(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110182288.9 (22)申请日 2021.02.10 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 112883644 A (43)申请公布日 2021.06.01 (73)专利权人 中国环境科 学研究院 地址 100021 北京市朝阳区安外北 苑大羊 坊8号 (72)发明人 白静　周刚　田自强　赵健　 陈振宇　熊勇峰　丁琳　刘海霞　 (74)专利代理 机构 北京国林贸知识产权代理有 限公司 1 1001 代理人 李瑾　李连生 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01)G06Q 50/26(2012.01) G06F 113/08(2020.01) (56)对比文件 CN 101426848 A,20 09.05.06 CN 110728035 A,2020.01.24 US 20193 03755 A1,2019.10.0 3 审查员 王晓渊 (54)发明名称 一种动态水环境管理方法 (57)摘要 本发明公开了一种动态水环 境管理方法， 首 先进行水环境相关信息收集和监测及水质与特 征污染物的分析； 再进行水体进口边界条件模型 率定/训练； 然后率定或者估算水动力水质模型 的糙率和污染物的降解系数； 采用率定/训练好 的边界条件模型结合其它相关信息对研究区域 进口边界上的流量或者水质数据进行预报； 最后 利用率定或者估算的水动力水质 模型的糙率和 污染物的降解系数及水体边界条件 预报结果， 结 合水系断面数据、 最新监测到的点源排放实测数 据， 进行研究区域的水动力水质预报； 并根据预 报结果进行水质预警及排污量减排反馈。 本方法 纳入了大量的实测数据和信息， 实现了水环境的 动态监控、 动态预测和更科学的动态水环境管 理。 权利要求书3页 说明书8页 附图1页 CN 112883644 B 2022.03.01 CN 112883644 B 1.一种动态水环境管理方法， 其特 征在于： 包括以下步骤： 步骤1、 进行水环境相关信息收集和监测， 进行水质与特征污染物 的分析， 确定水动力 水质模型的模拟对象； 步骤2、 水体进口边界条件模型率定或训练： 采用流域模型或者快速估算模型作为水体 进口边界条件模 型， 基于水系矢量数据、 地理信息、 土地管理信息、 点源排放 实测数据、 气象 实测数据、 水文水质数据率定流域模型的参数或者对快速估算模型进 行训练； 步骤2中采用 快速估算模型模拟， 其计算步骤为： 在水文水质数据时间跨度大于一年且有每日数据的情 况下， 采用水系矢量数据、 地理信息和土地管 理信息、 气象实测数据、 点源排放 实测信息， 对 神经网络模型进行训练； 步骤3、 水动力水质模型参数率定： 糙率和污染物的降解系数的率定或估算； 步骤3中： (1)在没有构建断面水位 ‑流量‑率定后的糙率库和水温 ‑溶解氧‑率定后的降解系数库时， 进行水动力水质模型参数率定， 结合水体进口边界条件， 基于实时监测的水文 水质数据、 水 系断面数据、 点源排放实测数据进行水动力水质变化过程的再现， 率定水动力水质模型 的 糙率和污染物的降解系数； (2)在构建了断面水位 ‑流量‑率定后的糙率库和水温 ‑溶解氧‑ 率定后的降解系数库时， 利用数据回归关系式估算水动力水质模型的糙率和污染物降解系 数； 步骤4、 水体边界条件预报： 采用步骤2中率定好的流域模拟或者训练过的快速估算模 型， 利用水系矢量数据、 地理信息、 土地管 理信息、 最新的点源排放 实测数据、 气象预报数据 对研究区域进口边界上的流 量或者水质数据进行 预报； 步骤5、 水动力水质预报： 利用步骤3 中率定或估算的糙率和污染物的降解系数及步骤4 中获得的水体边界条件预报结果， 采用水系断面数据、 最新监测到的点源排放实测数据进 行研究区域的水动力水质变化模拟， 得到研究区域水体控制断面的水动力水质变化过程； 步骤6、 水质预警及排污量减排反馈： 如果水动力水质预报结果中控制断面污染物浓度 超标， 则向企业发送预警， 并监测企业 排污量减排反馈结果。 