[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

说明书

本发明公开了一种分层湖泊水库水体完全混合的碳排放量的计算方法，包括步骤：根据分层湖泊水库水体初始水温结构，计算出水体水温分层时的等效重心高度；根据热交换模型，求出分层水体完全混合期间通过大气‑水界面热交换而获取的净热能；根据质量与热量守恒方程，求出分层水体完全混合后的水温，计算水体完全混合后的等效重心高度；采用不同水位下库容以及与水的密度等数据，对水深方向各微小水层的势能进行积分得到水体总势能，完全混合后水体总势能的增加量即为完全混合所需的理论能量；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；根据碳排放量与能量的关系，计算分层湖泊水库水体完全混合的碳排放量。

技术领域

本发明属于湖泊水库水质污染控制及节能减排领域，涉及一种分层湖泊水库水体完全混合的碳排放量的计算方法。

背景技术

深水型湖泊水库水体温度具有明显的季节性沿深度成层分布的特点，在多数水深超过30m的水源水库中都会普遍出现温度分层现象，一般夏季自上而下形成变温层、温度梯度较大的跃温层和水温恒定的等温层的典型水温分层结构。在分层湖库底层水体，溶解氧受跃温层浮阻力的作用而得不到补充，而各种微生物和化学作用则会使水中的溶解氧逐渐被消耗，当水中溶解氧浓度低于2mg/L时，底泥中的无机和有机污染物会大量释放形成湖库内源污染，内源污染使表层水体磷、氮含量增加，在夏秋季节水温、光照合适时，会引起藻类的大量繁殖和水体富营养化等一系列水质问题。水温分层是导致分层湖库水质内源污染和富营养化的重要诱因之一，为保证和提高深水型湖泊水库的水质，破坏湖库水体温度分层是一种经济有效的水质改善方法。理想的破坏分层技术应该效果好、能耗低、排碳少，但在计算破坏分层系统的能量需求方面存在较大的不确定性，在优选各种破坏分层技术时也面临能量效率的计算基准缺乏问题。实际湖泊水库的地形和水温结构非常复杂，计算破坏分层系统的能量输入很具有挑战性。

目前涉及破坏水库水温分层系统的能量效率计算方法可以根据理论方法：稳定系数式中：z_i为测量点深度，cm；Δz_i为两测量点中点之间的距离，cm；A₀表示池塘的表面积，cm²；A_zi表示zi深度处池塘的面积，cm²)；z_g表示池塘水体完全混合后重心处的深度，cm，等于∑(z_i A_ziΔ_zi)/V；ρ_zi为zi深度处水体的密度，g/cm³)；ρ_m为水体完全混合后的密度，g/cm³，等于∑(ρ_ziA_ziΔ_zi)/V。稳定系数的上述方法只适用于水深较浅、地形简单的分层水体。对于水深几十米甚至高达几百米的地形复杂的实际湖泊和水库而言，这种方法并不能用于计算破坏分层所需的能量。

更为重要的是，目前计算破坏分层湖泊或水库水体水温分层、完全混合所需理论能量时，均假设混合期间水体与外界没有发生热交换，即混合期间不考虑水体的热量变化，与实际情况严重不符，影响到完全混合所需理论能量的准确计算，进而影响分层湖泊水库完全混合系统运行的碳排放量的统一和合理估算，不利于分层湖泊水库混合技术和系统的节能减排效果的评估，以及绿色低碳湖泊水库混合技术和系统的优选。

发明内容

本发明的目的在于针对现有破坏水温分层所需能量及破坏分层系能量效率计算方法的不足，进而影响分层湖泊水库完全混合系统运行的碳排放量的统一和合理估算，提供了一种分层湖泊水库水体完全混合的碳排放量的计算方法，该方法简单易行。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案予以实现：

一种分层湖泊水库水体完全混合的碳排放量的计算方法，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；