[发明专利]一种复杂水系湖泊水位和污染物迁移的动态模拟方法

说明书

本发明公开了一种复杂水系湖泊水位和污染物迁移的动态模拟方法，包括以下步骤：S1：采集湖泊地形地貌数据、河网数据、边界条件数据、湖泊水位、出入径流、水质数据、湖泊区域气象数据和水文数据；S2：构建湖泊水动力水质模型；S3：对湖泊水动力水质模型进行率定和验证；S4：对率定和验证后的湖泊水动力水质模型进行同化；S5：利用同化后的湖泊水动力水质模型对湖泊水位和水质进行动态模拟。本发明涉及一种复杂水系湖泊水位与污染物迁移的动态精细化模拟方法，适用于水系连通性较为复杂且具有多重功能要求的湖泊生态保护与水资源综合管理。

技术领域

本发明属于湖泊综合管理技术领域，具体涉及一种复杂水系湖泊水位和污染物迁移的动态模拟方法。

背景技术

湖泊作为水资源的重要载体，在防洪、水资源调蓄与配置、净化水质、保护生态湿地和维护生物物种多样性等方面具有不可替代的作用，与人类的生活密不可分。世界上每个国家都会拥有不定数量的湖泊资源，而中国的幅员辽阔也造就其就是一个典型拥有丰富湖泊的国家，大小型湖泊数不胜数，很多淡水资源储存在这些湖泊中，为我国的水资源开发利用、航行运输与渔业养殖发展、灌区灌溉和水资源调蓄等提供了较好的支持。湖泊的健康，是实现流域防洪安全的重要保障，也是实现水资源可持续利用的重要保障，更是实现区域生态环境可持续发展的重要保障。

湖泊作为大型的蓄水区，一般按照“水库”进行管理，但又与水库的情况不尽相同。共同点在于都是大型的蓄水区，具有良好的调蓄功能；而不同的地方在于，水库因为是人工建设，所以出、入流情势单一，可控性强，能够通过水库闸门调节，来实现水资源的蓄放过程；而湖泊是作为天然资源存在于河网水系中，尤其是连接多条河道、贯通多个江和海的湖泊，出、入流情势极为复杂，且大多湖泊是浅水型，地形复杂，极易受到多变环境的影响，同时，随着社会经济的发展，为了解决水资源分布不均的情况，跨流域调水工程应运而生，为了节约工程成本，会选择水系连通较好的湖泊作为调水的调蓄湖泊，这就进一步给湖泊的水位模拟与污染物迁移过程模拟提出了更高的挑战。已然，原先的湖泊模拟方法已不再适用，因此，本发明提出了一种复杂水系湖泊水位与污染物迁移的动态精细化模拟方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决精确实现湖泊模拟的问题，提出了一种复杂水系湖泊水位和污染物迁移的动态模拟方法。

本发明的技术方案是：一种复杂水系湖泊水位和污染物迁移的动态模拟方法包括以下步骤：

S1：采集湖泊地形地貌数据、河网数据、边界条件数据、湖泊水位、出入径流、水质数据、湖泊区域气象数据和水文数据；

S2：根据采集的湖泊地形地貌数据、河网数据、边界条件数据、湖泊水位、出入径流、水质数据、湖泊区域气象数据和水文数据，构建湖泊水动力水质模型；

S3：对湖泊水动力水质模型进行率定和验证；

S4：对率定和验证后的湖泊水动力水质模型进行同化；

S5：利用同化后的湖泊水动力水质模型对湖泊水位和水质进行动态模拟。

进一步地，步骤S2包括以下子步骤：

S21：基于湖泊地形地貌数据、河网数据、边界条件数据、湖泊水位、出入径流、水质数据、湖泊区域气象数据和水文数据，进行水力参数识别；

S22：基于水力参数，搭建湖泊二维水动力模型和湖泊水质模型；

S23：采用正交曲线坐标对湖泊二维水动力模型进行转换，将转换得到的湖泊水动力模型和湖泊水质模型作为湖泊水动力水质模型。

进一步地，步骤S21中，进行水力参数识别的具体方法为：利用拉丁超立方抽样法从采集的数据中进行抽样，并利用标准秩次逐步回归法计算抽样数据的决定性系数，将决定性系数大于设置阈值的参数用于构建湖泊二维水动力水质模型，完成水力参数识别；拉丁超立方抽样法和标准秩次逐步回归法的计算公式分别为：