[发明专利]一种基于马斯京根法的汇污模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于马斯京根法的汇污模拟方法，包括步骤(1)收集河道断面流量数据、初始时刻首断面浓度，设置马斯京根法中各项参数；(2)对一维水质模型基本方程以马斯京根法离散得到离散方程；(3)求解所述离散方程得到河道各时段、各断面的流量；(4)根据流量计算各时段、各断面的面积，以及所述离散方程中各项参数；(5)将马斯京根法中各项参数回代入所述离散方程中，求解污染物浓度随时间在河道中的迁移转化过程。本方法减少了污染物迁移转化模拟的资料需求，扩展了马斯京根法的应用范畴。

技术领域

本发明涉及一种水质模拟方法，尤其涉及一种基于马斯京根法的汇污模拟方法。

背景技术

河道中污染物浓度随时间与空间的迁移转化过程通常使用一维水质模型基本方程求解，但是该方法需要大量的水动力数据。而这部分数据则需要通过求解一维圣维南方程组获得，一般需要河道断面资料、边界水位、流量等数据，这部分数据获取难度大，常伴有资料缺失，影响结果精度。同时，求解圣维南偏微分方程组过程繁杂，数据量大，增大了实际工作过程中人工误差的可能性。

马斯京根法是河道洪水演算的水文学方法，不同于求解圣维南方程组，该方法简便易操作，适用于山丘区的汇流模拟，但是该方法只能预报断面流量，无法解决污染物的迁移转化模拟问题。

发明内容

发明目的：针对以上问题，本发明提出一种基于马斯京根法的汇污模拟方法，减少了污染物迁移转化模拟的资料需求，扩展了马斯京根法在水环境模拟的应用范畴。

技术方案：本发明所采用的技术方案是一种基于马斯京根法的汇污模拟方法，包括以下步骤：

(1)收集河道断面流量数据、初始时刻首断面污染物浓度，设置马斯京根法中各项参数；

(2)对一维水质模型基本方程以马斯京根法离散得到离散方程；所述的离散方程为：

其中：

式中，θ为空间项加权系数，变量上标n表示当前时刻值，j为断面号；Δt为时间步长，K为马斯京根经验系数，β，d₁，d₂，d₃，d₄为计算参数，A为断面面积；Q为流量；Δx为断面距离；c为污染物浓度；S为汇项；α为降解系数；q为旁侧单宽入流；c₀为旁侧入流量浓度，K_c＝Δx/u，W为槽蓄量，W＝KQ。

(3)求解所述离散方程得到河道各时段、各断面的流量；求解所述离散方程得到河道各时段、各断面的流量，是将离散方程中的参数β，d₁，d₂，d₃，d₄拆分为不变参数与变量参数两部分之和。将变量参数表示为γ，则拆分后的离散方程为：

其中：

q′＝qΔx

S′_q＝q′C₀

式中，γ为计算参数，S′_q表示为旁侧入流污染物汇流速率，θ为空间项加权系数，变量上标n表示当前时刻值，j为断面号；Δt为时间步长，K为马斯京根经验系数，β，d₁，d₂，d₃，d₄为计算参数，A为断面面积；Q为流量；Δx为断面距离；c为污染物浓度；S为汇项；α为降解系数；q为旁侧单宽入流；c₀为旁侧入流量浓度，K_c＝Δx/u，W为槽蓄量，W＝KQ。