基于调度和处置的渠道型饮用水源地控除刚毛藻的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于调度和处置的渠道型饮用水源地控除刚毛藻的方法，涉及渠道水质保障技术领域。该方法通过渠道内控除刚毛藻重点位置和目标调度流量的确定，制定闸门调度方案和打捞装置处置方案，应用闸门调度，可以改变刚毛藻生存的水动力生境条件，有效调控渠道重点控除刚毛藻位置的流速，实现集中冲刷清除两侧侧壁刚毛藻，结合处置措施，最终实现了短时间集中、高效、无害化清除渠道侧壁刚毛藻，降低了现状其生长季节持续脱落对渠道型饮用水源地的水质的影响。

【技术实现步骤摘要】
基于调度和处置的渠道型饮用水源地控除刚毛藻的方法
本专利技术涉及渠道水质保障
，尤其涉及一种基于调度和处置的渠道型饮用水源地控除刚毛藻的方法。
技术介绍
刚毛藻分布十分广泛，在我国河道、渠道、湖泊水库中都较为常见。春、秋季节输水渠道两侧侧壁刚毛藻爆发，其正常生长死亡可能导致藻团长时间持续、大量脱落，不仅会破坏渠道的自然观赏性、导致河流水质pH值和溶解氧超标，且会造成取水口堵塞，对渠道型饮用水源地的水质和日常供水产生影响。目前，国内外控除底栖藻，尤其是刚毛藻的措施大多都是两种方法，即物理法和化学法。主要的化学方法有使用除草剂或生物产品等去除刚毛藻、使用过氧化氢处理着生刚毛藻等。这些方法虽然去除水体中的着生刚毛藻的效果较好，但投加药物除藻的这种方法会对水质产生危害，同时也会增加自来水厂负担，还有可能破坏渠道内脆弱的生态系统。因此化学法不适用于渠道型饮用水源地的刚毛藻清除工作。物理方法主要是靠人工打捞着生刚毛藻，然而渠道型饮用水源地线路长、藻团持续脱落时段往往又长达两个月以上，传统物理措施工作量较大，处置成本随之增加。面向输水渠道两侧侧壁刚毛藻在春秋季的持续、大量脱落，对于输水渠道闸群控制调度结合处置措施来实现渠道型饮用水源地的刚毛藻控除技术的研究相当匮乏。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于调度和处置的渠道型饮用水源地控除刚毛藻的方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于调度和处置的渠道型饮用水源地控除刚毛藻的方法，包括如下步骤：S1，基于水动力模型计算得到渠道内流速分布，分析低流速位置，结合藻类生长信息，确定渠道内控除刚毛藻重点位置；S2，基于渠道内控除刚毛藻重点位置以及边坡藻类脱落临界流速,通过三维模型逐步增大流量进行试算，确定控除刚毛藻的目标调度流量；S3，基于目标调度流量和初始流量，建立水力学模型，利用水力学模型模拟计算在目标调度流量下的水面线和初始流量下的水面线；S4，依据S3得到的水面线和渠池特征计算得到目标调度蓄量，以当前蓄量和目标调度蓄量之间的蓄量差作为调整依据，确定每个节制闸的闸门流量变化过程；S5，利用渠池的均匀流流速计算被冲刷脱落入水体的刚毛藻前缘和后缘到达打捞装置点的时间，以刚毛藻前缘到达打捞装置点的时间为基础设置启动打捞装置的时间，以刚毛藻后缘到达打捞装置点的时间为基础设置关闭打捞装置的时间。优选地，S1包括如下步骤：S101，确定控除藻重点位置分析的关键指标，包括：渠道两侧内壁藻类生长带长度和对应位置的流速，以两侧内壁藻类生长带长度作为表征刚毛藻生长规模的关键指标，以流速作为表征刚毛藻水动力生境条件的关键指标；S102，建立渠道三维水动力模拟模型，通过求解三维水动力模型，得到渠道内流速分布；三维水动力模型基本方程为：连续方程：动量方程：式中：z＝(z*+h)/H＝(z*+h)/(ζ+h)，z取值范围[0,1]；z*代表σ转换前实际的垂向物理坐标；总深度H＝h+ζ，h为底床高程，ζ为自由水面高程；u和v为曲线正交坐标系下x和y方向的流速分量；w为σ坐标下垂向流速；mx、my和m为Jacobian曲线正交坐标转换系数，m＝mxmy；QH为降雨、蒸发、地下水相互作用、取水或点源和非点源入流；p为相对静水压力；f为柯氏力参量；Av为垂向紊流黏滞系数；Qu和Qv为动量源汇项。