[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

说明书

本发明公开了一种热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法，其包括构建紊动影响和密度变化的水动力基本控制方程、水面热交换方程和水质反应方程，构建水动力场、温度场、浓度场“三场”动态溶解氧耦合模型；获取热分层水库的地形数据及历史监测数据；根据地形数据、历史监测数据，采用基于MIKE3软件平台构建的“三场”动态溶解氧耦合模型，对模型进行求解和率定验证，然后计算水库不同水位、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；对比不同情景下溶解氧浓度，选取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。

技术领域

本发明涉及水库溶解氧模拟技术，具体涉及一种热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法。

背景技术

溶解氧是水体健康的重要参数，在生物地球化学循环和水生生态系统结构和功能演化中起着至关重要的作用，是反映水生生态系统物理过程和生物地球化学过程变化的敏感指标。随着流域污染负荷的大量增加，深水湖库浮游植物生物量增加、富营养化现象时有发生，热分层期间水体缺氧问题严重，水体缺氧已成为严重的全球性生态环境问题。

水体缺氧会导致鱼类等水生生物死亡、沉积物中大量还原物质释放等问题，释放的硫化氢等气体将导致水体发臭；同时，大量磷、氨氮等内源污染的释放会为藻类等浮游生物的生长提供营养盐，加剧藻类生长，对水生生态系统造成显著不利影响。溶解氧对良好水质和健康生态系统的重要性已经得到了湖库管理者广泛认可，对溶解氧最低浓度的要求已被纳入相关标准。

热分层水库溶解氧演变受水体热分层、混合等物理过程强烈影响，与水体营养盐浓度密切相关，其演变原因、减少程度和影响等问题涉及物理、化学、生物等多个学科，是水动力、热分层、营养盐等多重因素综合影响的结果。由于热分层水库内部能质体系的多样性和复杂性，当前对溶解氧的演化过程和成因尚不完全清楚。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的热分层水库水动力场、温度场、浓度场三场动态溶解氧耦合模型的构建方法能够根据构建的“三场”动态溶解氧耦合模型，寻找到每个情景最佳的构建调整策略。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法，其包括：

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、蒸发热损失量和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，以及水库的历史监测数据，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。

本发明的有益效果为：本方案构建的“三场”动态溶解氧耦合模型包括水库动力场、温度场和浓度场，充分考虑了溶解氧的补给、消耗和缓冲作用，能够反映“三场”作用下溶解氧的演化特征和变化规律；通过试验验证，本方案构建的“三场”动态溶解氧耦合模型能够准确地再现热分层水库的真实水温溶解氧的结构和变化过程。