基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测方法，包括：使用

【技术实现步骤摘要】
基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测方法


[0001]本专利技术涉及城市区域水环境容量计算技术，尤其是基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测方法
。

技术介绍

[0002]随着我国工业水平不断发展以及人民环保意识的不断提高，河流水质问题逐渐引起人们的重视
。
为了更好的研究水环境综合治理问题，针对性的提出水质改善措施，研究人员迫切需要一种可靠的数学模型
。
目前，同时具有水质模拟分析功能和水动力计算功能的模型有
Storm Water Management Model(SWMM)
模型等
。
但是
SWMM
模型无法模拟河道中污染物的对流扩散和生化过程，导致其在河道水质模拟与环境容量计算方面存在一定的局限性
。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测方法
。
[0004]技术方案：本专利技术的基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测方法，包括以下步骤：
[0005]使用
SWMM
模型搭建研究区域数学模型，将收集到的研究区域的水文资料以及河道资料详细录入模型，并将模型中的各项参数保存到
*.inp
研究区域边界文件；
[0006]建立污染物对流扩散模型
(ADV)
和污染物生化反应模型
(WASP)
，其中
ADV
模型用于计算河流中污染物质的对流扩散过程，
WASP
模型用于计算不同污染物质之间的生化反应过程；在
PySWMM
第三方库的基础上建立水动力计算模型，即
PySWMM
模型；
[0007]将
PySWMM
模型
、ADV
模型以及
WASP
模型耦合为
PySWMM
‑
WQ
模型，其计算基本方式为：使用
PySWMM
模型读取
*.inp
研究区域边界文件并根据控制规则计算生成
*.out
水动力结果文件，进一步将
*.out
水动力结果文件转换为
*.dat
水动力结果文件；启动
ADV
模型和
WASP
模型，并读取
PySWMM
模型输出的
*.dat
水动力结果文件；
ADV
模型计算污染物在河网中的对流扩散过程；
WASP
模型计算不同污染物之间的生化反应过程并以此修改
ADV
模型的计算结果；将
ADV
模型和
WASP
模型计算得到的污染物浓度时空变化过程数据保存在
*.dat
模拟结果文件中；采用模型试算法，在
PySWMM
‑
WQ
模型中逐步提高某一区域的污染物释放量以计算得到研究区域的水环境容量
。
[0008]进一步的，
*.inp
研究区域边界文件中保存的模型中的各项参数包括：河道长度
、
位置
、
糙率
、
进流量
、
出口水位以及降雨
。
[0009]进一步的，采用模型试算法，在
PySWMM
‑
WQ
模型中逐步提高某一区域的污染量以计算得到研究区域的水环境容量，具体为：判断
ADV
模型和
WASP
模型的模拟结果是否满足水质要求，如果满足，则增加污染物释放量，将更新后的污染物信息输入
ADV
模型和
WASP
模型进一步模拟计算，如果不满足，则输出上次计算所采用的污染物释放量即为研究区域的水环
境容量
。
[0010]进一步的，还包括：建立数据可视化模块，用于读取
*.dat
模拟结果文件，并输出相关图像
。
[0011]进一步的，
*.out
水动力结果文件中包含了河流的所有水动力条件，在
PySWMM
模型中，采用求解圣维南方程组来计算水流流速
、
流量参数，计算公式为：
[0012][0013][0014]其中，
Q
为流量；
H
为水深；
A
为过水断面面积；
g
为重力加速度；
S
f
为摩阻比降；
t
为模型模拟时间；
x
为两点间距离
。
[0015]进一步的，在
ADV
模型中，计算污染物在河流中的对流扩散过程的公式为：
[0016][0017]其中，
A
为过水断面面积；
C
为深度平均的溶质浓度；
t
为模型模拟时间；
K
xx
为二维扩散系数张量的各组分；
Q
为流量；
x
为两点间距离；
S
为源项
。
[0018]进一步的，在
WASP
模型中，采用以下污染物质质量守恒方程计算不同污染物之间的生化反应过程：
[0019][0020]其中，
C
表示深度平均的溶质浓度；
t
表示模型模拟时间；
U
x
，
U
y
，
