人工下降流羽流捕获方法及装置、电子设备、存储介质

本发明涉及海洋工程领域，尤其涉及一种人工下降流羽流捕获方法及装置、电子设备、存储介质。

背景技术：

1、近年来，由于气候变化和人类活动引发的沿海水体富营养化，全球海洋一直处于脱氧状态，对人类生存提出了巨大挑战。首先，海洋持续性低氧显著扰动了海洋生物地球化学循环，影响有机碳的沉积和矿化，打乱全球碳循环的平衡，促使海洋向大气排放甲烷和n2o等温室气体从而加剧全球升温。更关键的是，低氧严重破坏了生物栖息地，增加水体中还原性有害物质的浓度，使得海洋生物链结构改变，从而降低了海洋生物多样性。在全人类应对人口增长和气候变化的背景下，海洋低氧威胁了人类食物安全和生物医药保障供给，增加了气候变化的不确定性。因此，缓解海洋低氧是人类社会可持续发展的必由之路。

2、人工下降流被证实可用于改善海洋生态，缓解海洋低氧，这使得该领域成为海洋人工系统研究的新方向。目前，许多国家工程上已发展出多种人工下降流增氧设备，如日本的dcg密度流发生装置和机械水体循环装置、瑞典的box风电导流增氧装置、中国的潮流泵型增氧装置。然而，制约人工下降流发展的一个障碍是难以保证羽流被缺氧层捕获。当羽流逃逸出缺氧层时，人工下降流增氧效果将大大下降。

3、据文献调研，距今还没有对人工下降流羽流捕获技术的系统性研究，对人工下降流管口的布放高度缺乏科学指导。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的是提供一种人工下降流羽流捕获方法及装置、电子设备、存储介质，以解决相关技术中存在的人工下降流羽流无法被缺氧层捕获，从而导致增氧效果大大下降的技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明实施例提供一种人工下降流羽流捕获方法，包括：

4、获取海水的密度梯度、最底层海水密度、缺氧层厚度、下降流羽流排放速度、排放密度和导流管半径；

5、根据所述海水的密度梯度、最底层海水密度、下降流羽流排放速度、排放密度和导流管半径，计算人工下降流初始质量通量、初始动量通量、初始浮力通量和布伦特-维赛拉频率；

6、根据所述人工下降流初始质量通量、人工下降流初始动量通量、人工下降流初始浮力通量和布伦特-维赛拉频率，计算卷夹系数；

7、根据所述卷夹系数、人工下降流初始动量通量、人工下降流初始浮力通量和布伦特-维赛拉频率，计算下降流羽流最大穿透高度、下降流羽流扩散高度和羽流径向侵入厚度；

8、根据所述下降流羽流扩散高度、羽流径向侵入厚度和缺氧层厚度，计算人工下降流羽流被缺氧层捕获的最优排放高度，以使得当下降流管口设置在最优排放高度处时，人工下降流羽流完全被排放到低氧层中，不会上浮到富氧水层中，最大化人工下降流增氧效率。

9、可选的，所述初始质量通量、初始动量通量、初始浮力通量、布伦特-维赛拉频率的计算公式如下；

10、

11、

12、

13、

14、其中，q0为初始质量通量，m0为初始动量通量，b0为初始浮力通量，n为布伦特-维赛拉频率，g为重力加速度，dρ/dz为海水的密度梯度，ρb为最底层海水密度，w0为下降流羽流排放速度，ρ0为排放密度，r0为导流管半径。

15、可选的，所述卷夹系数的计算公式如下；

16、

17、式(5)中，α为卷夹系数，αp为羽流夹带系数的渐近值，m0为初始动量通量，b0为初始浮力通量，n为布伦特-维赛拉频率。

18、可选的，所述下降流羽流最大穿透高度、下降流羽流扩散高度和羽流径向侵入厚度的计算公式如下：

19、

20、

21、hp＝1.36hpσ-0.3                (8)

22、式中，zm为下降流羽流最大穿透高度，zs为下降流羽流扩散高度，hp为羽流径向侵入厚度，α为卷夹系数，b0为初始浮力通量，n为布伦特-维赛拉频率，hp人工下降流系统尺度的自然长度，该长度表示浮力克服初始流动相关惯性的垂直距离，σ为一无量纲参数，

23、可选的，所述人工下降流羽流被缺氧层捕获的最优排放高度的计算公式如下：

24、

25、式中，hoptimal为最优排放高度，hhypoxia为缺氧层厚度，α为卷夹系数，m0为初始动量通量，b0为初始浮力通量，n为布伦特-维赛拉频率。

26、第二方面，本发明实施例提供一种人工下降流羽流捕获装置，包括：

27、获取模块，用于获取海水的密度梯度、最底层海水密度、缺氧层厚度、下降流羽流排放速度、排放密度和导流管半径；

28、第一计算模块，用于根据所述海水的密度梯度、最底层海水密度、下降流羽流排放速度、排放密度和导流管半径，计算人工下降流初始质量通量、初始动量通量、初始浮力通量和布伦特-维赛拉频率；

29、第二计算模块，用于根据所述人工下降流初始质量通量、人工下降流初始动量通量、人工下降流初始浮力通量和布伦特-维赛拉频率，计算卷夹系数；

30、第三计算模块，用于根据所述卷夹系数、人工下降流初始动量通量、人工下降流初始浮力通量和布伦特-维赛拉频率，计算下降流羽流最大穿透高度、下降流羽流扩散高度和羽流径向侵入厚度；

31、第四计算模块，用于根据所述下降流羽流扩散高度、羽流径向侵入厚度和缺氧层厚度，计算人工下降流羽流被缺氧层捕获的最优排放高度，以使得当下降流管口设置在最优排放高度处时，人工下降流羽流完全被排放到低氧层中，不会上浮到富氧水层中，最大化人工下降流增氧效率。

32、第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：

33、一个或多个处理器；

34、存储器，用于存储一个或多个程序；

35、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面所述的方法。

36、第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如第一方面所述方法的步骤。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

38、采用获取海水的密度梯度、最底层海水密度、缺氧层厚度、下降流羽流排放速度、排放密度和导流管半径；然后根据所述海水的密度梯度、最底层海水密度、下降流羽流排放速度、排放密度和导流管半径，计算人工下降流初始质量通量、初始动量通量、初始浮力通量和布伦特-维赛拉频率；然后根据所述人工下降流初始质量通量、人工下降流初始动量通量、人工下降流初始浮力通量和布伦特-维赛拉频率，计算卷夹系数；根据所述卷夹系数、人工下降流初始动量通量、人工下降流初始浮力通量和布伦特-维赛拉频率，计算下降流羽流最大穿透高度、下降流羽流扩散高度和羽流径向侵入厚度；最后根据所述下降流羽流扩散高度、羽流径向侵入厚度和缺氧层厚度，计算人工下降流羽流被缺氧层捕获的最优排放高度，以使得当下降流管口设置在最优排放高度处时，人工下降流羽流完全被排放到低氧层中，不会上浮到富氧水层中，最大化人工下降流增氧效率，本发明无需更高的装置建造成本和能量消耗，进而达到人工下降流羽流被低氧层捕获，实现效率最优，降低了沉积物中有害物质析出的风险，优化装置设计，降低运维成本。