一种热分层水库溶解氧控制因素的识别方法技术

本发明专利技术公开了一种热分层水库溶解氧控制因素的识别方法，包括S1、基于热分层水库溶解氧演化机理，确定热分层水库溶解氧影响因子；S2、得到热分层水库溶解氧的空间特征；S3、根据热分层水库溶解氧的空间特征，构建热分层水库溶解氧演化的概念模型；S4、基于水库溶解氧演化的概念模型，根据水库地形沿程布设若干个监测点，获取足够数量的水质样本数据；S5、根据分析监测得到的水质样本数据，得到水库溶解氧的时空分布特征和层化结构特征；S6、基于热分层水库溶解氧的时空分布特征和层化结构特征，构建热分层水库溶解氧监测点特征分布矩阵图；S7、根据热分层水库溶解氧监测点特征分布矩阵图，识别热分层水库溶解氧演化的关键控制因素。素。素。

【技术实现步骤摘要】
一种热分层水库溶解氧控制因素的识别方法


[0001]本专利技术属于水库溶解氧的
，具体涉及一种热分层水库溶解氧控制因素的识别方法。

技术介绍

[0002]热分层水库，一般是调节能力强、库容大、流速小的深水水库，每年会出现明显的热分层现象。随着流域污染负荷的大量增加，水体富营养化现象时有发生，热分层水库水体缺氧问题严重，水体缺氧已成为严重的全球性生态环境问题。由于热分层水库内部能质体系的多样性和复杂性，热分层水库溶解氧的演化成因目前尚不完全清楚，研究其演变机制对制定水库水质保护和管理策略至关重要。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种热分层水库溶解氧控制因素的识别方法，以解决现有技术仍然对热分层水库溶解氧的关键控制因素不清楚的问题。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：
[0005]一种热分层水库溶解氧控制因素的识别方法，其包括：
[0006]S1、基于热分层水库溶解氧演化机理，确定热分层水库溶解氧影响因子；
[0007]S2、根据热分层水库溶解氧影响因子，得到热分层水库溶解氧的空间特征；
[0008]S3、根据热分层水库溶解氧的空间特征，构建热分层水库溶解氧演化的概念模型；
[0009]S4、基于水库溶解氧演化的概念模型，根据水库地形沿程布设若干个水质监测点，获取足够数量的水质样本数据；
[0010]S5、根据分析监测得到的样本数据，得到水库溶解氧的时空分布特征和层化结构特征；
[0011]S6、基于热分层水库溶解氧的时空分布特征和层化结构特征，构建热分层水库监测点溶解氧特征分布矩阵图；
[0012]S7、根据热分层水库监测点溶解氧特征分布矩阵图，识别热分层水库溶解氧演化的关键控制因素。
[0013]优选地，S1中热分层水库溶解氧演化机理包括水库水动力、热分层和生化过程的交互作用，其具体包括：
[0014]根据水库水动力对热分层的相互影响作用，确定水动力对水库溶解氧的影响因子包括：水库水位和抽、泄水调度；
[0015]根据热分层对垂向分异性物理环境形成的影响，确定热分层对水库溶解氧的影响因子包括：热分层的稳定性、热分层时垂向各层水温；
[0016]根据生化过程对水库氧的补给、消耗和缓冲作用，确定生化过程对水库溶解氧的影响因子包括：水生动植物呼吸作用、有机物分解、无机物氧化、硝化和反硝化反应。
[0017]优选地，S2中根据热分层水库溶解氧影响因子，得到热分层水库溶解氧的空间特征，包括：
[0018]水库表层，主要过程为大气复氧、水生植物光合作用补给溶解氧；
[0019]水库中下层，主要过程为水生生物的呼吸作用和有机物分解作用消耗溶解氧；
[0020]热分层期间水温垂向分层包括：表水层、温跃层和滞温层，其中表水层对应水库表层，温跃层和滞温层对应水库中下层。
[0021]优选地，热分层水库热分层期间水温垂向分层作用下，溶解氧呈现分层-循环特征，分层溶解氧从上至下包括混合层、氧跃层和氧亏层。
[0022]优选地，S4基于水库溶解氧演化的概念模型，根据水库地形沿程布设若干个水质监测点，获取足够数量的水质样本数据，包括：
[0023]在水库地形沿程布设若干个水质监测点，设置监测时间、监测频率，获取水库溶解氧、水温以及与溶解氧循环密切相关的氮、磷、铁、锰、硫、叶绿素a的物质浓度。
[0024]优选地，S5中根据分析监测得到的水质样本数据，得到水库溶解氧的时空分布特征和层化结构特征，包括水库水动力、热分层过程作用下溶解氧演化的空间特征：
[0025]水库水动力特征包括水体溶解氧等物质随着水体运动而迁移到其他位置，水力输运过程包括对流和扩散，基于Fick定律，计算水动力扩散中的分子扩散：
[0026][0027]其中，F为物质在水中沿作用面法线方向n的通量；C为物质的浓度；D为物质在水体中的分子扩散系数。
[0028]优选地，S5中根据分析监测得到的水质样本数据，得到水库溶解氧的时空分布特征和层化结构特征，包括热分层作用下溶解氧的时空分布特征和层化结构特征：
[0029]根据表水层厚度Z
e
与湖库最大深度Z
max
的比值Z
e
/Z
max
判断水体热分层稳定性：
[0030]当Z
e
/Z
max
<0.5时，水库处于稳定热分层状态；
[0031]当0.5<Z
e
/Z
max
<1时，水库的热分层可能被强风扰动，发生垂向混合；
[0032]当1<Z
e
/Z
max
<2时，水库在无风时有间歇性分层；
[0033]当Z
e
/Z
max
>2时，水库不分层。
