一种河道水质模型的构建方法技术

本申请涉及水环境分析技术领域，尤其涉及一种河道水质模型的构建方法；获取由研究区域的河网水系信息、水利工程信息、管网布置信息、水质监测数据、水位数据以及降雨预报数据组成的基础资料；基于该基础资料，计算水环境容量和水体污染物运移数据；获取水环境容量和水体污染物运移数据，基于水环境容量和水体污染物运移数据，对突发水污染事件进行模拟与应急响应并生成模拟结果；对模拟结果进行可视化；建立河道水质模型，从而获得污染物的迁移转化数据，对水污染突发事故进行动态时空模拟，预报并动态展示污染物到达地点、时间、范围、浓度与历时，争取到应急措施应对的时间，有助于及时、精准地处理污染物。精准地处理污染物。精准地处理污染物。

【技术实现步骤摘要】
一种河道水质模型的构建方法


[0001]本申请涉及水环境分析
，尤其涉及一种河道水质模型的构建方法。

技术介绍

[0002]随着工业的大力发展，河道污染情况越来越严重，各类人为性、事故性水质突发污染事件爆发频率不断攀升，传统的人工定时、定点检测水质的方法已经不足以应对各种突发情况，因此各类自动化监测设备相继投入使用。
[0003]现如今很多河道中都设置有水质监测设备，能够对河道中水质等进行监测，虽然获得了大量实时数据，但专利技术人认为，相关技术对水质序列的常规变化规律及受污染时的特定变化范围缺少定量模型，当发生突发类水质污染时，无法快速判别污染程度和扩散速度等，对河道水质监测预警与突发应急不完善，容易导致因对突发河道水质事件处理不够及时而造成较大的污染和损失。

