[发明专利]一种深埋超长高地温输水隧洞水质预测方法

说明书

本发明公开了一种深埋超长高地温输水隧洞水质预测方法，具体为：首先，将深埋超长高地温输水隧洞进行概化，将隧洞视为一维，确定不同位置岩壁温度；再计算输水隧洞过水流量；根据水流连续方程、水流动量方程和温度方程结合污染物在水体中的输移转化过程，构建高地温输水隧洞一维水质预测模型；确定高地温输水隧洞一维水质模型边界条件，最后采用有限体积法求解高地温输水隧洞一维水质模型。本发明的预测方法能评估各不同输水工况下温度场对水质的影响结果，将为基于深埋超长高地温输水隧洞的调水工程水质安全管理提供可靠的理论依据和方法。

技术领域

本发明属于水质预测技术领域，具体涉及一种深埋超长高地温输水隧洞水质预测方法。

背景技术

长距离调水工程的水质现状如同一面镜子，深刻反映了调水工程规划建设期和运行管理期在水质安全方面所做工作的优劣，关系到调水工程的成败。调水工程水质安全不单单是水源区和输水线路上水体自身的水质状况达标，更深一层是水源地污染防治、水的安全输送，以及水质综合管理的有机结合体。

近期拟建或新建的长距离调水工程受地形地质条件因素影响，加上经济和技术等因素的制约，往往需要兴建大量深埋、长距离输水隧洞作为工程的主要组成部分。基于超长深埋引水隧洞的调水工程已成为一种新型的调水形式。由于隧洞温度场引起的水温变化进而导致的失氧密度降低以及流态等一系列变化也会对调水水质产生影响。而准确的调水水质资料是开展调水工程管理、制定水环境保障策略的基础。

发明内容

本发明的目的是提供一种深埋超长高地温输水隧洞水质预测方法，建立基于热传导公式的高地温输水隧洞温度场对水温的影响数学模型以及深埋超长输水隧洞水质模型，并将其应用于深埋超长高地温输水隧洞工程水质预测。

本发明所采用的技术方案是，一种深埋超长高地温输水隧洞水质预测方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1，将深埋超长高地温输水隧洞进行概化，将隧洞视为一维，确定不同位置岩壁温度；

步骤2，计算输水隧洞过水流量；

步骤3，根据水流连续方程、水流动量方程和温度方程结合污染物在水体中的输移转化过程，构建高地温输水隧洞一维水质预测模型；

步骤4：高地温输水隧洞一维水质模型边界条件确定，模型边界条件包括隧洞入口、出口及边壁；

步骤5，采用有限体积法求解高地温输水隧洞一维水质模型。

本发明的特点还在于，

步骤1中，具体为：将深埋超长高地温输水隧洞进行概化，视为一条线，根据隧洞地面地形，采用分段法计算不同段的隧洞埋深H，如式(1)所示，根据隧洞埋深计算高地温输水隧洞岩壁温度，计算公式如式(2)所示；

H＝H₁-H₂+0.5D (1)；

T＝0.025(H-40)+17 (2)；

式(1)中：H₁为隧洞自然地面高程；H₂为隧洞顶高程；D为隧洞直径；式(2)中：T为高地温隧洞岩壁温度。

步骤2中，具体为：

输水隧洞断面按圆形断面考虑，输水隧洞过水流量公式如式(2)所示：

式(2)中，Q为输水隧洞过水流量；A为输水隧洞过水断面面积；R为水力半径；i为隧洞坡度；C为谢才系数；n为糙率；

输水隧洞过水断面面积A的计算公式，如式(3)所示；

式(3)中，θ为过水水面与隧洞圆点的夹角，α为充满度，d为隧洞半径；h为水位；