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专利号: 2020103261583
申请人: 中国地质大学(武汉)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于水质模型的河网区水质断面污染贡献率核算方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1、根据河网区的水流方向以及水质断面和污染源之间的上下游关系建立水质断面与污染源清单之间的空间关系,确定能够影响到水质断面的备选污染源,从而构建影响各水质断面的备选污染源清单;

S2、根据河网区的特征建立河网水动力水质模型,并对所述河网水动力水质模型进行验证率定;

S3、根据所述备选污染源清单,将污染源相关数据作为河网水动力水质模型的输入条件,模拟各控制污染物沿河段距离动态变化的浓度值;

S4、根据备选污染源清单,明确影响目标水质断面的污染源集合,基于排除法,在河网水动力水质模型中设定污染源全排和依次停排的情况,模拟得到不同情况下控制污染物的浓度及目标水质断面的水流量,进一步计算每个备选污染源对目标水质断面的贡献率,并根据贡献率大小进行排序,从而确定水质断面的主要污染源;

所述步骤S4中计算每个备选污染源对目标水质断面的贡献率的具体过程为:

模拟污染源全部排放时,向河网水动力水质模型中输入所有污染源的数据,由此得到所有污染源的各主要控制污染物在目标水质断面处的浓度模拟值,以及目标水质断面处的水流量模拟值;模拟污染源依次停排时,不向河网水动力水质模型中输入被停排的污染源的相关数据,由此得到未被停排的污染源的各主要控制污染物在目标水质断面处的浓度模拟值,以及此时目标水质断面处的水流量模拟值;多次进行上述模拟试验,最后计算污染源对于水质断面的贡献率:式中,pi表示被停排的污染源i对目标水质断面的贡献率,i表示被停排的污染源的编号,t表示按时间进行的试验次数,C0t表示第t次试验时污染源全排的情况下所有污染源的主要控制污染物在目标水质断面处的浓度之和,Q0t表示第t次试验时污染源全排的情况下目标水质断面处的水流量,Cst表示第t次试验时关停污染源i的情况下未被停排的污染源的主要控制污染物在目标水质断面处的浓度之和;Qst表示第t次试验时关停污染源i的情况下目标水质断面处的水流量;

所述步骤S1的具体地过程为:

S11、根据河流方向,将河流重要干流支流进行概化,确定干流、一级支流和二级支流,并以水力学特征为基础,在污染源排放口下游污水与河水基本混匀处以及特殊要求地区的河段上设置水质断面,以水质断面、支流汇入干流口和特殊要求地区为节点,对河段进行划分并排序;

S12、确定河网区所属的水质控制功能区,明确各水质断面的水质控制目标,并将所述水质控制目标作为水质评价指标,确定各水质断面的控制污染物,构建包含水质断面所处河段序号、距离河段起始点的距离、控制污染物类型的水质断面清单;

S13、基于实测统计数据,考虑点源和非点源污染源,根据污染源对水质断面的影响大小,筛除部分污染源,并将相邻密集的点源污染源概化为集中的污染源,非点源污染源则记录下所影响河段的起始点与终点距离河段上边界断面的位置,参照由水质控制目标所确定的各水质断面的控制污染物,构建包含污染源所处河段序号、污染源类型、控制污染物的排放浓度、排放流量、排放口距离河段上边界的距离、属于出流还是入流污染源的污染源排放清单;

S14、比对所述水质断面清单与所述污染源清单中所记录的水质断面和污染源所处河段及距离,确定污染源排污口和水质断面之间的上下游关系,确定每个水质断面的备选污染源,构建水质断面的备选污染源清单;

所述步骤S2的具体过程为:

根据所要研究的河网区的特征,选用合适的水质模型,将水质断面概化成底坡水平、断面矩形或梯形的简单几何形状,通过对实测水质断面的水深与过水面积关系进行回归分析,得到概化断面的下底宽和边坡系数,使得概化后的水质断面与实测水质断面保持一致的水位关系;

确定河段的河道坡度、河段水力参数、河段水质参数、流域水文资料、河道上游、下游边界条件和初始条件、断面节点的情况、流域气象数据以及水质监测站点所测污染物数据,按照所选用的水质模型的操作规则,将数据输入模型中,选择合适的计算步长进行计算,将所模拟的结果数据与水质监测站点的数据曲线进行比较,分析相对误差,若所述相对误差在允许范围之内,则说明建模成功,否则,根据实测数据修改模型参数,重新验证,进而得到适用于所要研究的河网区的水质模型;

所述河段水力参数根据河段河道实际情况,选择性使用水力特征值的计算方法;所述河段水质参数根据河网区所处环境、污染物及污染物变化程度,通过实测统计数据或经验公式法获得河段的沉降、水解速率;

所述步骤S3中,所述污染源相关数据包括每个污染源的流量、主要控制污染物的浓度、所处河段序号以及距离河段上边界距离。