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申请/专利权人：太湖流域水文水资源监测中心(太湖流域水环境监测中心)

摘要：本发明公开了一种基于天然示踪离子的水动力模型验证方法，其步骤为：确定河流及湖泊采样点，每隔2‑3日采样并监测示踪离子浓度；对研究区域进行地形插值与网格划分，收集整理水文、气象资料、基于边界条件与初始条件驱动水动力模型进行湖泊水动力模拟；采用湖流站流速流向监测数据进行模型参数初步率定；计算各时期模拟的低浓度示踪离子（20‑30mgL）的分布面积，与同期实测示踪离子浓度面积进行对比，根据对比差异，进行模型参数校正，直至模型参数能够使水动力模拟结果同时较好的吻合湖流站流速流向和同期实测示踪离子浓度面积。本发明采用流速流向并结合示踪离子采样监测从点到面校正湖泊水动力模型参数，提升模型水动力模拟精度。

主权项：1.一种基于天然示踪离子的水动力模型验证方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、河流采样点位布设：沿河流入湖口向河流上游按500m等间距布设3-10个断面，对所述3-10个断面进行流量监测，分析流向类型；流向类型包括3类：入湖流向、往复流向、出湖流向；从流向为入湖方向的断面中，选取距离湖泊最近的断面作为河流监测断面，并选取监测断面的中泓作为河流采样点位；步骤2、湖泊采样点位布设：湖泊采样点位布设采用扇形布点法，即河流入湖口处为中心的30-150°扇形范围内布设样线，相邻两采样线夹角为30°，在每条样线上按300-500m等间距布设采样点位；步骤3、对上述步骤1、步骤2中确定的采样点位，间隔2-3日连续采集水下0.5处水样，并记录采样时间；样品采集后，立即送回实验室检测；步骤4、收集湖泊地形资料，根据湖泊形态进行地形插值与网格划分，收集整理风速风向资料、出入湖流量资料，湖泊周边雨量站和蒸发站数据，作为湖泊水动力模型边界条件，驱动水动力模型进行水位流速流向的模拟；步骤5、基于步骤4构建的水动力模型进行湖泊流速流向的模拟，将湖泊水动力模型在湖泊内湖流站处的流速流向模拟数据与该湖流站对应的流速流向实测数据进行对比，初步调整水动力模型的水动力参数；并基于该水动力参数，模拟示踪离子分布面积；基于出入湖流量或水位数据及风场数据驱动湖泊水动力模型进行湖泊流速流向的模拟，即水动力模型进行水动力模拟时，水动力模型是基于二维不可压缩和Reynolds值平均分布的Navier-Stokes方程，而且服从于Boussinesq假定和静止水压力的假定：平面二维水流连续方程： 平面二维水流x方向的动量方程： 平面二维水流y方向的动量方程： 方程中t为时间s；x、y为右手Cartesian坐标系；ζ为水面相对于未扰动水面的高度；h为静止水深；g为重力加速度；px、y、t，qx、y、t分别为x方向和y方向的通量m3sm其中p＝uh，q＝vh，u、v分别为流速在x、y方向上的分量；pa为当地大气压；ρ为水密度；Ωx、y为科氏力，Ωx、y＝2ωsinψ，ω为地球自转角速度，ψ为计算点所处的纬度，一般取Ω＝0.739×10-4s-1；C为柯西阻力系数m12s；为风摩擦因素函数，为风应力系数，ρa为空气密度，V为风速，Vx、Vy为x、y方向上的风速；τxx；τxy；τyy为剪切应力的分量；S为源项，Six为源项在x方向的分量，Siy为源项在y方向的分量；步骤6、根据湖泊不同采样点位天然示踪离子的检测浓度，利用Arcmap克里金法插值出全湖天然示踪离子实际分布面积，进行示踪离子实际分布面积与模拟面积对比，根据对比差异，进行模型参数调整，直至示踪离子模拟面积与实际分布面积基本一致，即面积相差15％以内。

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