一种高含沙和富营养化海区的海水人工湖构建方法技术

本发明专利技术公开了一种高含沙和富营养化海区的海水人工湖构建方法，该方法包括建立沉沙池纳潮模型、沉沙池泥沙输移模型、人工湖进水模型、人工湖出水模型、人工湖水体交换模型、人工湖水质模型和人工湖泥沙输移模型，计算人工湖进水量、透明度和水质。在满足透明度的指标基础上，对人工湖湖区水质进行优化和维护。本发明专利技术可以通过该构建方法得到海水人工湖构建参数和运行规则，有利于海洋开发利用。

【技术实现步骤摘要】
一种高含沙和富营养化海区的海水人工湖构建方法
本专利技术属于生态水力学领域，特别涉及一种高含沙和富营养化海区的海水人工湖构建方法。
技术介绍
长江河口邻近海域含沙量高，水体透明度低，水体感观较差。近年来，随着生活水平的提高，人们对于沿岸海域的水体环境的景观要求也逐渐提高。海岸潮间带通过围海，隔离外围水体，构建人工海水湖，试图得到形成清澈的沿岸水域。然而，近海海域水体含沙量高、富营养化严重，水质污染超标严重。由于近岸含沙量大，透明度较低，光照作用弱，很少发生藻类水华爆发。但是人工湖外海取水后经过沉淀，含沙量降低，透明度明显增加，光合作用增强，导致藻类水华爆发的可能性大大增加，严重影响到人工湖的水质和美感。近年来不少海水人工湖常发生藻类暴发现象，水体浑浊，水质较差，导致后期即使付出巨大代价也难以达到预期的亲水性要求和景观美学要求。究其原因，主要是这些海水人工湖在构建时，大部分是借鉴淡水湖建湖的经验，凭经验建湖和试验，没有对人工湖形态、规模、布局、闸门等参数进行过综合科学论证，也未曾对水质目标、水质处理、水质净化和水质维护等问题进行过系统研究。目前国内外尚无在高含沙量、富营养化海区构建海水人工湖可供参考的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在高含沙量、富营养化海区构建海水人工湖的方法，以解决现有存在的“经验建湖”导致海水湖水质差和试验周期长的问题。为了达到上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种高含沙和富营养化海区的海水人工湖构建方法，包括如下步骤：a.获取外海潮位和沉沙池水位，根据外海潮位和沉沙池水位计算水头，得到外海水头和沉沙池水头；将所述外海水头和沉沙池水头输入到沉沙池纳潮模型，计算得到外海潮水时刻变化情况下沉沙池月纳潮量和沉沙池水位；b.获取沉沙池水位和人工湖水位，根据沉沙池水位和人工湖水位计算水头，得到沉沙池水头和人工湖水头；将所述沉沙池水头和人工湖水头输入到人工湖进水模型，计算得到人工湖的月进水量Qin和第一人工湖水位；c.获取第一人工湖水位和外海潮位，根据第一人工湖水位和外海潮位计算水头，得到人工湖水头和外海水头；将人工湖水头和外海水头输入到人工湖出水模型，计算得到人工湖的月排水量Qout和第二人工湖水位；d.将外海潮位和外海含沙量输入到沉沙池泥沙输移模型，计算得到沉沙池的含沙量平面分布和出口处含沙量；e.将所述第一人工湖水位和第二人工湖水位作为水位边界条件，将所述沉沙池出口处含沙量作为泥沙边界条件，输入到人工湖泥沙输移模型，计算得到人工湖内含沙量的最大包络分布，根据海水含沙量与透明度的相关关系，得到人工湖的透明度分布，最小透明度值记T1；f.如果T1小于预设的透明度值T0，重复a～e，直到人工湖透明度T1大于T0；g.将所述第一人工湖水位和第二人工湖水位作为水位边界条件，输入到人工湖水质模型，计算人工湖的水质指标，如果水质指标浓度Wi小于预设的水质指标W0，则人工湖构建成功，否则，需要采用生物化学措施或物理措施来改善水质；h.如果采用生物化学措施改善水质，则重复步骤g，直到Wi小于W0，则人工湖构建成功；i.如果采用物理措施改善水质，将所述第一人工湖水位和第二人工湖水位作为水位边界条件，输入到人工湖水体交换模型，计算人工湖的水体交换率达到预设交换率的月所需水量Q0；j.