一种基于水质模型的水质预测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种基于水质模型的水质预测方法及系统。该方法包括：根据格子玻尔兹曼方法对待预测水质区域的河网或河段区域建立一维水质模型；根据格子玻尔兹曼方法对待预测水质区域中的重点预测区域建立二维水质模型；二维水质模型边界处的网格宽度与所述一维水质模型边界处的河道断面宽度相等；根据溶质粒子的质量和动量守恒，将所述一维水质模型和所述二维水质模型的边界耦合，得到耦合后的水质模型；所述耦合后的水质模型为所述一维水质模型和所述二维水质模型耦合后的模型；根据所述耦合后的模型对所述待预测水质区域进行预测，获得所述待预测区域的参数预测结果。本发明专利技术方法及系统，提高了模型的计算精度和效率，提高水质预测的精度和效率。

Water quality prediction method and system based on water quality model

The invention discloses a water quality prediction method and system based on water quality model. The method includes: establishing a one-dimensional water quality model based on the grid Boltzmann method to predict the river network or the river section of the water quality area. A two-dimensional water quality model is established by the grid Boltzmann method to predict the key prediction regions in the water quality region; the grid width at the boundary of the two-dimensional water quality model and the one dimensional water quality model are used. The width of the river section at the boundary is equal. According to the mass and momentum conservation of the solute particles, the coupled water quality model is obtained by coupling the one-dimensional water quality model with the boundary of the two dimensional water quality model. The coupled water quality model is the model of the coupled water quality model and the two dimensional water quality model. According to the coupled model, the water quality area to be predicted is predicted, and the parameter prediction results of the area to be predicted are obtained. The method and system of the invention improve the calculation accuracy and efficiency of the model, and improve the accuracy and efficiency of water quality prediction.

【技术实现步骤摘要】
一种基于水质模型的水质预测方法及系统
本专利技术涉及水质预测领域，特别是涉及一种基于水质模型的水质预测方法及系统。
技术介绍
水质预测包括水质中溶质(污染物)浓度分布的预测。现有的水质预测通常采用一维水质模型或者二维水质模型进行预测，一维水质模型计算速度快，二维水质模型计算精度高，但在复杂的水网交汇和入海口附近，采用一维水质模型或者二维水质模型都不能满足水质的模拟要求。因此，本专利技术提供一种一维水质模型和二维水质模型耦合的水质模型，在接近平直的河流河道处采用一维水质模型，在水平尺度较大的河流弯道处、湖泊或入海口附近采用二维水质模型，将两者边界耦合计算，通过耦合后的水质模型对水质中污染物或者溶质的浓度进行预测，有利于提高模型的计算精度和效率，提高水质预测的精度和效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于水质模型的水质预测方法及系统，以提高水质预测的精度和效率。