[發明專利]一種基于數學模型的施密特穩定性計算方法及系統

在審

• 申請號: 202210422560.0
• 申請日: 2022-04-21
• 公開（公告）號: CN114880964A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 李一平;王亞寧;程月;王煜;朱雅;魏堯
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 何春廷

本發明公開了一種基于數學模型的施密特穩定性計算方法及系統，將研究區域劃分為n個計算網格單元；設置水動力模型初始條件、水動力模型邊界條件和水動力參數，利用水動力模型計算得到所有網格單元的水動力數據；設置溫度模型初始條件、溫度模型邊界條件和溫度參數，根據水動力數據以及設置的溫度模型初始條件、溫度模型邊界條件和溫度參數利用溫度模型計算得到所有網格單元的溫度數據；將目標湖泊或水庫縱向分為m層；根據水動力數據和溫度數據得出該湖泊或者水庫的水溫在不同空間和時間的分布；計算湖泊或者水庫在不同計算網格和不同時間的施密特穩定性。優點：提高湖庫分區域的計算精度，為研究水庫其余水環境現象、治理水生態問題奠定基礎。

技術領域

本發明涉及一種基于數學模型的施密特穩定性計算方法及系統，屬于水環境模擬與預測技術領域。

背景技術

水溫是湖泊或水庫重要的水質因子，一方面會影響水體理化性質，進而通過物理化學過程影響其它水質指標；另一方面也會對水庫及下游河段的生態環境產生重要影響。水庫蓄水較深時，壩前垂向水溫出現分層現象，表層和深層水溫存在季節性差異，所以準確地模擬水庫水溫，分析水溫分層規律是分析研究水庫其余水環境現象、治理水生態問題的基礎。

施密特穩定性是被廣泛應用于分析溫度分層穩定性的計算方法，然而傳統全湖(庫)施密特穩定性的計算依賴于定點野外監測實驗采集的數據，通常關注的重點均為壩前水溫，在時間和空間上有其局限性，不能科學合理地計算全湖(庫)溫度分層穩定性。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種基于數學模型的施密特穩定性計算方法及系統，彌補野外監測時間和空間的不足，更加科學合理地計算全湖(庫)溫度分層穩定性。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于數學模型的施密特穩定性計算方法，包括：

基于目標湖泊或者水庫的地理位置及經緯度坐標確定研究區域，將研究區域劃分為n個計算網格單元；

基于目標湖泊或者水庫的水文數據，設置水動力模型初始條件、水動力模型邊界條件和水動力參數，利用水動力模型計算得到所有網格單元的水動力數據；

基于目標湖泊或者水庫的氣象數據，設置溫度模型初始條件、溫度模型邊界條件和溫度參數，根據水動力數據以及設置的溫度模型初始條件、溫度模型邊界條件和溫度參數利用溫度模型計算得到所有網格單元的溫度數據；

基于目標湖泊或者水庫的實際水深，將目標湖泊或水庫縱向分為m層；

根據水動力數據和溫度數據得出該湖泊或者水庫的水溫在不同空間和時間的分布；

基于該湖泊或者水庫的水溫在不同空間和時間的分布計算湖泊或者水庫在不同計算網格和不同時間的施密特穩定性。

進一步的，所述水動力模塊初始條件包括水下地形、初始水深和初始水面高程；所述水動力模塊邊界條件包括入湖泊或者水庫流量和出湖泊或者水庫流量或水位；所述水動力參數包括湖泊或者水庫底床糙率系數。

進一步的，所述溫度模塊初始條件包括初始水溫；所述溫度模塊邊界條件包括氣象邊界、風邊界和水溫邊界；所述溫度參數包括光衰減系數和底床溫度擴散系數。

進一步的，所述坐標系為SIG坐標系或者SGZ坐標系。

進一步的，還包括：

對湖泊或水庫的水動力和溫度進行水動力參數和溫度參數進行率定和驗證，使得模型計算值和實際值的水位絕對誤差不超過10厘米，溫度誤差不超過10％。

進一步的，所述坐標為SGZ坐標系，不同計算網格和不同時間的施密特穩定性，表示為：