水质模型_常用水质模型

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河流水质模型及其发展趋势

摘 要:水质模型是进行环境水污染控制、水质规划和环境管理的有效工具.运用系统分析技术进行水污染控制系统的规划是现代水质管理的基础和依据, 水质模型对整个规划过程起着至关重要的作用。本文对河流水质模型的发展进行了简要介绍,比较详细的评述了河流水质模型及几个国际通用的综合水质模型.同时本文还着重对河流水质模型的发展趋势做出评价,特别是提出了对河流水质模型与虚拟现实(VR)技术结合这一应用前景.关键词:河流水质模型；控制方程;应用

河流水质模拟可以分为定性模拟和定量模拟两种,目前主要采用数学模型、物理模型与模拟模型3 种系统进行水质定量模拟。河流水质模型是对河道水体中污染物随空间和时间迁移转化规律的数学描述,其中涉及到许多物理、化学和生物过程,模型大都比较复杂.近年来,对水质模型的研究已经从点源污染模型转向面源污染模型,从一般的水质模型转向综合水质模型,并将营养物、有毒化合物及底泥等作用纳入到模型中,逐渐向真实、定量化方向发展.随着不确定性分析方法、人工神经网络、地理信息系统以及虚拟现实等方法技术的不断发展及与河流水质模型的进一步结合,将极大地促进河流水质模拟和水环境管理技术的先进性和现代化.水质模型是污染物在水环境中变化规律及其影响因素之间相互关系的数学 描述, 它既是水环境科学研究的内容之一, 又是水环境研究的重要工具。它的研究涉及到水环境科学的许多基本理论问题和水污染控制的许多实际问题。它的发展在很大程度上取决于污染物在水环境中的迁移、转化和归宿研究的不断深入, 以及数学手段在水环境研究中应用程度的不断提高。水质模型在理论上从最初的质量平衡原理发展到现在的随机理论、灰色理论和模糊理论;在实际应用上,从最初的城市排水工程设计发展到现在的污染物水环境过程模拟、水环境质量评价, 污染物水环境行为预测, 水生物污染暴露程度分析和水资源科学管理规划等水环境保护的各个方面;在研究方法上, 从最初的解析解和浓度表达发展到现在的以人工神经网络模拟辅助解析、及与地理信息系统(GIS)相结合的数值解和逸度表达法。这些成果都极大地推动了水环境管理技术的现代化。1 水质模型 1 控制方程

经过70 多年的发展, 河流水质模型由20 世纪30 年代的仅能考虑2 个状态变量的Sterrteruω9cω9x-vω9cω9y-wω9cω9z+99x(εx9cω9x)+99y(εy9cω9y)+99z(εz9cω9z)+ rω(cω , pω)(1)式中: cω —n 维质量浓度张量(n 为状态变量数);t —时间;x、y 和z —空间坐标;uω、vω 和wω —相应于x、y 和z 的速度分量;εx、εy , 和εz 是相应于x、y 和z 的湍流扩散系数;rω —状态变量变化速率的n 维张量, 该变化速率取决于生物、化学及其它一些转变过程, 它是浓度cω 和模型参数pω 的函数。求解控制方程(1)有2 种途径, 数值途径和概化途径。前者通常要按河深或横截面取平均值, 引入弥散系数,从而降低控制方程的维数;后者通常假定所考察的河流是由m段相互连接、完全混合的河段组成, 从而将控制方程(1)简化成n ×m个常微分方程。2 流体力学方程

河水流动由NavierQoC0ω + VRω1(cω1, pω1)(3)式中: cω —反应器(完全混合河段)内浓度张量;cωi和cωo—流入和流出流量;V —反映器体积;Rω1—浓度变化速率张量。如果有m 个反应器(即把所研究的河流分成m个完全混合的河段), 就有n ×m 个常微分方程。这种反应器模型在河流水质分析中经常被采用[9UNCAS: Documentation and User Manual [M] , Report EPAP600P116 8 Fischer H B.List EJ.Koh R C Y.Imberger J , Brooks N H.Mixing in inland and coadtat waters [M].Academic Pre , New York.1979 9 Beck MB , Finney B A.Operational water quality management : Problem context and evaluation of a model for river quality [J ].Wat.Resour.Res., 1987.23(11): 20304): 1-8 11 幕全波, 侯克复.建立河流水质模型的状态空间分析[J ].南 京理工大学学报.1994.(2): 50～57

水质模型

姓名：宋金升

专业：环境科学 班级：10环科 学院：资源环境学院 学号：12010246214