一种基于多模型耦合的流域水环境模拟预测的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于多模型耦合的流域水环境模拟预测的方法及装置，涉及环境水利与计算数学技术领域。包括：获取待预测流域的输入数据；将输入数据输入到水环境预测模型；基于输入数据以及水环境预测模型，得到待预测流域的水环境模拟预测结果，完成待预测流域的水环境从流域到水体到生态的动态模拟。本发明专利技术能够通过形成一个多维嵌套陆域水文、水动力及水环境耦合模拟框架，实现水环境从流域到水体到水生态的动态模拟。水生态的动态模拟。水生态的动态模拟。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多模型耦合的流域水环境模拟预测的方法及装置


[0001]本专利技术涉及环境水利与计算数学
，特别是指一种基于多模型耦合的流域水环境模拟预测的方法及装置。

技术介绍

[0002]水文模型是对自然界中水文过程的模拟和概化，对于水资源开发利用、区域资源规划、生态环境需水、防洪减灾、水库调度、点源和非点源污染评价以及气候变化和人类活动的对流域生态系统的影响等诸多方面均有重要的支持作用。虽陆地单元产生的污染物质通过点源排放，降雨径流携带和土壤水河道水交换进入河流和湖泊。污染物在水环境中迁移转化的定量描述需要以水动力水质模型为工具。依据模拟对象的不同，研究包括河网水动力水质模型和湖泊水动力水质模型两大类。水质模型是基于水质模拟和预测工作需要，根据能量和物质守恒定律开发出来，在多年的实际工作中得到了发展和丰富。目前国际上使用较广泛的模型有神经网络模型、MIKE系列模型、WASP模型系统和QUAL系列模型等。
[0003]建立陆面水量
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水质
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生态耦合系统模型,是定量研究陆面水资源系统水量变化、水质变化、生态系统变化以及它们之间的相互关系的重要内容,也是量化研究可持续水资源管理的重要基础内容和难点问题。在流域管理中，水文模拟的分布式面源过程模型已经发展得比较成熟了，也取得了较好的效果，但是污染物进入水体后的演变和迁移转化过程仍然无法细致的描述与刻画。一维或多维水动力学模型可以全面的描述水体中的水动力
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水质过程，但是难以获得非点源污染的输入。生态系统是一个复杂的系统，对于水生生态系统而言，水体污染物的时空分布是决定水生生态系统健康的关键，因此水生态的模拟是建立在水体污染物浓度准确模拟的基础上的。由于流域的复杂性，存在不同类型、不同水文环境的影响，如何根据流域特点选择合适的水文、水质及水生态模型是流域水环境模拟面临的重要问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术如何根据流域特点选择合适的水文、水质及水生态模型的问题，提出了本专利技术。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种基于多模型耦合的流域水环境模拟预测的方法，该方法由电子设备实现，该方法包括：
[0007]S1、获取待预测流域的输入数据；输入数据包括数字高程模型DEM数据、气象数据、水文数据、水质数据、土地利用、土壤类型、污染源。
[0008]S2、将输入数据输入到水环境预测模型；基于输入数据以及水环境预测模型，得到待预测流域的水环境模拟预测结果，完成待预测流域的水环境从流域到水体到生态的动态模拟；其中，水环境预测模型包括水文水质模型、水动力水质模型、水生态模型。
[0009]另一方面，本专利技术提供了一种基于多模型耦合的流域水环境模拟预测的装置，该
装置应用于实现一种基于多模型耦合的流域水环境模拟预测的方法，该装置包括：
[0010]数据获取模块，用于获取待预测流域的输入数据；输入数据包括数字高程模型DEM数据、气象数据、水文数据、水质数据、土地利用、土壤类型、污染源。
[0011]输出模块，用于将输入数据输入到水环境预测模型；基于输入数据以及水环境预测模型，得到待预测流域的水环境模拟预测结果，完成待预测流域的水环境从流域到水体到生态的动态模拟；其中，水环境预测模型包括水文水质模型、水动力水质模型、水生态模型。
[0012]可选地，水文水质模型的选取方法为基于待预测流域的下垫面特征，选择水文水质模型。
[0013]水文水质模型包括水文模拟模型HSPF、分布式水文模型SWAT。
[0014]可选地，输出模块，进一步用于：
[0015]S31、将输入数据输入到水文水质模型，得到模拟的待预测流域的水循环及物质循环，基于水循环及物质循环得到河道水文信息模拟值、污染物信息模拟值。
[0016]S32、采用均分插值算法对河道水文信息模拟值、污染物信息模拟值进行时间尺度扩展。
[0017]S33、将扩展后的模拟值输入到水动力水质模型，得到模拟的流域内水体状况，基于流域内水体状况得到模拟的污染物分布格局与水体的实时监测数据。
[0018]S34、将模拟的污染物分布格局与水体的实时监测数据输入到水生态模型，得到生态环境质量综合指标。
[0019]S35、基于水文水质模型、水动力水质模型及水生态模型，得到待预测流域的水环境模拟预测结果。
[0020]可选地，水动力水质模型包括：一维河网水动力水质模型WQS、二维河道水动力水质模型NEWCHAN、二维湖泊水动力水质模型BNULAKE。
[0021]可选地，输出模块，进一步用于：
[0022]S341、将扩展后的模拟值输入到一维河网水动力水质模型，模拟污染物在河道内的运移过程及水质变化过程，得到一维河网水质变化数据。
