ECO Lab数值模拟生态实验室课件

ECOLab

－数值模拟生态实验室在MIKEZERO中如何打开ECOLab图形用户界面ECOLab编辑器－状态变量ECOLab编辑器－常量ECOLab编辑器－作用力ECOLab编辑器－辅助变量ECOLab编辑器－过程ECOLab编辑器－衍生变量ECOLab数据类型DO：reaera+phtsyn-respT-BodDecay-SOD–OxygenConsumptionFromNitrificationTEMP：Rad_in-Rad_outAMMONIA：AmmoniaReleaseFromBOD-Nitrification-Plantuptake–bacteriaUptakeNITRATE：Nitrification–DenitrificationBOD：-BodDecay-Sedimentation+ResuspensionOP：PPdecay-PPformation+OPreleaseFromBOD–OpplantUptakePP：-PPdecay+PPformation-PPsedimentation+PpresuspensionFaecalColi：-FaecalColiDecayTotColi：-TotalColiDecay状态变量 模拟组分常量 水质反应参数（率定值）作用力 外因数据辅助变量 子过程过程 主要过程衍生变量 附加结果数据类型的相互关系状态变量过程辅助变量（子过程）作用力（外部自然力）常量（水质反应参数）SV1:DOSV2:BODSV3:NH4……..ECOLab编辑器——耦合的生化反应微分方程组过程作为ECOLab计算的微分方程组的自变量描述影响状态变量随时间增加或削减的各种因素ECOLab编辑器－状态变量&过程表达式框内定义该状态变量的通用微分方程—物质浓度随时间的变化率。微分方程集成了所有影响该状态变量增加/削减的过程StateVariable–DO：StateVariable–BOD：所有状态变量和过程之间的相互关系可以在'Tools：Processmatrix'下看到

相互耦合ECOLab编辑器－状态变量&过程StateVariable–DO：StateVariable–BOD：状态变量表达式：由过程名和运算符组成大气复氧光合作用呼吸作用BOD降解需氧量底泥需氧量硝化反应需氧量BOD降解BOD沉降BOD沉降再悬浮ECOLab编辑器－过程&过程的表达式描述影响状态变量增加/削减的变换过程常数：BOD降解系数常数：温度校

正系数状态变量：BOD浓度作用力：温度状态变量：DO浓度常数：半饱和常度输入描述过程的数学公式：F（数字、状态变量、辅助变量、常量、作用力、逻辑函数、数学函数、内置函数和保留项）

ECOLab编辑器－过程&辅助变量辅助变量：大气复氧系数=f(流速，风速，水深…)辅助变量：饱和DO浓度=f(盐度，水温)ECOLab编辑器－辅助变量（子过程）输入描述辅助变量（子过程）的数学公式：F（数字、状态变量、辅助变量、常量、作用力、逻辑函数、数学函数、内置函数和保留项）

——注意定义的顺序！K2=f(流速，风速，水深…)Constant

–BODDecayRateForcing–WaterVelocityTransferredfromhydrodynamicmodel！！ECOLab编辑器－作用力（外部自然因素）&常量（率定参数）Forcing–TemperatureInputdatafrommeasurements(transferredfromhydrodynamicmodelinMIKE3)！！内置或用户自定义Constant–LatitudeVariablespecifiedinthebathymetryofthehydrodynamicsetupforMIKE21/3models,user-specifiedparameterinMIKE11！！ECOLab编辑器－衍生结果通过状态变量或过程等组分计算推导出的附加结果

F（数字、状态变量、过程、辅助变量、常量、作用力）ECOLab基本术语范围(Scope):表面WS，水体WC，沉积SED，河/海床WB组分和过程与MIKE3相关更为密切空间变化(Spatialvar.):数据输入和过程none,1D,2D或3D内置(built-in):内置或用户自定义ECOLab数据范围:表面 水体 河床/底泥

空间变化:None,1D,2Dor3D状态变量 范围，传输（对流或固定）常量 空间变化，用户定义或内置作用力 空间变化，用户定义或内置辅助变量 空间变化，

输出是/否过程 范围，空间变化，类型（转换、沉降或上浮），输出是/否衍生变量 空间变化，

输出是/否状态变量状态变量范围Scope：WC：WaterColumn水体WS：WaterSurface水表面WB：WaterBed河/海床SED：Sediment沉积表达式Expression：只能是与该状态变量对应的不同过程或数字组成范围WS（水面）：过程或状态变量位于水体上部，总与水面接触。如水葫芦、大气复氧。WC（水体）：过程或状态变量存在于整个水体中。如浮游植物C浓度、BOD降解。WB（河床）：过程或状态变量总与河床底部接触。如鳗草和大型藻类。SED（沉积）：过程或状态变量存在于底泥沉积物中。SED状态变量性质上是固定的，不受对流扩散输运的影响。如底泥BOD。用于定义状态变量或过程在水环境中的发生位置常量常数空间变化SpatialVar.：水平变化：在每个水平网格点上的值可能有所不同，但在垂直方向的水体中值相同。水平和垂直变化：在所有网格点中值可能都不相同。与多层网格系统相关。没有变化：全域，所有网格点都有相同的值衰减系数：1storderrateWQmodel－perday常数包括内置常量和自定义常量，后者如速率常数、指数、半饱和浓度等，可通过文献和实地调查来确定。作用力代表了影响生态系统的外部自然力，在时间和空间上可变。典型的例子是温度、太阳辐射和风。若某个状态变量有大量实测资料（如T），可以在模型中先视为作用力，使率定结果更加可靠。率定结束后可以将作用力还原为状态变量。WQ：盐度、水深、流速、斜率和温度等过程

ProcessType（过程类型）Transformation（转化）：主要是降解和生成。此类型在原地转化物质，但不能移动或传输物质。Settling（沉降）：物质转移至水体下，或在多层网格系统中将物质在不同层的移动。BUOYANCY

（浮力）：物质转移至水体上，或在多层网格系统中将物质在不同层的移动。尤其适用于EU模块中藻类（如蓝绿藻）的上浮运动。辅助变量和衍生变量数学表达式，包含一串变元和运算符；便于将较长的过程分割成一些子过程，作为变元被过程表达式引用；辅助变量：衍生变量：通过状态变量或过程计算推导出的结果用一组变元和运算符组成的数学表达式描述。变元可以是状态变量、常数、作用力、辅助变量、数字或过程。不能在其它表达式中指定附加输出。如TIN＝氨氮＋硝氮；TP＝DP＋PP水质模型输入数据信息边界条件的污染物流量和浓度；污染源的流量和浓度；初始值浓度；水温、盐度和光照等作用力；ECOLab各生化反应系数；风速和风量；降雨和蒸发信息等。水质模型率定

通过不断调整模型参数，使各模拟组分的模拟值与实测值尽可能吻合。

造成模拟结果偏差的原因：模型边界浓度定义不准确；输入生态系统的负荷定义不准确；初始浓度不准确；水动力模型不准确；选择的ECOLab过程描述不恰当；ECOLab过程表达式中的率定参数值不准确；实测值不准确；数值计算不稳定。WQ率定HD率定

–

流量和水位的率定AD率定

–

利用追踪指示剂，与一系列点的时间序列浓度进行比较率定。

河床糙率可能需要微调。WQ–

营养物由BOD降解产生硝化作用/反硝化作用被植物摄取WQ-BOD/DO生产/呼吸作用(不受污染影响部分)大气复氧BOD降解模型率定－WQ模块WQ水质模板建议的率