一种污染物扩散模型中加注可溶性标记物的方法和系统技术方案

本发明专利技术提供一种污染物扩散模型中加注可溶性标记物的方法，属于环保工程与水污染处理试验技术领域，包括以下步骤：S1、确定相关参数开始向模型中加注标记物；S2、持续实时测量标记物余量值和模型水体中标记物浓度值C

【技术实现步骤摘要】
一种污染物扩散模型中加注可溶性标记物的方法和系统


[0001]本专利技术属于环保工程与水污染处理试验
，具体涉及一种污染物扩散模型中加注可溶性标记物的方法和系统

技术介绍

[0002]河湖污染是全球性的环境问题，近年来我国河湖污染得到了大力治理，水污染趋势得到遏制，水环境逐步好转。但水污染问题也随着化工行业、农业集约化发展等逐渐演变，呈现水污染指标新型化、影响多样化、危害长期化等趋势。河湖水污染治理离不开污染诊断与治理方案研究，这些往往也需要借助数学模型、物理模型等研究手段，才能对水污染的防治提出科学方案。物理模型作为水利工程、环境工程等领域较为成熟的试验手段，可为涉水工程影响下水环境变化、水污染治理方案论证提供重要的技术手段支撑，物理模型试验结果较为精准、可靠、可验证，可与数学模型手段相互印证，应用较为广泛。
[0003]目前，水环境物理模型试验偏重对水文、水动力的模拟研究，水质或污染因子的模拟技术还不成熟，缺少均匀加入水质因子标记物的试验技术。与水质指标类似，水质因子标记物也可分为可溶性指标(如表征COD、氮磷等)和不可溶性指标(如表征悬浮物浓度、微塑料等)，可用来表征不同试验方案下水质因子的时空变化过程，再现水质因子的二维或三维变化特征。水环境物理模型实验中，可溶性指标是模拟的重点和难点。
[0004]在加入手段上，一般采用人工或半人工湿洒、搅拌、静置等的方式，将水质因子可溶性标记物置于河湖模型水体中，易产生非均匀加入、点状加入、难以面状扩散等特点。在加入工具上，已存在容量桶连接导管自流进入物理模型水体的半人工操作装置，但是依然存在流量不可随时调控、人为加注误差大、加注端扩散较慢等特点，影响物理模型试验进度和精度。因此，需要研发一种适应在污染物扩散模型中加注可溶性标记物的高效方法，提高污染物模型研究效率和精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中的不足，提供一种污染物扩散模型中加注可溶性标记物的方法和系统，能科学、精准、便捷的向污染物扩散模型中加注可溶性标记物。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0007]一种污染物扩散模型中加注可溶性标记物的方法，包括以下步骤：
[0008]S1、确定标记物的类型、模型中标记物浓度设定值C
设
、模型水体积和加注总时长T，开始向模型中加注标记物；
[0009]S2、持续实时测量标记物余量值和模型水体中标记物浓度值C
测
，并依据这两个值确定是否要加注标记物；如要加注标记物则进入步骤S3，否则进入步骤S4；
[0010]S3、根据C
测
实时调整标记物加注流量，并对加注的标记物进行三维导流和涡流旋转扩散，所述三维导流用于使标记物在模型水体的竖直方向上扩散均匀，所述涡流旋转扩散用于加快标记物在模型水体中的扩散速度；
[0011]S4、判定C
设
与C
测
的差值是否为零，如果为零，终止标记物加注；否则补充标记物并返回步骤S2。
[0012]作为优选，加注的标记物为标记物溶液。
[0013]作为优选，步骤S2根据以下公式确定是否要加注标记物
[0014][0015]其中，L0表示L1和L2的布尔运算的布尔值，具体由下式确定
[0016][0017]其中，L1表示标记物余量的逻辑值，L2表示模型水体中标记物设定浓度值C
设
与实时测量的模型水体中标记物浓度值C
测
的差值的逻辑值，L1和L2分别由以下公式确定
[0018][0019][0020]作为优选，步骤S3通过以下公式实时调整标记物加注流量：
[0021][0022]其中，Q
泵
为标记物实时加注流量，V
模
为模型水体总体积，ρ
标
为标记物溶液的质量体积浓度，Δt为加注总时间T与已加注时间T0的差值。
[0023]作为优选，步骤S3中所述三维导流为将标记物按照至少上中下三层的多层模式加注进模型中；如果标记物密度大于模型水体密度，则由上至下各层标记物加注分流量由大到小，反之由上至下各层标记物加注分流量由小到大；各层标记物加注分流量之和等于标记物实时加注流量。
