CN112227294B - 热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法，其包括构建紊动影响和密度变化的水动力基本控制方程、水面热交换方程和水质反应方程，构建水动力场、温度场、浓度场“三场”动态溶解氧耦合模型；获取热分层水库的地形数据及历史监测数据；根据地形数据、历史监测数据，采用基于MIKE3软件平台构建的“三场”动态溶解氧耦合模型，对模型进行求解和率定验证，然后计算水库不同水位、调度运行方式及硝酸盐浓度情景下热分层水库溶解氧的时空分布；对比不同情景下溶解氧浓度，选取滞温层溶解氧溶度最高值，将溶解氧溶度最高值对应的水位、调度运行方式及硝酸盐浓度作为热分层水库相应情景的溶解氧调整策略。

Description

热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法

技术领域

本发明涉及水库溶解氧模拟技术，具体涉及一种热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法。

背景技术

溶解氧是水体健康的重要参数，在生物地球化学循环和水生生态系统结构和功能演化中起着至关重要的作用，是反映水生生态系统物理过程和生物地球化学过程变化的敏感指标。随着流域污染负荷的大量增加，深水湖库浮游植物生物量增加、富营养化现象时有发生，热分层期间水体缺氧问题严重，水体缺氧已成为严重的全球性生态环境问题。

水体缺氧会导致鱼类等水生生物死亡、沉积物中大量还原物质释放等问题，释放的硫化氢等气体将导致水体发臭；同时，大量磷、氨氮等内源污染的释放会为藻类等浮游生物的生长提供营养盐，加剧藻类生长，对水生生态系统造成显著不利影响。溶解氧对良好水质和健康生态系统的重要性已经得到了湖库管理者广泛认可，对溶解氧最低浓度的要求已被纳入相关标准。

热分层水库溶解氧演变受水体热分层、混合等物理过程强烈影响，与水体营养盐浓度密切相关，其演变原因、减少程度和影响等问题涉及物理、化学、生物等多个学科，是水动力、热分层、营养盐等多重因素综合影响的结果。由于热分层水库内部能质体系的多样性和复杂性，当前对溶解氧的演化过程和成因尚不完全清楚。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的热分层水库水动力场、温度场、浓度场三场动态溶解氧耦合模型的构建方法能够根据构建的“三场”动态溶解氧耦合模型，寻找到每个情景最佳的构建调整策略。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法，其包括：

S1、根据水动力学的质量守恒、动量守恒和能量守恒，构建包括紊动影响和密度变化的水动力基本控制方程；

S2、根据净短波辐射、水面的净长波辐射、蒸发热损失量和大气和水面的热传导量，构建水面热交换方程；

S3、根据水体化学过程、生物过程和物质沉降过程，构建水质反应方程；水动力基本控制方程、水面热交换方程和水质反应方程构成水动力场、温度场、浓度场“三场”动态溶解氧耦合模型；

S4、获取热分层水库的地形数据，以及水库的历史监测数据，所述地形数据包括水库地形数据和入流断面形态；所述监测数据包括上游边界条件、下游边界条件和气候条件；

S5、根据水库地形和不同水位下的历史监测数据，采用基于MIKE3软件构建的“三场”动态溶解氧耦合模型进行求解和率定验证，计算得到不同水位、调度运行方式及硝酸盐浓度情景下热分层水库溶解氧的时空分布；

S6、对比多个不同情景下溶解氧的时空分布，选取出不同情景下滞温层溶解氧溶度最高值，将溶解氧溶度最高值对应的水位、调度运行方式及硝酸盐浓度作为热分层水库相应情景的溶解氧调整策略。

本发明的有益效果为：本方案构建的“三场”动态溶解氧耦合模型包括水库动力场、温度场和浓度场，充分考虑了溶解氧的补给、消耗和缓冲作用，能够反映“三场”作用下溶解氧的演化特征和变化规律；通过试验验证，本方案构建的“三场”动态溶解氧耦合模型能够准确地再现热分层水库的真实水温溶解氧的结构和变化过程。

