[发明专利]河口叶脉状河网干流最优引水流量确定方法

说明书

本发明公开了一种河口叶脉状河网干流最优引水流量确定方法。本发明分四部分，一是调查收集河网平面分布及河流几何特征，确定河网干流加权坡降、加权河宽；二是确定口门断面关键水力要素，包括潮差与最大涨潮和落潮单宽流量关系、口门最大水深、最小水深、最大涨潮流速和最大落潮流速；三是确定干流污染源氨氮最大平均排放浓度和排放流量沿程分布规律及峰值；四是确定干流最优引水冲污流量及相应最大平均氨氮浓度。河口叶脉状河网干流最优引水流量确定方法，给出在潮流与径流复杂博弈条件下，削弱河道污染物氨氮浓度最佳效果的引水流量求解方法，解决了调水引流作为改善平原河网水污染问题最为快捷和经济可行方法中的核心技术难题。

技术领域

本发明涉及水力学及河流动力学领域，具体的说是河口叶脉状河网干流最优引水流量确定方法。

背景技术

我国地域辽阔，水系发达，河网密布，伴随着社会经济的快速发展和城镇化步伐的加快，河网的污染物治理问题日益突出，据不完全统计，截止2016年，全国295个地级以上城市中有216座城市查出黑臭水体1811个。河网污染物治理问题已成为关系到社会文明、城市发展、人民健康的重大生态课题。控源截污是改善河网水环境的最根本措施，但实施难度大，调水冲污是解决平原河网水污染问题最为快捷和经济可行的技术方法。20世纪60年代，日本东京母亲河隅田川BOD质量浓度曾一度达到40mg/L，成为臭气熏天的黑臭河流，为此，日本从利根川引水50m³/s，经武藏野水路入荒川，最后经新河岸川引入隅田川，1990年隅田川生态需氧量BOD质量浓度下降了90％，收到明显成效。此外，美国密西西比河、德国鲁尔河、俄罗斯莫斯科河引水工程，我国的福州市城区内河引水冲污工程、杭州市钱塘江引水入西湖工程、成都市府南河综合整治工程、上海市苏州河综合调水工程等均利用引水改善河道水动力条件，增加水体复氧量，提高了水体自净能力，对修复水环境起了重要作用。然而，究竟引入多大流量对污染物治理效果最好，这一直是该工程措施的主要技术瓶颈。引入流量太大，不仅浪费宝贵水资源，增加工程投资，而且对防洪和天然河道冲刷造成不利影响，引入流量太小，对水环境的改善效果不明显。通过对河流自然属性、污染物排放沿程分布、潮流特性以及引水流量对水动力条件和污染物运移的影响研究发现，某一引水流量下，污染物浓度能够降到最低，再增加引水流量，并不能继续降低污染物浓度，换言之，调水冲污工程存在一个最优引水流量。

从包括中国专利在内的有关资料检索表明，目前国内外尚无河口叶脉状河网干流最优引水流量确定方法的相关报道。

发明内容

(1)要解决的技术问题

平原地区河网，特别是河口人口密集的城市河网，因大量污水排入河道，且水动力不足，河网流速缓慢，水流流动性差，导致污染物常滞留在河道中无法顺利排出，造成水体黑臭，加上潮流的逆向作用和纵横交错的复杂边界条件，使得水环境治理成为突出的技术难题。本发明要解决的主要技术问题是：根据河网特点、潮径流条件及污染物分布，确定调水冲污的最优流量，以获取河网污染物治理的最佳效果。

(2)技术方案

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：河口叶脉状河网干流最优引水流量确定方法，其特征是：其特征是：河口叶脉状河网最优引水流量确定方法分五部分，一是调查收集河网平面分布及河流几何特征，确定河网干流加权坡降、加权河宽；二是确定口门断面关键水力要素，包括潮差与最大涨潮和落潮单宽流量关系、口门最大水深、最小水深、最大涨潮流速和最大落潮流速；三是确定干流污染源氨氮最大平均排放浓度和排放流量沿程分布规律及峰值；五是确定干流最优引水冲污流量及相应最大平均氨氮浓度。

河网干流加权坡降、加权河宽由下式确定：

干流加权坡降干流加权河宽

其中L_ms为干流总计算河长，l_ms(i)为干流第i段河长(m)，rs_ms(i)为干流第i段坡降(单位：百分之一)，rb_ms(i)为干流第i段河宽，_nms为干流总分段数。