技术实现思路

[0004]为了更加及时、准确地处理河道突发水质事件，本申请提供一种河道水质模型的构建方法。
[0005]获取研究区域的河网水系信息、水利工程信息、管网布置信息、水质监测数据、水位数据以及降雨预报数据，基于所述研究区域的河网水系信息、水利工程信息、管网布置信息、水质监测数据、水位数据以及降雨预报数据，得到基础资料；基于所述基础资料，计算水环境容量和水体污染物运移数据；获取所述水环境容量和所述水体污染物运移数据，并基于所述水环境容量和所述水体污染物运移数据，对突发水污染事件进行模拟与应急响应并生成模拟结果；对所述模拟结果进行可视化。
[0006]通过采用上述技术方案，针对城市水环境，建立河道水质模型，将流域的污染物指数、水文数据、环境数据间的相互作用的关系用数学表达式建立起量化的关系，从而获得污染物的迁移转化数据，对水污染突发事故进行动态时空模拟，预报并动态展示污染物到达地点、时间、范围、浓度与历时，争取到应急措施应对的时间，有助于及时、精准地处理污染物，对事故发生后采取的各类应急措施进行模拟, 并对措施效果进行动态展示、分析和比较，有助于为水环境风险管理提供决策支持。
[0007]可选的，在所述计算水环境容量之前还包括获取水体水质变化信息，所述水体水质变化信息满足公式一：
其中，v
x
，v
y
，v
z
分别为x，y，z方向的流速分量；D
x
，D
y
，D
z
分别为x，y，z方向的扩散系数；C为污染物浓度；t为时间；S为其他源汇项。
[0008]通过采用上述技术方案，通过公式，可以计算出水体水质的变化信息，根据该变化信息有助于判断污染物的迁移和转换速度，从而有助于更加及时、精准地处理污染物。
[0009]可选的，计算水环境容量的具体步骤包括：获取污染物扩散信息；基于所述污染物扩散信息判断污染物扩散维度，并基于所述判断结果搭建水环境容量计算模型；根据所述水环境容量计算模型，计算出水环境容量。
[0010]通过采用上述技术方案，计算得出水环境容量，从而得到河道对污染物的容纳能力，有助于计算污染物在水体中迁移、转化规律。
[0011]可选的，基于所述污染物扩散信息判断污染物扩散维度的具体步骤包括：当污染物进入水体后在各个方向上完全均匀混合，则判定污染物扩散维度为零维，并搭建零维水环境容量计算模型；当水体污染物浓度仅在一个方向上发生变化，而在其余两个方向上不变，则判定污染物扩散维度为一维，并搭建一维水环境容量计算模型；当水体污染物浓度仅在一个方向上不变，而在其余两个方向上发生变化，则判定污染物扩散维度为二维，并搭建二维水环境容量计算模型。
[0012]通过采用上述技术方案，采用不同维度的水环境容量计算模型，不仅有助于更加精确的计算出水环境容量，也有助于减少计算量。
[0013]可选的，当判定污染物扩散维度为零维时，计算水环境容量的具体步骤包括：获取河道稀释容量和自净容量；获取所述稀释容量和自净容量之和，得到零维水环境容量计算结果，具体计算满足公式二：式中，W为水环境容量，单位为kg/d；Q为河段的设计流量，单位为m3/s；V为河段设计水体体积，单位为m3；K为污染物降解系数，单位为1/d；C
s
为下游控制断面处的污染物目标浓度，单位为mg/L；C0为河段初始断面处的污染物本底浓度，单位为mg/L。
[0014]通过采用上述技术方案，当污染物进入水体后在各个方向上完全均匀混合，污染物的指标均按节点平衡原理来推求，不用考虑扩散不均匀的情况，直接采用零维水容量环境计算模型计算水容量环境，不仅有助于更加精确的计算出水环境容量，也有助于减少计算量。
[0015]可选的，当判定污染物扩散维度为一维时，计算水环境容量的具体步骤包括：获取一维均匀水体水质变化信息，所述一维均匀水体水质变化信息满足公式三：其中，u为河流断面平均流速，单位为m/s；a为扩散方向沿程距离，单位为km；K为综合降解系数，单位为1/d；C为扩散方向沿程污染物浓度，单位为mg/L；
当均匀河流处于定常排污条件，而河流流速和河水中污染物浓度处于稳定状态时，所述一维均匀水体水质变化信息满足公式四：其中，E为扩散方向弥散系数，单位为m2/s；设置初始条件和边界条件，所述计算结果满足公式五：其中，C0为初始断面处的污染物本底浓度，单位为mg/L；基于所述管网布置信息，对各污染源排放口位置进行概化，并根据不同概化的集中点位置，计算出一维水环境容量；当集中点为河段上边界，则概化后的一维水环境容量计算满足公式六：其中，W为水环境容量，单位为kg/d；Q 为河段的设计流量，单位为m3/s；L 为计算河段总长度，单位为m；u 为河段设计平均流速，单位为m/s；K为污染物降解系数，单位为1/d；C
S
