[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

说明书

本发明公开了一种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，首先在某天然河流中选取具有代表性的河段量测其水文参数，依据混合长度理论确定合理的采样测站位置；其次捕捉浓度峰值，确定与之相匹配的采样时间序列；然后开展示踪剂试验，在下游测站进行采样，获得相应的浓度数据序列；最后采用河流水质模型耦合黄金分割法求解优化问题计算得到最优解即为该河流的纵向离散系数。本发明采样时间与采样位置匹配良好，摒弃偏态分布曲线初期和长尾巴阶段的无效数据采样，在满足参数估计精度的同时节约了采样成本，克服了传统方法主观性和人为干预较强的缺点，为准确快速确定河流纵向离散系数、提高水质模型精度提供关键技术支撑。

技术领域

本发明属于水环境监测及其保护，具体涉及一种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。

背景技术

在研究河道水环境及其污染过程中，纵向离散系数反映了污染物在河流中纵向混合特性,是河流水质模型的关键性参数，其量值大小决定了污染物浓度分布计算的成败。目前纵向离散系数的确定方法有理论公式、经验公式、示踪试验法等。相对而言，利用示踪试验得到的离散值比其它方法更为精确和可靠，可较为准确反映出河流自身的离散特性。人们对如何利用示踪试验数据计算纵向离散系数开展了较为充分的研究，提出了矩量法(包括单站法和双站法)、演算法、直线图解法、相关系数极值法、模拟退火法、遗传算法。在实际应用中，这些方法都有自身的优缺点，但都需要依赖于所获得的示踪试验数据。示踪试验数据质量对于能否获得可靠、精确的纵向离散系数至关重要。监测仪器精度满足要求的情况下，示踪试验数据质量主要取决于采样时间与采样位置的匹配程度。现阶段在进行纵向离散系数确定示踪试验时，其采样位置和采样时间的确定基本由试验者根据经验确定，主观性、随意性较大。

现有采样方法通常在示踪剂投放点下游一定距离确定采样断面位置x₀，根据t＝x₀/u时刻估算浓度峰值确定的时刻，从投放时间开始等时间间隔采样，时间间隔亦由试验者凭经验主观确定。主要存在以下不足：

(1)若采样断面位置距投放点距离过短，难以保证浓度达到了断面均匀混合，若距离过长，浓度值则会很低，导致测量困难；

(2)由于瞬时投放示踪剂浓度过程曲线是一个偏态分布，浓度峰值并不出现在t＝x₀/u时刻，难以捕捉浓度峰值，若时间间隔较大，采样时间难以很好匹配浓度偏态过程线，若时间间隔较小，采样和测试分析工作量将成倍增加；

(3)天然河道示踪试验得到的浓度分布往往有一个“长尾巴”，从投放时间开始等时间间隔采样，初期浓度基本为0，后期浓度值偏低且很接近，导致大量监测数据属于无用数据，浪费了人力物力。

由此可见，传统的示踪试验采样方法，采样成本较高，难以获得时空匹配的采样数据，从而影响得到的离散系数值的精度。

发明内容

发明目的：为了克服现有示踪试验确定纵向离散系数方法中存在的不足，本发明提供一种基于数据时空匹配的示踪试验确定纵向离散系数方法，该方法能够确定合理的采样位置，获得与采样位置相匹配的采样时间，从而获得能够体现偏态浓度过程线、经济有效的采样数据，适于在河流水质模型参数估计的示踪试验中使用。

技术方案：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，包括以下步骤：

S1：在某天然河流中选取最能反映该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、平均流速u、断面面积A；

S2：根据步骤S1确定测站位置距离投放点的距离x₀及采样时间T₁、T₂...T_n，其中n为采样次数；