[发明专利]一种预测湖泊水体pH值的方法

说明书

本发明公开了一种预测湖泊水体pH值的方法，包括以下步骤：S1、构建二氧化碳浓度控制方程、湖泊碱度控制方程和湖泊pH值控制方程；S2、根据二氧化碳浓度控制方程和湖泊碱度控制方程，得到预测的湖泊二氧化碳浓度和预测的湖泊碱度；S3、根据预测的湖泊二氧化碳浓度和预测的湖泊碱度，基于湖泊pH值控制方程，得到预测的湖泊水体pH值；本发明解决了现有湖泊水体pH值模型无法准确预测湖泊水体pH值的问题。

技术领域

本发明涉及湖泊水质监测领域，具体涉及一种预测湖泊水体pH值的方法。

背景技术

pH值是湖泊水生态系统的重要理化指标，可改变湖泊水体环境的酸碱度和碳酸盐平衡系统，进而影响藻类生长、沉积物营养盐循环等湖泊关键生化过程。pH值的检测方法已相对成熟，主要有玻璃电极等方法。但采用pH值检测方法只能掌握检测断面处、检测时刻的pH值，无法掌握水体pH值的时空特征，尤其是对大型湖泊，检测方法很难反映出pH值的时空异质性。

数学模型作为生化过程的数学化表达，可定量模拟出生化过程的时空特征，近几十年来越来越受到水环境管理领域的关注。但当前湖泊水体pH值模型研究尚不深入，存在对藻类与pH值之间耦合过程考虑不足等问题，亟需研发一种可准确预测湖泊水体pH值的方法。

提出定量化预测湖泊水体pH值的方法，识别湖泊水体pH值时空分布规律，对湖泊理化特性、藻类生长繁殖和富营养化防治等研究具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种预测湖泊水体pH值的方法解决了现有湖泊水体pH值模型无法准确预测湖泊水体pH值的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种预测湖泊水体pH值的方法，包括以下步骤：

S1、构建二氧化碳浓度控制方程、湖泊碱度控制方程和湖泊pH值控制方程；

S2、根据二氧化碳浓度控制方程和湖泊碱度控制方程，得到预测的湖泊二氧化碳浓度和预测的湖泊碱度；

S3、根据预测的湖泊二氧化碳浓度和预测的湖泊碱度，基于湖泊pH值控制方程，得到预测的湖泊水体pH值。

进一步地，所述步骤S1中二氧化碳浓度控制方程为：

其中，C为湖泊水体的二氧化碳浓度，t为时间，u为x方向上的水流流速，v为y方向上的水流流速，w为z方向上的水流流速，x,y,z为建立的空间坐标系，Kx为x方向上的扩散系数，Ky为y方向上的扩散系数，Kz为z方向上的扩散系数，S₁为大气交换引起的二氧化碳源汇项，S₂为藻类引起的二氧化碳源汇项。

进一步地，所述大气交换引起的二氧化碳源汇项S₁的公式为：

S₁＝K_r(C_s-C) (2)

其中，K_r为水体二氧化碳与大气的交换速率，C_s为水体饱和二氧化碳浓度，C为湖泊水体的二氧化碳浓度。

进一步地，所述藻类引起的二氧化碳源汇项S₂的公式为：

其中，x为某类藻类，c为蓝藻，d为硅藻，g为绿藻，PN_x为x藻类对铵的吸收率，P_x为x藻类的生长速率，FCD_x为x藻类的常数，DO为溶解氧浓度，KHR_x为x藻类的溶解氧半饱和常数，BM_x为x藻类的新陈代谢速率，AOCR为呼吸作用中二氧化碳与碳的比率，B_x为x藻类的生物量。

进一步地，所述步骤S1中湖泊碱度控制方程为：