通过构建的“三场”动态溶解氧耦合模型结合热分层水库在不同水位、调度运行方式及硝酸盐浓度运行参数，能够准确地得到每种情景下的溶解氧浓度，通过最好的溶解氧浓度，可以找到最佳的调度运行方式及硝酸盐浓度，并以此作为最终的构建调整策略，通过该种方式能够有效地改善热分层水库滞温层溶解氧浓度，以进一步改善热分层水库的水质。

附图说明

图1为热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法的流程图。

图2为潘家口水库地形数据图。

图3为潘家口水库2017年实测水位过程。

图4为潘家口水库2018年实测水位过程。

图5为潘家口水库2017、2018年供水调度下泄流量过程。

图6为潘家口水库2017、2018年抽水蓄能流量过程图。

图7为2017～2018年潘家口水库实测入库水温。

图8为2017～2018年潘家口水库实测入库溶解氧浓度。

图9为2017～2018年潘家口水库实测入库氨氮浓度。

图10为2017～2018年潘家口水库实测入库硝酸盐浓度。

图11为2017年潘家口水库气温日过程。

图12为2018年潘家口水库气温日过程。

图13为2017年潘家口水库湿度日过程。

图14为2018年潘家口水库湿度日过程。

图15为2017年潘家口水库水温模拟结果与实测值的比较。

图16为2018年潘家口水库坝前断面水温实测值和模拟值对比。

图17为2017年潘家口水库溶解氧模拟结果与实测值的比较。

图18为2017年潘家口水库叶绿素a模拟结果与实测值的比较。

图19为2018年潘家口水库坝前断面溶解氧实测值和模拟值对比。

图20为2018年潘家口水库坝前断面氨氮实测值和模拟值对比。

图21为2018年潘家口水库坝前断面硝酸盐实测值和模拟值对比。

图22为2018年潘家口水库坝前断面叶绿素a实测值和模拟值对比。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

参考图1，图1示出了热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法的流程图；如图1所示，该方法S包括步骤S1至步骤S6。

在步骤S1中，根据水动力学的质量守恒、动量守恒和能量守恒，构建包括紊动影响和密度变化的水动力基本控制方程：

其中，t为时间；ρ为水的密度；u_i、u_j分别为x_j、x_j方向的速度分量；c_s为水中声的传播速度；P为压力；Ω_ij为柯氏张量；g_i为重力矢量；v_T为紊动粘性系数；δ_ij为Kronecker函数；k为紊动动能；T为温度；D_T为温度扩散系数；SS为各自的源汇项。

实施时，本方案优选所述水动力基本控制方程中的水动动能采用标准k-ε模型和Smagorinsky公式进行动态计算：

其中，

u、v为水平速度分量；ρ为密度；σ_T为普朗特数；C_1S、C_2S、C_3S、σ_k、σ_s为经验常数；D_S为水平网格间距；C_sm为Smagorinsky常数。

在步骤S2中，根据净短波辐射、水面的净长波辐射、蒸发热损失量和大气和水面的热传导量，构建水面热交换方程：

Δq＝q_lr，net+q_sr，net-q_v-q_c

其中，Δq为水面热交换总量；q_lr,net为净短波辐射；q_lr,net为水面的净长波辐射；q_v为蒸发热损失量；q_c为大气和水面的热传导量。

实施时，本方案优选净短波辐射q_sr,net的计算公式为：

其中，α为反射系数；q_s为每小时平均短波辐射；

水面的净长波辐射q_lr,net的计算公式为：

其中，σ_sb为Stefan Boltzman常数；e_d为露点温度下测量的水汽压；n为日照时数；

为用户定义的清洁系数；

蒸发热损失量q_v的计算公式为：

q_v＝LC_e(a₁+b₁W_2m)(Q_water-Q_air)

