[发明专利]基于高浊度事件调查的湖泊粘性泥沙输移模型建模方法

权利要求书

1.基于高浊度事件调查的湖泊粘性泥沙输移模型建模方法，其特征在于，包括：

(1)在湖中设置多个沉积物采样点、原位观测点；

(2)在开始原位观测之前，在原位观测点处采集沉积物柱，测定沉积物理化特性，包括中值粒径、新鲜沉积物密度、含水率和悬浮物沉降速率；

(3)收集开始原位观测之前某一年度所有沉积物采样点的表层沉积物中值粒径和新鲜沉积物密度调查数据集，用于计算湖泊临界侵蚀切应力τ_ce；

(4)开展原位观测，观测记录原位观测点处气象、流速、波浪、浊度、悬浮泥沙浓度数据；

(5)建立湖泊三维波流耦合数值模型WCCM，获取x、y、σ方向的三维水流速度u、v、w，水深H、水密度ρ、波高H_s、波浪周期T和波长L，作为三维粘性泥沙输运模型WCCM-CSTM的输入；

(6)建立湖泊三维波流耦合数值模型WCCM和泥沙传输模型耦合的三维粘性泥沙输运模型WCCM-CSTM，其控制方程如下：

式中，S为悬浮泥沙浓度；w_s为悬浮泥沙沉降速率；D_h为水平扩散系数；D_v为垂直扩散系数；J₀为湖床悬浮泥沙通量；Z_b为床层沉积物厚度；A为坐标系变换引入的次要项；Q_IO是源汇项；e是床层沉积物空隙率；

(7)基于(2)～(6)获取的数据求解WCCM-CSTM，其中，w_s的表达式根据(2)中实测悬浮泥沙浓度和悬浮泥沙沉降速率拟合获取。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(1)中，采集的沉积物柱取表层1cm的样品中的部分测定中值粒径、新鲜沉积物密度、含水率，其余部分用于泥沙静态沉降实验，以确定悬浮物沉降速率。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述湖床悬浮泥沙通量J₀根据泥沙沉积通量D和泥沙再悬浮通量E计算：

J₀＝E-D。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，泥沙沉积通量D和泥沙再悬浮通量E的数值基于悬浮泥沙沉降速率w_s、原位观测点获取的悬浮泥沙浓度、风致水动力参数获取。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制方程求解时，对流相关项采用迎风差分格式求解，扩散相关项采用中心差分格式求解，垂直扩散项采用交替方向隐式差分格式求解。

6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述方程求解时，使用步骤(3)获取的数据集计算湖泊临界侵蚀切应力τ_ce的空间分布，作为求解使用的数据，所述湖泊临界侵蚀切应力τ_ce的空间分布的计算方式为：

假设τ_ce通过新鲜沉积物密度ρ_sd、中值粒径d₅₀确定，即τ_ce＝f(ρ_sd,d₅₀)；

对原位观测点的τ_ce数值使用原位观测数据曲线拟合校准，代入上式以获取τ_ce的表达式；

将步骤(3)获取的数据集代入τ_ce的表达式，获取全湖τ_ce的空间分布。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述(7)中，w_s拟合公式采用Logitic函数形式。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，模型求解时，使用低参考侵蚀率值和高泥沙侵蚀系数值以描述高浊度事件中悬浮泥沙浓度的急剧增加；其中，参考侵蚀率值和泥沙侵蚀系数值通过(4)中原位观测过程获取。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，基于实测数据和/或遥感反演数据对模型计算数据进行验证。