1、毕业论文文献综述环境工程宁波市周公宅皎口水库流域水质模拟研究摘要水质模型是一个用于描述物质在水环境中的混合、迁移过程的数学方程，即描述水体中污染物与时间、空间的定量关系，是水环境污染治理规划决策分析中的重要工具。自1925年以来，水质模型已被研究了80来年。在此，首先将介绍水质模型发展的三个历史阶段。其次着重介绍两种通用于河流和水库的水质模型WASP和QUAL系列模型的研究现状。并简单介绍了水库流域水质模拟研究现状。最后，说明水质模型研究目前存在的主要不足之处和未来发展的趋势。关键字水质模型；WASP系列模型；QUAL系列模型；河流；水库1水质模型的发展历史水质模型是一个用于描述物质在水环境中
2、的混合、迁移过程的数学方程，即描述水体中污染物与时间、空间的定量关系，是水环境污染治理规划决策分析中的重要工具。自1925年以来，水质模型已被研究了80来年。从水质模型研究发展的时间顺序上看，大致可以分为以下3个阶段15第一阶段（19251980年）这一阶段模型研究对象仅是水体水质本身，被称为“自由体”阶段。也就是说，在这一阶段模型的内部规律只包括水体自身的各水质组分的相互作用，其它如污染源、底泥、边界等的作用和影响都是外部输入。在这一阶段，开始主要研究受生活和工业点污染源严重污染的河流系统，输入的污染负荷仅强调电源，但随着对面源控制的要求和将以前外部过程如底泥作用内在化的要求的增加，应用这类
3、模型的时代便结束了。第二阶段（19801995年）这一阶段可以说是水质模型研究快速发展的阶段，相较于第一阶段，这一阶段增加了状态变量（水质组分）的数量；在在多维模型系统中纳入了水动力模型；将底泥等作用纳入了模型内部；与流域模型进行连接以使面污染源能被连入初始输入。这一阶段，由于水质模型的约束更多了，预测的主观性大大减少了。第三阶段（1995年至今）随着发达国家对面污染源控制的增强，面源污染减少了。而大气中污染物质沉降的输入对河流水质的影响日显重要。因此，在这阶段，增加了大气污染模型，能够像对沉降到水体中的大气污染负荷直接进行评估一样，对来自流域的负荷进行评估。可见，水质模型一直在不断改进和完善
4、中，以适应越加复杂的实际环境状况。2水质模型研究现状目前，国内的水质模拟预测主要集中在以点源污染为主的大江大河的研究，而很少有以面源污染为主的山溪性水库的水质模拟预测的研究。国外虽然已经有很多针对以面源污染为主的以流域为对象的流域综合水质模型，但是这些模型往往需要大量的基础数据和参数，而国内由于很多基础资料缺乏或不共享，所以很难将国外这些大型的机理性模型应用到国内研究中。而WASP和QUAL系列模型，即可用于河流、河口，也可以同时用于湖泊、水库等水体的水质模拟，并且已普遍应用于国内外水质模拟应用研究中。WASPWATERQUALITYANALYSISSIMULATIONPROGRAM是美国环境
5、保护局提出的水系统，包括河流、水库、河口、海岸的通用模拟框架。WASP提供了一个很灵活的模拟系统，在其基本程序中反映了对流、弥散、点杂质负荷与扩散杂质负荷以及边界的交换等随时间变化的过程6。目前国内外对WASP5和WASP6应用研究已经比较成熟。唐迎洲7在现有平原河网水质数学模型功能分析比较的基础上，结合平原河网水环境变化特征，选择了WASP5系统作为平原河网水质模拟的基本工具。针对WASP5系统自带的DYNHYDS水动力模型基本功能的局限性，以及平原河网水力调控系统复杂的特征，选择了具有产汇流模拟、闸坝控制模拟及河网水流模拟等功能的三级联解平原河网水动力模型替代DYNHYDS，通过编程实现了
6、三级联解平原河网水动力模型与WASP5水质模型的耦合。使之可以应用于平原河网水环境的模拟，为引调水工程实施方案的确定提供理论依据。贾海峰8等以密云水库为背景分析了WASP5模型与GIS的集成形式,并以半紧密内嵌的集成形式建立了WASP5模型与GIS间的集成模型系统。研究结果表明WASP5模型与GIS空间建模功能的集成强化了模型的功能,为地表水水质空间模拟提供了有力的支持。杨家宽9等应用WASP6对汉江襄樊段现状水质进行了模拟研究,研究的水质指标包括BOD5、NH3N、DO,并用2001年实测值对水质模型模拟结果进行校验。研究结果表明BOD5、NH3N、DO模拟的平均相对误差分别为107、110
