[发明专利]基于可溶性污染物在水环境中输移扩散模型的评估方法

说明书

本发明涉及基于可溶性污染物在水环境中输移扩散模型的评估方法，以圣维南方程和一维对流扩散方程为基础，设置汊点连接，建立一维河网汊点模型，通过Preissmann四点隐式格式离散转化为线性方程组，基于三级联解法的思想，应用追赶法，求得污染物浓度时空变化的递推关系，带入初始、边界条件，将未知数集中到汊点上，运用超松弛迭代法求解汊点未知数，然后带入各单一直流河段分别求解。针对概化断面数据支撑不足的情况，本发明创新性地采用Google Earth遥感与图像处理技术相结合，设计合理可行的数据提取方法，得到基础数据，并通过水力学公式，计算河网模型必要的水力参数；关于参数率定方面，采用改进的Bayesian‑MCMC方法对模型的参数进行率定。

技术领域

本发明涉及水环境评估领域，尤其是一种一维河网水动力水质模型数据的获取方法及模型针对具体河流区域的实际应用。

背景技术

水库是我国重要的淡水资源，随着社会经济的发展和人口数量的增多，给我国水库资源安全带来了巨大压力，水污染层出不穷。水库上游地区的河流污染直接影响着库区的水质安全，因而研究库区上游区域河网的污染物迁移和转化规律，对水库的日常治理及水污染突发事件的决策处理有着十分重要的意义。随着CFD的兴起与高速发展，国内外对水动力水质模型研究的学者颇多，模型的理论研究及数值计算已趋于成熟，对于污染物在特定区域的河网水系统中的迁移和转换规律的模拟，多建立一维河网水动力水质模型，模型的求解需将整个河网系统划分为大量的概化断面，因而需要庞大的基础数据支撑。

目前主流的方法是通过测量几个典型断面的实测数据，然后采用插值法获得全部断面的数据，而对于河道地形复杂的研究区域，建立监测站的成本太高，所以有实测数据的典型断面数量很少，结果导致插值得到数据与实际数据相差较大，使得模型的准确性不高。为解决这一难题，卢敏等人提出一种利用Google Earth遥感影像提取河流多期水面宽度，结合实测最大水深获取河流概化断面参数的方法，并分别用概化断面和实测断面在MIKE11下构建少资料河流一维水动力水质模型，对两种断面模型的计算结果进行对比分析。但只应用Google Earth遥感影像，提取的信息有限。

发明内容

本发明目的在于提供一种设计合理、计算精确、应用广泛的基于可溶性污染物在水环境中输移扩散模型的评估方法。

为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法包括以下步骤：

S1，数据收集，基于公共部门提供、查阅文献资料、实地勘测得到的部分实测数据，采用Google Earth遥感技术和图像处理技术，设计基础数据提取方法；

计算得到河道宽度、断面间距、河床海拔、河道形状、糙率、水深等基础数据，通过水力学相关的计算公式，分别计算湿周、流量、流量模数、断面面积、水位、水力半径、水力坡度等必要水力参数，为一维河网水动力水质模型提供数据支撑；

S2，应用系统工程的设计思想，将整个流域概化为一个由单一河段和汊点组成的系统，把上游河流化分为主干流和支流，并通过汊点连接；

本发明以桃林口水库上游河流流域为案例分析，进行河网系统的设计和模拟计算。桃林口位于温带大陆性季风区，降水主要集中在7、8两个月，上游河流以青龙河水系为主，除主干河流(青龙河)和几大支流外，其他河流的经流量均小于10m³/s，而且河流的径流量集中于汛期7、8月，其他时间段内流量较小，甚至出现断流的情况。

为简化问题，研究主要矛盾，本发明根据上游流域特点，忽略其他细小河流的影响，只选择汛期的青龙河主干道及4条径流量较大的支流作为主要的河流研究对象，将流域中的河流概化为9个河段和4个汊点，然后分别建立河段结构体和汊点结构体，通过汊点连接机制连接，进行河网系统的构建。并在每条河段选取多个典型断面(如图4)，在此基础上，运用分段样条插值，细化河段的划分。为满足伯努利方程的微分性质，本发明取500m的断面间距。