[發(fā)明專利]一種基于水循環(huán)優(yōu)化的生態(tài)塘庫植物凈化效果模擬方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202211297543.5
• 申請日: 2022-10-22
• 公開（公告）號: CN115630503A
• 公開（公告）日: 2023-01-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 萬航;潘祥東;李然;馮鏡潔;黃杰山;張丹;李克鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（廣州）;四川大學(xué)
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F17/11;G06F111/10
• 代理公司: 成都其知創(chuàng)新專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51326
• 代理人: 舒春艷

1.一種基于水循環(huán)優(yōu)化的生態(tài)塘庫植物凈化效果模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：建立考慮植物擾流作用的生態(tài)塘庫深度平均平面二維紊流數(shù)學(xué)模型，根據(jù)所述生態(tài)塘庫深度平均平面二維紊流數(shù)學(xué)模型求解確定生態(tài)塘庫水動力分布情況；

S2：引入示蹤劑模型，以此計算生態(tài)塘庫的換水周期，獲取得到生態(tài)塘庫換水周期平面分布情況；

S3：根據(jù)所述生態(tài)塘庫換水周期平面分布情況，計算各換水周期下大于各換水周期時間的水生態(tài)塘庫的面積的占比，以所述換水周期為橫坐標，以所述面積的占比為縱坐標，繪制換水周期的頻率分布曲線；

S4：根據(jù)所述換水周期的頻率分布曲線，對生態(tài)塘庫的換水能力進行評估；

S5：建立考慮植物凈化效果的水質(zhì)變量的質(zhì)量守恒方程，結(jié)合所述考慮植物擾流作用的生態(tài)塘庫深度平均平面二維紊流數(shù)學(xué)模型對生態(tài)塘庫的水質(zhì)分布情況進行求解，獲得生態(tài)塘庫的水質(zhì)分布情況；

S6：根據(jù)所述生態(tài)塘庫的水質(zhì)分布情況，確定生態(tài)塘庫植物對污染物的吸收效果；

水質(zhì)越好，則生態(tài)塘庫植物對污染物的吸收效果越好；反之亦然。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水循環(huán)優(yōu)化的生態(tài)塘庫植物凈化效果模擬方法，其特征在于，步驟S1中，所述考慮植物擾流作用的生態(tài)塘庫深度平均平面二維紊流數(shù)學(xué)模型包括連續(xù)性方程和水平方向動量方程；所述水平方向動量方程包括x方向動量方程和y方向動量方程；

所述連續(xù)性方程為：

式中：x、y分別為水平方向曲線-正交坐標；z為垂向σ坐標；m_x、m_y均為坐標變換系數(shù)，在笛卡爾坐標下取1；H為總水深，m；U_x為x方向深度平均速度分量，m/s，V_y為y方向深度平均速度分量，m/s；S_h為連續(xù)性方程的源/匯項，s^-1；u、v分別為x、y方向上的速度分量，m/s；

所述x方向動量方程為：

式中：g為重力加速度，m/s²；為垂線σ坐標系統(tǒng)下相對于參考高度的水面高程，m；p為附加靜水壓，m²/s²；P_a為大氣壓強，Pa；h為垂線σ坐標系統(tǒng)下基于參考高度以下的水深，m；A_H為水平紊動擴散系數(shù)，m²/s；C_p為植被的阻力系數(shù)，無量綱；D_p為與每個單位水平面積的流量相交的投影植被區(qū)域；S_u為x方向上動量的源/匯項，m²/s²；

所述y方向動量方程為：

式中：S_v為y方向上動量的源/匯項，m²/s²。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水循環(huán)優(yōu)化的生態(tài)塘庫植物凈化效果模擬方法，其特征在于，步驟S2中，所述示蹤劑模型為：

式中：C_t為t時刻的示蹤劑剩余濃度，mg/L；C₀為示蹤劑初始濃度，mg/L；t為時間，天；T_f為換水周期，天；將所述換水周期定義為水體中剩余濃度衰減為初始濃度的e^-1時的時間。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水循環(huán)優(yōu)化的生態(tài)塘庫植物凈化效果模擬方法，其特征在于，步驟S4中，根據(jù)所述換水周期頻率分布曲線，對生態(tài)塘庫的換水能力進行評估時：

若所述換水周期頻率分布曲線沿垂向越陡峭，且越貼近換水面積空間均勻分布情況下的頻率分布曲線，則生態(tài)塘庫的換水周期的變異性越小，換水越快，空間換水能力變異性越小，植物種植越合理；

若所述換水周期頻率分布曲線沿垂向越平緩，且越遠離換水面積空間均勻分布情況下的頻率分布曲線，則生態(tài)塘庫的換水周期的變異性越大，換水越慢，空間換水能力變異性越大，植物種植越不合理。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于水循環(huán)優(yōu)化的生態(tài)塘庫植物凈化效果模擬方法，其特征在于，所述水質(zhì)變量的質(zhì)量守恒方程為：

式中：C為水質(zhì)變量濃度，mg/L；S_C為水質(zhì)匯項，g/(m³·d)；S_Ci為污染物i的水質(zhì)匯項，g/(m³·d)；K_i為污染物i的降解速率，d^-1；C_i為污染物i的濃度，mg/L；F_i為植物對污染物i的凈化效率，g/(m²·d)。