[发明专利]一种基于干旱缺水河流生态修复的水动力学模拟方法

摘要

一种基于干旱缺水河流生态修复的水动力学模拟方法，属于河道生态修复技术领域，其特征在于：对于现状河道，采用二维水动力学模型计算流速分布，以确定河道主流线和流势；对于生态工程初步设计完成后的河道，采用一维水动力学模型求解水面沿河道变化的特征，以保证防洪安全；采用二维水动力学模型计算流速分布，以确定河道主流线和流势；对于生态修复后的河道采用水质模型计算COD和氨氮两种污染物的沿程分布。本发明把不同维数的数学模型结合起来，在生态修复的不同阶段，采用不同的模型，既保证模型预测精度，又保证了计算速度的提高，同时又综合考虑了重要污染物的浓度分布和变化，解决了精度和速度的矛盾。

主权项

1.一种基于干旱缺水河流生态修复的水动力学模拟方法，其特征在于，是在计算机中依次按以下步骤实现的：步骤(1) 计算机首先判断输入的河道状态信号：现状河道、生态工程初步设计完成后的河道、或生态修复后的河道；对于现状河道，执行步骤(3)；对于生态工程初步设计完成后的河道，执行步骤(2)(3)；对于生态修复后的河道，执行步骤(4)；步骤(2) 对于生态工程初步设计完成后的河道，按下式计在时刻t下，按下列联立方程组计算河道水位Z沿距离x的变化情况∂A∂t+∂Q∂x=0]]>∂Q∂t+∂∂x(Q2A)+gA∂Z∂x+gQ|Q|C2AR=0]]>A为过水面积，是流量Q和水位Z的函数；Q为流量，未知量；t为时间；x为沿程距离；g为重力加速度；Z为水位，未知量；是水力半径，湿周χ可根据水位Z可以求出；为谢才阻力系数，n为糙率系数，根据在河道中的不同的位置分区给出；步骤(3) 对于现状河道或生态工程初步设计完成后的河道，解下述联立方程组∂h∂t+∂uh∂x+∂vh∂y=0]]>∂u∂t+u∂u∂x+v∂h∂y+g∂h∂x+guu2+v2C2=vt(∂2u∂x2+∂2u∂y2)]]>∂v∂t+u∂v∂x+v∂v∂y+g∂h∂y+gvhu2+v2C2=vt(∂2v∂x2+∂2v∂y2)]]>h为水深，未知量；g为重力加速度；为谢才阻力系数，n为粗糙系数，根据在河道中的不同的位置分区给出；v_t为x、y方向紊动粘性系数，取为0.002；u、v分别表示x、y方向水流运动速度，未知量；步骤(4) 对于生态修复后的河道，设定再生水的流量和浓度，排入口的位置和河道中的流量按下式计算COD和氨氮两种污染物的沿程分布∂∂t(AS)=∂∂x(AE∂S∂x)-∂(QS)∂x+AdSdt+Su]]>S是河道中污染物浓度，表示COD或者氨氮的浓度，未知量；E是纵向离散系数，采用费希尔公式E=0.011u²B²/hu_*计算，u为断面平均流速，B为水面宽度，h为断面水深，u_*为摩阻流速；是生化反应项：对于COD：，K_c为COD衰减系数，取0.08；对于氨氮：，K_N为氨氮衰减系数，取0.1；S_u是源、汇项，根据入汇再生水的流量和浓度确定。