一种提高热分层水库溶解氧浓度的方法技术

本发明专利技术公开了一种提高热分层水库溶解氧浓度的方法，其包括：S1、获取水库的物理参数；S2、计算热稳定性度量指标，并确定水库的热分层持续时间和稳定程度；S3、根据水库所处的热分层时期，判断水库底层溶解氧浓度是否逐渐降低，是否处于缺氧状态，若均为是，进入步骤S4，否则热分层水库不需要采取措施提高底层溶解氧；S4、采用硝酸盐调整热分层水库底部溶解氧的消耗：在预设时期的库尾增加来水硝酸盐缓冲物质浓度，缓冲底部溶解氧的消耗；据水库缺氧持续时间、严重程度及水动力特征，确定硝酸盐最适宜的入库浓度；根据不同水位、不同下泄流量，确定硝酸盐最适宜入库时间。确定硝酸盐最适宜入库时间。确定硝酸盐最适宜入库时间。

【技术实现步骤摘要】
一种提高热分层水库溶解氧浓度的方法


[0001]本专利技术涉及水体生态环境调控技术，具体涉及一种提高热分层水库溶解氧浓度的方法。

技术介绍

[0002]溶解氧是水体健康的重要参数，在生物地球化学循环和水生生态系统结构和功能演化中起着至关重要的作用，是反映水生生态系统物理过程和生物地球化学过程变化的敏感指标。热分层水库，一般是调节能力强、库容大、流速小的深水水库，每年会出现明显的热分层现象。随着流域污染负荷的大量增加，深水湖库浮游植物生物量增加、富营养化现象时有发生，热分层期间水体缺氧问题严重，水体缺氧已成为严重的全球性生态环境问题。水体缺氧会导致鱼类等水生生物死亡、沉积物中大量还原物质释放等问题，释放的硫化氢等气体将导致水体发臭；同时，大量磷、氨氮等内源污染的释放会为藻类等浮游生物的生长提供营养盐，加剧藻类生长，对水生生态系统造成显著不利影响。现有技术中，对如何改善水库滞温层溶解氧的对策，大多集中改善水动力条件提高水库热分层期间溶解氧浓度，但是如何系统地从保护和改善热分层水库水体水质方面提高热分层水库溶解氧浓度措施显得不足。

