[发明专利]一种分层湖泊水库水体完全混合的碳排放量的计算方法

权利要求书

1.一种分层湖泊水库水体完全混合的碳排放量的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据分层湖泊或水库水体初始水温结构以及与水温相关的水的密度结构，计算出湖泊或水库水体水温分层时的等效重心高度；具体分为如下步骤：

1-1)根据湖泊或水库水体水温分布情况，将水体沿垂向每隔一定间距分为一层，其中，对于上部变温层、中部跃温层以及底部等温层，间距分别取2～5m、1m以及2～5m；对于第一层水体，层顶即为水面，层底位于第一、第二测量点的平均水深处；对于第二层水体，层顶为第一层水体的层底，层底位于第二、第三测量点的平均水深处；对于最后一层水体，层顶为上一层水体的层底，层底即为水体底部，每层垂向距离的中点被视为每层水体的重心；

1-2)每层水体的温度为T_i1，与水温相关的水体的密度为ρ_i1，运用湖库库容与水位的关系求得每层水体的体积V_i1，则等效重心高度为：H_c1＝∑M_i1h_i1/∑M_i1，式中：M_i1为混合前每层水体的质量；h_i1为水平面到每层水体重心的距离；

2)根据水体热交换模型，求出水体完全混合期间通过大气-水界面热交换而获取的净传热量；具体分为如下步骤：

2-1)破坏水温分层至完全混合期间水体表面总的热交换通量(Q_S)，为长波辐射量(Q_R)、表面短波辐射(Q_SW(S))、水面蒸发量(Q_W)、水面显热对流量(Q_H)之和，并且根据完全混合所需的总时间及水库水面总表面积求出完全混合期间水体获取的净热能△E_S；

2-2)水体所获得的热量中，考虑到最不利情况，在计算表面传热量时，根据实测太阳辐射强度最大时计算；

2-3)上述表面传热量均为单位面积的功率，因此在破坏分层、混合期间表面总的传递热量可以表示为：

△E_S＝Q_S×A×t

其中A为湖泊水库水面总表面积(㎡)，t为总的破坏分层、完全混合所需时间(t)；

2-4)分层湖泊水库破坏分层、完全混合所需时间(t)，与分层水体水温结构、水库地形及所采用的混合充氧设备运行工况有关；可以通过再实际分层水体内运行混合设备，实测水体垂向温度，以上层和下层温度差别低于1～3℃为完全混合，从设备开始运行到水体完全混合所需要的时间为完全混合所需时间(t)；

2-5)分层湖泊水库破坏分层、完全混合所需时间(t)，也可以通过数值模拟方法确定，首先构建实际湖泊水库的地形网格，根据实际水库的水文、水温及其他水质资料，设置适当的边界、初始条件，并将混合充氧设备的进水口、出水口分别作为湖泊水库水体的内边界，选择合适的紊流模型和传热模型，数值模拟不同工况条件下水体水温变化过程，从设备开始运行到水体完全混合所需要的时间为完全混合所需时间(t)；

3)根据质量和热量守恒定律，计算湖泊或水库水体温度分层被破坏、完全混合后的平均水温；

4)根据分层湖泊或水库水体完全混合后的平均水温、水的密度以及水体总体积，求出完全混合后水体的等效重心高度，计算分层湖泊或水库水体完全混合前后水体势能增加量；

5)促使分层湖泊或水库水体完全混合所需的理论能量即是水体完全混合后的势能增加量，根据分层水体混合系统的能量利用效率，计算水体完全混合所需的实际输入能量；

6)根据碳排放量与能量的关系，计算分层湖泊或水库水体完全混合的碳排放量。

2.根据权利要求1所述的一种分层湖泊水库水体完全混合的碳排放量的计算方法，其特征在于，步骤3)中，完全混合后水体的温度变化是受分层水体初始总热量与完全混合期间水体获取的净热能共同影响的结果，故混合后的平均水温T由式：△E_S+∑cM_i1T_i1＝∑cM_i2T计算，其中，c为水的比热容，M_i2为混合后每层水体的质量，且∑M_i2＝∑M_i1。