[发明专利]一种超大尺度流域水量水质耦合模拟预测分析方法

说明书

技术领域

本发明属于水环境模拟方法技术领域，特别涉及一种超大尺度流域水量水质耦合模拟预测分析方法。

背景技术

超大尺度流域面积大、人类活动覆盖面广、污染源种类众多、天然河网水文环境交错，也使得污染物在流域内输移和转化的复杂性大大增加。现有的流域水量水质模拟技术大都适合小尺度流域以及小型河流模拟，个别大尺度模拟技术对于数据及地形资料需求较大，且模型率定验证困难、计算繁琐、普及适用程度不高。亟需开发一套计算高效、方便易行且适用于水文水环境耦合模拟模型用于超大尺度流域及支流流域水文水质分析和预测，进而为超大流域水环境保护和水资源管理提供技术条件。

本发明提出的基于多箱嵌套模式的超大尺度流域水量水质耦合模拟预测分析方法可以有效处理超大尺度流域空间差异和复杂性问题，数据资料需求较少，模型计算高效、方便易行，能够有效的对超大尺度流域水量、水质状况进行系统模拟与预测，在保证模拟准确性的前提下，为水量水质联合调控提供技术支撑。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超大尺度流域水量水质耦合模拟预测分析方法，以便对超大尺度流域水量、水质状况进行系统模拟与预测，并有效地处理了尺度差异和不确定性带来的复杂性问题，为流域管理提供了水污染态势等信息。

针对现有技术不足，本发明提供了一种超大尺度流域水量水质耦合模拟预测分析方法。

一种超大尺度流域水量水质耦合模拟预测分析方法，该方法通过流域多箱划分、单箱污染核算、建立单箱水量水质耦合模型、多箱嵌套、多箱水量水质耦合模拟对水量、水质状况进行系统模拟与预测；

其中，通过所述流域多箱划分，圈定大尺度流域各箱体，即子流域范围；

通过所述单箱污染核算，核算单个箱体污染物产量、处理量与排放量，得出用于输入模型所需的数据；

通过所述单箱水量水质耦合模型，基于质量平衡方程，形成水量和水质模型用于实现对单个箱体内水质水量的耦合模拟；

通过所述多箱嵌套，是基于多箱划分结果，找寻箱体之间的交互关系，实现箱体之间的串联；

通过所述多箱水量水质耦合模拟，用于耦合各单箱水量水质模型，实现整体尺度上的流域水量水质耦合模拟。

该方法具体步骤如下：

步骤A，基于数字高程模型将超大流域划分成多个子流域，每个子流域作为水量和水质稳定变化单元，即为“箱体”；

步骤B，根据收集的经济活动、污染源强、人类活动数据，核算单个箱体工业、农业以及生活污染物产量、处理量与排放量；

步骤C，根据质量守恒原理，建立单箱水量水质耦合模型；

步骤D，基于多个箱体划分结果，找寻箱体之间的交互关系，建立多箱水量水质耦合模型；

步骤E，根据输入的水量及污染核算数据，确定模型参数；

步骤F，输入各类水量情况及排污情况，输出综合水量水质模拟结果。

所述子流域为一级子流域或二级子流域。

该方法可以获得更稳定、更可靠的解，大大降低尺度差异和不确定性带来的复杂性问题；且具有计算高效、方便易行等特点。

所述的A步骤的具体方案如下：

划分箱体：

依据库区支流水质水量现状、支流流域的水量分配现状、蒸散发、入流水量、出流水量、引用水量、回归水量把水库划分为不同箱体。

所述的C步骤和D步骤的具体方案如下：

（1）建立各箱体水量模型与水质模型：

①水量模型：依据水量平衡原理建立水量平衡模型；

(a)首先找出箱体所有进入、流出水量项；

(b)根据已知变量与未知变量之间的关系，用己知变量近似函数表达未知变量，带入模型；

(c)采用水文系统识别方法，识别未知参数，再反代入原模型；

根据计算的复相关系数大小，判断模型拟合效果好坏；同时，把已识别的参数反代入模型中，再来计算各项水量大小，验算是否满足水量平衡原理；只有模型拟合效果较好、计算水量满足水量平衡原理，才可能确认该模型是可靠的。

②水质模型：

针对水体中各组份，依据物质守恒原理，分别建立与水量模型相似的水质模型，其方法与建立水量模型方法相同；

水质模型与水量模型都是依据物质平衡原理建立，对库区水资源系统在历史到现在的条件下进行模拟；如果在未来水资源系统变化不大或者按照历史的变化趋势演变，所建模型对未来的预测会很好。

（2）耦合计算方法：