[发明专利]一种基于MIKE21的感潮河段水环境容量计算方法

说明书

本发明提供一种基于MIKE21的感潮河段水环境容量计算方法，通过MIKE21水环境数学模型的前期计算，得出每个排污口对每个控制断面的贡献度系数，从而将水环境容量计算演变成线性规划问题的求解，采用单纯形法即可计算出感潮河段的水环境容量。以解决现有方法计算量大，且计算结果不唯一，受人为主观因素影响较大等问题。涉及感潮河段水环境容量及限制排污总量控制等环境管理领域，可广泛应用于受潮汐作用的双向流水体环境容量的计算，甚至可应用于海域水环境容量计算。

技术领域

本发明涉及一种基于MIKE21的感潮河段水环境容量计算方法，属于感潮河段水环境容量及限制排污总量控制等环境管理领域。

背景技术

单向河流一般是采用一维水质模型计算其水环境容量，将天然河道概化成顺直河道，将非稳态水流简化为稳态水流，认为支流汇入主流即达到完全混合状态，认为污染物浓度在断面横向方向上变化不大，对横向和垂向的污染物浓度梯度予以忽略，将沿河排污口进行概化，在确定模型参数取值后，由河道一维水质模型计算出水环境容量。双向流的流态与单向流有很大不同，其一维水质计算模型不适用于双向流水体，现有感潮河段水环境容量计算方法多为试算法，即通过建立和调校能反映河段“污染源～水质动态响应关系”的水质数学模型，然后根据环境功能分区设定一系列控制点的水质目标，对水质模型进行反解，从而可得出满足水质目标的允许排放量。该方法计算量大，且计算结果不唯一，受人为主观因素影响较大。

发明内容

本发明提供一种基于MIKE21的感潮河段水环境容量计算方法，以解决现有方法计算量大，且计算结果不唯一，受人为主观因素影响较大等问题。

为解决上述问题，拟采用这样一种基于MIKE21的感潮河段水环境容量计算方法，具体如下：

①前期基础资料收集及现场调研，对感潮河段周边建设项目进行全面调查，了解现状河段取退水情况，了解所有支流的水质情况，了解感潮河段排污口水质、排放量、排放方式情况，水闸按排污口进行考虑，另外需收集水下地形数据，及相关水位站和水文站的水位、流量数据；

②对感潮河段进行控制断面选取，以水质目标为主要控制参数来划分不同控制单元；

③制定现场水文水质采样方案，在感潮河段选取合适断面对水量、水位、流速、流向、水质参数进行逐时同步现状监测；

④对监测数据进行分析和整理，并对MIKE21水动力、水质参数进行率定与验证；

⑤选取合适水动力、水质边界进行感潮河段背景浓度计算，同时计算各排污口对各控制断面的贡献度系数；

⑥采样线性规划的单纯形法计算出感潮河段水环境容量。

上述步骤⑤的计算方法为

目标函数：

约束条件：

x_j≥O(j＝1，…，n) (3)

式中，i为水质控制点编号；m为水质控制点数目；j为排污口编号；n为排污口数目；x为负荷量；L为总负荷量，即环境容量；a_ij为第j个排污口的单位负荷量对第i个水质控制点的污染贡献度系数；c_b为水质控制点的污染背景浓度；为水质控制点处的环境标准值。

贡献度系数a_ij(i＝1，…，m；j＝1，…，n)的求解是以线性规划法求解环境容量的关键，也是工作量最大的部分，根据定义，假想在一个排污口给1个单位负荷量，即x_j＝1，而其它排污口无负荷量排出，即x_k＝0(k＝1，…，n；k≠j)，然后用二维水质模型计算出在这种情况下的浓度分布，确定出m个水质控制点的浓度值，即为a_ij(i＝1，…，m)，改变排污口，重复以上步骤，就可以求出每个排污口的a_ij，在以上所有计算中，均不考虑背景浓度。