其中，L为蒸发潜热系数；C_e为湿度系数；W_2m为水面上2m处的风速；Q_water、Q_air分别为水体表面和大气的水汽密度；a₁和b₁为需要给定的参数；

大气和水面的热传导量q_c的计算公式为：

其中，T_water、T_air分别为水面温度和大气温度；ρ_air为大气密度；C_water、C_air分别为水和大气的比热；C_c为热传导系数；W_10m为水面上空10m处的风速。

在步骤S3中，根据水体化学过程、生物过程和物质沉降过程，构建水质反应方程：

其中，C为物质的浓度；u、v、w分别为x、y、z三个方向的流速；D_x、D_y、D_z分别为x、y、z三个方向的扩散系数；S_c为源汇项；P_c为生化反应项；

采用水动力基本控制方程、水面热交换方程和水质反应方程构成水动力场、温度场、浓度场“三场”动态溶解氧耦合模型。

其中，水质反应模型包括溶解氧平衡、BOD平衡、氮平衡和叶绿素a平衡；溶解氧平衡包括大气复氧、光合作用、呼吸作用、生化需氧量、硝化过程、沉积物需氧量和反硝化过程；

BOD平衡包括悬浮态BOD降解、悬浮态BOD沉降以及沉积物BOD的再悬浮；氮平衡包括氨氮转化、亚硝酸盐转化和硝酸盐转化；叶绿素a表征浮游植物的量，其浓度变化受浮游植物产生、呼吸、死亡和沉降影响。

溶解氧平衡、BOD平衡、氮平衡和叶绿素a平衡相对于的计算公式如下：

(1)溶解氧平衡模拟

溶解氧模拟的主要方程式：溶解氧净变化量＝补给量-消耗量+缓解量；

具体的生化过程包括：

溶解氧净变化量＝大气复氧+光合作用-呼吸作用-硝化反应-生化需氧量-沉积物需氧+反硝化反应+外负荷。

1)大气复氧：大气复氧F_s描述的是水体与大气氧交换过程，仅发生在水体表面，具体计算公式如下：

F_s＝K₁(C_s-DO)

C_S＝14.652+T[-0.41002+T(0.007991-0.000077774T)]

其中，K₁为大气复氧速率，与流速、风速、水深有关；溶解氧为水体溶解氧浓度；W_v为风速；d为水深；V为流速；S为盐度；Cs为饱和溶解氧浓度，与温度有关。

2)光合作用：光合作用产氧量P，与午间最大产氧量P_max(g/(m²·d))、时间、日照长度等有关，主要发生在水库上层真光层；具体计算公式如下：

F₁(d)＝e^-λd

其中，F₁(d)是光消减函数，随水深变化；F(N)为氮营养盐限制函数；τ为计算时刻与午间的相对值；α日照长度；t_日出、t_日落分别为日出、日落时间；λ为光的衰减系数；θ₁为光合作用的温度调整系数。

3)呼吸作用：水生生物的呼吸作用耗氧，该过程与温度有关：

其中，K₂为20℃时水生生物的呼吸耗氧速率，单位为g/(m²·d)；θ₂为呼吸作用的温度调整系数；K_{S_R}为半饱和氧浓度，单位为mg/L。

4)生化需氧量：有机物分解是耗氧过程，具体计算公式如下：

其中，K₃为生化反应速率，单位为d^-1；BOD为水体BOD的浓度；θ₃均为温度调整系数；K_{S_BOD}为BOD降解半饱和氧浓度，单位为mg/L。

5)硝化过程：其是氨氮氧化耗氧过程，分为两步，第一步为氨氮氧化成亚硝酸盐(式2)，第二步为亚硝酸盐氧化成硝酸盐(式3)，具体计算公式为：

其中，Y₁、Y₂为硝化反应中消耗单位质量氨氮和亚硝酸盐的需氧量，为常数，分别为3.42、1.14；K₄、K₅为20℃下硝化反应的速率，单位为d^-1；NH₃为氨氮浓度；NO₂为亚硝酸盐浓度；K_{S_N1}和K_{S_N2}为半饱和氧浓度；θ₄、θ₅为温度调整系数。

