CN110322140A - 一种基于mike21的感潮河段水环境容量计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于MIKE21的感潮河段水环境容量计算方法，通过MIKE21水环境数学模型的前期计算，得出每个排污口对每个控制断面的贡献度系数，从而将水环境容量计算演变成线性规划问题的求解，采用单纯形法即可计算出感潮河段的水环境容量。以解决现有方法计算量大，且计算结果不唯一，受人为主观因素影响较大等问题。涉及感潮河段水环境容量及限制排污总量控制等环境管理领域，可广泛应用于受潮汐作用的双向流水体环境容量的计算，甚至可应用于海域水环境容量计算。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于MIKE21的感潮河段水环境容量计算方法，属于感潮河段水环境容量及限制排污总量控制等环境管理领域。
背景技术
单向河流一般是采用一维水质模型计算其水环境容量，将天然河道概化成顺直河道，将非稳态水流简化为稳态水流，认为支流汇入主流即达到完全混合状态，认为污染物浓度在断面横向方向上变化不大，对横向和垂向的污染物浓度梯度予以忽略，将沿河排污口进行概化，在确定模型参数取值后，由河道一维水质模型计算出水环境容量。双向流的流态与单向流有很大不同，其一维水质计算模型不适用于双向流水体，现有感潮河段水环境容量计算方法多为试算法，即通过建立和调校能反映河段“污染源～水质动态响应关系”的水质数学模型，然后根据环境功能分区设定一系列控制点的水质目标，对水质模型进行反解，从而可得出满足水质目标的允许排放量。该方法计算量大，且计算结果不唯一，受人为主观因素影响较大。
发明内容
本发明提供一种基于MIKE21的感潮河段水环境容量计算方法，以解决现有方法计算量大，且计算结果不唯一，受人为主观因素影响较大等问题。
为解决上述问题，拟采用这样一种基于MIKE21的感潮河段水环境容量计算方法，具体如下：
①前期基础资料收集及现场调研，对感潮河段周边建设项目进行全面调查，了解现状河段取退水情况，了解所有支流的水质情况，了解感潮河段排污口水质、排放量、排放方式情况，水闸按排污口进行考虑，另外需收集水下地形数据，及相关水位站和水文站的水位、流量数据；
②对感潮河段进行控制断面选取，以水质目标为主要控制参数来划分不同控制单元；
③制定现场水文水质采样方案，在感潮河段选取合适断面对水量、水位、流速、流向、水质参数进行逐时同步现状监测；
④对监测数据进行分析和整理，并对MIKE21水动力、水质参数进行率定与验证；
⑤选取合适水动力、水质边界进行感潮河段背景浓度计算，同时计算各排污口对各控制断面的贡献度系数；
⑥采样线性规划的单纯形法计算出感潮河段水环境容量。
上述步骤⑤的计算方法为
目标函数：
约束条件：
xj≥O(j＝1，…，n) (3)
式中，i为水质控制点编号；m为水质控制点数目；j为排污口编号；n为排污口数目；x为负荷量；L为总负荷量，即环境容量；aij为第j个排污口的单位负荷量对第i个水质控制点的污染贡献度系数；cb为水质控制点的污染背景浓度；为水质控制点处的环境标准值。
贡献度系数aij(i＝1，…，m；j＝1，…，n)的求解是以线性规划法求解环境容量的关键，也是工作量最大的部分，根据定义，假想在一个排污口给1个单位负荷量，即xj＝1，而其它排污口无负荷量排出，即xk＝0(k＝1，…，n；k≠j)，然后用二维水质模型计算出在这种情况下的浓度分布，确定出m个水质控制点的浓度值，即为aij(i＝1，…，m)，改变排污口，重复以上步骤，就可以求出每个排污口的aij，在以上所有计算中，均不考虑背景浓度。
与现有技术相比，本发明基于MIKE21水环境数学模型可较好地模拟出双向流水体中的水动力、水质因子随潮汐涨退的变化情况，由MIKE21模型计算出各排污口对各水质控制断面的污染贡献度系数，及水体背景浓度，从而将水环境容量的计算转化为线性规划矩阵的求解，采用单纯形法计算出该矩阵的最优解，即为感潮河段最大水环境容量。此方法避免人为主观因素对模型输入条件的干扰，同时避免了模型反演试算法的大尺度工作量。可较好的适用于感潮河段、潮汐河口、甚至是海湾水环境容量的计算。
附图说明
