[發(fā)明專利]一種基于水文拐點(diǎn)的水華防治生態(tài)調(diào)控流量計算方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210520041.8
• 申請日: 2022-05-13
• 公開（公告）號: CN114969659A
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張艷青;邵東國;吳迪;李大成;項(xiàng)華偉;黃文波;陳丹燕;張小艷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計研究院有限公司
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G06F17/15;G06Q50/26
• 代理公司: 貴州派騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 52114
• 代理人: 唐斌

本發(fā)明公開了一種基于水文拐點(diǎn)的水華防治生態(tài)調(diào)控流量計算方法，包括：A.確定流量分布函數(shù)；B.求解流量分布函數(shù)拐點(diǎn)，以拐點(diǎn)流量值作為水華發(fā)生的臨界流量。本發(fā)明結(jié)合數(shù)學(xué)拐點(diǎn)定義來描述水華不發(fā)生的臨界流量，擬合流量分布函數(shù)并計算其拐點(diǎn)，對比分析拐點(diǎn)流量與實(shí)際水華發(fā)生開始流量，歷次水華事件的拐點(diǎn)流量與開始流量均十分接近，且開始流量基本小于拐點(diǎn)流量。因此，以流量分布函數(shù)的拐點(diǎn)流量作為保障水華不發(fā)生的臨界流量值參考，具有較好的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于河流生態(tài)調(diào)控領(lǐng)域，具體涉及一種基于水文拐點(diǎn)的水華防治生態(tài)調(diào)控流量計 算方法。

背景技術(shù)

隨著社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和水資源持續(xù)開發(fā)利用，水資源有限性與社會經(jīng)濟(jì)用水需求廣泛 性之間的矛盾日益突出，導(dǎo)致諸多河道水量日益減少甚至斷流，水環(huán)境質(zhì)量惡化，出現(xiàn)“水 華”等水環(huán)境問題。過去的水利工程規(guī)劃設(shè)計大多對河流生態(tài)需水量缺乏考慮，因此，有必 要開展河流生態(tài)需水量研究，提出與美麗中國、生態(tài)文明建設(shè)相適宜的河流生態(tài)需水量閾 值。

“水華”是國際社會共同面臨的復(fù)雜水管理問題，當(dāng)大量氮、磷等污染物排入水體將造 成水體富營養(yǎng)化，在河道內(nèi)流量減小、水位升高、流速變緩時，在一定的溫度和光照條件 下，促使水體中的藻類大量繁殖，水體顏色變?yōu)楹稚橛须y聞氣味而產(chǎn)生“水華”，將嚴(yán)重 影響沿河城市生產(chǎn)生活，直接威脅到飲用水安全與生物多樣性。如何揭示“水華”發(fā)生的機(jī) 理，找到有效的防控方法，仍是當(dāng)前研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題。

自20世紀(jì)40年代開展河流生態(tài)需水研究以來，河流生態(tài)需水研究取得了很大進(jìn)展，有 關(guān)的計算方法累計200多種，基本可以分為4大類：(1)水文學(xué)法：主要根據(jù)流量這一水 文指標(biāo)與河流生態(tài)環(huán)境功能的對應(yīng)關(guān)系來確定相應(yīng)控制目標(biāo)下的生態(tài)流量，如Tennant法、 7Q10法等。(2)水力學(xué)法：通過建立河道流量與斷面水力參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系確定在某一斷面 下滿足生態(tài)功能的河流流量，如濕周法及R2-cross法。(3)生境模擬法：通過可利用的棲息地面積和河道流量的關(guān)系曲線求得特定數(shù)量物種最適宜的生態(tài)流量。如IFIM法。(4)整體分析法：在考慮生態(tài)系統(tǒng)的完整性的基礎(chǔ)上得到的河道生態(tài)需水量。如BBM法和 ELOHA法。然而，如何結(jié)合我國河流湖泊水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測資料不足的實(shí)際，發(fā)展科學(xué)實(shí)用 的河道內(nèi)生態(tài)需水量定值方法，則尚待深入。此外，以水華防控為目標(biāo)的生態(tài)需水量研究較 少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，以水華防控為目標(biāo)，以枯水期(1-3)月為關(guān)鍵時期，以流 量為關(guān)鍵因子，提出了一種基于水文拐點(diǎn)的水華防治生態(tài)調(diào)控流量計算方法。

本發(fā)明的技術(shù)原理：流量是制約水華發(fā)生的關(guān)鍵因子。若流量較大，對水體中藻細(xì)胞密 度、總氮、總磷等營養(yǎng)鹽因子有較強(qiáng)的稀釋和抑制作用，則不易發(fā)生水華；相反，若流量較 小則易發(fā)生水華。其間，存在某一臨界流量，在大于該流量時水環(huán)境良好，水體保持正常； 而小于該流量時則水環(huán)境惡化，水體中易發(fā)生水華。在臨界流量以下，增大流量可抑制水華 發(fā)生，隨著流量增大，水環(huán)境由差變好的改善程度越明顯，改善后水環(huán)境質(zhì)量越好，水華發(fā) 生的可能性就越小，流量改善水環(huán)境效果的單位增加幅度越來越小。當(dāng)流量增大到一定程 度，即達(dá)到臨界流量時，增大流量對改善水環(huán)境效果的單位增加幅度為0，此時，表示水環(huán) 境恢復(fù)正常狀態(tài)，趨于穩(wěn)定，不易發(fā)生水華。

臨界流量可對應(yīng)由數(shù)學(xué)上的拐點(diǎn)描述，臨界流量處改善水環(huán)境效果的單位增加幅度為 0，即流量變化梯度為0，對應(yīng)為拐點(diǎn)。拐點(diǎn)流量以下為流量梯度增加一側(cè)，對應(yīng)為凹函數(shù)，二階導(dǎo)數(shù)大于0；拐點(diǎn)流量以上為流量梯度減小一側(cè)，對應(yīng)為凸函數(shù)，二階導(dǎo)數(shù)小于 0。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于水文拐點(diǎn)的水華防治生態(tài)調(diào)控流量計算方法，包括：

A.確定流量分布函數(shù)；

B.求解流量分布函數(shù)拐點(diǎn)，以拐點(diǎn)流量值作為水華發(fā)生的臨界流量。

還包括步驟C：計算水華發(fā)生年份的臨界流量，與實(shí)際水華開始流量對比，開始流量應(yīng) 小于或等于臨界流量。