[发明专利]一种河流衰减型污染物模拟方法

说明书

本发明涉及一种河流衰减型污染物模拟方法，其基于水流运动方程和污染物输运方程，其特征在于：先设置模型相关的计算参数，输入地形资料及本时步的水动力和污染物浓度边界条件；根据河流地形资料，给定河道初始水位值；根据初始条件或上一时步的水位流量值，求河道方程系数；根据下游边界条件，算出每个计算断面的水位、流量；根据水流方程计算的结果，进一步计算各断面污染物浓度；时间层向前推进一步，直到模拟完成所有时段。本发明在准确模拟水动力参数前提下，模拟污染物的输移及转化，从而准确刻画污染物浓度沿河流方向的分布及随时间的变化过程，可适用于内陆大型河道衰减型污染物的模拟和预测，特别适用于突发水污染事件的预测预报。

技术领域

本发明属于河流污染物治理与研究技术领域，具体涉及一种河流衰减型污染物模拟方法。

背景技术

河流湖泊水体的水质好坏直接关系到人民群众的生命安全，水质保护得到了政府与公众的普遍关注，政府部门在开展水环境保护规划，水环境影响评价，水污染防治规划以及入河排污口设置论证时，必须明确社会活动产生的污染物进入河流水体后，将会对污染物分布、水质断面浓度产生什么样的影响，水质数学模型作为预测河流水环境的有力工具，得到了科学技术界的广泛认可，近几年得到了空前的发展。但是，不同的污染物具有不同的特点，其在水中的输移和转化规律也不同，因此采用的数值模型也有较大差异，其中，可衰减的污染物（如化学需氧量、氨氮等）作为最常见的污染物，其在河流中的输移扩散机制已被人们所认知，因此具有较为成熟的条件针对可衰减污染物开发水质数学模型。

另一方面，随着长江经济带、京津冀、一带一路等相关经济概念的提出，内河航运将会进一步发展、沿江工业园将会进一步增多，此时河流发生突发水污染事故的风险也会增大，借助于水质数学模型开发河流水质预警预报模型的需求也将增加。水质预警预报需要体现反应速度快、能突出重点的需求，因此，对于河流而言，一维水动力水质模型恰好可以反映上述特点。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于水流运动方程（圣维南方程组）和污染物输运方程（对流扩散方程）的河流衰减型污染物模拟方法，在准确模拟水动力参数（水位、流量和流速）前提下，模拟污染物的输移及转化，从而准确刻画污染物浓度沿河流方向的分布及随时间的变化过程，可适用于内陆大型河道衰减型污染物的模拟和预测。

本发明的技术方案如下：

上述的河流衰减型污染物模拟方法，其基于水流运动方程和污染物输运方程，先设置模型相关的计算参数，输入地形资料及本时步的水动力和污染物浓度边界条件；根据河流地形资料，给定河道初始水位值；根据初始条件或上一时步的水位流量值，求河道方程系数；根据下游边界条件，算出每个计算断面的水位、流量；根据水流方程计算的结果，进一步计算各断面污染物浓度；时间层向前推进一步，直到模拟完成所有时段；

所述水流运动方程采用一维非恒定流控制方程组，所述一维非恒定流控制方程组由水流连续性方程和水流动量方程组成；所述污染物输运方程采用一维对流扩散方程；

所述水流连续性方程：

（1）；

所述水流动量方程为：

（2）；

所述一维污染物输运方程为：

（3）；