[发明专利]热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法

权利要求书

1.热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法，其特征在于，包括：

S1、根据水动力学的质量守恒、动量守恒和能量守恒，构建包括紊动影响和密度变化的水动力基本控制方程；

S2、根据净短波辐射、水面的净长波辐射、蒸发热损失量、大气和水面的热传导量，构建水面热交换方程；

S3、根据水体化学过程、生物过程和物质沉降过程，构建水质反应方程；水动力基本控制方程、水面热交换方程和水质反应方程构成水动力场、温度场、浓度场“三场”动态溶解氧耦合模型；

S4、获取热分层水库的地形数据，以及水库历史监测数据，所述地形数据包括水库地形数据和入流断面形态；所述监测数据包括上游边界条件、下游边界条件和气候条件；

S5、根据水库地形和不同水位下的历史监测数据，采用基于MIKE3软件构建的“三场”动态溶解氧耦合模型进行求解和率定验证，计算得到不同水位、调度运行方式及硝酸盐浓度情景下热分层水库溶解氧的时空分布；

S6、对比多个不同情景下溶解氧的时空分布，选取出不同情景下滞温层溶解氧溶度最高值，将溶解氧溶度最高值对应的水位、调度运行方式及硝酸盐浓度作为热分层水库相应情景的溶解氧调整策略；

所述水动力基本控制方程为：

其中，t为时间；ρ为水的密度；u_i、u_j分别为x_i、x_j方向的速度分量；c_s为水中声的传播速度；P为压力；Ω_ij为柯氏张量；g_i为重力矢量；v_T为紊动粘性系数；δ_ij为Kronecker函数；k为紊动动能；T为温度；D_T为温度扩散系数；SS为各自的源汇项；

所述水面热交换方程为：

Δq＝q_lr，net+q_sr，net-q_v-q_c

其中，Δq为水面热交换总量；q_lr，net为净短波辐射；q_lr，net为水面的净长波辐射；q_v为蒸发热损失量；q_c为大气和水面的热传导量；

水质反应模型的计算公式为：

其中，C为物质的浓度；u、v、w分别为x、y、z三个方向的流速；D_x、D_y、D_z分别为x、y、z三个方向的扩散系数；S_c为源汇项；P_c为生化反应项；

所述水动力基本控制方程中的水动动能采用标准k-ε模型和Smagorinsky公式进行动态计算：

其中，u、v为水平速度分量；ρ为密度；σ_T为普朗特数；C_1S、C_2S、C_3S、σ_k、σ_s为经验常数；D_S为水平网格间距；C_sm为Smagorinsky常数。

2.根据权利要求1所述的热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法，其特征在于，对三场动态溶解氧耦合模型进行求解进一步包括：

基于MIKE3软件构建的水动力、水温和ECOlab模块，采用有限差分格式离散三场动态溶解氧耦合模型；

采用交替方向隐式替代法对离散后的三场动态溶解氧耦合模型先逐行/列进行扫描，再逐列/行进行扫描，两次扫描组成一轮迭代；

其中每行/列代数方程组采用三对角矩阵计算式求解。

3.根据权利要求1所述的热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法，其特征在于，不同水位包括高水位、低水位两种工况；调度运行方式包括小水量、大水量下泄两种情景；硝酸盐浓度包括超过水质达标水准和达到水质达标水准两种情景。