[0034]优选地，S5中根据分析监测得到的水质样本数据，得到水库溶解氧的时空分布特征和层化结构特征，包括生化过程作用下溶解氧的时空分布特征和层化结构特征：
[0035]水库生化过程包括生物的光合作用、呼吸作用和分解作用，并直接或间接驱动氧、氮、铁、锰、硫、磷的循环；
[0036]其中，光合作用中氧循环过程为：
[0037]CO2+2H2O
→
(CH2O)+H2O+O2[0038](CH2O)+H2O+O2→
CO2+2H2O
[0039]其中，氮循环过程为：
[0040][0041]基于光合作用、呼吸作用和分解作用，水体中有机颗粒沉降消耗溶解氧，计算有机
颗粒沉降速度：
[0042][0043]其中，v
s
为沉降速度；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；ρ
p
是颗粒的密度；ρ
w
为水的密度；r
p
是颗粒的半径m；μ是水的绝对黏度；
[0044]可得有机颗粒沉降速率小，10μm的颗粒沉降10m需要40天，沉降过程中有机颗粒被异养细菌利用，表水层有大量有机颗粒下沉，并消耗大量溶解氧。
[0045]优选地，S6基于热分层水库溶解氧的时空分布特征和层化特征，构建热分层水库监测点溶解氧特征分布矩阵图，包括：
[0046][0047]其中，D为监测点溶解氧特征影响因素分布矩阵，An为水动力作用对水库溶解氧的影响因素，n为自然数；Bn为热分层作用对水库溶解氧的影响因素；Cn为生化作用对水库溶解氧的影响因素；
[0048]定义监测点溶解氧特征影响因素中产生氧气为正效应，其值记为正；消耗氧气为负效应，其值记为负；
[0049]将监测点溶解氧特征影响因素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热分层水库溶解氧控制因素的识别方法，其特征在于，包括：S1、基于热分层水库溶解氧演化机理，确定热分层水库溶解氧影响因子；S2、根据热分层水库溶解氧影响因子，得到热分层水库溶解氧的空间特征；S3、根据热分层水库溶解氧的空间特征，构建热分层水库溶解氧演化的概念模型；S4、基于水库溶解氧演化的概念模型，根据水库地形沿程布设若干个水质监测点，获取足够数量的水质样本数据；S5、分析监测得到的水质样本数据，得到水库溶解氧的时空分布特征和层化结构特征；S6、基于热分层水库溶解氧的时空分布特征和层化结构特征，构建热分层水库溶解氧监测点特征分布矩阵图；S7、根据热分层水库溶解氧监测点特征分布矩阵图，识别热分层水库溶解氧演化的关键控制因素。2.根据权利要求1所述的热分层水库溶解氧控制因素的识别方法，其特征在于，所述S1中热分层水库溶解氧演化机理包括水库水动力、热分层和生化过程的交互作用，其具体包括：根据水库水动力对热分层的相互影响作用，确定水动力对水库溶解氧的影响因子包括：水库水位和抽、泄水调度；根据热分层对垂向分异性物理环境形成的影响，确定热分层对水库溶解氧的影响因子包括：热分层的稳定性、热分层时垂向各层水温；根据生化过程对水库溶解氧的补给、消耗和缓冲作用，确定生化过程对水库溶解氧的影响因子包括：水生动植物呼吸作用、有机物分解、无机物氧化作用、硝化和反硝化反应。3.根据权利要求1所述的热分层水库溶解氧控制因素的识别方法，其特征在于，所述S2中根据热分层水库溶解氧影响因子，得到热分层水库溶解氧的空间特征，包括：水库表层，主要过程为大气复氧、水生植物光合作用补给溶解氧；水库中下层，主要过程为水生生物的呼吸作用和有机物分解作用消耗溶解氧；热分层期间水温从上至下垂向分层包括：表水层、温跃层和滞温层，其中表水层对应水库表层，温跃层和滞温层对应水库中下层。4.根据权利要求3所述的热分层水库溶解氧控制因素的识别方法，其特征在于，所述热分层期间水温垂向分层作用下，溶解氧呈现分层-循环特征，分层溶解氧从上至下包括混合层、氧跃层和氧亏层。5.根据权利要求1所述的热分层水库溶解氧控制因素的识别方法，其特征在于，所述S4基于水库溶解氧演化的概念模型，根据水库地形沿程布设若干个水质监测点，获取足够数量的水质样本数据，包括：在水库地形沿程布设若干个水质监测点，根据监测因素，设置监测时间、监测频率，获取水库溶解氧、水温以及与溶解氧循环密切相关的氮、磷、铁、锰、硫、叶绿素a的物质浓度。6.根据权利要求1所述的热分层水库溶解氧控制因素的识别方法，其特征在于，所述S5中分析水质监测得到的样本数据，得到水库溶解氧的时空分布特征和层化结构特征，包括水库水动力、热分层过程作用下溶解氧演化的空间特征：水库水动力特征包括水体溶解氧的物质随着水体运动而迁移到其他位置，水力输运过程包括对流和扩散，基于Fick定律，计算水动力扩散中的分子扩散：
其中，F为物质在水中沿作用面法线方向n的通量；C为物质的浓度；D为物质在水体中的分子扩散系数。7.根据权利要求1所述的热分层水库溶解氧控制因素的识别方法，其特征在于，所述S5中根据分析监测得到的样本数据，得到水库溶解氧的时空分布特征和层化结构特征，包括热分层作用下溶解氧的时空分布特征和层化结构特征：根据表水层厚度Z<...

【专利技术属性】
技术研发人员：余晓，杜霞，诸葛亦斯，张芃，张德敏，许玉，陈国亮，杜强，谭红武，李国强，石浩洋，聂睿，李双双，梁晓旭，陈一迪，
申请(专利权)人：新疆博衍水利水电环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：