(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111571718.2 (22)申请日 2021.12.21 (71)申请人 中国科学院东北地理与农业 生态研 究所 地址 130032 吉林省长 春市高新北区盛北 大街4888号 (72)发明人 刘雪梅　章光新　陈立文　 (74)专利代理 机构 北京众达德权知识产权代理 有限公司 1 1570 代理人 田灵菲 (51)Int.Cl. G06Q 10/06(2012.01) G06Q 50/06(2012.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01)G06F 111/06(2020.01) (54)发明名称 一种基于水动力-水质 -生态模型的湖泊多 水源调控方法 (57)摘要 本发明提供一种基于水动力 ‑水质‑生态模 型的湖泊 多水源调控 方法， 涉及水源调控技术领 域， 包括获取数据、 厘清湖泊水环境时空异质性 的发生机制、 建立模型、 确定维持湖泊水生态健 康的水质控制阈值、 提出最佳多水源调控方案步 骤。 本发明， 通过改进BLOOM模块， 将浮游植物表 征型纳入湖泊浮游植物竞争机制的模拟中， 创建 了适用于湖泊水环境模拟 的水动力 ‑水质‑生态 综合模型， 提升了湖泊水环境模拟的精度， 从而 可以更好的精准确定湖泊水环境健康的水质控 制目标； 其次， 利用多种水资源进行多水源综合 调控， 改善了湖泊水质的同时也提升了区域水资 源的综合利用， 本发明结果为查干湖水质管理提 供科技支撑， 同时也是 践行“一湖一策 ”精准治理 的要求。 权利要求书2页 说明书7页 附图5页 CN 114240196 A 2022.03.25 CN 114240196 A 1.一种基于水动力 ‑水质‑生态模型的湖泊多水源调控方法， 其特征在于： 所述基于水 动力‑水质‑生态模型的湖泊多水源调控方法包括以下步骤： S1： 为湖泊水动力 ‑水质‑生态综合模型的数据库准备， 获取湖泊水动力 ‑水质‑生态综 合模型所需的各种监测数据； S2： 根据监测数据综合分析湖泊水环境演变特征及规律， 厘清湖泊水环境时空异质性 的发生机制； S3： 基于湖泊水环境演变机理构建适用于湖泊水环境刻画的水动力 ‑水质‑生态综合模 型； S4： 根据湖泊水动力 ‑水质‑生态综合模型开展不同灌区发展变化下浮游植物和水质演 变特征研究， 揭示多环境因子胁迫下湖泊浮游植物竞争机制， 确定维持湖泊水生态健康的 水质控制阈值； S5： 基于湖泊水质控制阈值， 提出维持湖泊水生态健康的最佳多水源调控方案 。 2.根据权利要求1所述的一种基于水动力 ‑水质‑生态模型的湖泊多水源调控方法， 其 特征在于： 所述步骤S1中所需的各种监测数据包括收集湖泊出入口水文监测站逐小时流量 资料、 汇水区内逐小时气象观测资料、 数字高程数据(DEM)、 湖泊逐月的水质数据和浮游生 物数据， 然后建立模型 数据库， 利用N otepad软件准备 各种输入数据。 3.根据权利要求1所述的一种基于水动力 ‑水质‑生态模型的湖泊多水源调控方法， 其 特征在于： 所述步骤S2具体步骤为基于长时序的气象、 水文、 水质等数据阐明了水循环要 素 的演变特征， 明确湖泊的补给水源； 划分湖泊的水质演变阶段， 明 晰当前水质演 变阶段中营 养因子和非营养因子的时空特征和演变规律； 评价湖泊的富营养化程度， 为湖泊水动力 ‑水 质‑水生态综合模型 的构建提供机理基础， 在对数据库的基础数据进行统计分析 的时候利 用到Person相关分析法和Mann ‑Kendall突变检测法， 富营养化指数计算综合利用了 Trophic State Index(TSI)、 Trophic  Level Index(TLI)和Eutrophication  Index(EI)指 数进行计算。 4.根据权利要求1所述的一种基于水动力 ‑水质‑生态模型的湖泊多水源调控方法， 其 特征在于： 所述 步骤S3具体包括以下步骤： a： 水文气象水质生态 观测数据和数字高程数据预处 理； b： 模型参数的获取及构建； c： 模型拟合和验证。 