[发明专利]一种基于随机方法的粘性泥沙絮凝群体平衡数值模拟方法

说明书

本发明公开了基于随机方法的粘性泥沙絮凝群体平衡数值模拟方法，包括(1)生成拟随机数序列；(2)根据水体环境条件以及泥沙、生物质颗粒性质计算颗粒聚并概率与破碎概率；(3)根据过大絮团数进行聚并事件与破碎事件选择；(4)采用接受‑拒绝法检验絮团模拟絮团聚并破碎过程；(5)事件发生后分配质量，并根据事件的发生率计算模拟时间；(6)重复步骤(3)～(5)完成整个时段的计算；(7)计算絮凝后粘性泥沙粒径分布及特征粒径。本发明基于随机方法，模拟粘性泥沙与生物质之间的絮凝过程，计算粘性泥沙粒径分布及特征粒径的演化，解决了水沙模型中简化或忽略的粘性泥沙絮凝问题，为粘性泥沙絮凝的精确模拟提供一种重要的技术手段。

技术领域

本发明涉及泥沙絮凝的数值模拟技术领域，尤其涉及一种基于随机方法的粘性泥沙絮凝群体平衡数值模拟方法。

背景技术

自然界的水陆域环境中的粘性泥沙由于其粒径较小，受水体中复杂的物理、化学及生物过程的影响，不断发生聚并与破碎过程，产生絮凝现象，主要以生物-矿物絮团的形式存在于水体中，进而改变粘性泥沙的粒径分布、沉降速度。对粘性泥沙絮凝机理的认识制约着航道疏浚和污染物输移等工程和环境问题的研究。

如何准确地预测絮团的粒径分布，是揭示其运动特性的关键难题，当前粘性泥沙絮凝模型往往集中在其矿物成分和物理性质上，对生物絮凝的影响和粒径分布的模拟缺乏认识，这种处理方法一定程度上制约了大尺度泥沙输运模型的预测精度与应用。

因此，为了更加充分的考虑粘性泥沙的絮凝特性，亟需建立一种耦合生物颗粒影响，包含絮团聚并、破碎过程的数值模型。

发明内容

发明目的：本发明旨在提供一种提高模拟结果精确度的基于随机方法的粘性泥沙絮凝群体平衡数值模拟方法。

技术方案：本发明的基于随机方法的粘性泥沙絮凝群体平衡数值模拟方法，所述数值模拟方法包括以下步骤：

(1)生成拟随机数序列；

(2)根据水体环境条件、粘性泥沙性质和生物质颗粒性质计算颗粒聚并概率与破碎概率；

(3)根据过大絮团数进行聚并事件与破碎事件的选择；

(4a)若步骤(3)中选择了聚并事件，随机选絮团颗粒i和j，对其聚并概率采用接受-拒绝法检验，若检验通过则两颗粒发生聚并，若未通过则重新随机选择，直至聚并事件成功发生；

(4b)若步骤(3)中选择了破碎事件，随机选絮团颗粒i，对其破碎概率采用接受-拒绝法检验，若检验通过则该颗粒发生破碎，若未通过则重新随机选择，直至破碎事件成功发生；

(5)在步骤(4a)或(4b)后计算更新絮团颗粒性质，包括粒径、分形维数、聚并概率、破碎概率；

(6)计算推进模拟时间，模拟将重复步骤(3)～(6)直到完成计算时段；

(7)模拟在模拟时间满足计算时段后，计算包括颗粒粒径分布、特征粒径、生物组分的絮团性质。

进一步地，所述步骤(2)～(5)基于双变量群体平衡方程，双变量群体平衡方程为：