[发明专利]用于河道的水质模拟方法和装置

权利要求书

1.一种用于河道的水质模拟方法，包括：

沿河道边界按照预设间隔绘制离散点，基于所述离散点结合所述河道的地理信息构建三角形网格以作为水动力模型的网格，其中，所述地理信息包括高程信息和水文信息；

融合所述河道的静水状态的多维度信息，映射成所述水动力模型中各网格的初始值，所述多维度信息至少包括水质监测信息、卫星遥感信息、气象信息和地理信息；

基于采集的所述各网格的观测值、所述水动力模型的模拟值，对所述水动力模型的预报部分进行动态更新以得到预测值；

基于所述各网格的观测值和预测值分别对各水质指标的控制方程进行参数率定以对所述水质指标的扩散进行模拟和预测；

在所述基于采集的所述各网格的观测值、所述水动力模型的模拟值，对所述水动力模型的预报部分进行动态更新以得到预测值之前，所述方法还包括：

利用以下公式将观测值插值到各网格上：

其中，xa为插值，xb为背景场，w为观测值对初始值或上一插值的影响权重，obv为观测值；

观测值对初始值或上一插值的影响权重方程为：

其中，i为第i个网格，k为第k个观测值，d为第i个网格到观测值的距离；

调试R的大小，当R使得插值与观测值之差的平方和最小时，w为最佳权重；

所述基于采集的所述各网格的观测值、所述水动力模型的模拟值，对所述水动力模型的预报部分进行动态更新以得到预测值，包括：

根据所述初始值，生成符合高斯分布的样本集合；

在每一个时间步长开始时，将对应的样本集合带入SUNTANS模型中，运算得到对应于所述时间步长的预测值；

基于卡尔曼滤波利用当前时间步长的观测值对所述当前时间步长的预测值进行修正，更新对下一时间步长的预测值。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沿河道边界绘制离散点，基于所述离散点结合所述河道的地理信息构建三角形网格以作为水动力模型的网格包括：

沿河道边界生成预设间距的离散点；

连接相邻的两离散点获得线段集E；

以河道边界为边界生成泰森多边形；

连接每一个泰森多边形的重心，构建三角形网格，其中，水动力模型预报的经纬度为三角形网格的重心的经纬度。

3.根据权利要求1的方法，其中，所述基于所述各网格的观测值和预测值分别对各水质指标的控制方程进行参数率定以对所述水质指标的扩散进行模拟和预测包括：

对水质指标分别进行数值模拟，判断是否存在某些水质指标对其他水质指标敏感；

若存在第一水质指标对其他水质指标不敏感；

则在其他水质指标保持模型默认值的条件下，仅对所述第一水质指标在其合理变化范围内进行调整；

获得所述第一水质指标的敏感参数集合；

若存在第二水质指标对其他水质指标敏感；

则获取所述第二水质指标的控制方程；

使用蒙特卡洛算法对所述控制方程进行参数率定。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，所述水动力模型在布辛尼斯克假设下的三维控制方程为：

其中，t为时间，向量u为速度向量，其在x，y，z方向的分量分别为u，v，w，ρ0为参考密度，ρ’为密度扰动量，总密度为ρ0+ρ’，f和b分别为地球旋转所致科氏力参量的垂向分量和水平分量，fi为纬度，g为地球旋转角速度，v_H和v_v分别为水平和垂向涡粘系数；

密度由海水状态方程确定：

ρ＝p(p，s，T)

s和T为水体的盐度和温度，可由对流扩散方程进行求解：

其中γ_H和γ_v分别为水平向和垂向质量扩散系数，κ_H和κ_V分别为水平向和垂向热扩散系数。