流域水质模型与模拟Chapter1

流域水质模型与模拟

WaterQualityModelandSimulationinBasin郝芳华李春晖赵彦伟程红光北京师范大学第一章绪论本章内容水质模拟的意义定义与分类产生与开展水质模型建立的方法与步骤参数求值与模型求解的一般方法水质模拟的意义第一章绪论水环境问题——概念水环境问题由于人类的生产和生活活动，使自然水环境系统失去平衡，反过来影响人类生存和开展的问题。流域水环境问题整个流域范围内，包括河流、湖库、河口以及陆域等，由于人类不合理生产、生活活动，使水体受到污染，水生态系统遭到破坏而引发的问题。水环境问题——分类溶解性或固体污染物在大面积降水和径流冲刷作用下汇入受纳水体而引起的水体污染水环境问题陆域非点源污染水域水环境污染河流水环境污染湖泊（水库）水环境污染河口/污水排海水环境污染河流水环境污染2005年七大水系水质类别比较河流水环境污染湖泊〔水库〕水环境污染水系个数Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类劣Ⅴ类主要污染指标三湖3000003总氮总磷大型淡水湖10012223城市内湖5000023大型水库10014113总计2802635122004年比例08%18%15%22%37%2005年比例07%21%11%18%43%2005年重点湖库水质类别2007年太湖蓝藻爆发事件湖泊富营养化河口水环境污染河口：是江河的入海口，是从陆地到海洋、从淡水到咸水的过渡

地带淡水+咸水=复杂区域独特位置：河口水环境是一个多因素共同作用的混合系统水质影响因素：上游径流大小、来水的水质、江段所接纳的排

污负荷、地理地形以及潮汐作用等因素的综合

影响陆域非点源污染亦称面源污染，它是指溶解性或固体污染物在大面积降水和径流冲刷作用下，汇入受纳水体而引起的水体污染主要来源：降水〔或融雪〕的径流污染主要特征：影响范围广来源不确定具有明显的区域性特征水质模拟的意义与作用模拟污染物在流域范围内迁移转化过程查明污染物运移的时空分布规律为流域水质预测、管理和规划决策等提供有力的技术与方法支持定义与分类第一章绪论水质模型的定义定义：基于数学模型建立，通过计算机将研究系统进行适当简化处理，描述污染物在流域范围〔含陆域及水体〕内随空间和时间变化规律的一系列数学表达式目的：解决流域内的水环境问题为流域水质规划和管理提供科学依据定义范围的拓展：水体

流域分类分类依据模型性质

研究对象

水质组分

水质系统状态

数学方程的解

反应动力学

空间维数

按研究对象：河流、河口〔包括潮汐的和非潮汐的〕、湖泊〔水库〕、非点源按模型涉及的水质组分：单一组分、耦合和多重组分按水质系统的状态：稳态和非稳态根据所描述的数学方程的解：准理论、随机按反响动力学：纯反响型、惰性物质的纯迁移型、迁移反响型、生态按水质模拟的空间维数：零维、一维、二维、三维按模型性质：黑箱、白箱、灰箱产生与开展第一章绪论地表水质模型一维稳态模型发展的初级阶段（20世纪20年代中期至70年代初期）研究深化、完善与广泛应用阶段（20世纪80年代中期至今）迅速发展阶段（20世纪70年代初期至80年代中期）非点源模型模型经验模型研究阶段（20世纪70年代初期以前）机理模型研究阶段（20世纪70年代到80年代）实用性模型研究阶段（20世纪90年代）流域水质管理模型产生时间：20世纪90年代后期代表模型：BASINS模型系统、WARMF模型突出特点：集流域分析、评价、总量控制、污染治理与费用效益分析等于一体实例：BASINS模型水质模型建立的方法与步骤第一章绪论水质模型建立的步骤流域水质模型建立的一般步骤流域水质预测流域水质管理与规划流域污染控制模型的概化水质模型一般性质研究参数估计模型的率定模型的应用选择变量近似假设灵敏性平衡性稳定性不满意数据收集选择方法数据再收集结果比较不满意选择求解技术模型的概化〔1〕确定模型时空规模和范围〔2〕识别主要因素和相互关系，选择适当变量〔3〕研究变量的变化和相互作用，作合理近似假设〔4〕形成模型的结构概念模型的一般性质研究平衡性研究、稳定性研究、灵敏性研究参数估值一般通过实验室模拟试验或将现场测定的数据代入模型，选择最正确拟合值作为模型的参数值模型率定概念：检验所建立的模型是否具有预测功能的过程常用方法：图形图示法、相关系数法、相对误差法等模型的求解与应用〔1〕选择求解技术，变换数学表达式以适合求解常用求解技术：解析解〔理论研究〕数值解〔工程技术问题〕〔2〕在求解根底上，形成模型的输入和输出〔3〕将已建立的模型应用于解决实际问题参数求值与模型求解一般方法第一章绪论参数估值的一般方法试验法对物理意义明确的参数，可通过实验室模拟或试验测定的方式辅助确定

经