[發(fā)明專利]一種基于形狀控制反問題的河流水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度確定方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110307038.3
• 申請(qǐng)日: 2021-03-23
• 公開（公告）號(hào): CN113158428B
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉曉東;趙麗;華祖林;陳露瑩;王鵬;褚克堅(jiān)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河海大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F111/08;G06F111/10
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 向文

1.一種基于形狀控制反問題的河流水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度確定方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：進(jìn)行水文頻率分析，判斷河流水流為恒定均勻流還是非恒定均勻流，若河流水流為恒定均勻流，則轉(zhuǎn)入步驟S2，若河流水流為非恒定均勻流，則轉(zhuǎn)入步驟S3；

S2：采用如下公式計(jì)算獲得水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度：

式中，C_III為Ⅲ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，C_II為Ⅱ類水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，u為河流流速，K₁為污染物降解系數(shù)；

S3：判別水流流向，若水流為單向流，將水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度L確定問題轉(zhuǎn)化求解形狀反問題，建立基于形狀反問題的水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度反演模型，確定水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度；若水流為雙向感潮河流，則轉(zhuǎn)向步驟S4；

S4：采用如下步驟計(jì)算雙向感潮河流的水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度：

A1：選定設(shè)計(jì)水文條件；

A2：根據(jù)選定的設(shè)計(jì)水文條件，應(yīng)用感潮河流水量模型，模擬計(jì)算出漲潮流和落潮流的過渡區(qū)邊界斷面平均最大流速；

A3：根據(jù)落潮流過渡區(qū)邊界斷面平均最大流速，利用步驟S2的公式計(jì)算水質(zhì)過渡區(qū)Ⅰ的初始長(zhǎng)度L_I0；根據(jù)漲潮流過渡區(qū)邊界斷面平均最大流速，利用步驟S2的公式計(jì)算水質(zhì)過渡區(qū)Ⅱ的初始長(zhǎng)度L_II0；

A4：根據(jù)初始長(zhǎng)度L_I0和初始長(zhǎng)度L_II0，定位水質(zhì)過渡區(qū)Ⅰ和過渡區(qū)Ⅱ的初始范圍；

A5：根據(jù)水質(zhì)過渡區(qū)Ⅰ和過渡區(qū)Ⅱ的初始范圍，采用基于形狀反問題的水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度反演模型分別計(jì)算水質(zhì)過渡區(qū)Ⅰ長(zhǎng)度L_I(t)和水質(zhì)過渡區(qū)Ⅱ長(zhǎng)度L_II(t)；

A6：匯總L_I(t)和L_II(t)，落潮時(shí)L_II(t)＝0，漲潮時(shí)L_I(t)＝0，即得到設(shè)計(jì)水文條件下水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度的動(dòng)態(tài)變化過程。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于形狀控制反問題的河流水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度確定方法，其特征在于，所述步驟S3中若水流為單向流，水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度的確定方法為：

B1：設(shè)水質(zhì)過渡區(qū)范圍為[a,b]，范圍內(nèi)污染物分布的定解問題如下：

將水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度確定問題提為如下的反問題：

即已知下邊界的濃度和位置和上邊界的濃度，推求上邊界的位置x；

B2：將上述形狀反問題轉(zhuǎn)化為最優(yōu)化問題，優(yōu)化目標(biāo)為下邊界x＝b處模擬濃度值C_x＝_b與C_II距離最??；

B3：給定過渡區(qū)上邊界位置x的初始值x₀，在[x₀,b]區(qū)間內(nèi)對(duì)河段進(jìn)行離散，采用有限差分法對(duì)非恒定流控制方程進(jìn)行數(shù)值離散，建立河流一維水質(zhì)模型；

B4：將C_III作為來水濃度，利用水質(zhì)正演模型計(jì)算得到C_x＝_b，將C_x＝_b與C_II對(duì)比，判別目標(biāo)函數(shù)φ(X)＝min|C_b-C_H|是否滿足精度要求，如滿足轉(zhuǎn)入步驟B6，如不滿足轉(zhuǎn)入步驟B5；

B5：采用最優(yōu)化算法自動(dòng)修改反演變量x，采用動(dòng)網(wǎng)格或定網(wǎng)格法對(duì)河段進(jìn)行離散，轉(zhuǎn)入步驟B4，使計(jì)算值與標(biāo)準(zhǔn)值之間的距離不斷減小，直到滿足要求為止；或者設(shè)定最大迭代步數(shù)，達(dá)到該迭代步數(shù)后終止；

B6：輸出當(dāng)前反演變量值x作為過渡區(qū)上邊界位置a，b與a的差值即為過渡區(qū)的長(zhǎng)度。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于形狀控制反問題的河流水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度確定方法，其特征在于，所述步驟B5中動(dòng)網(wǎng)格法對(duì)河段進(jìn)行離散的過程為：當(dāng)上邊界變動(dòng)時(shí)，過渡區(qū)內(nèi)離散的河段數(shù)不變，每個(gè)河段的長(zhǎng)度發(fā)生變化，即空間步長(zhǎng)發(fā)生變化，每迭代一次進(jìn)行一次空間離散；定網(wǎng)格法對(duì)河段進(jìn)行離散的過程為：當(dāng)上邊界變動(dòng)時(shí)，整條河流的空間離散保持不變，即空間步長(zhǎng)不變，依靠邊界端點(diǎn)進(jìn)行搜索。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于形狀控制反問題的河流水質(zhì)過渡區(qū)長(zhǎng)度確定方法，其特征在于，所述步驟B2中的最優(yōu)化方法采用的是微分進(jìn)化算法。