一种江河水动力水质耦合模型及构建方法技术

本发明专利技术公开了一种江河水动力水质耦合模型及构建方法，模型构建方法主要包括以下步骤：采用清单分析法与扩散模型结合的方式进行陆源解析，建立SWAT模型；以SWAT模型的模拟结果为一维水动力水质模型的来流和边界条件，以典型区下游水位为边界条件，以区域内水库闸站控制为控制条件，构建一维水动力水质模型；以一维水动力水质模型模拟的结果为初值条件建立二维水动力水质模型；构建“陆水”一体化耦合模型。本发明专利技术包括陆源模型、一维水动力水质模型、二维水动力水质模型三套模型体系，并且三套模型既保持相互独立又能无缝集成，可以帮助研究人员更好地分析陆源对水体的影响，同时为污染源不同调控方案下的水质响应模拟分析提供了支撑。供了支撑。供了支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种江河水动力水质耦合模型及构建方法


[0001]本专利技术涉及水利研究
，具体是一种江河水动力水质耦合模型及构建方法。

技术介绍

[0002]流域水环境质量目标管理是我国当前和未来水环境管理工作的重中之重，开展水环境质量目标管理，其根本目标是改善水环境质量，而重要手段则是控制污染源，理清污染源输入与水环境质量的响应关系。现有研究中，以非点源模型、水动力水质模型为基础的数值模型体系，是当前进行陆源输入
‑
水质响应关系研究的重要工具，但是现有的水动力水质模型相互独立，缺乏能够彼此交互、无缝集成的可信度更高的综合性模型。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种江河水动力水质耦合模型及构建方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0005]一种江河水动力水质耦合模型及构建方法，模型构建方法主要包括以下步骤：
[0006]步骤一：建立陆源解析以及SWAT模型，采用清单分析法与扩散模型结合的方式进行陆源解析，以污染源解析得到的点源和非点源，判断其是否直接进入水体模型，将非直接进入水体模型的污染源作为非点源输入SWAT模型，通过计算SWAT模型，得到陆源输入；
[0007]步骤二：建立一维水动力水质模型，以步骤一中的SWAT模型的模拟结果为一维水动力水质模型的来流和边界条件，以典型区下游水位为边界条件，以区域内水库闸站控制为控制条件，构建一维水动力水质模型；
[0008]步骤三：建立二维水动力水质模型，二维水动力水质模型的初值条件以一维水动力水质模型模拟的结果，通过反距离权重法插值确定；边界条件包括上游来流、下游水位和旁侧入汇边界，其中上游来流和下游水位以一维模型模拟的结果为条件，旁侧入汇以SWAT模拟结果和直接入江点源为条件；
[0009]步骤四：构建“陆水”一体化耦合模型，基于上述三套模型，构建包含基于可执行程序的耦合模型库，利用可视化编程语言开发GUI界面。
[0010]作为本专利技术进一步的方案：所述步骤一中陆源解析以及SWAT模型需要的输入数据包括气象数据、点源数据以及非点源数据；其中点源数据包括有工业点源、规模化畜禽养殖源以及污水处理厂；非点源数据包括城镇生活源、第三产业源、农村生活源、农业种植源、畜禽养殖源、水产养殖源。
[0011]作为本专利技术进一步的方案：所述步骤二中一维水动力水质模型的输入数据包括模型运算的控制数据、模型初始条件数据和模型边界条件数据；其中控制数据包括模型的起始运算时间，模型运算步长；初始数据包括一维模型所有断面的初始水位、流量、COD(mg/L)、TN(mg/L)、TP(mg/L)、氨氮(mg/L)浓度；污染物边界数据包括直接汇入一维模型相关断
面的废水流量、COD(mg/L)、TN(mg/L)、TP(mg/L)、氨氮(mg/L)浓度；水位边界数据包括模型运算下游边界断面的水位变化过程；闸站调度数据包括闸站、大坝所在断面的水位随时间变化过程以及泻流过程。
[0012]作为本专利技术进一步的方案：所述步骤三中二维水动力水质模型的输入数据包括模型运算的控制数据、模型初始条件数据和模型边界条件数据；其中控制数据包括模型的起始运算时间，模型运算步长；初始数据包括二维模型所有计算网格单元的初始水位、流量、COD(mg/L)、TN(mg/L)、TP(mg/L)、氨氮(mg/L)浓度；污染物边界数据包括直接汇入一维模型相关计算网格单元的废水流量、COD(mg/L)、TN(mg/L)、TP(mg/L)、氨氮(mg/L)浓度；水位边界数据包括模型运算下游边界网格的水位变化过程；闸站调度数据包括闸站、大坝所在网格的水位随时间变化过程以及泻流过程。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的“陆水”一体化耦合模型包括陆源模型、一维水动力水质模型、二维水动力水质模型三套模型体系，并且三套模型既保持相互独立又能无缝集成，可以帮助研究人员更好地分析陆源对水体的影响，同时为污染源不同调控方案下的水质响应模拟分析提供了支撑。
