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基于三維藻類生態模型的自控水源分層取水方法及系統.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510805918.8

申請日:

2015.11.20

公開號:

CN105243250A

公開日:

2016.01.13

當前法律狀態:

撤回

有效性:

無權

法律詳情: 發明專利申請公布后的視為撤回 IPC(主分類):G06F 17/50申請公布日:20160113|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 17/50申請日:20151120|||公開
IPC分類號: G06F17/50 主分類號: G06F17/50
申請人: 深圳職業技術學院
發明人: 高靜思; 朱佳; 陶益; 張麗薇
地址: 518055廣東省深圳市南山區沙河西路4089號
優先權:
專利代理機構: 深圳市匯力通專利商標代理有限公司44257 代理人: 王鎖林
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510805918.8

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2019.03.05|||2016.02.10|||2016.01.13

法律狀態類型:

發明專利申請公布后的視為撤回|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種基于三維藻類生態模型的自控水源分層取水方法及系統,該方法包括:(1)通過數據采集系統采集水源水體中取水口位置的水質、水文和氣象數據;(2)由模擬預報系統對獲得的所述水質、水文和氣象數據進行處理,通過流域水文模型模擬計算進入水體的降雨徑流污染負荷,通過水質生態模型模擬預測水源水體中藻類分布情況,得取水口位置藻類垂向分布數據;(3)由自動控制系統對所述取水口位置藻類垂向分布數據進行分析,確定取水口位置的藻類濃度最低水層;并控制取水裝置在該藻類濃度最低水層取水。本方法能夠科學地保障在取水口范圍內取水藻類濃度最低,有效避免因藻類暴發生長問題威脅到水廠生產乃至用戶健康,對城市安全供水具有重要意義。

權利要求書

權利要求書
1.  一種基于三維藻類生態模型的自控水源分層取水方法,其特征在于,包括以下步驟:
(1).通過數據采集系統采集水源水體中取水口位置的水質、水文和氣象數據;
(2).由模擬預報系統對步驟(1)獲得的所述水質、水文和氣象數據進行處理,采用流域水文模型模擬計算入庫徑流量及降雨徑流進入水庫產生的污染負荷,進而通過水質生態模型模擬預測水源水體中藻類分布情況,得到的取水口位置藻類垂向分布數據;
(3).由自動控制系統對步驟(2)所述的取水口位置藻類垂向分布數據進行分析,確定取水口位置的藻類濃度最低水層;并控制分層取水裝置在該取水口位置的藻類濃度最低水層取水。

2.  如權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟(2)中,所述流域水文模型為SWAT(SoilandWaterAssessmentTool)、新安江模型、HEC-HMS(TheHydrologicEngineeringCenter'sHydrologicModelingSystem)、SCS(SoilConservationService)或HSPF(HydrologicalSimulationProgram-Fortran);所述水質生態模型為EFDC(EnvironmentalFluidDynamicCode)、Delft3D、WASP(TheWaterqualityAnalysisSimulationProgram)、HEM(HydrodynamicEutrophicationModel)或MIKE。

3.  如權利要求1所述的方法,其特征在于,在步驟(2)中,所述模擬預報系統選擇SWAT流域水文模型,所述入庫徑流量為地表徑流量、土壤最終含水量和地下徑流量之和;
通過SCS(SoilConservationService)徑流曲線法算式1-1計算所述地表徑流量;
1-1
式1-1中:Q為地表徑流量,mm;P為降雨量,mm;Ia為徑流產生前的流域初損;S為土壤最大可能入滲量,mm;
通過降雨徑流算式1-2計算所述土壤最終含水量,
1-2
式1-1中:SWt為土壤最終含水量,mm;SW0為土壤前期含水量,mm;t為時間步長,d;Rday為第i天降雨量,mm;Qsurf為第i天的地表徑流,mm;Ea為第i天的蒸發量,mm;Wseep為第i天存在于土壤剖面底層的滲透量和測流量,mm;Qgw為第i天地下水出流量,mm;
通過地下徑流量算式1-3計算所述地下徑流量,
1-3
式1-3中:為地下徑流量,mm;為計算前一天的地下徑流量,mm;為時間步長,d;為第i天蓄水層的補給流量,mm;為基流的退水系數;
通過以下方式模擬所述污染負荷,其中,自由水部分的硝態氮濃度以式1-4-1計算,
1-4-1
式1-4-1中,為自由水部分的硝態氮濃度,kg/mm;為土壤中硝態氮的量,kg/hm2;為土壤中自由水的量,mm;為孔隙度;為土壤飽和含水量;
有機氮隨土壤流失的輸移量以式1-4-2計算,
1-4-2
式1-4-2中,為有機氮隨土壤流失的輸移量,kg/hm2;為有機氮在表層土壤中的濃度,kg/t;為土壤流失量,t;為水文相應單元的面積,hm2;為氮富集系數,氮富集系數是隨土壤流失的有機氮濃度和土壤表層有機氮濃度的比值;
地表徑流輸移的溶解態磷以式1-4-3計算,
1-4-3
式1-4-3中,為地表徑流輸移的溶解態磷,kg/hm2;為土壤中溶解態磷,kg/hm2;為土壤溶質密度,mg/m3;為表層土壤深度,mm;為土壤磷分配系數,表層土壤中溶解態磷的濃度和地表徑流中溶解態磷濃度的比值;
有機磷和礦物質磷隨土壤流失輸移量以式1-4-4計算,
1-4-4
式1-4-4中,為有機磷和礦物質磷隨土壤流失輸移量,kg/hm2;為有機磷在表層土壤中的濃度,kg/t;為土壤流失量,t;為水文相應單元的面積,hm2;為磷富集系數;
所述水質生態模型采用EFDC水質生態模型。