[0024]作为优选，步骤S3中所述涡流旋转扩散具体为通过旋转搅动使加注端的模型水体产生涡流形成紊动流态；根据以下公式确定旋转搅动所需产生的旋转水流流速
[0025][0026]其中，S
模
为模型水体表面积，T0为标记物已加注时间，α是加注的标记物溶液的浓度与C
设
的比值。
[0027]利用上述方法的污染物扩散模型中加注可溶性标记物的系统，包括标记物溶液仓储释放自控模块、流量实时调控模块、三维导流扩散模块和高敏探测模块，所述标记物溶液仓储释放自控模块、流量实时调控模块和三维导流扩散模块依次连通；所述高敏探测模块
与标记物溶液仓储释放自控模块、流量实时调控模块和三维导流扩散模块电性连接；所述标记物溶液仓储释放自控模块用于存储和释放标记物溶液，并用于监测标记物溶液余量；所述流量实时调控模块用于调控标记物溶液的加注流量；所述三维导流扩散模块用于导流和加速标记物在污染物扩散模型中的扩散。
[0028]作为优选，所述三维导流扩散模块包括三维立体导流子模块和涡流旋转扩散子模块，所述三维立体导流子模块用于将标记物分层导流入污染物扩散模型中；所述涡流旋转扩散子模块用于在污染物扩散模型水体中产生涡流。
[0029]本专利技术的有益效果是：
[0030]一种污染物扩散模型中加注可溶性标记物的方法克服了现有人工或半人工湿洒、搅拌、静置等方法将可溶性标记物置于河湖物理模型水体的不均为、效率低、误差大等缺点，通过流量实时调控模块控制出液(标记物溶液)速率变频输出不同流量(也就是根据模型水体中标记物的实时浓度，实时调整加注标记物的加注流量逐渐减小为零)，从而能实现精准加注标记物，不会多也不会少；
[0031]再通过三维立体分层导流和涡流旋转扩散，自动调控加快标记物与水体的混合，有效提高了标记物的加注效率；以及通过高敏探测模块测定的实测标记物浓度值反馈信息，自动控制整个加注程序运行状态，比现有技术时效性更高、效果更好，提升了水环境物理模型水质因子模拟的精度和准确度。
附图说明
[0032]图1为本专利技术的流程示意图；
[0033]图2为磷酸钾加注过程中实时浓度和调频加液泵输出流量变化图。
具体实施方式
[0034]下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅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。
[0035]如图1所示，本专利技术提供了污染物扩散模型中加注可溶性标记物的方法和系统，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种污染物扩散模型中加注可溶性标记物的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定标记物的类型、模型中标记物浓度设定值C
设
、模型水体积和加注总时长T，开始向模型中加注标记物；S2、持续实时测量标记物余量值和模型水体中标记物浓度值C
测
，并依据这两个值确定是否要加注标记物；如要加注标记物则进入步骤S3，否则进入步骤S4；S3、根据C
测
实时调整标记物加注流量，并对加注的标记物进行三维导流和涡流旋转扩散，所述三维导流用于使标记物在模型水体的竖直方向上扩散均匀，所述涡流旋转扩散用于加快标记物在模型水体中的扩散速度；S4、判定C
设
与C
测
的差值是否为零，如果为零，终止标记物加注；否则补充标记物并返回步骤S2。2.根据权利要求1所述的污染物扩散模型中加注可溶性标记物的方法，其特征在于：加注的标记物为标记物溶液。3.根据权利要求2所述的污染物扩散模型中加注可溶性标记物的方法，其特征在于：步骤S2根据以下公式确定是否要加注标记物其中，L0表示L1和L2的布尔运算的布尔值，具体由下式确定其中，L1表示标记物余量的逻辑值，L2表示模型水体中标记物设定浓度值C
设
与实时测量的模型水体中标记物浓度值C
测
的差值的逻辑值，L1和L2分别由以下公式确定分别由以下公式确定4.根据权利要求3所述的污染物扩散模型中加注可溶性标记物的方法，其特征在于：步骤S3通过以下公式实时调整标记物加注流量：其中，Q
泵
为标记物实时加注流量，V
模
为模型水体总体积，ρ
标
为标记物溶液的质量体...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴攀，陆永军，曾华荣，陆彦，王淮，李寿千，王海鹏，黄廷杰，左利钦，谢亿秦，黄海鸥，彭广益，刘怀湘，王志力，朱明成，莫思平，
申请(专利权)人：苏州市港航事业发展中心厦门市筼筜湖保护中心，
类型：发明
国别省市：