6)沉积物需氧量：沉积物需氧过程是沉积物中有机物降解过程的需氧，与溶解氧浓度、温度有关，具体公式如下：

其中，Y₃为单位面积沉积物需氧量，单位为mg/(L·m²)；K_{S_SOB}为SOD降解半饱和氧浓度；θ₆为温度调整系数。

7)反硝化过程：反硝化过程是硝酸盐作为氧化剂氧化有机物的反应过程，为热分层水库溶解氧最主要的缓冲过程之一，具体计算公式为：

其中，Y₄为反硝化反应中消耗单位质量硝酸盐对氧的缓冲量，为常数取值为2.86；K₆为20℃下反硝化反应速率，单位为d^-1；θ₇为反硝化反应的温度调整系数。

(2)BOD平衡模拟：水体中可生物降解的有机物的降解伴随着溶解氧的消耗，这个过程的需氧量(BOD)在平衡模拟中包括悬浮态BOD降解、悬浮态BOD沉降以及沉积物BOD的再悬浮等过程。BOD的降解过程伴随着溶解氧的消耗，BOD的降解量的计算公式详见公式1。

(3)氮平衡模拟

水体溶解氧浓度变化驱动氮转化，氮在水体中存在的主要形式有氨氮、硝酸盐、亚硝酸等无机氮以及有机氮化合物，它们之间可以互相转化。

1)氨氮转化过程：氨氮的平衡包括有机物降解产生氨氮、硝化反应消耗、植物吸收等过程，具体计算公式如下：

氨氮净变化量＝BOD降解产生量-硝化反应消耗量-植物吸收量+沉积物降解产生量

BOD降解产生量＝Y₁·S_BOD

植物吸收量＝UP_p·(P-R)·F(N)

沉积物降解产生量＝Y₁·S_SOD

其中，Y₁为有机物中氮的含量；UP_p为植物吸收的氨氮量，单位为mg N/mg O₂。

2)亚硝酸盐转化过程：亚硝酸盐不稳定，是氮循环的中间产物，其平衡过程主要为氨氮转化产生量和转化成硝酸盐的消耗量，前者的计算公式如下：

3)硝酸盐转化过程

硝酸盐的平衡包括亚硝酸盐转换成硝酸盐的产生量，以及反硝化反应的消耗量，反硝化过程在溶解氧低于4mg/L的条件下发生，具体计算公式如下：

(4)叶绿素a的平衡模拟

模型中用叶绿素a表征浮游植物的量，水体中叶绿素a浓度变化受到浮游植物产生、呼吸、死亡和沉降等过程影响，这些过程伴随溶解氧浓度的变化。

浮游植物沉降与水体密度、流速、湍流强度等密切相关，热分层对水体的垂向密度分布产生影响，水体密度影响浮游植物的垂向沉降速率，因此水库垂向热分层对浮游植物的沉降产生显著影响。

水体密度ρ为具体计算公式为：

ρ＝a₀+a₁T+a₂T²+a₃T³+a₄T⁴+a₅T⁵

其中，T为不同水层处的水温，单位为℃；a₀、a₁、a₂、a₃、a₄、a₅为常数。

浮游植物的垂向沉降速率的具体计算公式为：

其中，v_s为沉降速度，单位为m/s；F_g为颗粒沉降受到的重力，F_b和F_d分别为颗粒沉降过程中向上的浮力和阻力，单位为N；ρ_p为颗粒的密度，单位为kg/m³；ρ_w为水的密度，单位为kg/m³；r_p为颗粒的半径，单位为m；μ为水的绝对黏度，单位为kg/(m·s)；g为重力加速度，单位为m/s²。