为下游控制断面处的污染物目标浓度，单位为mg/L；C0为河段初始断面处的污染物本底浓度，单位为mg/L。
[0016]当集中点为河段中点，则概化后的一维水环境容量计算满足公式七：当概化为均匀分布时，则均匀分布概化后的一维水环境容量计算满足以式八：其中，V为河段设计水体体积，单位为m3。
[0017]通过采用上述技术方案，将排污口进行概化，大大减少了计算量，有助于更快得到水环境容量，从而及时地处于突发水质污染事件。
[0018]可选的，当判定污染物扩散维度为二维时，计算水环境容量的具体步骤包括：分别获取二维浅水信息和对流
‑
扩散信息，所述二维浅水信息和所述对流
‑
扩散信息满足公式九至十二：息满足公式九至十二：
其中，h为水深；u、v分别为a、b方向垂线平均水平流速分量；c
i
为污染物的垂线平均浓度；g为重力加速度；s
0a
、s
fa
分别为a方向的水底底坡、摩阻坡度；s
0b
、s
fb
分别为b方向的水底底坡、摩阻坡度；D
ia
、D
ib
分别为a、b方向各污染物的扩散系数；K为各污染物综合降解系数；s...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种河道水质模型的构建方法，其特征在于，包括：获取研究区域的河网水系信息、水利工程信息、管网布置信息、水质监测数据、水位数据以及降雨预报数据，基于所述研究区域的河网水系信息、水利工程信息、管网布置信息、水质监测数据、水位数据以及降雨预报数据，得到基础资料；基于所述基础资料，计算水环境容量和水体污染物运移数据；获取所述水环境容量和所述水体污染物运移数据，并基于所述水环境容量和所述水体污染物运移数据，对突发水污染事件进行模拟与应急响应并生成模拟结果；对所述模拟结果进行可视化。2.根据权利要求1所述的一种河道水质模型的构建方法，其特征在于， 在所述计算水环境容量之前还包括获取水体水质变化信息，所述水体水质变化信息满足公式一：；其中，v
x
，v
y
，v
z
分别为x，y，z方向的流速分量；D
x
，D
y
，D
z
分别为x，y，z方向的扩散系数；C为污染物浓度；t为时间；S为其他源汇项。3.根据权利要求2所述的一种河道水质模型的构建方法，其特征在于，计算水环境容量的具体步骤包括：获取污染物扩散信息；基于所述污染物扩散信息判断污染物扩散维度，并基于所述判断结果搭建水环境容量计算模型；根据所述水环境容量计算模型，计算出水环境容量。4.根据权利要求3所述的一种河道水质模型的构建方法，其特征在于，基于所述污染物扩散信息判断污染物扩散维度的具体步骤包括：当污染物进入水体后在各个方向上完全均匀混合，则判定污染物扩散维度为零维，并搭建零维水环境容量计算模型；当水体污染物浓度仅在一个方向上发生变化，而在其余两个方向上不变，则判定污染物扩散维度为一维，并搭建一维水环境容量计算模型；当水体污染物浓度仅在一个方向上不变，而在其余两个方向上发生变化，则判定污染物扩散维度为二维，并搭建二维水环境容量计算模型。5.根据权利要求4所述的一种河道水质模型的构建方法，其特征在于，当判定污染物扩散维度为零维时，计算水环境容量的具体步骤包括：获取河道稀释容量和自净容量；获取所述稀释容量和自净容量之和，得到零维水环境容量计算结果，具体计算满足公式二：；式中，W为水环境容量，单位为kg/d；Q为河段的设计流量，单位为m3/s；V为河段设计水体
体积，单位为m3；K为污染物降解系数，单位为1/d；C
s
为下游控制断面处的污染物目标浓度，单位为mg/L；C0为河段初始断面处的污染物本底浓度，单位为mg/L。6.根据权利要求5所述的一种河道水质模型的构建方法，其特征在于，当判定污染物扩散维度为一维时，计算水环境容量的具体步骤包括：获取一维均匀水体水质变化信息，所述一维均匀水体水质变化信息满足公式三：；其中，u为河流断面平均流速，单位为m/s；a为扩散方向沿程距离，单位为km；K为综合降解系数，单位为1/d；C为扩散方向沿程污染物浓度，单位为mg/L；当均匀河流处于定常排污条件，而河流流速和河水中污染物浓度处于稳定状态时，所述一维均匀水体水质变化信息满足公式四：；其中，E为扩散方向弥散系数，单位为m2/s；设置初始条件和边界条件，所述计算结果满足公式五：；其中，C0为初始断面处的污染物本底浓度，单位为mg/L；基于所述管网布置信息，对各污染源排放口位置进行概化，并根据不...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾庆彬，苏腾飞，杨宗国，冯桂森，潘朝露，谭丹，李素云，梅盛超，
申请(专利权)人：深圳市水务科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：