S103，基于渠段内流速分布结果，重点分析渠段两侧侧壁的流速分布，得到低流速位置分布；S104，结合渠道藻类生长分布信息，选取两侧内壁刚毛藻生长带中流速最低位置为渠道控除刚毛藻类的重点位置。优选地，S2具体为：基于S1中建立的三维模型以及S1中确定的控除刚毛藻类的重点位置，逐步增大渠道流量进行三维模拟，当模拟结果中重点位置的流速等于藻类脱落流速vm时，流量为控除刚毛藻需求的目标调度流量Qm，藻类脱落流速vm的值参考相关文献，可定为0.7m/s。优选地，S3包括如下步骤：S301，建立如下方程表示的一维水动力模型：其中，x和t分别为空间坐标和时间坐标；A为渠道处的过流面积；Q为渠道过闸流量；h为水深；S0为渠道底坡；g为重力加速度；Sf为摩擦坡度，定义Sf＝Q|Q|/K2，K为流量模数；S302，以初始流量Q0以及目标调度流量Qm为外边界，利用一维水动力模型模拟渠池在初始流量Q0以及目标调度流量Qm情况下的水面线。优选地，S4包括如下步骤：S401，根据S302得到的水面线及渠池特征，分别计算每个渠池在初始流量Q0以及目标调度流量Qm情况下的渠池蓄量VOL0以及VOLm；S402，采用渠池的节制闸流量异步变化方法，确定每个节制闸的闸门流量变化过程；其中，按照如下公式计算异步时间：其中，ΔTi为上游节制闸i的流量提前于下游节制闸i+1的流量发生变化的时间；ΔVOL为上游节制闸i与下游节制闸i+1之间的渠池在初始流量和目标调度流量下的渠池蓄量差，ΔVOL＝VOLm-VOL0；假设最上游节制闸编号为节制闸0，其流量变化时间发生在t0时刻，则靠近其的节制闸编号为节制闸1，其流量变化时间t1＝t0+ΔT，则第i+1个节制闸的流量变化时间应该滞后于第i个节制闸的流量变化ΔTi个时间，即ti+1＝ti+ΔTi。优选地，S5包括如下步骤：S501，按照如下公式计算通过试算法得到每个渠池的在目标流量Qm下的均匀流流速：Qu＝AVu(7)式中，Vu为均匀流流速，R为水力半径，J为渠池底坡，n为糙率，A为过水断面面积，Qu为均匀流流量。以梯形断面为例，假设底宽为b，边坡系数为m，则A＝(b+mh)h(8)其中，h为均匀流水深；通过试算，将h从零逐步增大，代入到公式(6)、(7)、(8)、(9)中计算，当计算得到的均匀流流量Qu等于目标流量Qm时，对应的均匀流流速Vu即为目标流量Qm对应的均匀流流速；S502，以均匀流流速作为渠池的最大流速，计算冲刷脱落的刚毛藻从脱落点到打捞装置布置点的点输移时间；S503，以S402中计算的冲刷段的开始冲刷时间为基准，根据输移时间，确定刚毛藻前缘到达打捞装置点的时间以及刚毛藻后缘到达打捞装置点的时间；S504，以刚毛藻前缘到达打捞装置点的时间为基础设置启动打捞装置的时间，以刚毛藻后缘到达打捞装置点的时间为基础设置关闭打捞装置的时间。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的基于调度和处置的渠道型饮用水源地控除刚毛藻的方法，通过渠道内控除刚毛藻重点位置和目标调度流量的确定，制定闸门调度方案和打捞装置处置方案，应用闸门调度，可以改变刚毛藻生存的水动力生境条件，有效调控渠道重点控除刚毛藻位置的流速，实现集中冲刷清除两侧侧壁刚毛藻，结合处置措施，最终实现了短时间集中、高效、无害化清除渠道侧壁刚毛藻，降低了现状其生长季节持续脱落对渠道型饮用水源地的水质的影响。