附图说明
[0014]图1为本专利技术“陆水”一体化耦合模型架构。
[0015]图2为本专利技术陆源解析技术流程。
[0016]图3为本专利技术实施例二的河道一维断面图。
[0017]图4为本专利技术实施例二的一维河网关系图。
[0018]图5为本专利技术实施例二的SWAT汇入河网。
[0019]图6为本专利技术实施例二的一二维模型的耦合边界。
具体实施方式
[0020]下面对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，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，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]实施例一，一种江河水动力水质耦合模型及构建方法，模型构建方法主要包括以下步骤：
[0022]步骤一：建立陆源解析以及SWAT模型，采用清单分析法与扩散模型结合的方式进行陆源解析，以污染源解析得到的点源和非点源，判断其是否直接进入水体模型，将非直接进入水体模型的污染源作为非点源输入SWAT模型，通过计算SWAT模型，得到陆源输入；
[0023]步骤二：建立一维水动力水质模型，以步骤一中的SWAT模型的模拟结果为一维水动力水质模型的来流和边界条件，以典型区下游水位为边界条件，以区域内水库闸站控制为控制条件，构建一维水动力水质模型；
[0024]步骤三：建立二维水动力水质模型，二维水动力水质模型的初值条件以一维水动力水质模型模拟的结果，通过反距离权重法插值确定；边界条件包括上游来流、下游水位和旁侧入汇边界，其中上游来流和下游水位以一维模型模拟的结果为条件，旁侧入汇以SWAT
模拟结果和直接入江点源为条件；
[0025]步骤四：构建“陆水”一体化耦合模型，基于上述三套模型，构建包含基于可执行程序的耦合模型库，利用可视化编程语言开发GUI界面。
[0026]本专利技术采用清单分析法与扩散模型结合的方式进行陆源解析，基于清单分析和扩散模型的陆源解析过程中，首先通过清单分析确定研究区的主要污染源、明确污染源产生的污染物通量、总量。
[0027]清单分析利用经验公式法(排污系数法)，进行点源和非点源的解析。其中，点源指所有汇入江河的入河点源，通过污染源普查获得；非点源包括城镇和农村生活、畜禽养殖、农田种植、水产养殖和城市径流。
[0028]其中城市生活污染源污染物排放量计算公式为：
[0029]Gp＝365
×
NS
p
×
10
‑
10
[0030]式中：Gp为城镇居民生活污水和污染物排放量(万吨/年)；N为城镇居民常住人口(人)；S
P
为城镇居民生活污水或污染物产生系数和排放系数(升/天.人)。
[0031]农村生活污水污染负荷的排放本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种江河水动力水质耦合模型及构建方法，其特征在于，模型构建方法主要包括以下步骤：步骤一：建立陆源解析以及SWAT模型，采用清单分析法与扩散模型结合的方式进行陆源解析，以污染源解析得到的点源和非点源，判断其是否直接进入水体模型，将非直接进入水体模型的污染源作为非点源输入SWAT模型，通过计算SWAT模型，得到陆源输入；步骤二：建立一维水动力水质模型，以步骤一中的SWAT模型的模拟结果为一维水动力水质模型的来流和边界条件，以典型区下游水位为边界条件，以区域内水库闸站控制为控制条件，构建一维水动力水质模型；步骤三：建立二维水动力水质模型，二维水动力水质模型的初值条件以一维水动力水质模型模拟的结果，通过反距离权重法插值确定；边界条件包括上游来流、下游水位和旁侧入汇边界，其中上游来流和下游水位以一维模型模拟的结果为条件，旁侧入汇以SWAT模拟结果和直接入江点源为条件；步骤四：构建“陆水”一体化耦合模型，基于上述三套模型，构建包含基于可执行程序的耦合模型库，利用可视化编程语言开发GUI界面。2.根据权利要求1所述的一种江河水动力水质耦合模型及构建方法，其特征在于：所述步骤一中陆源解析以及SWAT模型需要的输入数据包括气象数据、点源数据以及非点源数据；其中点源数据包括有工业点源、规模化畜禽养殖源以及污水处理厂；非点源数据包括城镇生活源、第三产业源、农村生活源、农业种植源、畜禽养殖源、水产养殖源。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏峣，佟洪金，刘晓聪，蒋厦，廖瑞雪，许冠东，邓利群，张李玲，
申请(专利权)人：四川省生态环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：