图1是本发明的技术线路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
参照图1，本实施例提供一种基于MIKE21的感潮河段水环境容量计算方法，具体如下：
①前期基础资料收集及现场调研，对感潮河段周边建设项目进行全面调查，了解现状河段取退水情况，了解所有支流的水质情况，了解感潮河段排污口水质、排放量、排放方式情况，水闸按排污口进行考虑，另外需收集水下地形数据，及相关水位站和水文站的水位、流量数据；
②对感潮河段进行控制断面选取，以水质目标为主要控制参数来划分不同控制单元；
③制定现场水文水质采样方案，在感潮河段选取合适断面对水量、水位、流速、流向、水质参数进行逐时同步现状监测；
④对监测数据进行分析和整理，并对MIKE21水动力、水质参数进行率定与验证；
⑤选取合适水动力、水质边界进行感潮河段背景浓度计算，同时计算各排污口对各控制断面的贡献度系数；
⑥采样线性规划的单纯形法计算出感潮河段水环境容量。
步骤⑤的计算方法为
目标函数：
约束条件：
xj≥0(j＝1，…，n) (3)
式中，i为水质控制点编号；m为水质控制点数目；j为排污口编号；n为排污口数目；x为负荷量；L为总负荷量，即环境容量；aij为第j个排污口的单位负荷量对第i个水质控制点的污染贡献度系数；cb为水质控制点的污染背景浓度；为水质控制点处的环境标准值。
贡献度系数aij(i＝1，…，m；j＝1，…，n)的求解是以线性规划法求解环境容量的关键，也是工作量最大的部分，根据定义，假想在一个排污口给1个单位负荷量，即xj＝1，而其它排污口无负荷量排出，即xk＝0(k＝1，…，n；k≠j)，然后用二维水质模型计算出在这种情况下的浓度分布，确定出m个水质控制点的浓度值，即为aij(i＝1，…，m)，改变排污口，重复以上步骤，就可以求出每个排污口的aij，在以上所有计算中，均不考虑背景浓度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于MIKE21的感潮河段水环境容量计算方法，其特征在于，具体如下：
①前期基础资料收集及现场调研，对感潮河段周边建设项目进行全面调查，了解现状河段取退水情况，了解所有支流的水质情况，了解感潮河段排污口水质、排放量、排放方式情况，水闸按排污口进行考虑，另外需收集水下地形数据，及相关水位站和水文站的水位、流量数据；
②对感潮河段进行控制断面选取，以水质目标为主要控制参数来划分不同控制单元；
③制定现场水文水质采样方案，在感潮河段选取合适断面对水量、水位、流速、流向、水质参数进行逐时同步现状监测；
④对监测数据进行分析和整理，并对MIKE21水动力、水质参数进行率定与验证；
⑤选取合适水动力、水质边界进行感潮河段背景浓度计算，同时计算各排污口对各控制断面的贡献度系数；
⑥采样线性规划的单纯形法计算出感潮河段水环境容量。
2.根据权利要求1所述一种基于MIKE21的感潮河段水环境容量计算方法，其特征在于，上述步骤⑤的计算方法为：
目标函数：
约束条件：
xj≥0(j＝1，…，n) (3)
式中，i为水质控制点编号；m为水质控制点数目；j为排污口编号；n为排污口数目；x为负荷量；L为总负荷量，即环境容量；aij为第j个排污口的单位负荷量对第i个水质控制点的污染贡献度系数；cb为水质控制点的污染背景浓度；为水质控制点处的环境标准值。
根据定义，假想在一个排污口给1个单位负荷量，即xj＝1，而其它排污口无负荷量排出，即xk＝0(k＝1，…，n；k≠j)，然后用二维水质模型计算出在这种情况下的浓度分布，确定出m个水质控制点的浓度值，即为aij(i＝1，…，m)，改变排污口，重复以上步骤，求出每个排污口的aij。
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|---|---|---|---|---|
| CN111539158A (zh) * | 2020-03-31 | 2020-08-14 | 安徽国祯环保节能科技股份有限公司 | 一种水体的最大污染负荷分配方法及系统 |
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