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种基于水质模型的水质预测方法，所述方法包括：根据格子玻尔兹曼方法对待预测水质区域的河网或河段区域建立一维水质模型；根据格子玻尔兹曼方法对待预测水质区域中的重点预测区域建立二维水质模型；所述二维水质模型边界处的网格宽度与所述一维水质模型边界处的河道断面宽度相等；根据溶质粒子的质量和动量守恒，将所述一维水质模型和所述二维水质模型的边界耦合，得到耦合后的水质模型；所述耦合后的水质模型为所述一维水质模型和所述二维水质模型耦合后的模型；根据所述耦合后的模型对所述待预测水质区域进行预测，获得所述待预测区域的参数预测结果。可选的，所述根据溶质粒子的质量和动量守恒，将所述一维水质模型和所述二维水质模型的边界耦合，得到耦合后的水质模型，具体包括：根据所述一维水质模型获得待预测水质区域中下游流向所述一维水质模型方向的粒子分布函数其中表示所述待预测水质区域中一维水质模型流向二维水质模型方向的粒子分布函数，M1D(end)表示所述一维水质模型中最后一个网格的单宽溶质质量，u1D(end)表示所述一维水质模型中最后一个网格的流速；s1D表示所述一维水质模型中溶质粒子的粒子速度；根据所述二维水质模型获得待预测水质区域中上游流向所述二维水质模型方向的粒子分布函数其中表示所述待预测水质区域中二维水质模型流向一维水质模型方向的粒子分布函数，M2D(1)表示所述二维水质模型中第一排网格的单宽溶质质量，u2D(1)表示所述二维水质模型中第一排网格的纵向流速，所述u2D(1)与u1D(end)方向平行；s2D表示所述二维水质模型中第一排网格的溶质粒子的粒子速度；根据溶质粒子的质量守恒，获得其中表示所述二维水质模型中第一排网格的单宽溶质质量平均值；其中其中表示所述一维水质模型中最后一个网格中静止方向的粒子分布函数；表示所述二维水质模型中第一排网格中所述待预测水质区域中横向流动正向方向的粒子分布函数；表示所述二维水质模型中第一排网格中所述待预测水质区域中横向流动反向方向的粒子分布函数；表示所述二维水质模型中第一排网格中静止方向的粒子分布函数；根据溶质粒子的动量守恒，获得根据溶质粒子的质量守恒和动量守恒解得粒子的动量根据所述粒子的动量获得待预测水质区域中下游流向所述一维水质模型方向的粒子分布函数为：根据所述粒子的动量获得待预测水质区域中上游流向所述二维水质模型方向的粒子分布函数为：根据上式将所述一维水质模型和所述二维水质模型的边界耦合，得到耦合后的水质模型。可选的，所述根据所述一维水质模型获得待预测水质区域中下游流向所述一维水质模型方向的粒子分布函数具体包括：根据所述一维水质模型获得：根据式(1)和式(2)变形获得待预测水质区域中下游流向所述一维水质模型方向的粒子分布函数可选的，所述根据所述二维水质模型获得待预测水质区域中上游流向所述二维水质模型方向的粒子分布函数具体包括：根据所述二维水质模型获得：其中，u2D(1)表示所述二维水质模型中第一排网格的纵向流速，v2D(1)表示所述二维水质模型中第一排网格的横向流速，v2D(1)≈0；；根据式(3)、式(4)和式(5)获得待预测水质区域中上游流向所述二维水质模型方向的粒子分布函数可选的，所述根据所述耦合后的模型对所述待预测水质区域进行预测，获得所述待预测区域的参数预测结果，具体包括：根据所述耦合后的模型求解对流扩散方程对所述待预测水质区域进行预测，获得所述待预测区域的溶质浓度分布。一种基于水质模型的水质预测系统，所述系统包括：一维水质模型构建模块，用于根据格子玻尔兹曼方法对待预测水质区域的河网或河段区域建立一维水质模型；二维水质模型构建模块，用于根据格子玻尔兹曼方法对待预测水质区域中的重点预测区域建立二维水质模型；所述二维水质模型边界处的网格宽度与所述一维水质模型边界处的河道断面宽度相等；耦合模块，用于根据溶质粒子的质量和动量守恒，将所述一维水质模型和所述二维水质模型的边界耦合，得到耦合后的水质模型；所述耦合后的水质模型为所述一维水质模型和所述二维水质模型耦合后的模型；水质预测模块，用于根据所述耦合后的模型对所述待预测水质区域进行预测，获得所述待预测区域的参数预测结果。可选的，所述耦合模块具体包括：第一粒子分布函数获取单元，用于根据所述一维水质模型获得待预测水质区域中下游流向所述一维水质模型方向的粒子分布函数其中表示所述待预测水质区域中一维水质模型流向二维水质模型方向的粒子分布函数，M1D(end)表示所述一维水质模型中最后一个网格的单宽溶质质量，u1D(end)表示所述一维水质模型中最后一个网格的流速；s1D表示所述一维水质模型中溶质粒子的粒子速度；第二粒子分布函数获取单元，用于根据所述二维水质模型获得待预测水质区域中上游流向所述二维水质模型方向的粒子分布函数其中表示所述待预测水质区域中二维水质模型流向一维水质模型方向的粒子分布函数，M2D(1)表示所述二维水质模型中第一排网格的单宽溶质质量，u2D(1)表示所述二维水质模型中第一排网格的纵向流速，所述u2D(1)与u1D(end)方向平行；s2D表示所述二维水质模型中第一排网格的溶质粒子的粒子速度；粒子质量关系获取单元，用于根据溶质粒子的质量守恒，获得其中表示所述二维水质模型中第一排网格的单宽溶质质量平均值；其中其中表示所述一维水质模型中最后一个网格中静止方向的粒子分布函数；表示所述二维水质模型中第一排网格中所述待预测水质区域中横向流动正向方向的粒子分布函数；表示所述二维水质模型中第一排网格中所述待预测水质区域中横向流动反向方向的粒子分布函数；表示所述二维水质模型中第一排网格中静止方向的粒子分布函数；粒子动量关系获取单元，用于根据溶质粒子的动量守恒，获得粒子动量求解单元，用于根据溶质粒子的质量和动量守恒解得粒子的动量第一粒子分布函数确定单元，用于根据所述粒子的动量获得待预测水质区域中下游流向所述一维水质模型方向的粒子分布函数为：第二粒子分布函数确定单元，用于根据所述粒子的动量获得待预测水质区域中上游流向所述二维水质模型方向的粒子分布函数为：边界耦合单元，用于根据上式将所述一维水质模型和所述二维水质模型的边界耦合，得到耦合后的水质模型。