一种小型调蓄水库水质智能调控方法与流程

发明涉及水体溶解氧控制，尤其涉及小型调蓄水库水质智能调控方法。背景技术：1、调蓄水库在水利工程中起着至关重要的作用，主要包括调节河流流量以防洪灾、为农业灌溉和城市用水提供保障等。随着经济的发展和城市化进程的加快，水质问题逐渐成为关注的焦点，特别是对于那些需要满足下游用水需求的小型调蓄水库而言，维持水质在一定的标准范围内显得尤为重要。最初，水质调控技术主要集中在对单一水质指标的监测和处理上，通过定期采样监测水样，然后利用化学处理或生物处理等方法来调节水质，但存在监测手段简单、人为因素的系统性偏差影响等局限性。随着科技进步和需求增长，智能调控技术逐渐兴起，利用先进的监测设备和自动化调节系统，实现了对水质的实时监测、综合分析和及时调控，从而更有效地保障了调蓄水库的水质安全和稳定，为水资源的合理利用和生态环境的保护提供了有力支持。2、近年来，虽然调蓄水库水质调控技术不断提升，但仍然存在诸多技术缺陷，至少包括如下几个方面：1、目前已有的水质调控技术多为反应式而非预防式，当某一指标不符合标准时，才采取措施进行处理，缺乏及时性，无法提前预防水质问题的发生。2、缺乏综合性调控，仅关注单一指标可能忽视了水质的综合性和相互影响，导致处理措施的局限性和效果不全面，一旦处理不及时，可能导致水质问题的加剧，进而增加治理的难度和成本。技术实现思路1、本发明要解决的技术问题时针对现有技术的种种不足，提供小型调蓄水库水质智能调控方法。2、为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。3、一种小型调蓄水库水质智能调控方法，该方法包含以下步骤：收集基础数据、建立水量-水质数值模型、模拟并预测水质变化、调控水质净化设备以改善水质、持续监测与预测水质变化。4、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s1通过遥感技术收集小型水库的地形图像，实时监测水体中包括溶解氧、总磷、总氮在内的关键水质指标，以及研究区域内的气象数据。5、作为本发明的一种优选技术方案，步骤s2中使用mike21软件构建一个二维水量-水质模型，包括水动力学模型和水质模型两部分。6、作为本发明的一种优选技术方案，水动力学模型基于二维浅水方程，构建过程如下：7、(1)水体连续方程：8、9、其中u、v分别为x，y方向上速度分量沿水深的平均值，水深h随时间t的变化率加上沿x和y方向流动的流量变化率的综合等于源项hs，保证流入的水量与流出的水量和源项的总和保持一致，得到水体的变化、水量的分布及变化情况；10、(2)动量方程：11、沿x方向的动量方程为：12、13、沿y方向的动量方程为：14、15、其中，η为水位；f为科氏力系数；pa为当地大气压强；ρ为水的密度；τsx，τsy分别为表面风应力沿x和y方向的分量；τbx，τby分别为底部剪切应力沿x和y方向的分量；sxx、sxy、syy为辐射应力分量；tij为一般液体中黏滞性力、对流、紊动等引起的应力项；16、通过动量方程，获得水流速度在不同方向上的变化情况，同时可得到水流的流速、流向及所受力的影响因素；通过对上述水动力学模型的求解，可以预测水体在不同时间和空间位置的参数变化。17、作为本发明的一种优选技术方案，水质模型关注包括溶解氧、总磷、总氮在内的关键水质指标状态变量的变化，以及物质的对流、扩散和化学反应过程，用于预测和模拟水质参数的变化，通过设定不同的源汇项，模拟污染物的输入和净化过程，以及在水体中的自然降解过程，构建过程如下：18、19、其中，c为状态变量的浓度，u、v、w代表流速，dx、dy、dz为扩散系数，sc为源汇项，为对流项，为扩散项，pc代表水体中影响物质浓度变化的各种化学反应过程；根据调蓄水库实际情况以及工程经验确定水质模型中参数数值。20、作为本发明的一种优选技术方案，建立水动力和水质耦合模型，模拟调蓄水库水质变化，对模型中包括水库的进出水流量、水质的初始条件、天气情况在内的各种参数进行设定，确保模型的模拟结果准确可靠。21、作为本发明的一种优选技术方案，水量-水质数值模型根据预测精度要求设置模拟时长，精度越高模拟时长越短；根据调蓄水库实际数据设置包括粘窝系数、干湿水深、床底糙率在内的水动力模型参数；根据调蓄水库进出水情况设置流量边界条件；根据调蓄水库实际情况确定水质模型中包括状态变量、常量、作用力、过程、辅助变量和衍生变量在内的参数数值。