[0023]S342、将扩展后的模拟值输入到二维河道水动力水质模型，模拟关键河段二维流场的变化及污染物扩散输移过程，得到二维河道水质变化数据。
[0024]S343、将扩展后的模拟值输入到二维湖泊水动力水质模型，模拟湖泊与河道的水量、水质交换过程，以及污染物在湖泊中的降解转化过程，得到二维湖泊水质变化数据。
[0025]S344、基于上述S341
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S343的结果，得到模拟的流域内水体状况。
[0026]可选地，一维河网水动力水质模型包括水动力计算模块、闸坝调控模块、区间过程估算模块、水质计算模块。
[0027]可选地，输出模块，进一步用于：
[0028]S3411、将扩展后的模拟值输入到水动力计算模块，得到单一河段流场；其中，河段流场为河段各个断面位置的水力要素；水力要素包括河段各个断面位置的面积、湿周、水位、流量、水深、流速。
[0029]S3412、将单一河段的流场输入到闸坝调控模块，得到全河段流场。
[0030]S3413、将全河段流场输入到区间过程估算模块，对全河段流场中的水位、流量数
据进行修正。
[0031]S3414、将经修正的全河段流场以及水质数据输入到水质计算模块，得到全河段浓度场分布。
[0032]S3415、将全河段浓度场分布输入到区间过程估算模块，对全河段浓度场分布中的水质数据进行修正，得到模拟的污染物在河道内的运移过程，及水质变化过程。
[0033]一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述基于多模型耦合的流域水环境模拟预测的方法。
[0034]一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述基于多模型耦合的流域水环境模拟预测的方法。
[0035]本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0036]上述方案中，通过嵌套多种陆域水文水质模型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多模型耦合的流域水环境模拟预测的方法，其特征在于，所述方法包括：S1、获取待预测流域的输入数据；所述输入数据包括数字高程模型DEM数据、气象数据、水文数据、水质数据、土地利用、土壤类型、污染源；S2、将所述输入数据输入到水环境预测模型；基于所述输入数据以及所述水环境预测模型，得到待预测流域的水环境模拟预测结果，完成所述待预测流域的水环境从流域到水体到生态的动态模拟；其中，所述水环境预测模型包括水文水质模型、水动力水质模型、水生态模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2中的水文水质模型的选取方法为基于待预测流域的下垫面特征，选择水文水质模型；所述水文水质模型包括水文模拟模型HSPF、分布式水文模型SWAT。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述S2中的将所述输入数据输入到水环境预测模型；基于所述输入数据以及所述水环境预测模型，得到待预测流域的水环境模拟预测结果包括：S31、将所述输入数据输入到所述水文水质模型，得到模拟的待预测流域的水循环及物质循环，基于所述水循环及物质循环得到河道水文信息模拟值、污染物信息模拟值；S32、采用均分插值算法对所述河道水文信息模拟值、污染物信息模拟值进行时间尺度扩展；S33、将所述扩展后的模拟值输入到所述水动力水质模型，得到模拟的流域内水体状况，基于所述流域内水体状况得到模拟的污染物分布格局与水体的实时监测数据；S34、将所述模拟的污染物分布格局与水体的实时监测数据输入到所述水生态模型，得到生态环境质量综合指标；S35、基于所述水文水质模型、水动力水质模型及水生态模型，得到待预测流域的水环境模拟预测结果。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述S2中的水动力水质模型包括：一维河网水动力水质模型WQS、二维河道水动力水质模型NEWCHAN、二维湖泊水动力水质模型BNULAKE。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述S33中的将所述扩展后的模拟值输入到所述水动力水质模型，得到模拟的流域内水体状况包括：S341、将所述扩展后的模拟值输入到所述一维河网水动力水质模型，模拟污染物在河道内的运移过程及水质变化过程，得到一维河网水质变化数据；S342、将所述扩展后的模拟值输入到所述二维河道水动力水质模型，模拟关键河段二维流场的变化及污染物扩散输移过程，得到二维河道水质变化数据；S343、将所述扩展后的模拟值输入到所述二维湖泊水动力水质模型，模拟湖泊与河道的水量、水质交换过程，以及污染物在湖泊中的降解转化过程，得到二维湖泊水质变化数据；S344、基于上述S341
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S343的结果，得到所述模拟的流域内水体状况。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述一维河网水动力水质模型包括水动力计算模块、闸坝调控模块、区间过程估算模块、水质计算模块。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述S341中的基于所述一维河网水动力水
质模型，模拟污染物在河道内的运移...

【专利技术属性】
技术研发人员：王国强，薛宝林，郝芳华，谢刚，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：