CN107423550A - 一种河流水环境质量模拟预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种河流水环境质量模拟预测方法，整体步骤如下：测量河段的长度、宽度、水深、水温以及河段入流、河段出流、选择节点处的流量、COD、BOD、DO；首先根据河段上游以及节点处的流量计算河段入流的流量，再根据所得流量计算河段入流的COD、BOD、DO；根据所得河段入流处的水质参数计算河段出流的流量、COD、BOD、DO；求取河段入流以及出流处水质参数的平均值，即可得到该河段内的整体水质参数；根据得到的水质参数，对河流水环境质量的变化趋势进行模拟预测。本发明根据物质守恒和能量守恒原理，通过流体力学中的连续方程、运动方程、能量方程推导出了污染物在水体中的分布和运行规律，可用于河流水环境质量模拟预测。

Description

一种河流水环境质量模拟预测方法

技术领域

本发明涉及一种预测方法，尤其涉及一种河流水环境质量模拟预测方法，属于环境监测技术领域。

背景技术

在现今的国情下，河流水环境管理是我国环境管理的难点之一，全国各地普遍采用以监测数据为基础进行统计识别的方法来判断河流水环境质量情况，而监测能力不足、点位覆盖不够、监测指标与公众感受不一致等一系列问题，极大的制约了河流水环境管理的工作，也导致了要预测预警河流水环境的质量变化具有较高的难度。因此，亟需一种能够结合环保部门实际情况，对河流水质的变化趋势进行模拟预测，能够实现对突发的水环境污染事件、水体质量恶化问题带来的影响范围进行评估预警的新方法。

发明内容

为了解决上述技术所存在的不足之处，本发明提供了一种河流水环境质量模拟预测方法。

为了解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：一种河流水环境质量模拟预测方法，其具体步骤如下：

将河流分为若干个河段，选取河段i-j，分别测量河段i-j的长度、宽度、水深、水温；将河段i-j的长度、宽度、水深、水温分别标记为L_i-j、B_i-j、h_i-j、T；

将河段i-j的入流处、出流处、选取节点的流量分别标记为Q0_i-j、Q1_i-j、Qp_i，则河段入流处的流量计算方法如公式Ⅰ所示；

其中，k为河段i-j上游的河流段数，Q1_k-i表示河段k-i出流处的流量；

将选取节点的化学需氧量、氨氮需氧量、溶解氧分别表示为Cp_ia、Cp_ib、Cp_ic，则河段入流处的化学需氧量C0_i-ja、氨氮需氧量C0_i-jb、溶解氧C0_i-jc分别按照以下公式进行计算：

其中，C1_k-ia为河段k-i出流处的化学需氧量；C1_k-ib为河段k-i出流处的氨氮需氧量；C1_k-ic为河段k-i出流处的溶解氧；

在忽略河段水流蒸发量的情况下，假设河段的平均流量与河段入流处、河段出流处的流量均相等，即Q_i-j＝Q1_i-j＝Q0_i-j，则河段i-j的流速u_i-j表示为：

将运算所得的C0_i-ja、C0_i-jb、C0_i-jc分别代入公式Ⅵ、公式Ⅶ、公式Ⅸ，计算河段出流处的化学需氧量C1_i-ja、氨氮需氧量C1_i-jb、溶解氧C1_i-jc；

其中，K_a、K_b、K_c分别为COD降解系数、BOD降解系数、复氧系数；Ka、Kb为常数，公式Ⅸ的C_s由公式Ⅷ计算得出：

根据上述计算，若溶解氧的溶度出现负值，则记为0；

将河段入流、河段出流处的化学需氧量、氨氮需氧量、溶解氧分别代入公式Ⅹ、公式Ⅺ、公式Ⅻ中，得到河段i-j的平均化学需氧量C_i-ja、平均氨氮需氧量C_i-jb、平均溶解氧C_i-jc；

根据得到的水质参数，对河流水环境质量的变化趋势进行模拟预测。

本发明根据物质守恒和能量守恒原理，通过流体力学中的连续方程、运动方程、能量方程推导出了污染物在水体中的分布和运行规律，在结合河流水流域周边的污染源点位及环境情况信息的基础下，能够计算企业排放超标倍数及污染扩散情况，辅助污染隐患预警，可用于支撑环境管理指挥决策。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的具体步骤如下：

将河流分为若干个河段，选取河段i-j，分别测量河段i-j的长度、宽度、水深、水温；将河段i-j的长度、宽度、水深、水温分别标记为L_i-j、B_i-j、h_i-j、T；

