[发明专利]流域水环境模拟方法及装置

说明书

本发明提供一种流域水环境模拟方法及装置，包括如下步骤：根据预设水深阈值，对将要预测流域进行网格划分，将水深低于预设水深阈值的网格作为非淹没网格，水深大于所述预设水深阈值的网格作为淹没网格；以非淹没网格与淹没网格之间的边界为耦合动边界连接陆地模型和水体模型；对于非淹没网格采用陆地模型模拟污染物在陆地上的产生及随径流的输移过程；对于淹没网格将非淹没区的污染物负荷分布数据作为计算条件，采用水体模型模拟污染物在水体中的对流扩散过程；根据水深数据对将要预测流域重新进行网格划分。利用本发明能够解决目前现有的水环境模拟方法割裂了流域水—陆水文、水质响应过程，不够科学，计算精度低等问题。

技术领域

本发明涉及水环境模拟技术领域，更为具体地，涉及一种流域水环境模 拟方法及装置。

背景技术

随着城市化进程和经济快速发展，我国的水污染问题比较突出，水污染 问题直接威胁人们的身体健康和生命安全。对流域水环境的综合治理得到各 级管理部门的高度重视。流域水环境模拟将为水环境治理方案设计和实施提 供科学依据。

作为流域水环境解析与模拟的重要手段，基于数值模型的流域水环境模 拟及其应用成为相关研究的热点。根据水环境模型的不同功能用途，可将水 环境模型分为陆地模型、水体模型以及陆地模型和水体模型的耦合模型。陆 地模型仅计算非点源污染累积和冲刷量，获得陆地污染负荷在时间和空间的 平均值(EMC，Event Mean Concentration)，但缺少陆地污染负荷随降雨汇流运 动过程，即缺少陆地污染物的输移模块，应用比较广泛的陆地模型有SWMM、 SWAT、HSPF等，但这些模型因缺少陆地污染负荷随水文汇流的输移模块，不能预测陆地污染负荷详细的时空变化信息，仅能与水体模型进行单向耦合； 而水体模型包括水动力模型和水质模型，主要用来模拟污染物在河流、湖泊、 水库、河口、沿海等水体中的对流扩散过程，得到污染物在水体中的详细分 布信息，应用比较广泛的水体模型包括WASP、EFDC、MIKE系列等，但这 些模型缺少陆地污染负荷进入水体的机理分析及水体过程与陆地过程的互馈 机制。基于单一的陆地模型或水体模型可以模拟流域出口的水文要素、营养 负荷及其在水体中的对流扩散等过程，割裂了流域水—陆水文、水质响应过 程。

与单一的陆地或水体模型相比，陆地与水体动态双向耦合模型通过耦合 陆地和水体模型，达到陆地及河湖水体污染物的综合模拟。陆地模型与水体 模型的耦合方式主要分为外部耦合和内部耦合。外部耦合中，陆地模型和水 体模型独立运行，陆地模型的输出作为水体模型的输入，驱动水体模型运行， 是单向耦合(One-way coupling)。这类耦合模型研制简便，计算速度快，适 合大尺度的流域水环境模拟。但是该方法的耦合边界点数量有限，耦合边界 点不随河湖、水库的水位涨落而变化，边界点的流量及污染物的负荷量可能 被夸大。内部耦合中，陆地模型与水体模型在时间上同步运行，陆地模型的 结果为水体模型提供边界条件，水体模型的结果通过边界条件影响陆地模型 的模拟，以此实现陆地模型和水体模型的动态双向耦合，但由于内部耦合模 式的耦合边界是固定的，当陆地模型与水体模型的网格不匹配时，固定耦合 边界点上的水位、流量、污染物变量需要通过插值实现，不能保证通过耦合 边界的通量守恒。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种流域水环境模拟方法及装置， 克服采用单一的陆地模型或水体模型模拟流域水环境污染中割裂了流域水-陆 水文水质响应过程的不足，克服目前陆地模型与水体模型耦合中，耦合边界 不明确、耦合界面通量不守恒等问题。

本发明提供一种流域水环境模拟方法，包括如下步骤：

S1、根据预设水深阈值，对将要预测流域进行网格划分，将水深低于预 设水深阈值的网格作为非淹没网格，水深大于所述预设水深阈值的网格作为 淹没网格；

S2、以所述非淹没网格所形成的非淹没区与所述淹没网格所形成的淹没 区之间的边界为耦合动边界连接陆地模型和水体模型；