U
z
分别表示纵向
、
横向
、
垂向对流速度；
E
x
，
E
y
，
E
z
分别表示纵向
、
横向
、
垂向扩散系数；
S
L
表示点源和面源负荷；
S
B
表示边界负荷；
S
K
表示源漏项目；
x1为纵向距离；
y
为横向距离；
z
为垂向距离
。
[0021]基于相同的专利技术构思，本专利技术的基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测系统，包括：
[0022]*.inp
文件生成单元，用于使用
SWMM
模型搭建研究区域数学模型，将收集到的研究区域的水文资料以及河道资料详细录入模型，并将模型中的各项参数保存到
*.inp
研究区域边界文件；
[0023]PySWMM
‑
WQ
模型耦合单元，用于建立污染物对流扩散模型
(ADV)
和污染物生化反应模型
(WASP)
，其中
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测方法，其特征在于，包括以下步骤：使用
SWMM
模型搭建研究区域数学模型，将收集到的研究区域的水文资料以及河道资料详细录入模型，并将模型中的各项参数保存到
*.inp
研究区域边界文件；建立污染物对流扩散模型
(ADV)
和污染物生化反应模型
(WASP)
，其中
ADV
模型用于计算河流中污染物质的对流扩散过程，
WASP
模型用于计算不同污染物质之间的生化反应过程；在
PySWMM
第三方库的基础上建立水动力计算模型，即
PySWMM
模型；将
PySWMM
模型
、ADV
模型以及
WASP
模型耦合为
PySWMM
‑
WQ
模型，其计算基本方式为：使用
PySWMM
模型读取
*.inp
研究区域边界文件并根据控制规则计算生成
*.out
水动力结果文件，进一步将
*.out
水动力结果文件转换为
*.dat
水动力结果文件；启动
ADV
模型和
WASP
模型，并读取
PySWMM
模型输出的
*.dat
水动力结果文件；
ADV
模型计算污染物在河网中的对流扩散过程；
WASP
模型计算不同污染物之间的生化反应过程并以此修改
ADV
模型的计算结果；将
ADV
模型和
WASP
模型计算得到的污染物浓度时空变化过程数据保存在
*.dat
模拟结果文件中；采用模型试算法，在
PySWMM
‑
WQ
模型中逐步提高某一区域的污染物释放量以计算得到研究区域的水环境容量
。2.
根据权利要求1所述的基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测方法，其特征在于，
*.inp
研究区域边界文件中保存的模型中的各项参数包括：河道长度
、
位置
、
糙率
、
进流量
、
出口水位以及降雨
。3.
根据权利要求1所述的基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测方法，其特征在于，采用模型试算法，在
PySWMM
‑
WQ
模型中逐步提高某一区域的污染量以计算得到研究区域的水环境容量，具体为：判断
ADV
模型和
WASP
模型的模拟结果是否满足水质要求，如果满足，则增加污染物释放量，将更新后的污染物信息输入
ADV
模型和
WASP
模型进一步模拟计算，如果不满足，则输出上次计算所采用的污染物释放量即为研究区域的水环境容量
。4.
根据权利要求1所述的基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测方法，其特征在于，还包括：建立数据可视化模块，用于读取
*.dat
模拟结果文件，并输出相关图像
。5.
根据权利要求1所述的基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测方法，其特征在于，
*.out
水动力结果文件中包含了河流的所有水动力条件，在
PySWMM
模型中，采用求解圣维南方程组来计算水流流速
、
流量参数，计算公式为：流量参数，计算公式为：其中，
Q
为流量；
H
为水深；
A
为过水断面面积；
g
为重力加速度；
S
f
为摩阻比降；
t
为模型模拟时间；
x
为两点间距离
。6.
根据权利要求1所述的基于城市区域水文水利过程的水环境容量预测方法，其特征在于，在
ADV
模型中，计算污染物在河流中的对流扩散过程的公式为：其中，
A

【专利技术属性】
技术研发人员：孔俊，周侗，赵军，卢绪川，王彤铭，李雪萍，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：