比较Q0与Qin，如果Qin小于Q0，要改变沉沙池的设计参数、沉沙池纳潮模型以及人工湖的设计参数、人工湖进水模型，重复a～i，直到Qin大于Q0，则海水人工湖构建成功。根据以上技术方案，本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术提供的方法为在高含沙量和富营养化海域的海水人工湖提供构建方法，对设计参数进行计算论证，以达到试验或实际需求，有利于海洋开发利用。2、本专利技术提供的方法实用性强，能够有效减小人工湖构建的试验次数，缩短试验周期。3、本专利技术可为海水人工湖选择最适合的沉沙池纳潮时段、放水时段、人工湖进水时段、排水时段，建立运行和维护规则。4、本专利技术可以有效确定人工湖水体的水质维护所需水量。5、本专利技术提供的模拟方法，可根据各地海域潮汐特征和水体含沙量情况，随时调整模拟方案，制定新的人工湖构建参数和维护规则，适用性强。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术实施例1提供的一种高含沙和富营养化海区的海水人工湖构建方法的流程示意图。具体实施方式为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。实施例1：如图1所示，本专利技术实施例提供一种高含沙和富营养化海区的海水人工湖构建方法，包括如下步骤：a.获取外海潮位和沉沙池水位，根据外海潮位和沉沙池水位计算水头，得到外海水头和沉沙池水头；将所述外海水头和沉沙池水头输入到沉沙池纳潮模型，计算得到外海潮水时刻变化情况下沉沙池月纳潮量和沉沙池水位；具体地，根据设计沉沙池闸底板高程，分别由初始时刻a的外海潮位和沉沙池水位减去设计沉沙池闸底板高程，计算得到初始时刻a的外海水头H、沉沙池水头hs，输入沉沙池纳潮模型，计算得到时刻a纳潮量和下个时刻b的沉沙池水位，计算得到b时刻的沉沙池水头，再根据b时刻的外海潮位计算得到b时刻的外海水头，获取b时刻的沉沙池水头和外海水头，输入沉沙池纳潮模型，计算得到时刻b纳潮量和下个时刻c的沉沙池水位，如此往复直到该次纳潮过程结束时刻e，得到不同时刻a～e的沉沙池水位和月纳潮量；这样在高含沙富营养化海域先构建沉沙池和人工湖，根据所处海域的潮位变化情况，以及沉沙池和人工湖初步设计参数，精确计算出沉沙池月纳潮量，从而可以避免人工湖换水量明显不足的设计参数，有效减少构建前期的试验次数；所述沉沙池纳潮模型如下：Q1＝σs1×M1×B1×H11.5其中Q1为沉沙池月纳潮量，σs1为沉沙池淹没系数，M1为纳潮流量系数，B1为沉沙池纳潮闸闸宽；H1为外海水头，A1为沉沙池水域面积，h1为沉沙池水位；具体地，本实施例中，外海水域水体含沙量变化范围较大，为0.01～12.9kg/m3，水体富营养化严重，氮和磷含量高，无机氮为0.52mg/l，活性磷酸盐为0.05mg/l；根据本实施例的设计参数，沉沙池面积是0.3km2，沉沙池纳潮闸闸门总净宽2.0m，底板高程-1.5m；根据外海典型大中小潮潮位过程，计算外海水头和沉沙池水头；在沉沙池初始水位为1.5m时，纳潮～沉淀～进水～排水过程周期取两天，由所述沉沙池纳潮模型计算得到沉沙池月纳潮量为167万m3；由所述沉沙池纳潮模型计算得到沉沙池水位，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高含沙和富营养化海区的海水人工湖构建方法，其特征在于，包括如下步骤：/na.获取外海潮位和沉沙池水位，根据外海潮位和沉沙池水位计算水头，得到外海水头和沉沙池水头；将所述外海水头和沉沙池水头输入到沉沙池纳潮模型，计算得到外海潮水时刻变化情况下沉沙池月纳潮量和沉沙池水位；/nb.获取沉沙池水位和人工湖水位，根据沉沙池水位和人工湖水位计算水头，得到沉沙池水头和人工湖水头；将所述沉沙池水头和人工湖水头输入到人工湖进水模型，计算得到人工湖的月进水量Q

