[發(fā)明專利]一種含植物水流污染物擴(kuò)散系數(shù)計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110024809.8
• 申請日: 2021-01-08
• 公開（公告）號: CN112765906A
• 公開（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 婁廈;汪豪;劉宏哲;劉曙光;陳明;鐘桂輝;董行
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06T7/00;G06T7/194;G06T7/62;G06F113/08;G06F119/14
• 代理公司: 上?？剖⒅R產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 陳源源

本發(fā)明涉及一種含植物水流污染物擴(kuò)散系數(shù)計算方法，該方法包括以下步驟：獲取水流速度、污染物運(yùn)移速度和植物直徑，利用水流速度和植物直徑計算植物雷諾數(shù)，利用水流速度、污染物運(yùn)移速度和植物直徑計算污染物運(yùn)移雷諾數(shù)；基于植物雷諾數(shù)和植物相對高度，利用改進(jìn)的Jamali方法計算得到植物影響下的污染物橫向擴(kuò)散系數(shù)；利用植物雷諾數(shù)獲取植物拖曳力系數(shù)，基于植物拖曳力系數(shù)、運(yùn)移雷諾數(shù)和植物相對高度，利用改進(jìn)的Nepf方法計算得到植物影響下的污染物縱向擴(kuò)散系數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，誤差更小，結(jié)果更精確。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水動力學(xué)、環(huán)境動力學(xué)、污染物運(yùn)移動力學(xué)領(lǐng)域，尤其是涉及一種含植物水流污染物擴(kuò)散系數(shù)計算方法。

背景技術(shù)

近年來，由于污染物隨水流排放的加劇，對濕地水環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴(yán)重的破壞。植物是水生生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，能夠減緩水流平均流速，減小河道輸水能力，改變河流的水流結(jié)構(gòu)和紊動特征，從而影響污染物在水流中的擴(kuò)散和運(yùn)移。在河道水流中，污染物在水生植物的作用下，其橫向和縱向擴(kuò)散均受到影響，改變其混合和稀釋進(jìn)程，影響水體污染程度。水流特征、植物的相對高度、密度及排布方式，都會對這一過程產(chǎn)生影響。因此，針對含植物水流，研究基于水流特征和植物參數(shù)的污染物擴(kuò)散系數(shù)估算方法具有重要意義。

含植物水流污染物擴(kuò)散受到水流紊動強(qiáng)度、水流流速和植物特性等多重因素的影響，機(jī)理十分復(fù)雜。不同淹沒程度、植物剛度、密度和排布方式等植物特性的影響下，污染物擴(kuò)散呈現(xiàn)不同的規(guī)律。目前，含植物水流污染物擴(kuò)散系數(shù)計算多采用經(jīng)驗公式法，綜合考慮多種植物特性的計算方法較少。Jamali方法雖然考慮了植物雷諾數(shù)、體積比對污染物橫向擴(kuò)散系數(shù)的影響，但忽略了植物相對高度的作用，且僅適用于剛性植物不完全淹沒的情況。Nepf方法較好反映了植物阻力、植物體積比及運(yùn)移雷諾數(shù)的影響，但對于含植物水流污染物縱向擴(kuò)散系數(shù)的計算，還應(yīng)綜合考慮不同淹沒程度、植物相對高度的情況。由于缺少適用于多種植物特征條件的污染物擴(kuò)散系數(shù)計算方法，含植物水流污染物擴(kuò)散運(yùn)移和濕地水環(huán)境數(shù)值模擬等相關(guān)研究受到極大限制，不利于進(jìn)一步開展?jié)竦氐纳鷳B(tài)保護(hù)及修復(fù)工作，亟需新技術(shù)的出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種含植物水流污染物擴(kuò)散系數(shù)計算方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種含植物水流污染物擴(kuò)散系數(shù)計算方法，該方法包括以下步驟：

步驟S1：獲取水流速度、污染物運(yùn)移速度和植物直徑，利用水流速度和植物直徑計算植物雷諾數(shù)Re_d，利用水流速度、污染物運(yùn)移速度和植物直徑計算污染物運(yùn)移雷諾數(shù)Re_t；

步驟S2：基于植物雷諾數(shù)Re_d和植物相對高度，利用改進(jìn)的Jamali方法計算得到植物影響下的污染物橫向擴(kuò)散系數(shù)D_y；

步驟S3：利用植物雷諾數(shù)Re_d獲取植物拖曳力系數(shù)，基于植物拖曳力系數(shù)、運(yùn)移雷諾數(shù)Re_t和植物相對高度，利用改進(jìn)的Nepf方法計算得到植物影響下的污染物縱向擴(kuò)散系數(shù)D_L。

所述植物雷諾數(shù)Re_d的計算公式為：

Re_d＝ud/v

其中，v為運(yùn)動粘性系數(shù)，u為水流流速，d為植物直徑。

所述改進(jìn)的Jamali方法的表達(dá)式為：

其中，φ為植物體積比，a′表示為：

b′表示為：

其中，為植物相對高度。