5.根据权利要求4所述的一种基于水动力 ‑水质‑生态模型的湖泊多水源调控方法， 其 特征在于： 所述步骤a中需要收集湖泊出入口水文逐小时流量数据和逐月的水质及浮游生 物数据、 汇水区内气象观测资料 逐小时数据以及数字高程数据， 对这些资料进行 预处理。 6.根据权利要求4所述的一种基于水动力 ‑水质‑生态模型的湖泊多水源调控方法， 其 特征在于： 所述步骤b中采用Delft3 d平台开展湖泊水动力 ‑水质‑生态模型的模拟工作， 首 先利用网格生成模块(Delft3D ‑Rgfgrid)将遥感和实测获取的DEM数据和模拟边界进行网 格化， 构建一个适合水动力模拟的陆地 ‑水边界， 并且剖分适合运行的网格， 其次， 利用初始 数值生成模块(Delft3D ‑Quickin)叠合水底地形和粗糙率设定Flow模块的初始条件， 生成 初始水底地形， 之后对模型的输入参数进行本地化和率定， 随后， 利用水动力计算模块 (Delft3D ‑Flow)将已经获取的网格和湖底地形结合， 进行具体参数的设定后进行运算； 利权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114240196 A 2用水动力耦合模块(Coupling)将输入 水动力数据耦合输入 过程库模块(Process  Library) 和水质模拟模块(Waq ‑1和Waq‑2)， 从而进行污染物运移的模拟， 其中， 水动力耦合模块 (Coupling)主要将正交网格转化为水质模拟运移网格， 将原来1h的时间步长修改为1日的 时间步长， 直接调用水动力模拟出的模拟结果(Communication  file)， 而过程库模块 (Process  Library)需要具体模拟物质的反应过程， 水质模拟模块(Waq ‑1和Waq‑2)启动具 体的模拟， 该模型综合了大气沉降、 内源和外源输入以及物种之间的竞争机制， 而生态模块 (BLOOM)嵌套入水质模块， 主要在刻画3种 浮游植物功能群的基础上， 添加 了浮游植物表征 型水平的刻画。 7.根据权利要求4所述的一种基于水动力 ‑水质‑生态模型的湖泊多水源调控方法， 其 特征在于： 所述步骤c中需要利用水温、 水深和盐度对湖泊水动力模块进行率定和验证， 利 用水质参数等如总氮、 总磷、 溶解氧和叶绿素进行水质 模块的率定和验证， 利用纳什系数 (Nash‑Sutcliffe  Efficiency， NSE)、 标准偏差(standard  regression  percent bias， PBIAS)和目视解译法对校准效果进行评价， 利用藻类生物 量和占比进 行生态模块的率定和 验证， 利用平均标准偏差(Average  Standard  Deviation， ARD％)和目视解译法对模拟效果 进行评价， 最终构建可适用于湖泊水环境模拟的水动力 ‑水质‑水生态综合模型。 8.根据权利要求1所述的一种基于水动力 ‑水质‑生态模型的湖泊多水源调控方法， 其 特征在于： 所述步骤S4中为了精准确定维持湖泊水生态健康的水质控制目标， 利用已构建 的湖泊水动力 ‑水质‑生态综合模型， 模拟不同水量输入情景和水质排放情景下浮游植物的 生物量， 通过多环境因子协同作用下竞争机制的揭示， 以低生物量和低有害蓝藻占比为约 束条件， 进行多情景模拟。 9.根据权利要求1所述的一种基于水动力 ‑水质‑生态模型的湖泊多水源调控方法， 其 特征在于： 所述步骤S5中以确定的维持湖泊水生态 健康的水质控制目标(TN和TP浓度)为约 束条件， 设置了不同水文年、 不同灌区退水情景和不同改善水动力条件为调控措施， 设计多 种组合情景， 利用水质改善率(Improvement  of Water Quality)和可供水量为约束条件， 确定维持湖泊水环境健康的最佳多水源调控方案， 为湖泊水质管理和生态补水提供技术支 撑和决策依据。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114240196 A 3