[发明专利]一种平原感潮河网区纳污能力计算方法

权利要求书

1.一种平原感潮河网区纳污能力计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.收集水文资料、水质资料、入河排污口资料、河道断面地形数据；

S2.根据流域或区域规划要求，以规划管理目标所确定的污染物作为计算河段纳污能力的污染物；

S3.确定设计边界，上游边界采用90％保证率最枯月平均流量或近十年最枯月平均流量作为设计流量，下边界以多年平均潮位作为设计潮位过程；

S4.构建大型感潮网河区的纳污能力计算数学模型，包括建立网河区一维水动力模型和建立网河区一维水质模型；建立网河区一维水动力模型具体包括以下步骤：

S411.基于一维圣维南方程组，建立网河区一维水动力水质模型，河道水动力模型的控制方程如下：

连续方程

动量方程

式中，Z为断面水位；Q为流量；A为河道过水面积；g为重力加速度；B为过水宽度；q为旁侧入流流量；R为水力半径；c为谢才Chezy系数；x、t是位置和时间坐标；

S412.将步骤S411采用四点加权Preissmann隐式差分格式，得到任意函数F及其偏导数的离散形式为：

式中，θ为加权系数，取0.5-1.0；

S413.将步骤S412的函数F转化为步骤S411的连续方程，可得到连续方程的差分方程如下：

假设时段初的变量均为已知，整理得：

其中，

同时，S411的动力方程如下：

其中：

由曼宁公式则

为书写方便，忽略上标n+1，可把式(5)和(7)的任一微段差分方程写为：

其中C_j、D_j、E_j、F_j、G_j、均由初值计算，所以方程组为常系数线性方程组；对一条有m-1个微段的河道，有2(m-1+1)个未知量，可以列出2(m-1)个方程，加上河道两端的边界条件，形成封闭的代数方程组：

S414.建立外河道的追赶方程

上边界为流量边界条件，追赶方程为：

Q₁＝P₁-V₁Z₁ P₁＝Q₁(t)，V₁＝0

其中：

下边界为水位，即Z_m已知，末断面流量Q_m＝P_m-V_mZ_m，用Z_m回代到方程组(11)，按j＝m-1,m-2,……,1的顺序求出微段断面的流量Q_j及水位Z_j，当j＝1时，求出Q₂、Z₁，而Q₁为已知的上边界；

S415.建立内河道的追赶方程；以内节点水位为基本未知量，利用追赶方程，用逆推法j＝m-1,m-2,……,1、顺推法j＝2,3,……,m得到各河道各断面的流量用首、末断面水位表示的两个表达式；根据stoker条件，首、末断面的水位即与之相连节点的水位，再由水量平衡公式，得到节点水位平衡方程，由此得到各节点水位方程构成的方程组，从而求得内节点的水位，再求得河道首、末断面流量；回代到各微段方程，可求得各计算断面水位与流量；

S5.将S1步骤收集的数据代入纳污能力计算模型后，计算获得各水功能区的纳污能力；

其中，所述的网河区一维水质模型的控制方程的计算方法为利用四点加权Preissmann隐式差分格式离散圣维南方程组的连续方程和动量方程，再运用网河“三级联合解法”进行求解。

2.根据权利要求1所述的一种平原感潮河网区纳污能力计算方法，其特征在于，所述的网河区一维水质模型的控制方程的求解方法包括：将河道方程用隐式差分迎风格式将微分方程离散，得到线性隐式差分方程组；对河道两端的水流方向的不同组合存在4种流态分别进行求解，其中，4种流态为：顺流向的流动、逆流向的流动、河道两端向中间的流动、河道中间任意河段向两端的流动；最后，对河道节点的浓度方程进行求解。

3.根据权利要求2所述的一种平原感潮河网区纳污能力计算方法，其特征在于，所述的水文资料包括河段流量、入海口潮位；所述的水质资料包括计算和段内各水功能区的水质现状、水质目标；所述的入河排污口资料包括计算河段内入河排污口分布、排放量、污染物浓度、排放方式、排放规律；所述的河道断面地形数据包括计算河段的横断面和纵剖面数据。