[发明专利]一种基于河流水质观测推算上游入河污染通量的方法

权利要求书

1.一种基于河流水质观测推算上游入河污染通量的方法，其特征在于，基于河流断面水质过程数据，推算上游入河污染通量的动态变化过程；

具体包括如下步骤：

(1)收集或采集河流出口断面水质过程观测资料；

根据具体研究的水质指标，收集或采集某指定分析时段T内河流出口断面位置的水质过程C^obs(x_o,t)，其中t∈(0，T)，x_o为出口断面的空间坐标；

(2)建立河流水质过程计算模型；

获取河流的河道断面及水动力条件信息，以及分析水质指标的初始条件和河流入口边界水质过程C_in(t)信息，其中t∈(0，T)；

根据获取的前述信息，基于下述一维对流扩散方程建立以入河污染通量L(x,t)为控制参数的河流水质过程计算模型；

其中，x为空间坐标m；t为时间s；C为水质指标浓度mg/L；u为流速m/s；h为水深m；A为过水面积m²；D为扩散系数；K为一阶衰减系数1/s；L(x,t)为入河污染通量项mg/s；

(3)建立河流水质过程计算模型的伴随模型；

根据河流水质伴随方程，采用有限差分法离散建立对应的伴随模型，计算伴随变量C^*，用于求解描述计算与观测资料差异的代价函数J(L)关于入河污染通量L(x,t)的梯度；

(4)优化计算入河污染通量L(x,t)；

入河污染通量L(x,t)的优化方法步骤如下：

1)初步估计L(x,t)的值，代入河流水质过程计算模型，计算得到河流分析时段T内的水质动态变化过程，得到水质状态C(x,t)，t∈(0，T)；

2)根据水质观测资料和计算得到的浓度，计算描述观测和计算之间差异的代价函数J(L)；

3)根据收敛条件判据确定估计的L(x,t)是否可靠，如没有收敛，则利用伴随模型，沿时间反向积分求解伴随变量状态，并得到代价函数J(L)关于L(x,t)的梯度；

4)采用拟牛顿算法确定搜索方向，更新L(x,t)；将更新的L(x,t)作为初始估计，重复以上过程，直至代价函数J(L)最小化，获取此时的入河污染通量L(x,t)。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，代价函数J(L)根据如下表达式计算：

其中，C_down为下游出口断面的计算水质；C_down^obs为下游出口断面的水质观测。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，河流水质伴随变量C^*通过从时间T到0反向积分以下控制方程来求解：

并得到代价函数J(L)关于入河污染通量L(x,t)的梯度为：