7、和56。WASP6应用于汉江的水质模拟能够取得较满意的结果。国外学者ARTIOLIY10等通过建立WASP6模型，模拟了PO河中各种营养负荷的季节性变化。并利用CZ模型对模拟结果在生物化学和生态方面进行比较，为PO河今后的规划管理提供了科学依据。QUAL模型经历了从最初的QUAL到QUAL再到QUAL2E进而发展到QUAL2K的过程。其中QUAL2E、QUAL2K模型是目前比较常用的河流水质模型11。陈家军12等建立了呼和浩特市的河流水质模型,选用BOD5,CODMN作为模拟污染指标,并给出模型关键参数的确定方法,并利用QUAL2E模型使用有限差分方法求解包括反应机制在内的对流弥散物质输移方程
8、,可用于充分混合的树枝状河流,能模拟多种水质组分的特性，选用QUAL2E模型进行河流水质模拟分析,检验QUAL2E模型参数。并通过模拟结果表明,模型合理有效,能很好地描述河流的水质状况,可进一步为水环境规划提供有利工具和科学的参数依据。宋玉龙13等利用QUAL2E模型在小清河济南段中的应用，模拟了河流全程BOD的变化。并通过结果表明，模拟值和实测值的误差为4681574，模拟效果良好，说明了该模型是一种实用有效的水质模型，能为制订和实施河道综合水质规划提供科学的决策依据。除此之外，郭磊14等建立水动力、水体污染物输运及底泥污染物输运数值模型,采用有限差分与有限体积相结合的方法,对北大港水库氯离
9、子进行动态数值模拟。通过对计算值和实测值的比较分析,验证了模型的可靠性。该研究模拟了水库5种蓄供水方案,得到各方案流场及水体和底泥氯离子浓度动态变化规律,同时分析了流速、水体氯离子浓度与底泥氯离子浓度差对底泥氯离子释放速度及释放总量的影响。揭示了北大港水库各运行方式流场及水质变化规律,为更好地发挥引黄济津及南水北调东线工程调蓄水库作用提供了保证。金树权1以浙江省湖州市老虎潭水库流域为研究对象，结合源头溪流一维水质模型，完全混合湖库水质模型和DILLON模型，实现了不同水文条件和不同排污条件组合下河流一水库系统水质的联合模拟预测，并提出了相对合理的流域污染物控制对策和方案。3存在的问题及发展趋势
10、水质模型在应用研究中主要存在的问题缺乏统一考虑地下水与地表水之间相互转换的综合水质模型对污染物在水体中的迁移转化还有许多不清楚之处，很多过程不易用数学方法表达，因此较难进行水质数学模拟不确定性研究不足，确定性与多种不确定研究方法在水质模型中的耦合还有待完善15。水质模型发展的特点可以归结为3个增长和2项技术。3个增长即研究范围日益扩大、状态变量不断增多、时空网格几何增长。2项技术GIS成为水质模型的平台利用GIS技术，不光能处理海量的数据，使得输入输出变得非常容易，还能对水质计算结果进行空间分析，使对复杂模型的理解变得容易，并得到很多有价值的信息，从而辅助决策。实时监测被纳入模型系统。随着RS
11、、GPS以及GIS这3个被称为“3S”技术的发展以及它们在水质模型研究中的应用，可以做到实时、动态地应用模型分析和解决水环境问题16。参考文献1金树权水库水源地水质模拟预测与不确定性分析D浙江浙江大学环境与资源学院，20082杨丽芳淮南市地表水环境容量研究D安徽安徽理工大学，20073张明亮河流水动力及水质模型研究D大连大连理工大学，20074谢永明环境水质模型概论M中国科学技术出版社，19965徐祖信，廖振良水质数学模型研究的发展阶段与空间层次J上海环境科学，2003，22279816孙颖，陈肇和，范晓娜，李志群河流及水库水质数学模型及通用软件综述M，水资源保护，2001年，287唐迎洲WA
12、SP5水质模型在平原河网区水环境模拟中的开发与应用D南京河海大学，20048贾海峰，程声通，杜文涛GIS与地表水水质模型WASP5的集成J清华大学学报，2001，4181251289杨家宽，肖波，刘年丰，等WASP6水质模型应用于汉江襄樊段模拟研究J水资源保护，2005，21481010ARTIOLIY，BENDORICCHIOG，PALMERILDEFININGANDMODELINGTHECOASTALZONEAFFECTEDBYTHEPORIVERITALY，JECOLOGICALMODELLING，2005，184556811周华河流综合水质模型QUAL2K应用研究J中国水利水电科学研究院学报，2010，81717512陈家军，于艳新，李森，等QUAL2E模型在呼和浩特市水质模拟中的应用J。水资源保护，2004，31413宋玉龙，夏福成QUAL2E模型在小清河水质模拟中的应用J水利科技与经济，2008，14864364414郭磊，高学平，张晨，赵玉明北大港水库水质模拟及分析J长江流域资源与环境，2007，161111515姜云超，南忠仁水质数学模型的研究进展及存在的问题J兰州大学学报，2008，44571116武君河流水质模拟预测的常用方法研究与新方法探索以淮河安徽为例D合肥合肥工业大学，2005
