CN111220785A - 一种检测水体水龄的方法 - Google Patents

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董国强
王振龙
章启兵
胡勇
陈小凤
司巧灵
汪亚腾
王敏杰
董涛
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Anhui & Huaihe River Institute Of Hydraulic Research (anhui Water Conservancy Project Quality Inspection Center Station)
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Abstract

本发明涉及一种检测水体水龄的方法，属于水利检测技术领域。本发明通过在水体中布设示踪剂监测装置，并在水体中投放示踪剂，利用示踪技术计算水体的水龄，进而揭示水体水龄的时空分布特征；根据本方法得出的水体水龄的准确性高。

Description

一种检测水体水龄的方法
技术领域
本发明涉及一种检测水体水龄的方法，属于水利检测技术领域。
背景技术
水体微团在空间某点的水龄(water age)定义为该水体微团自进入控制体以来到流经该点所需要的时间。水龄可以较好地反映水体交换的时空异质性，可以作为量化湖泊、河口、海洋污染物传输的时间尺度，也可以用来估算水体的更新周期及自净能力、推理边缘海的水平环流、计算污染物在泻湖与河口系统运输时间等。因此，水龄被广泛用于表征水体交换能力的指标。
现场观测(同位素观测反演水龄)、理论分析(多为解析方法)、数值模拟是水龄研究的三种主要手段。目前现场观测方法虽然是研究水龄的有效手段之一，但不能充分考虑扩散过程的影响。为理解实际情况下，水体水龄的分布机制奠定了坚实的理论基础。但是，现实中的水体动力过程往往是非线性的，地形、水域边界也是不规则的。因此，这些通过理论分析得到的结果与实际情况尚有一定差距。
利用数值模拟(如环境流体动力学模型，EFDC模型)计算水体水龄，已经被应用于河流、水库、湖泊、感潮河段和海湾等领域。但是，数值模拟技术模拟水体水龄的时空分布特征有其局限性。第一，模型的构建需要大量的基础数据，包括水文、气象、地形、地貌、水质等；第二，模型的不确定性，包括模型输入的不确定性、模型参数的不确定性、模型结构的不确定性和自然或认为不可预见的不确定性。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种检测水体水龄的方法，具体技术方案如下：
一种检测水体水龄的方法，包括以下步骤：
步骤一、在水体中布设用来监测示踪剂的示踪剂监测装置；
步骤二、在水体入水口处投放示踪剂；
步骤三、根据示踪剂投放的时间与示踪剂监测装置检测到该示踪剂的时间，计算出布设示踪剂监测装置所在位置的水龄。
作为上述技术方案的改进，所述示踪剂监测装置布设的位置包括在水体水平面的横向、在水体水平面的纵向、在水体水平面的垂向。
作为上述技术方案的改进，在水体入水口处投放示踪剂的时间，记为t0，第i个示踪剂监测装置检测到示踪剂的时间为ti，i＝1，2，3，……，n；n正整数；
第i个示踪剂监测装置位置处水龄的具体计算方法为：
本发明的有益效果：
现有数值模拟技术是计算水体水龄的主要手段之一，但是模型模拟有其不确定性；相对于现有数值模拟方法具有的局限性来说：
本发明通过在水体中布设示踪剂监测装置，并在水体中投放示踪剂，利用示踪技术计算水体的水龄，其计算方法简单，结果误差小，且便于操作。
附图说明
图1为本发明所述检测水体水龄的方法平面示意图；
图2为本发明所述检测水体水龄的方法剖面示意图；
其中，1：水体；2：示踪剂监测装置；3：示踪剂投放点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
所述检测水体水龄的方法包括以下步骤：
步骤一、在水体中布设用来监测示踪剂的示踪剂监测装置；
步骤二、在水体入水口处投放示踪剂；
步骤三、根据示踪剂投放的时间与示踪剂监测装置检测到该示踪剂的时间，计算出布设示踪剂监测装置所在位置的水龄。
其中，所述示踪剂监测装置布设的位置包括在水体水平面的横向、在水体水平面的纵向、在水体水平面的垂向。
在水体入水口处投放示踪剂的时间，记为t0，第i个示踪剂监测装置检测到示踪剂的时间为ti，i＝1，2，3，……，n；n正整数；
第i个示踪剂监测装置位置处水龄的具体计算方法为：
Ti＝ti–t0；其中，Ti为第i个示踪剂监测装置位置处的水龄。
实施例2
可采用稳定性同位素示踪剂(如12C、13C、l5N、18O等)或微量物质示踪剂(如荧光物质、稀土元素、微量离子等)投放到水体中，并记录示踪剂投放的时间t0为：2020-1-1 8:00:00(格式为yyyy-m-d hh:mm:ss),第1个示踪剂监测装置检测到示踪剂的时间为t1为：2020-1-1 8:10:00，第2个示踪剂监测装置检测到示踪剂的时间为t2为：2020-1-1 8:30:00，……，第101个示踪剂监测装置检测到示踪剂的时间为t101为：2020-1-28:00:00，……。故，
T1＝t1–t0＝(2020-1-1 8:10:00)–(2020-1-1 8:00:00)＝10m*60s＝600s(单位：天d，小时h，分钟m，秒s)；
T2＝t2–t0＝(2020-1-1 8:30:00)–(2020-1-1 8:00:00)＝30m；
……
T101＝t101–t0＝(2020-1-2 8:00:00)–(2020-1-1 8:00:00)＝24h；
……
以此类推。
在上述实施例中，本发明采用示踪技术，定量计算了水体的水龄，探讨了水体水龄的时空分布特征，并为研究水体的更新周期、速率及自净能力提供有力的科学依据。
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 (3)

1.一种检测水体水龄的方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、在水体中布设用来监测示踪剂的示踪剂监测装置；
步骤二、在水体入水口处投放示踪剂；
步骤三、根据示踪剂投放的时间与示踪剂监测装置检测到该示踪剂的时间，计算出布设示踪剂监测装置所在位置的水龄。
2.根据权利要求1所述的一种检测水体水龄的方法，其特征在于：所述示踪剂监测装置布设的位置包括在水体水平面的横向、在水体水平面的纵向、在水体水平面的垂向。
3.根据权利要求1所述的一种检测水体水龄的方法，其特征在于：在水体入水口处投放示踪剂的时间，记为t0，第i个示踪剂监测装置检测到示踪剂的时间为ti，i＝1，2，3，……，n；n正整数；
第i个示踪剂监测装置位置处水龄的具体计算方法为：
Ti＝ti–t0；其中，Ti为第i个示踪剂监测装置位置处的水龄。
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