因而本方案模拟中叶绿素a的沉降过程考虑热分层对浮游植物沉降的影响，依据理论分析和热分层水库实测水质分析，具体公式如下：

叶绿素a净变化量＝产生量-呼吸消耗量-死亡量-沉降量

叶绿素a产生量：ProductionCHL＝P·K₁₁·K₁₀·F(N，P)

叶绿素a呼吸消耗量：R_CHL＝R·K₁₁·K₁₀

叶绿素a死亡量：DeathCHL＝K₈·CHL

叶绿素a沉降量：

其中，K₁₀为叶绿素a与碳的质量比；K₁₁为初级生产中碳氧质量比；K₈为叶绿素a的死亡速率，单位为d^-1；K₉为叶绿素a的沉降速率，单位为m/d；Y₅为叶绿素a沉降速率调整系数，由垂向温度梯度dT计算得到，dT＜0.1时取值为1，dT＞O.1时取值为10·dT。

在步骤S4中，获取热分层水库地形水库，以及水库的历史监测数据，所述地形数据包括水库地形数据和入流断面形态；所述监测数据包括上游边界条件、下游边界条件和气候条件。

在步骤S5中，根据水库地形和不同情景下的历史监测数据，分别采用MIKE3软件对“三场”动态溶解氧耦合模型进行求解和率定验证，计算得到不同水位、调度运行方式及硝酸盐浓度情景下热分层水库溶解氧的时空分布；实施时，本方案优选对三场动态溶解氧耦合模型进行求解进一步包括：

基于MIKE3软件构建的水动力、水温和ECOlab模块，采用有限差分格式离散三场动态溶解氧耦合模型；

采用交替方向隐式替代法对离散后的三场动态溶解氧耦合模型先逐行/列进行扫描，再逐列/行进行扫描，两次扫描组成一轮迭代；

其中每行/列代数方程组采用三对角矩阵计算式求解。

在步骤S6中，对比多个不同情景下溶解氧的时空分布，选取出不同情景下滞温层溶解氧溶度最高值，将溶解氧溶度最高值对应的水位、调度运行方式及硝酸盐浓度作为热分层水库相应情景的溶解氧调整策略。

在本方案中，不同水位包括高水位、低水位两种工况；调度运行方式包括小水量、大水量下泄两种情景；硝酸盐浓度包括超过水质达标水准和达到水质达标水准两种情景。

其中小水量下泄情景选择近5年下泄水量最小的下泄量；大水量下泄情景选择与近5年下泄水量最大的下泄量。

下面结合潘家口水库对本方案构建的三场动态溶解氧耦合模型得到的数据的准确性进行验证：

潘家口水库的地形数据参考图2，地形数据源自实测数据，范围从坝前到上游64km区段内共有99个实测断面，本次模型构建选取距离坝前64km断面作为入流断面，坝前最低高程153m。模型采用三维矩形网格，计算网格尺寸为100m(纵向)×100m(横向)×2m(垂向)，计算时间步长60秒。

潘家口水库上游边界条件为水位、水温、水质过程，下游边界条件为水库实际调度流量，模型的边界条件均根据2017、2018年实测数据给定。模型上边界的日水位数据如图3和图4所示，模型的下边界根据水库实际运行调度数据设定，2017、2018年水库的常规下泄调度过程如图5所示，2017、2018年水库的抽水蓄能调度过程如图6所示。

潘家口水库来水水温、溶解氧、BOD、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、叶绿素a等数据根据上游乌龙矶断面实测数据给定，该数据为月均过程，逐月过程如图7-图10所示，其中BOD常年低于检出限，亚硝酸盐常年低于0.05mg/L，叶绿素a浓度低于3ug/L。