2.根据权利要求1所述的动态水环境管理方法， 其特征在于： 步骤1中收集和监测的信 息包括： a.水体基本信息： 包括水系矢量数据、 不同的水体功能分区、 水体的名字、 水体的位置、 水体的管理责任人； b.地理信息及土地管理信息： 包括土壤类型数据、 土地利用类型数据、 遥感影像图、 DEM 数据、 农业灌溉及施肥信息； c.水体断面数据： 包括河道的断面数据及糙 率数据； d.点源基本信息： 包括排污入河口经纬度、 排污的企业名称、 位置、 经营范围、 生产工 艺、 工序； e.测站基本信息： 包括实时监测天气数据的气象站的经纬度和海拔、 水文监测站和水 质监测站的经纬度； f.气象实测数据： 包括日期、 时间、 实时监测的降雨 量、 蒸发量、 太阳辐射 量、 风速； g.气象预报数据： 包括未来特定时间的降雨 量、 蒸发量、 太阳辐射 量、 风速预测结果； h.水文水质数据包括： 包括实时监测的流量、 水位、 流速、 TN、 TP、 COD、 DO的浓度， 以及温 度；权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 112883644 B 2I.点源排 放实测数据： 点源排 放流量和污染物浓度。 3.根据权利要求1所述的动态水环境管理方法， 其特征在于： 步骤3中： (1)在没有构建 断面水位 ‑流量‑率定后的糙率库和水温 ‑溶解氧‑率定后的降解系数库时， 进 行水动力水质 模型参数的率定： 在水体进口边界条件已知的情况下， 基于实时监测的水文水质数据、 水系 断面数据、 点源排放实测数据进行水动力水质变化过程的再现， 率定水动力水质模型 的糙 率和污染物的降解系数； 在水体进口边界条件未知的情况下， 基于步骤2中率定好的流域模 拟或者训练过的快速估算模型， 利用水系矢量数据、 地理信息、 土地管理信息、 点源排放实 测数据、 气象实测数据对水体边界上与模型率定同期的流量或者水质数据进行还原， 并结 合实时监测的水文水质数据、 水系断面数据、 点源排放实测信息进行水动力水质变化过程 的再现， 率定水动力水质模型的糙 率和污染物的降解系数。 4.根据权利要求3所述的动态水环境管理方法， 其特征在于： 步骤3(1)中水动力水质模 型参数率定的具体过程： 1)获取河网信息、 河道 的横断面数据和点源位置信息， 所述河网信息是指河网的平面 数据， 河道的横断面数据包括横断面的起点距 ‑高程‑糙率信息、 横断面与下游断面的距离、 点源概化后所处的断面； 2)对河段、 汊点、 断面进行编号， 建立汊点和各河段的对应关系； 3)采用Preissmann四点偏心格式和有限差分法对控制方程组进行离散， 水流的控制方 程组为一维圣维南方程组： 连续方程： 运动方程： 污染物输移的控制方程 为一维对流扩散方程： 式中： A为断面过水面积； Q为断面过水流量； ql为水量的源汇项， 表示由于排水或者引水 引起的源汇项； α1为动能系数； H为断面水深； i为河底坡降； 为摩阻比降； 其 中n为糙率； R为水力半径； g表示重力加速度； C为污染物的断面平均浓度； Ex为一维扩散系 数； k为污染物降解系数； S1为河床底泥释放速率； S2为点源排放造成的源汇项； 4)在汊点处， 假定汊点没有调蓄能力， 且没有能量损失： Zi＝Zj(i＝1,2,...,m； j＝1,2,. ..,m) 式中： i和j分为汊点处河段的序号； m为汊点处河段的总数； Qi为汊点处第i个河段的流 量； Zi和Zj分别表示汊点处第i和j个河段的水位； 5)给定河流的横断面水深、 流量、 污染物初始条件、 初始糙率和初始污染物降解系数、 源项， 所述源项即点源排 放的时间和排污量， 在河系的首尾断面设置入流和出流 边界条件； 6)采用t时刻 各断面的水位、 流量的初始值、 上下游边界条件、 汊点约束条件、 水量的源 汇项， 通过求解一维圣维南方程组离散后的方程组得到各河段t+1时刻各断面的水力要素权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 112883644 B 3