4.  如權利要求3所述的方法,其特征在于,所述EFDC水質生態模型包括以下部分:
動量方程2-1




狀態方程2-2


連續方程2-3


溫鹽方程2-4


水質因子輸運方程2-5


式中,z*表示垂向的物理坐標,-h和分別是底面和自由水面的垂向坐標,H=h+是總水深,uv分別是曲線正交坐標系中xy方向的速度分量,w為垂向速度分量,mxmy是度量張量的對角元素的平方根,m=mxmy是雅克比行列式,p是大氣壓,是水的密度,水的參照密度,g為重力加速度,浮力b定義為相對于參考密度歸一化偏移量,TS分別是溫度和鹽度;動量方程2-1中的f是柯氏力參數,Av是垂向紊動或渦旋粘度,QuQv是動量源匯項;在溫鹽方程2-4中,QSQT分別為鹽度和溫度的源匯項,Ab是垂向紊動擴散系數;
在水質因子輸運方程2-5中,c為水質因子濃度,KvKH分別為垂向和水平的紊動擴散系數(當c表示懸浮物質的濃度時,wsc為沉降速度),Qc為源匯項;采用Mellor-Yamada2.5階湍流封閉模式,與紊動動能輸運方程相耦合,提供垂向混合系數。

5.  如權利要求1或2或3所述的方法,其特征在于,步驟(1)獲得的所述水質、水文和氣象數據通過通訊網絡傳輸至所述模擬預報系統。

6.  如權利要求1或2或3所述的方法,其特征在于,步驟(2)中,所述取水口位置藻類垂向分布數據包括藍藻葉綠素、綠藻葉綠素及硅藻葉綠素的垂向分布數據。

7.  基于三維藻類生態模型的自控水源分層取水系統,其特征在于包括:
數據采集系統(1),用于采集水源水體中取水口位置的水質、水文和氣象數據;
數據傳輸系統(2),用于傳輸數據采集系統獲得的所述水質、水文和氣象數據;
模擬預報系統(3),用于接收、處理數據傳輸系統(2)傳輸的所述水質、水文和氣象數據,通過流域水文模型(31)模擬計算入庫徑流量和降雨徑流產生的污染負荷,通過水質生態模型(32)模擬預測水源水體中藻類分布情況,得到的取水口位置藻類垂向分布數據;
自動控制系統(4),用于分析處理所述的取水口位置藻類垂向分布數據,確定取水口位置的藻類濃度最低水層;及,
分層取水裝置(5),用于接收自動控制系統的控制指令,打開配置于所述取水口位置的藻類濃度最低水層的自動閘門,取水。

8.  如權利要求7所述的系統,其特征在于:所述數據采集系統(1)包含:常規監測數據錄入系統(11),用于將各有關部門的常規監測數據的錄入;實時在線監測系統(12)由在線監測探頭、在線采樣裝置及在線自動分析儀組成。

9.  如權利要求7所述的系統,其特征在于,所述數據傳輸系統(2)包含通訊設備(22)和終端服務器(23),通訊設備(22)通過通訊網絡與終端服務器(23)連接。

10.  如權利要求7所述的系統,其特征在于,所述分層取水裝置(5)包含多個自動閘門,分別配置于水源水體中取水口位置的藻類垂向分布層。

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基于 三維 藻類 生態 模型 自控 水源 分層 取水 方法 系統
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