三场动态溶解氧耦合模型计算中包含气温、相对湿度等气象条件，该边界条件根据潘家口水库气象站实测数据给定，具体如图11-图14所示。

水动力、水温模拟相关参数率定与验证

水动力-水温模拟涉及到的参数主要有纵向Smagorinsky常数C_sm、温度的垂向扩散系数和纵向扩散系数、蒸发参数a₁和b₁、太阳辐射参数a₂和b₂、表面水体吸收光能比例β、光衰减系数λ。

经过参数敏感性分析发现，蒸发参数a₁和b₁、太阳辐射参数a₂和b₂等参数不敏感，因此取值为模型的默认值，分别为0.5、0.9、0.295、0.371。表面水体吸收光能比例β、光衰减系数λ对库表水温有一定影响，本次取值为0.6、0.5。垂向扩散系数、纵向扩散系数对水库垂向热传递有一定影响，本次分别取值为2、0.5。

在所有参数中，对潘家口水库热分层结构影响最大的是纵向Smagorinsky常数C_sm，该常数与平面紊动粘性系数相关，反映水流平面混合特性，模型中该参数的默认取值为0.4。参考国内相关深水水库水温模拟的经验，国内相关水库紊动黏性系数的取值可达到230m²/s，结合潘家口水库实测水文数据换算，对应C_sm约为10，本此模拟C_sm取值为10时水温模拟值与实测值也最接近，因此本次模拟C_sm取值为10。

三场动态溶解氧耦合模型采用2017年5～11月实测数据进行水动力、水温模拟中参数的率定，潘家口水库水温率定结果如图15所示。

模型使用2018年实测水温数据进行验证，水温的计算结果如图16所示，结果表明本方案构建的三场动态溶解氧耦合模型能够良好再现潘家口水库真实热分层的结构和变化过程。

水质模拟相关参数的率定与验证

水质模拟共包括大气复氧、光合作用、呼吸作用、沉积物耗氧、硝化反应、反硝化反应等15个反应过程的26个反应参数，参数具体情况如表1。

表1水质模拟参数一览表

采用2017年潘家口水库实测数据进行模型率定，2017年8月和11月水质的率定结果如图17和图18所示。

三场动态溶解氧耦合模型使用2018年实测水质数据进行验证，2018年8月、11月结果如图19-图22所示，8月水库稳定热分层期间温跃层溶解氧浓度相差较大，整个热分层期间模拟的滞温层溶解氧浓度过程与实测浓度差较小。8月、11月氨氮、硝酸盐、叶绿素a滞温层模拟浓度与实测浓度相差较小，表层和温跃层存在一定的浓度差。结果表明本方案构建的三场动态溶解氧耦合模型能够良好再现潘家口水库滞温层真实溶解氧的结构和变化过程。

通过上述试验表明，本方案构建的三场动态溶解氧耦合模型计算出的水温数据和溶解氧与实际数据误差较小，进而验证了三场动态溶解氧耦合模型能够准确地实现溶解氧的准确计算。

Claims (5)

1.热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法，其特征在于，包括：

S1、根据水动力学的质量守恒、动量守恒和能量守恒，构建包括紊动影响和密度变化的水动力基本控制方程；

S2、根据净短波辐射、水面的净长波辐射、蒸发热损失量、大气和水面的热传导量，构建水面热交换方程；

S3、根据水体化学过程、生物过程和物质沉降过程，构建水质反应方程；水动力基本控制方程、水面热交换方程和水质反应方程构成水动力场、温度场、浓度场“三场”动态溶解氧耦合模型；

S4、获取热分层水库的地形数据，以及水库历史监测数据，所述地形数据包括水库地形数据和入流断面形态；所述监测数据包括上游边界条件、下游边界条件和气候条件；

S5、根据水库地形和不同水位下的历史监测数据，采用基于MIKE3软件构建的“三场”动态溶解氧耦合模型进行求解和率定验证，计算得到不同水位、调度运行方式及硝酸盐浓度情景下热分层水库溶解氧的时空分布；

