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龙图腾网获悉青岛理工大学申请的专利基于耦合模型的河流水动力与污染物迁移协同预测方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN120725229B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-12-30发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202510914106.0，技术领域涉及：G06Q10/04；该发明授权基于耦合模型的河流水动力与污染物迁移协同预测方法是由陈栋;杨文;赵飞;李慧颖;董晓婉;王烁阳;王方舒;李硕设计研发完成，并于2025-07-03向国家知识产权局提交的专利申请。

本基于耦合模型的河流水动力与污染物迁移协同预测方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种基于耦合模型的河流水动力与污染物迁移协同预测方法，步骤1、构建河道的MIKE21水动力场；步骤2、构建污染物迁移模型；步骤3：构建LSTM‑MIKE21耦合模型；步骤4、通过耦合模型对全流域污染物浓度场进行实时预测。本发明通过将物理机理模型MIKE21与数据驱动模型LSTM21双向耦合，显著提升了污染物迁移模拟的精度与可靠性，实现了水动力场与污染物浓度场的协同优化求解。其中，LSTM21残差修正机制有效补偿了纯物理模型未涵盖的复杂过程，使污染物峰值浓度预测误差从传统方法的20％降至8％，同时对质量守恒、非负浓度的符合度达99.5％以上。

本发明授权基于耦合模型的河流水动力与污染物迁移协同预测方法在权利要求书中公布了：1.一种基于耦合模型的河流水动力与污染物迁移协同预测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1、构建河道的MIKE21水动力场；包括： 步骤1.1、网格剖析与地形导入 采集河道的流速、流量、水深、高程数据，采用MIKE21软件的不规则三角网对河道的流速、流量、水深、高程数据进行网格划分；基于卫星高程数据，通过加权反距离插值法将通过卫星数据及水文站得知的水下地形数据映射至网格节点，生成河道三维地形模型； 加权反距离插值法为： 其中，Zi为待插值节点高程，dk为邻近高程点距离，p＝2；N为监测点数量； 步骤1.2、构建水动力场 基于Navier-Stokes方程建立二维水动力模型，耦合以下环境动力因子： 其中，h：水深m，v＝u，v：流速矢量ms，u为纵向流速，v为横向流速，vt：实时流速；η：水位m，g：重力加速度，g＝9.81ms2，干湿处理：水深≤0.01m定义为干单元网格； 步骤2、根据MIKE21水动力场，构建污染物迁移模型；包括： 基于步骤1建立污染物动力学模型，在MIKE21软件导入来自监测站逐日监测数据，根据各水质指标之间的数学关系建立以下污染物迁移模型： 其中，C：污染物浓度mgL，Δ：网格尺度，D：扩散张量，单位m2s，含湍流扩散与分子扩散，S反应＝-KdhC：一级降解项，Kd：降解速率常数，单位d-1，S外源:点源面源排放量，单位gs；扩散系数D：采用Smagorinsky亚网格模型，Cs＝0.2； 根据流域污染物迁移模型即可得到污染物浓度模拟值CMIKE； 步骤3、将物理机理模型MIKE21与LSTM双向耦合，构建LSTM-MIKE21耦合模型； 步骤4、通过LSTM-MIKE21耦合模型对河道全流域污染物浓度场进行实时预测； 其中，所述步骤3中，利用LSTM神经网络对河流模拟段δC值进行预测，建立残差模型；其中δC＝C实测-CMIKE，C实测为污染物浓度实测值； 残差模型的构建步骤包括： 将MIKE21网格输出插值至监测点位置Xi，使位置Xi与实测数据时空匹配，每15分钟采集以下参数：流速v，流量Q，水位h，污染物浓度C实测； 以时间步长Δt＝15min构建时序，时序数据{Xt}＝[hXi，t，vXi，t，C实测Xi，t，Qt，CMIKEXi，ti＝1，…，N，N为监测点数量； 采用三层堆叠LSTM神经网络结构，每层LSTM的隐层单元数分别为128、64、32，最后接一个全连接层输出N个监测点的残差预测值，三层LSTM，每一层的输出作为下一层的输入，设第一层LSTM的隐藏状态为ht1，第二层为ht2，第三层为ht3； 将第三层LSTM在时间步t的输出ht3通过一个全连接层，得到N个监测点的残差预测值； 其中，Wo是输出层的权重矩阵，维度为32×N，bo是偏置向量，维度为N，因此，是一个N维向量，每个元素对应一个监测点的残差预测； 设监测点位置为Xi的预测残差为输出预测网格点残差场，对于任意网格点Xi，其残差预测值为： 其中，权重λi通过求解以下方程组得到： γ为半变异函数，μ为拉格朗日乘子； 利用LSTM神经网络得到的污染物全流域残差场对MIKE生成的污染物迁移方程进行修正，引入LSTM残差修正项，对修正后的MIKE预测模型，定义其为LSTM-MIKE21耦合模型： 即： 其中：α为自适应权重，其计算方式为： β是基础权重，ε是当前时段残差的标准差，γ为水文突变因子，当流速变化率超过阈值时，γ＝0.5，否则为1.0； 当时，该点位的修正权重α自动归零，以避免过修正。

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