可选的，所述第一粒子分布函数获取单元具体包括：一维水质模型子单元，用于根据所述一维水质模型获得：可选的，所述第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于水质模型的水质预测方法，其特征在于，所述方法包括：根据格子玻尔兹曼方法对待预测水质区域的河网或河段区域建立一维水质模型；根据格子玻尔兹曼方法对待预测水质区域中的重点预测区域建立二维水质模型；所述二维水质模型边界处的网格宽度与所述一维水质模型边界处的河道断面宽度相等；根据溶质粒子的质量和动量守恒，将所述一维水质模型和所述二维水质模型的边界耦合，得到耦合后的水质模型；所述耦合后的水质模型为所述一维水质模型和所述二维水质模型耦合后的模型；根据所述耦合后的模型对所述待预测水质区域进行预测，获得所述待预测区域的参数预测结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于水质模型的水质预测方法，其特征在于，所述方法包括：根据格子玻尔兹曼方法对待预测水质区域的河网或河段区域建立一维水质模型；根据格子玻尔兹曼方法对待预测水质区域中的重点预测区域建立二维水质模型；所述二维水质模型边界处的网格宽度与所述一维水质模型边界处的河道断面宽度相等；根据溶质粒子的质量和动量守恒，将所述一维水质模型和所述二维水质模型的边界耦合，得到耦合后的水质模型；所述耦合后的水质模型为所述一维水质模型和所述二维水质模型耦合后的模型；根据所述耦合后的模型对所述待预测水质区域进行预测，获得所述待预测区域的参数预测结果。2.根据权利要求1所述的水质预测方法，其特征在于，所述根据溶质粒子的质量和动量守恒，将所述一维水质模型和所述二维水质模型的边界耦合，得到耦合后的水质模型，具体包括：根据所述一维水质模型获得待预测水质区域中下游流向所述一维水质模型方向的粒子分布函数其中表示所述待预测水质区域中一维水质模型流向二维水质模型方向的粒子分布函数，M1D(end)表示所述一维水质模型中最后一个网格的单宽溶质质量，u1D(end)表示所述一维水质模型中最后一个网格的流速；s1D表示所述一维水质模型中溶质粒子的粒子速度；根据所述二维水质模型获得待预测水质区域中上游流向所述二维水质模型方向的粒子分布函数其中表示所述待预测水质区域中二维水质模型流向一维水质模型方向的粒子分布函数，M2D(1)表示所述二维水质模型中第一排网格的单宽溶质质量，u2D(1)表示所述二维水质模型中第一排网格的纵向流速，所述u2D(1)与u1D(end)方向平行；s2D表示所述二维水质模型中第一排网格的溶质粒子的粒子速度；根据溶质粒子的质量守恒，获得其中表示所述二维水质模型中第一排网格的单宽溶质质量平均值；其中其中表示所述一维水质模型中最后一个网格中静止方向的粒子分布函数；表示所述二维水质模型中第一排网格中所述待预测水质区域中横向流动正向方向的粒子分布函数；表示所述二维水质模型中第一排网格中所述待预测水质区域中横向流动反向方向的粒子分布函数；表示所述二维水质模型中第一排网格中静止方向的粒子分布函数；根据溶质粒子的动量守恒，获得根据溶质粒子的质量守恒和动量守恒解得粒子的动量根据所述粒子的动量获得待预测水质区域中下游流向所述一维水质模型方向的粒子分布函数为：根据所述粒子的动量获得待预测水质区域中上游流向所述二维水质模型方向的粒子分布函数为：根据上式将所述一维水质模型和所述二维水质模型的边界耦合，得到耦合后的水质模型。3.根据权利要求2所述的水质预测方法，其特征在于，所述根据所述一维水质模型获得待预测水质区域中下游流向所述一维水质模型方向的粒子分布函数具体包括：根据所述一维水质模型获得：根据式(1)和式(2)变形获得待预测水质区域中下游流向所述一维水质模型方向的粒子分布函数4.根据权利要求2所述的水质预测方法，其特征在于，所述根据所述二维水质模型获得待预测水质区域中上游流向所述二维水质模型方向的粒子分布函数具体包括：根据所述二维水质模型获得：其中，u2D(1)表示所述二维水质模型中第一排网格的纵向流速，v2D(1)表示所述二维水质模型中第一排网格的横向流速，v2D(1)≈0；；根据式(3)、式(4)和式(5)获得待预测水质区域中上游流向所述二维水质模型方向的粒子分布函数5.根据权利要求1所述的水质预测方法，其特征在于，所述根据所述耦合后的模型对所述待预测水质区域进行预测，获得所述待预测区域的参数预测结果，具体包括：根据所述耦合后的模型求解对流扩散方程对所述待预测水质区域进行预测，获得所述待预测区域的溶质浓度分布。6.一种基于水质模型的水质预测系统，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海飞，王洪达，丁禹，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京,11