[发明专利]基于采样数据时空匹配示踪试验的纵向离散系数确定方法

权利要求书

1.基于采样数据时空匹配示踪试验的纵向离散系数确定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在待测河流中选取最能反映其河道整体各项水文参数数据的河段开展示踪试验，并且采集河道的水文参数，然后依据混合过程长度确定采样测站位置x₀，所述的水文参数包括河段平均水深H、河宽B、河流坡降I、断面平均流速u、断面面积A；所述的采样测站位置x₀表示测站位置距离示踪剂投放点的距离；

步骤S1包括以下步骤：

(1.1)根据河流坡降I、平均水深H，利用式计算河流摩阻流速u_*；

(1.2)根据公式E_y＝0.6Hu_*计算河流的横向扩散系数E_y；

(1.3)根据公式L＝0.4uB²/E_y计算河流的混合过程段长度L；

(1.4)确定采样测站位置x₀，所述的x₀＝min[βL，500]，其中β∈[1.5,5]；

S2：根据步骤S1确定采样测站位置x₀及采样时间T₁、T₂...T_n，其中n为采样次数；

步骤S2具体包括以下步骤：

(2.1)首先确定采样数据的个数n，n∈[5,20]；

(2.2)捕捉浓度峰值：首先根据投放示踪剂的时间点和浓度变化过程曲线确定浓度峰值时刻，然后通过解析解模型计算得到该时刻浓度峰值C_max；所述的浓度峰值时刻为：其中，E_x根据经验公式计算得到，所述的经验公式如下：式中：H为平均水深、B平均河宽、u为断面平均流速、u_*为河流摩阻流速；将浓度峰值时刻T设定为中间取样频次mid＝round(n/2)的时间T_mid，round为取整函数；利用解析解模型计算得到该时刻浓度峰值C_max；

(2.3)确定污染云团的取样范围[T₁，T_n]，所述的取样范围计算公式如下：其中，方程的第1个根即为T₁，第2个根即为T_n，式中α为系数，α∈[0.05,0.2]；

(2.4)在[T₁，T_mid]之间进行线性插值或抛物线插值得到T₂、T₃...T_mid-1，在[T_mid，T_max]之间进行线性插值或抛物线插值得到T_mid+1、T_mid+2...T_n-1，汇总得到n次采样的时刻为T₁、T₂...T_n；

S3：根据步骤S1和S2确定的采样位置与采样时间进行示踪剂试验，瞬时投放保守型示踪剂，质量为M，在下游测站进行采样；

S4：对所采集的水样进行测试分析，得到每个样本所对应的浓度数据C₁、C₂...C_n；

S5：建立一维最优化问题，求解目标函数，所述的目标函数如下：其中，根据瞬时源一维稳态水质模型解析解求解，其公式如下：

S6：采用一维最优化方法求解最优化问题，结合瞬时源一维稳态水质解析解模型，迭代计算得到最优解E_x即为该河流的纵向离散系数，步骤S6所述的一维最优化方法为通过黄金分割法求解。

2.根据权利要求1所述的基于采样数据时空匹配示踪试验的纵向离散系数确定方法，其特征在于，步骤S3所述的保守型示踪剂包括NaCl、CaCl₂、罗丹明、荧光素。