22、作为本发明的一种优选技术方案，在模型建立和参数设定完成后，通过运行二维水量-水质模型来模拟和预测水库的水动力和水质状况，通过运行结果得到水库在不同条件下的水质变化情况，从而预测潜在的水质问题。23、作为本发明的一种优选技术方案，根据水质预测结果，自动调整对应的水质净化设备改善不达标的水质指标，直至水质得到彻底改善；同时水质净化设备会持续向水质预测系统反馈最新的水质数据，确保水质调控措施的有效性。24、采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过mike21等高级模拟软件的使用，能更准确地模拟水质变化；构建了二维水量-水质数值模型，整合地理、气象、水文等多种数据，通过结合预测区域的水质和气象特点，利用水质预测装置对预测区域范围内进行溶解氧、总磷、总氮等水质指标的含量变化分析，根据水体水质要求，预测水质变化趋势，及时发现可能的水质问题，提高水质预测的准确性。结合物联网和自动化技术，实现对水质调控设备的自动调整，及时响应水质变化，避免调蓄水库水质恶化，改善了调蓄水库水体水质。同时，本发明不仅仅是对单一指标的调控，而是实施多元化的水质管理措施，如生物处理、化学处理和物理处理等，相互配合以达到最佳的水质改善效果。25、下文的实施例详细介绍了本发明各项技术细节的技术优势及其有益效果。技术特征：1.一种小型调蓄水库水质智能调控方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：2.根据权利要求1所述的小型调蓄水库水质智能调控方法，其特征在于：步骤s1通过遥感技术收集小型水库的地形图像，实时监测水体中包括溶解氧、总磷、总氮在内的关键水质指标，以及研究区域内的气象数据。3.根据权利要求1所述的小型调蓄水库水质智能调控方法，其特征在于：步骤s2中使用mike21软件构建一个二维水量-水质模型，包括水动力学模型和水质模型两部分。4.根据权利要求3所述的小型调蓄水库水质智能调控方法，其特征在于：水动力学模型基于二维浅水方程，构建过程如下：5.根据权利要求3所述的小型调蓄水库水质智能调控方法，其特征在于：水质模型关注包括溶解氧、总磷、总氮在内的关键水质指标状态变量的变化，以及物质的对流、扩散和化学反应过程，用于预测和模拟水质参数的变化，通过设定不同的源汇项，模拟污染物的输入和净化过程，以及在水体中的自然降解过程，构建过程如下：6.根据权利要求3所述的小型调蓄水库水质智能调控方法，其特征在于：建立水动力和水质耦合模型，模拟调蓄水库水质变化，对模型中包括水库的进出水流量、水质的初始条件、天气情况在内的各种参数进行设定，确保模型的模拟结果准确可靠。7.根据权利要求6所述的小型调蓄水库水质智能调控方法，其特征在于：水量-水质数值模型根据预测精度要求设置模拟时长，精度越高模拟时长越短；根据调蓄水库实际数据设置包括粘窝系数、干湿水深、床底糙率在内的水动力模型参数；根据调蓄水库进出水情况设置流量边界条件；根据调蓄水库实际情况确定水质模型中包括状态变量、常量、作用力、过程、辅助变量和衍生变量在内的参数数值。8.根据权利要求7所述的小型调蓄水库水质智能调控方法，其特征在于：在模型建立和参数设定完成后，通过运行二维水量-水质模型来模拟和预测水库的水动力和水质状况，通过运行结果得到水库在不同条件下的水质变化情况，从而预测潜在的水质问题。9.根据权利要求1所述的小型调蓄水库水质智能调控方法，其特征在于：根据水质预测结果，自动调整对应的水质净化设备改善不达标的水质指标，直至水质得到彻底改善；同时水质净化设备会持续向水质预测系统反馈最新的水质数据，确保水质调控措施的有效性。技术总结本发明公开了一种小型调蓄水库水质智能调控方法，包含以下步骤：收集基础数据、建立水量‑水质数值模型、模拟并预测水质变化、调控水质净化设备以改善水质、持续监测与预测水质变化。通过构建二维水量‑水质数值模型，整合地理、气象、水文等多种数据，根据水体水质要求，预测水质变化趋势，及时发现可能的水质问题，提高水质预测的准确性。结合物联网和自动化技术，实现对水质调控设备的自动调整，及时响应水质变化，避免调蓄水库水质恶化，改善了调蓄水库水体水质。同时，本发明不仅仅是对单一指标的调控，而是实施多元化的水质管理措施，如生物处理、化学处理和物理处理等，相互配合以达到最佳的水质改善效果。技术研发人员：王辉,葛巍,王涛,李宗坤,刘淑瑜,张华,焦余铁,李一帆,杜润沺,张泰赫,王志久受保护的技术使用者：河南省引江济淮工程有限公司技术研发日：技术公布日：2024/8/16