【技术特征摘要】
1.一种高含沙和富营养化海区的海水人工湖构建方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.获取外海潮位和沉沙池水位，根据外海潮位和沉沙池水位计算水头，得到外海水头和沉沙池水头；将所述外海水头和沉沙池水头输入到沉沙池纳潮模型，计算得到外海潮水时刻变化情况下沉沙池月纳潮量和沉沙池水位；
b.获取沉沙池水位和人工湖水位，根据沉沙池水位和人工湖水位计算水头，得到沉沙池水头和人工湖水头；将所述沉沙池水头和人工湖水头输入到人工湖进水模型，计算得到人工湖的月进水量Qin和第一人工湖水位；
c.获取第一人工湖水位和外海潮位，根据第一人工湖水位和外海潮位计算水头，得到人工湖水头和外海水头；将人工湖水头和外海水头输入到人工湖出水模型，计算得到人工湖的月排水量Qout和第二人工湖水位；
d.将外海潮位和外海含沙量输入到沉沙池泥沙输移模型，计算得到沉沙池的含沙量平面分布和出口处含沙量；
e.将所述第一人工湖水位和第二人工湖水位作为水位边界条件，将所述沉沙池出口处含沙量作为泥沙边界条件，输入到人工湖泥沙输移模型，计算得到人工湖内含沙量的最大包络分布，根据海水含沙量与透明度的相关关系，得到人工湖的透明度分布，最小透明度值记T1；
f.如果T1小于预设的透明度值T0，重复a～e，直到人工湖透明度T1大于T0；
g.将所述第一人工湖水位和第二人工湖水位作为水位边界条件，输入到人工湖水质模型，计算人工湖的水质指标，如果水质指标浓度Wi小于预设的水质指标W0，则人工湖构建成功，否则，需要采用生物化学措施或物理措施来改善水质；
h.如果采用生物化学措施改善水质，则重复步骤g，直到Wi小于W0，则人工湖构建成功；
i.如果采用物理措施改善水质，将所述第一人工湖水位和第二人工湖水位作为水位边界条件，输入到人工湖水体交换模型，计算人工湖的水体交换率达到预设交换率的月所需水量Q0；
j.比较Q0与Qin，如果Qin小于Q0，要改变沉沙池的设计参数、沉沙池纳潮模型以及人工湖的设计参数、人工湖进水模型，重复a～i，直到Qin大于Q0，则海水人工湖构建成功。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述沉沙池纳潮模型如下：
Q1＝σs1×M1×B1×H11.5



其中Q1为沉沙池月纳潮量，σs1为沉沙池淹没系数，M1为纳潮流量系数，B1为沉沙池纳潮闸闸宽；H1为外海水头，A1为沉沙池水域面积，h1为沉沙池水位。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述人工湖进水模型如下：
Qin＝σs2×M2×B2×H21.5



其中Qin为人工湖月进水量，σs2为人工湖淹没系数，M2为人工湖进水...

【专利技术属性】
技术研发人员：周华民，黄世昌，王乐乐，张广之，
申请(专利权)人：浙江省水利河口研究院浙江省海洋规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：浙江;33