[发明专利]一种基于数学模型的施密特稳定性计算方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于数学模型的施密特稳定性计算方法及系统，将研究区域划分为n个计算网格单元；设置水动力模型初始条件、水动力模型边界条件和水动力参数，利用水动力模型计算得到所有网格单元的水动力数据；设置温度模型初始条件、温度模型边界条件和温度参数，根据水动力数据以及设置的温度模型初始条件、温度模型边界条件和温度参数利用温度模型计算得到所有网格单元的温度数据；将目标湖泊或水库纵向分为m层；根据水动力数据和温度数据得出该湖泊或者水库的水温在不同空间和时间的分布；计算湖泊或者水库在不同计算网格和不同时间的施密特稳定性。优点：提高湖库分区域的计算精度，为研究水库其余水环境现象、治理水生态问题奠定基础。

技术领域

本发明涉及一种基于数学模型的施密特稳定性计算方法及系统，属于水环境模拟与预测技术领域。

背景技术

水温是湖泊或水库重要的水质因子，一方面会影响水体理化性质，进而通过物理化学过程影响其它水质指标；另一方面也会对水库及下游河段的生态环境产生重要影响。水库蓄水较深时，坝前垂向水温出现分层现象，表层和深层水温存在季节性差异，所以准确地模拟水库水温，分析水温分层规律是分析研究水库其余水环境现象、治理水生态问题的基础。

施密特稳定性是被广泛应用于分析温度分层稳定性的计算方法，然而传统全湖(库)施密特稳定性的计算依赖于定点野外监测实验采集的数据，通常关注的重点均为坝前水温，在时间和空间上有其局限性，不能科学合理地计算全湖(库)温度分层稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于数学模型的施密特稳定性计算方法及系统，弥补野外监测时间和空间的不足，更加科学合理地计算全湖(库)温度分层稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于数学模型的施密特稳定性计算方法，包括：

基于目标湖泊或者水库的地理位置及经纬度坐标确定研究区域，将研究区域划分为n个计算网格单元；

基于目标湖泊或者水库的水文数据，设置水动力模型初始条件、水动力模型边界条件和水动力参数，利用水动力模型计算得到所有网格单元的水动力数据；

基于目标湖泊或者水库的气象数据，设置温度模型初始条件、温度模型边界条件和温度参数，根据水动力数据以及设置的温度模型初始条件、温度模型边界条件和温度参数利用温度模型计算得到所有网格单元的温度数据；

基于目标湖泊或者水库的实际水深，将目标湖泊或水库纵向分为m层；

根据水动力数据和温度数据得出该湖泊或者水库的水温在不同空间和时间的分布；

基于该湖泊或者水库的水温在不同空间和时间的分布计算湖泊或者水库在不同计算网格和不同时间的施密特稳定性。

进一步的，所述水动力模块初始条件包括水下地形、初始水深和初始水面高程；所述水动力模块边界条件包括入湖泊或者水库流量和出湖泊或者水库流量或水位；所述水动力参数包括湖泊或者水库底床糙率系数。

进一步的，所述温度模块初始条件包括初始水温；所述温度模块边界条件包括气象边界、风边界和水温边界；所述温度参数包括光衰减系数和底床温度扩散系数。

进一步的，所述坐标系为SIG坐标系或者SGZ坐标系。

进一步的，还包括：

对湖泊或水库的水动力和温度进行水动力参数和温度参数进行率定和验证，使得模型计算值和实际值的水位绝对误差不超过10厘米，温度误差不超过10％。

进一步的，所述坐标为SGZ坐标系，不同计算网格和不同时间的施密特稳定性，表示为：