[发明专利]一种基于水循环优化的生态塘库植物净化效果模拟方法

权利要求书

1.一种基于水循环优化的生态塘库植物净化效果模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立考虑植物扰流作用的生态塘库深度平均平面二维紊流数学模型，根据所述生态塘库深度平均平面二维紊流数学模型求解确定生态塘库水动力分布情况；

S2：引入示踪剂模型，以此计算生态塘库的换水周期，获取得到生态塘库换水周期平面分布情况；

S3：根据所述生态塘库换水周期平面分布情况，计算各换水周期下大于各换水周期时间的水生态塘库的面积的占比，以所述换水周期为横坐标，以所述面积的占比为纵坐标，绘制换水周期的频率分布曲线；

S4：根据所述换水周期的频率分布曲线，对生态塘库的换水能力进行评估；

S5：建立考虑植物净化效果的水质变量的质量守恒方程，结合所述考虑植物扰流作用的生态塘库深度平均平面二维紊流数学模型对生态塘库的水质分布情况进行求解，获得生态塘库的水质分布情况；

S6：根据所述生态塘库的水质分布情况，确定生态塘库植物对污染物的吸收效果；

水质越好，则生态塘库植物对污染物的吸收效果越好；反之亦然。

2.根据权利要求1所述的基于水循环优化的生态塘库植物净化效果模拟方法，其特征在于，步骤S1中，所述考虑植物扰流作用的生态塘库深度平均平面二维紊流数学模型包括连续性方程和水平方向动量方程；所述水平方向动量方程包括x方向动量方程和y方向动量方程；

所述连续性方程为：

式中：x、y分别为水平方向曲线-正交坐标；z为垂向σ坐标；m_x、m_y均为坐标变换系数，在笛卡尔坐标下取1；H为总水深，m；U_x为x方向深度平均速度分量，m/s，V_y为y方向深度平均速度分量，m/s；S_h为连续性方程的源/汇项，s^-1；u、v分别为x、y方向上的速度分量，m/s；

所述x方向动量方程为：

式中：g为重力加速度，m/s²；为垂线σ坐标系统下相对于参考高度的水面高程，m；p为附加静水压，m²/s²；P_a为大气压强，Pa；h为垂线σ坐标系统下基于参考高度以下的水深，m；A_H为水平紊动扩散系数，m²/s；C_p为植被的阻力系数，无量纲；D_p为与每个单位水平面积的流量相交的投影植被区域；S_u为x方向上动量的源/汇项，m²/s²；

所述y方向动量方程为：

式中：S_v为y方向上动量的源/汇项，m²/s²。

3.根据权利要求1所述的基于水循环优化的生态塘库植物净化效果模拟方法，其特征在于，步骤S2中，所述示踪剂模型为：

式中：C_t为t时刻的示踪剂剩余浓度，mg/L；C₀为示踪剂初始浓度，mg/L；t为时间，天；T_f为换水周期，天；将所述换水周期定义为水体中剩余浓度衰减为初始浓度的e^-1时的时间。

4.根据权利要求1所述的基于水循环优化的生态塘库植物净化效果模拟方法，其特征在于，步骤S4中，根据所述换水周期频率分布曲线，对生态塘库的换水能力进行评估时：

若所述换水周期频率分布曲线沿垂向越陡峭，且越贴近换水面积空间均匀分布情况下的频率分布曲线，则生态塘库的换水周期的变异性越小，换水越快，空间换水能力变异性越小，植物种植越合理；

若所述换水周期频率分布曲线沿垂向越平缓，且越远离换水面积空间均匀分布情况下的频率分布曲线，则生态塘库的换水周期的变异性越大，换水越慢，空间换水能力变异性越大，植物种植越不合理。

5.根据权利要求2所述的基于水循环优化的生态塘库植物净化效果模拟方法，其特征在于，所述水质变量的质量守恒方程为：

式中：C为水质变量浓度，mg/L；S_C为水质汇项，g/(m³·d)；S_Ci为污染物i的水质汇项，g/(m³·d)；K_i为污染物i的降解速率，d^-1；C_i为污染物i的浓度，mg/L；F_i为植物对污染物i的净化效率，g/(m²·d)。