構(gòu)建方法，其特征在于，對(duì)三場(chǎng)動(dòng)態(tài)溶解氧耦合模型進(jìn)行求解進(jìn)一步包括：

基于MIKE3軟件構(gòu)建的水動(dòng)力、水溫和ECOlab模塊，采用有限差分格式離散三場(chǎng)動(dòng)態(tài)溶解氧耦合模型；

采用交替方向隱式替代法對(duì)離散后的三場(chǎng)動(dòng)態(tài)溶解氧耦合模型先逐行/列進(jìn)行掃描，再逐列/行進(jìn)行掃描，兩次掃描組成一輪迭代；

其中每行/列代數(shù)方程組采用三對(duì)角矩陣計(jì)算式求解。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱分層水庫三場(chǎng)動(dòng)態(tài)溶解氧耦合模型的構(gòu)建方法，其特征在于，不同水位包括高水位、低水位兩種工況；調(diào)度運(yùn)行方式包括小水量、大水量下泄兩種情景；硝酸鹽濃度包括超過水質(zhì)達(dá)標(biāo)水準(zhǔn)和達(dá)到水質(zhì)達(dá)標(biāo)水準(zhǔn)兩種情景。