一种潮汐河流生态补水优化配置方法与流程

本发明属于水处理的环保领域，特别是一种潮汐河流生态补水优化配置方法。

背景技术：

1、城市河流与城市的产生、发展密切相关，是城市生态系统的重要组成部分，快速的城市化发展以及人类生产生活的影响导致许多城市河道水体污染严重。河流补水作为众多治水手段的一种，不仅可以弥补城市河流枯水期水资源短缺，增加生态基流，改善城市河流景观，更可以加快水体置换速率，稀释污染物浓度，在较短时间内改善河流水质，是一种解决城市河流水环境问题切实有效的技术手段。

2、关于河道补水的研究主要集中在补水方案的优化选择、补水效益评价、生态补水量计算和环境影响方面，此类研究主要以常规连续均匀补水方式为主，仅适用于水文条件不随时间变化或者随时间变化不明显的相对较稳定水体。但该水体若是水文条件随时间变化比较明显的潮汐河流，其受潮水顶托以及径流的推动作用，污染物在潮汐河段内往复回荡，停留时段较长，在潮汐河段内大量积累，不断消耗水体中的溶解氧，使得水质恶化。常规补水方式仅仅增加径流量，并没有考虑潮流的作用，往往事倍功半。因此，如何针对潮汐河流水文特征，研究合乎动量动态变化的补水方式，优化补水时间及补水量，有效利用水资源，以最大程度地改善河流水质，具有重要的理论和实际意义。

3、现有技术中，对于水文条件随时间变化比较明显的潮汐河流的补水均没有考虑受潮水顶托以及径流的推动的影响，造成补水治理效果差和水资源的浪费。

技术实现思路

1、如何利用有限的水资源达到河流污染的最佳改善，本发明公开一种潮汐河流生态补水优化配置方法。

2、本发明实现发明目的采用的方法是：

3、步骤1.构建拟补水潮汐河流水动力水质模型：

4、①.收集建拟补水潮汐河流水动力水质模型数据，包括：河流水系图、河床地形数据、水文气象数据(干流流量与水位、各支流流量、污水厂排放口流量、降雨量等)、水质数据；

5、②.基于mike21构建拟补水潮汐河流水动力模型：根据水系图确定河道流向、根据河床地形数据确定河底地形、根据水文气象数据确定各水动力边界条件；根据河床地质情况与实测水文数据率定水动力模型糙率；利用与率定数据不同时期的实测水文数据验证水动力模型的误差是否在可接受范围内，若不在，则返回率定过程，若在则进行下一步；

6、③.基于mike21水动力模型构建拟补水潮汐河流水质模型：根据水质数据确定各水质边界条件；根据实测污染物变化情况率定其与降解系数；利用与率定数据不同时期的实测水质数据验证水质模型误差是否在可接受范围内，若不在，则返回率定过程，若在则进行下一步；步骤2.设定控制断面，利用潮汐河流水动力水质模型，计算补水前控制断面污染物浓度；

7、步骤3.补水情景模拟：

8、将补水周期(t)分为n个补水时段，在第1个时段补水量为单位水量，其他时段不补水的情景下，即：q1＝1，q2＝q3＝…qn＝0，用潮汐河流水动力水质模型计算出控制断面污染物浓度，提取出各计算时段控制断面在补水前后的污染物浓度差值，该差值定义为：单位浓度削减量；

9、改变补水时段，重复以上步骤，即可求出j个补水时段在控制断面处对应j个计算时段的单位浓度削减量响应系数矩阵δi，j(i＝1，2，...，n；j＝1，2，...，m)，m取值由控制断面与补水口距离以及河流水动力情况共同决定，可根据δi，j变化情况判断m取值，若δi，j变化趋于平稳且接近0，表明补水对控制断面不再产生影响，m可取值为该时刻与补水时刻的差值；

10、单位浓度削减量与补水量乘积即为浓度削减量，给定各时段补水量qi，可得出控制断面各计算时刻的污染物浓度削减量cj；

11、

12、步骤4.以控制断面污染物浓度变化过程峰值最小化为目标函数，补水总量恒定，单位时间内补水量大于0且小于最大补水量为约束条件，求解得到满足约束条件的最优补水方案。

13、目标函数：

14、约束条件：∑qi＝q，0≤qi≤qc

15、式中：i为补水时段序号，(i＝1，2，…，24)；j为控制断面处的计算时段序号，(j＝1，2，…，n)；c0j为补水量为0条件下控制断面第j计算时段浓度，单位：mg/l；δi，j为第i时段单位补水量在第j计算时段对控制断面产生的污染物浓度削减量，单位：mg·s/(l·m3)；qi为第i时段补水量，单位：m3/s；qc为单个补水时段最大补水量，单位：m3/s；q为给定补水时段的补水总量，单位：m3；

16、步骤5.基于步骤4，目标函数为最大值最小化问题，利用求解最优化问题的常用软件lingo，将目标函数与约束条件转换成lingo可识别的代码，运行得到全局最优解；

17、步骤6.基于步骤5，全局最优解即为补水周期内各时段补水量，完成潮汐河流生态补水优化配置。

18、本发明的有益效果是：能优化潮汐河流补水效率，有效利用水资源，以最大程度地增加水体的流动性，控制河道水质变幅，降低污染物浓度峰值，保护潮汐河流生态环境。

19、下面结合附图对本发明进行详细说明。

技术特征：

1.一种潮汐河流生态补水优化配置方法，其特征在于：该方法由以下步骤实现：

技术总结
一种潮汐河流生态补水优化配置方法，解决如何利用有限的水资源达到河流污染的最佳改善问题，该方法是：步骤1.构建拟补水潮汐河流水动力水质模型、步骤2.设定控制断面，利用潮汐河流水动力水质模型，计算补水前控制断面污染物浓度、步骤3.补水情景模拟、步骤4.建立以控制断面污染物浓度变化过程峰值最小化的目标函数、步骤5.求解目标函数、步骤6.全局最优解即为补水周期内各时段补水量，完成潮汐河流生态补水优化配置。有益效果是：能优化潮汐河流补水效率，有效利用水资源，以最大程度地增加水体的流动性，控制河道水质变幅，降低污染物浓度峰值，保护潮汐河流生态环境。

技术研发人员：王磊,尹雪,陈纯兴,尹东高
受保护的技术使用者：深圳市环境科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16