将河段i-j的入流处、出流处、选取节点的流量分别标记为Q0_i-j、Q1_i-j、Qp_i，则河段入流处的流量计算方法如公式Ⅰ所示；

其中，k为河段i-j上游的河流段数，Q1_k-i表示河段k-i出流处的流量；

将选取节点的化学需氧量(COD，指在一定的条件下采用一定的强氧化剂处理水样时所消耗的氧化剂量；COD越大，说明水体受有机物的污染越严重)、氨氮需氧量(BOD，指在有氧的条件下，由于微生物的作用，水中能分解的氨氮有机物完全氧化分解时所消耗氧的量)、溶解氧(DO，溶解于水中的游离氧；当水体受到有机物污染时，由于氧化污染物质需要消耗氧，使水中所含的溶解氧逐渐减少，污染严重时，溶解氧会接近于零)分别表示为Cp_ia、Cp_ib、Cp_ic，则河段入流处的化学需氧量C0_i-ja、氨氮需氧量C0_i-jb、溶解氧C0_i-jc分别按照以下公式进行计算：

其中，C1_k-ia为河段k-i出流处的化学需氧量；C1_k-ib为河段k-i出流处的氨氮需氧量；C1_k-ic为河段k-i出流处的溶解氧；

在忽略河段水流蒸发量的情况下，假设河段的平均流量与河段入流处、河段出流处的流量均相等，即Q_i-j＝Q1_i-j＝Q0_i-j，则河段i-j的流速u_i-j表示为：

将运算所得的C0_i-ja、C0_i-jb、C0_i-jc分别代入公式Ⅵ、公式Ⅶ、公式Ⅸ中，计算河段出流处的化学需氧量C1_i-ja、氨氮需氧量C1_i-jb、溶解氧C1_i-jc；

其中，K_a、K_b、K_c分别为COD降解系数、BOD降解系数、复氧系数；Ka、Kb可看做为常数，而K_c受流量、水深的影响较大，用公式进行计算；公式Ⅸ的C_s由公式Ⅷ计算得出：

根据上述计算，若溶解氧的溶度出现负值，则记为0；

将河段入流、河段出流处的化学需氧量、氨氮需氧量、溶解氧分别代入公式Ⅹ、公式Ⅺ、公式Ⅻ中，得到河段i-j的平均化学需氧量C_i-ja、平均氨氮需氧量C_i-jb、平均溶解氧C_i-jc；

根据得到的水质参数，对河流水环境质量的变化趋势进行模拟预测。

本发明根据物质守恒和能量守恒原理,利用数学的语言和方法描述建立了参加水循环的水体中水质组分所发生的物理、化学、生物化学、生态学等诸方面的变化、内在规律和相互关系的数学模型，可以对环境污染物在水中的运动和迁移转化规律进行有效评估，从而及时掌握河流沿岸的重点废水污染源的污染物排放规律，使执法部门及早对水源的环境状况进行控制，保证河流水的水环境质量。

上述实施方式并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的技术方案范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也均属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种河流水环境质量模拟预测方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

将河流分为若干个河段，选取河段i-j，分别测量河段i-j的长度、宽度、水深、水温；将河段i-j的长度、宽度、水深、水温分别标记为L_i-j、B_i-j、h_i-j、T；

将河段i-j的入流处、出流处、选取节点的流量分别标记为Q0_i-j、Q1_i-j、Qp_i，则河段入流处的流量计算方法如公式Ⅰ所示；

其中，k为河段i-j上游的河流段数，Q1_k-i表示河段k-i出流处的流量；

将选取节点的化学需氧量、氨氮需氧量、溶解氧分别表示为Cp_ia、Cp_ib、Cp_ic，则河段入流处的化学需氧量C0_i-ja、氨氮需氧量C0_i-jb、溶解氧C0_i-jc分别按照以下公式进行计算：

其中，C1_k-ia为河段k-i出流处的化学需氧量；C1_k-ib为河段k-i出流处的氨氮需氧量；C1_k-ic为河段k-i出流处的溶解氧；

在忽略河段水流蒸发量的情况下，假设河段的平均流量与河段入流处、河段出流处的流量均相等，即Q_i-j＝Q1_i-j＝Q0_i-j，则河段i-j的流速u_i-j表示为：

将运算所得的C0_i-ja、C0_i-jb、C0_i-jc分别代入公式Ⅵ、公式Ⅶ、公式Ⅸ，计算河段出流处的化学需氧量C1_i-ja、氨氮需氧量C1_i-jb、溶解氧C1_i-jc；

其中，K_a、K_b、K_c分别为COD降解系数、BOD降解系数、复氧系数；Ka、Kb为常数，公式Ⅸ的C_s由公式Ⅷ计算得出：

根据上述计算，若溶解氧的溶度出现负值，则记为0；

将河段入流、河段出流处的化学需氧量、氨氮需氧量、溶解氧分别代入公式Ⅹ、公式Ⅺ、公式Ⅻ中，得到河段i-j的平均化学需氧量C_i-ja、平均氨氮需氧量C_i-jb、平均溶解氧C_i-jc；

根据得到的水质参数，对河流水环境质量的变化趋势进行模拟预测。