技术实现思路

[0003]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的提高热分层水库溶解氧浓度的方法能够通过硝酸盐改善水库底部溶解氧消耗，以达到提高溶解氧浓度的目的。
[0004]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0005]提供一种提高热分层水库溶解氧浓度的方法，其包括：
[0006]S1、获取水库的物理参数；
[0007]S2、计算热稳定性度量指标，并确定水库的稳定程度和热分层持续时间；
[0008]S3、根据水库所处的热分层时期，判断水库底层溶解氧浓度是否逐渐降低，是否处于缺氧状态，若均为是，进入步骤S4，否则热分层水库不需要采取措施提高底层溶解氧；
[0009]S4、采用硝酸盐调整热分层水库底部溶解氧的消耗：
[0010]在预设时期的库尾增加来水硝酸盐缓冲物质浓度，缓冲底部溶解氧的消耗；根据水库缺氧持续时间、严重程度及水动力特征，确定硝酸盐入库浓度；根据不同水位、不同下泄流量，确定硝酸盐最适宜入库时间。
[0011]进一步地，提高热分层水库溶解氧浓度的方法还包括：
[0012]当水库处于热分层时期时，通过水库的常规调度和抽水蓄能调度大水体的垂向扰动、增加底部溶解氧的补给，同时在热分层后期降低水库水位、缩减水库缺氧持续时间。
[0013]进一步地，所述缺氧状态指溶解氧浓度低于4mg/L。
[0014]进一步地，判断水库底层溶解氧浓度是否逐渐降低为：判断热分层水库在热分层初期、中期和末期三个时期的溶解氧浓度是否依次降低。
[0015]进一步地，计算热稳定性度量指标的方法为施密特稳定性指数、APE潜在势能指数、梯度理查森数、水体浮力频率的平方或无量纲韦德伯恩数；
[0016]施密特稳定性指数的计算公式为：
[0017][0018]其中，S为稳定性，单位为J/m2；Z为水体总深度，单位为m；A0为湖库表面积，单位为m2；A
z
为水深z处的面积，单位为m2；z
g
为完全混合状态下重力中心处的深度，单位m；g为重力加速度，单位为m/s2；
[0019]APE潜在势能指数的计算公式为：
[0020][0021]其中，APE单位J/m4；Z为水体总深度，单位为m；ρ为不同水层处水体密度，单位为kg/m3；ρ
*
为水库垂直方向的平均密度，单位为kg/m3；g为重力加速度，单位为m/s2；
[0022]梯度理查森数的计算公式为：
[0023][0024]其中，R
i
为无量纲数；当R
i
>>0时，流体稳定分层；当R
i
>10时，表明水体存在稳定的层化现象；当R
i
<0.25时，垂向水体容易产生层间交换；当R
i
接近0，垂向密度一致；当R
i
<0时，流动处于非稳定状态；
[0025]布伦特-维塞拉浮力频率的平方的具体计算公式为：
[0026][0027]其中，N2单位为s-2
，当N2<5
×
10-5
s-2
时，水体处于混合状态；当N2>5
×
10-4
s-2
时，水体处于稳定分层状态；当5
×
10-5
s-2
<N2<5
×
10-4
s-2
时，水体为弱分层状态；
[0028]无量纲韦德伯恩数的具体公式为：
[0029][0030]其中，W为无量纲数；R
i
为梯度理查森数，无量纲；H为混合层深度，单位为m；L为温跃层深度上湖库的长度，单位为m。
[0031]进一步地，所述不同水层处水体密度ρ的计算公式为：
[0032]ρ＝a0+a1T+a2T2+a3T3+a4T4+a5T5[0033]其中，T为不同水层处的水温，单位为℃；a0、a1、a2、a3、a4、a5为常数。
[0034]进一步地，计算热稳定性度量指标的方法为：
[0035]计算表水层厚度Z
e
与水库最大深度Z
max
的比值Z
e
/Z
max
，当Z
e
/Z
max
<0.5时，湖库处于稳定热分层状态；当0.5<Z
e
/Z
max
<1时，湖库的热分层可被强风扰动，发生垂向混合；当1<Z
e
/Z
max
<2时，湖库在无风时有间歇性分层；当Z
e
/Z
max
>2时，湖库不分层。
[0036]本专利技术的有益效果为：本方案首先通过对水库热分层的热稳定性度量指标，通过该指标可以确定水库是否出现热分层，即确定水库的稳定性；在确定水库稳定性后，可以根据该水库的历史数据或者同类型水库的热分层状况，确定水库的热分层持续时间；同时通过水库稳定程度的判断，可以避免盲目调控，增加水库溶解氧调控成本。
[0037]在水库热分层期间，通过水库底层溶解氧浓度的判断可以确定水库在热分层期间底部的溶解氧浓度变化和缺氧状态，在其表征底部缺氧时，通过硝酸盐或其他缓冲物质减缓底部溶解氧的消耗，以最终达到提高底部溶解氧浓度的目的。
附图说明
[0038]图1为提高热分层水库溶解氧浓度的方法的流程图。
具体实施方式
[0039]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高热分层水库溶解氧浓度的方法，其特征在于，包括：S1、获取水库的物理参数；S2、计算热稳定性度量指标，并确定水库的热分层持续时间和稳定程度；S3、根据水库所处的热分层时期，判断水库底层溶解氧浓度是否逐渐降低，是否处于缺氧状态，若均为是，进入步骤S4，否则热分层水库不需要提高溶解氧；S4、采用硝酸盐调整热分层水库底部溶解氧的消耗：在预设时期的库尾增加来水硝酸盐缓冲物质浓度，缓冲底部溶解氧的消耗；根据水库缺氧持续时间、严重程度及水动力特征，确定硝酸盐最适宜的入库浓度；根据不同水位、不同下泄流量，确定硝酸盐最适宜入库时间。2.根据权利要求1所述的提高热分层水库溶解氧浓度的方法，其特征在于，还包括：当水库处于热分层时期时，通过水库的常规调度和抽水蓄能调度大水体的垂向扰动、增加底部溶解氧的补给，同时在热分层后期降低水库水位、缩减水库缺氧持续时间。3.根据权利要求1所述的提高热分层水库溶解氧浓度的方法，其特征在于，所述缺氧状态指溶解氧浓度低于4mg/L。4.根据权利要求1所述的提高热分层水库溶解氧浓度的方法，其特征在于，判断水库底层溶解氧浓度是否逐渐降低为：判断热分层水库在热分层初期、中期和末期三个时期的溶解氧浓度是否依次降低。5.根据权利要求1-4任一所述的提高热分层水库溶解氧浓度的方法，其特征在于，计算热稳定性度量指标的方法为施密特稳定性指数、APE潜在势能指数、梯度理查森数、水体浮力频率的平方或无量纲韦德伯恩数；施密特稳定性指数的计算公式为：其中，S为稳定性，单位为J/m2；Z为水体总深度，单位为m；A0为湖库表面积，单位为m2；A
z
为水深z处的面积，单位为m2；z
g
为完全混合状态下重力中心处的深度，单位m；g为重力加速度，单位为m/s2；APE潜在势能指数的计算公式为：其中，APE单位J/m4；Z为水体总深度，单位为m；ρ为不同水层处水体密度，单位为kg/m3；ρ
*
为水库垂直方向的平均密度，单位为kg/m3；g为重力加速度，单位为m/s2；梯度理查森数的计算公式为：其中，R
i
为无量纲数；当R
i
>>0时，流体稳定分层；当R
i
>10时，表明水体存在稳定的层化...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，刘晓波，曹东福，李必琼，吴琦，杜强，诸葛亦斯，谭红武，余晓，杜霞，石浩洋，聂睿，李双双，梁晓旭，陈一迪，
申请(专利权)人：云南秀川环境工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：