S6、对比多个不同情景下溶解氧的时空分布，选取出不同情景下滞温层溶解氧溶度最高值，将溶解氧溶度最高值对应的水位、调度运行方式及硝酸盐浓度作为热分层水库相应情景的溶解氧调整策略；

所述水动力基本控制方程为：

其中，t为时间；ρ为水的密度；u_i、u_j分别为x_i、x_j方向的速度分量；c_s为水中声的传播速度；P为压力；Ω_ij为柯氏张量；g_i为重力矢量；v_T为紊动粘性系数；δ_ij为Kronecker函数；k为紊动动能；T为温度；D_T为温度扩散系数；SS为各自的源汇项；

所述水面热交换方程为：

Δq＝q_lr，net+q_sr，net-q_v-q_c

其中，Δq为水面热交换总量；q_lr，net为净短波辐射；q_lr，net为水面的净长波辐射；q_v为蒸发热损失量；q_c为大气和水面的热传导量；

水质反应模型的计算公式为：

其中，C为物质的浓度；u、v、w分别为x、y、z三个方向的流速；D_x、D_y、D_z分别为x、y、z三个方向的扩散系数；S_c为源汇项；P_c为生化反应项；

所述水动力基本控制方程中的水动动能采用标准k-ε模型和Smagorinsky公式进行动态计算：

其中，

u、v为水平速度分量；ρ为密度；σ_T为普朗特数；C_1S、C_2S、C_3S、σ_k、σ_s为经验常数；D_S为水平网格间距；C_sm为Smagorinsky常数。

2.根据权利要求1所述的热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法，其特征在于，对三场动态溶解氧耦合模型进行求解进一步包括：

基于MIKE3软件构建的水动力、水温和ECOlab模块，采用有限差分格式离散三场动态溶解氧耦合模型；

采用交替方向隐式替代法对离散后的三场动态溶解氧耦合模型先逐行/列进行扫描，再逐列/行进行扫描，两次扫描组成一轮迭代；

其中每行/列代数方程组采用三对角矩阵计算式求解。

3.根据权利要求1所述的热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法，其特征在于，不同水位包括高水位、低水位两种工况；调度运行方式包括小水量、大水量下泄两种情景；硝酸盐浓度包括超过水质达标水准和达到水质达标水准两种情景。

4.根据权利要求1所述的热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法，其特征在于，净短波辐射q_sr，net的计算公式为：

其中，α为反射系数；q_s为每小时平均短波辐射；

水面的净长波辐射q_lr，net的计算公式为：

其中，σ_sb为Stefan Boltzman常数；e_d为露点温度下测量的水汽压；n为日照时数；

为用户定义的清洁系数；

蒸发热损失量q_v的计算公式为：

q_v＝LC_e(a₁+b₁W_2m)(Q_water-Q_air)

其中，L为蒸发潜热系数；C_e为湿度系数；W_2m为水面上2m处的风速；Q_water、Q_air分别为水体表面和大气的水汽密度；a₁和b₁为需要给定的参数；

大气和水面的热传导量q_c的计算公式为：

其中，T_water、T_air分别为水面温度和大气温度；ρ_air为大气密度；C_water、C_air分别为水和大气的比热；C_c为热传导系数；W_10m为水面上空10m处的风速。

5.根据权利要求1所述的热分层水库三场动态溶解氧耦合模型的构建方法，其特征在于，所述水质反应模型包括溶解氧平衡、BOD平衡、氮平衡和叶绿素a平衡；溶解氧平衡包括大气复氧、光合作用、呼吸作用、生化需氧量、硝化过程、沉积物需氧量和反硝化过程；

BOD平衡包括悬浮态BOD降解、悬浮态BOD沉降以及沉积物BOD的再悬浮；氮平衡包括氨氮转化、亚硝酸盐转化和硝酸盐转化；叶绿素a表征浮游植物的量，其浓度变化受浮游植物产生、呼吸、死亡和沉降影响。

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