附图说明图1是本专利技术提供的基于调度和处置的渠道型饮用水源地控除刚毛藻的方法流程示意图；图2是某渠段局部位置流速分布计算结果展示图；图3是基于某渠段流速分布计算结果对弯段凹凸岸流速对比结果示意图；图4是基于调度流量要求的各节制闸调度方案示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于调度和处置的渠道型饮用水源地控除刚毛藻的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，基于水动力模型计算得到渠道内流速分布，分析低流速位置，结合藻类生长信息，确定渠道内控除刚毛藻重点位置；S2，基于渠道内控除刚毛藻重点位置以及边坡藻类脱落临界流速,通过三维模型逐步增大流量进行试算，确定控除刚毛藻的目标调度流量；S3，基于目标调度流量和初始流量，建立水力学模型，利用水力学模型模拟计算在目标调度流量下的水面线和初始流量下的水面线；S4，依据S3得到的水面线和渠池特征计算得到目标调度蓄量，以当前蓄量和目标调度蓄量之间的蓄量差作为调整依据，确定每个节制闸的闸门流量变化过程；S5，利用渠池的均匀流流速计算被冲刷脱落入水体的刚毛藻前缘和后缘到达打捞装置点的时间，以刚毛藻前缘到达打捞装置点的时间为基础设置启动打捞装置的时间，以刚毛藻后缘到达打捞装置点的时间为基础设置关闭打捞装置的时间。

【技术特征摘要】
1.一种基于调度和处置的渠道型饮用水源地控除刚毛藻的方法，其特征在于，包括如下步骤：S1，基于水动力模型计算得到渠道内流速分布，分析低流速位置，结合藻类生长信息，确定渠道内控除刚毛藻重点位置；S2，基于渠道内控除刚毛藻重点位置以及边坡藻类脱落临界流速,通过三维模型逐步增大流量进行试算，确定控除刚毛藻的目标调度流量；S3，基于目标调度流量和初始流量，建立水力学模型，利用水力学模型模拟计算在目标调度流量下的水面线和初始流量下的水面线；S4，依据S3得到的水面线和渠池特征计算得到目标调度蓄量，以当前蓄量和目标调度蓄量之间的蓄量差作为调整依据，确定每个节制闸的闸门流量变化过程；S5，利用渠池的均匀流流速计算被冲刷脱落入水体的刚毛藻前缘和后缘到达打捞装置点的时间，以刚毛藻前缘到达打捞装置点的时间为基础设置启动打捞装置的时间，以刚毛藻后缘到达打捞装置点的时间为基础设置关闭打捞装置的时间。2.根据权利要求1所述的基于调度和处置的渠道型饮用水源地控除刚毛藻的方法，其特征在于，S1包括如下步骤：S101，确定控除藻重点位置分析的关键指标，包括：渠道两侧内壁藻类生长带长度和对应位置的流速，以两侧内壁藻类生长带长度作为表征刚毛藻生长规模的关键指标，以流速作为表征刚毛藻水动力生境条件的关键指标；S102，建立渠道三维水动力模拟模型，通过求解三维水动力模型，得到渠道内流速分布；三维水动力模型基本方程为：连续方程：动量方程：式中：z＝(z*+h)/H＝(z*+h)/(ζ+h)，z取值范围[0,1]；z*代表σ转换前实际的垂向物理坐标；总深度H＝h+ζ，h为底床高程，ζ为自由水面高程；u和v为曲线正交坐标系下x和y方向的流速分量；w为σ坐标下垂向流速；mx、my和m为Jacobian曲线正交坐标转换系数，m＝mxmy；QH为降雨、蒸发、地下水相互作用、取水或点源和非点源入流；p为相对静水压力；f为柯氏力参量；Av为垂向紊流黏滞系数；Qu和Qv为动量源汇项。S103，基于渠段内流速分布结果，重点分析渠段两侧侧壁的流速分布，得到低流速位置分布；S104，结合渠道藻类生长分布信息，选取两侧内壁刚毛藻生长带中流速最低位置为渠道控除刚毛藻类的重点位置。3.根据权利要求1所述的基于调度和处置的渠道型饮用水源地控除刚毛藻的方法，其特征在于，S2具体为：基于S1中建立的三维模型以及S1中确定的控除刚毛藻类的重点位置，逐步增大渠道流量进行三维模拟，当模拟结果中重点位置的流速等于藻类脱落流速vm时，流量为控除刚毛藻需求的目标调度流量Qm，藻类脱落流速vm的值参考相关文献，可定为0.7...

【专利技术属性】
技术研发人员：权锦，雷晓辉，尚宇鸣，张大伟，杨明祥，韦耀国，甘治国，梁建奎，蔡思宇，孔令仲，朱杰，唐鸣，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11