[发明专利]一种用于预测河道水体透明度的原位清水置换方法

权利要求书

1.一种用于预测河道水体透明度的原位清水置换方法，其特征在于：步骤为：

（1）、进行原位清水置换实验，获取清水置换率C与水体透明度的特征曲线图：

①通过资料收集和原型观测，获取所需基础水质和水动力本底数据，选取城市城区中心区主干河道水位断面的特征点N个；

②同步对N个特征点利用原位清水置换装置进行原位清水置换试验，设置原水：清水为10:0、9:1、8:2、7:3、6:4、5:5、4:6、3:7、2:8、1:9、0:10的清水置换率；

③测量置换后的水体透明度，根据试验结果得到清水置换率C和水体透明度的特征关系曲线，其中C=W清/W原；

（2）、构建水动力-水质数学模型：

①通过资料收集和原型观测，获取所需基础水质和水动力本底数据，使用取水器、塞氏盘、卷尺、SS滤膜、SS悬浮物过滤器、铝锡箔纸、记号笔、水样桶、试验量筒、便携式浊度仪、PH、溶氧仪和ADCP测流设备，测量河道水系水位Z、河宽B、水质、水力半径R、过水断面积A、流量Q和流速u，对城市中心区主干河道进行断面分类；实测断面：根据实测断面数据构建；概化断面：对部分缺失断面数据以及需要加密的河段，依据该河实测的河口宽度、河底宽度、河岸高程、河底高程、边坡比这些数据进行概化处理；内插断面：进行断面加密时，根据已有断面进行线性内插；

②确定城市中心区水动力-水质数学模型共需创建断面数M个，以及模型共建河道总长度Skm，和引入水源的总体积V万m³/d；

③确定城市中心区主干河道所需的水工建筑物包括的闸门、泵站和堰的个数；通过Infoworks ICM软件编写RTC来对闸门、泵站和堰添加调度规则；

④根据人工渠道以及天然河道的经验值赋予观察河道不同的糙率初始值，总体原则为高级别河道糙率小于低级别河道、断面较宽河道小于断面较窄的河道；

⑤通过St.Vennant方程组以及上述测量数据，构建水动力-水质数学模型；

（3）、对水动力-水质数学模型率定

①采用原型观测水位、流量数据对模型进行率定；

②采用率定后的河道糙率，对原型观测期间清水工程原型观测结果进行反演计算，并对计算结果与原型观测成果进行对比分析；

（4）、通过水动力-水质数学模型和清水置换率与透明度关系论证清水工程规模和效果：

①通过模拟引入水源的总体积V1万m³/d、V2万m³/d、V3万m³/d、V4万m³/d、V5万m³/d，对城区重点河道进行比较研究，分别比较各引水总体积条件下河段能够达到的河水透明度，以及达到0.8m透明度、1.0m透明度和1.5m透明度所需要的时间；

②分类统计城市中心区各河道在引水规模范围内0.8m透明度达标率的差别，进行对比，选择最佳引水总体积，从而确定清水工程规模。

2.根据权利要求1所述的一种用于预测河道水体透明度的原位清水置换方法，其特征在于：所述的St.Vennant方程和边界条件以及初始条件共同组成一维水流运动的定解问题，描述河道水动力过程的一维圣维南方程组由连续方程和动量方程组成：

式中：x，t分别为河道纵向坐标及时间；n为糙率系数；Q、Z分别为断面流量及水位；q为单位河长的旁侧入流量；A为过水断面积；u、R分别为过水断面平均流速及水力半径；为水位相同时的断面沿程变化率；g为重力加速度；Bt=B+Bw，其中B和Bw分别为河宽和附加滩地宽度。

3.根据权利要求1所述的一种用于预测河道水体透明度的原位清水置换方法，其特征在于：所述的闸门、泵站和堰的调度分为两类：①原型观测期间的实际调度；②方案设计时的调度。

4.根据权利要求1所述的一种用于预测河道水体透明度的原位清水置换方法，其特征在于：所述的糙率初选结果为：主干河道选取0.030-0.040。

5.根据权利要求1所述的一种用于预测河道水体透明度的原位清水置换方法，其特征在于：所述的原位清水置换装置包括第一斜梯（2），所述第一斜梯（2）的上端连接有工作板（3），所述工作板（3）远离第一斜梯（2）的一端连接有第二斜梯（11），且第一斜梯（2）与第二斜梯（11）相对称，所述工作板（3）上设有观察口（4），所述工作板（3）的下端通过连接杆（10）固定连接有托架机构，所述托架机构包括固定环（5）、伸缩杆（7）和底座（8），所述固定环（5）的上端与连接杆（10）固定连接，所述固定环（5）和底座（8）之间通过伸缩杆（7）连接，所述伸缩杆（7）上设有锁紧螺钉（12），所述托架机构内侧设有观测装置，所述观测装置包括上桶（1）、法兰（6）和下桶（9），所述上桶（1）和下桶（9）通过法兰（6）连接；所述工作板（3）上设有收纳盒，且工作板（3）的上端设有记录板；所述底座（8）的表面设有防滑纹；所述固定环（5）的下端和底座（8）的上端设有相对应的环形槽，所述伸缩杆（7）通过环形槽与固定环（5）和底座（8）滑动连接，所述环形槽的底部设有与伸缩杆（7）相匹配的插槽；所述底座（8）的上端设有放置槽。