最全地城市洪涝、河道、水质模型模拟软件介绍
一、相关模型简介清单
二、城市内涝模型
1)MIKE URBAN城市排水模拟软件
MIKE URBAN 城市排水软件是顶级的排水管网模拟软件。它整合了ESRI 的ArcGIS 以及排水管网模拟软件，形成了一套城市排水模拟系统。该模型广泛应用于城市排水与防洪、分流制管网的入流或渗流、合流制管网的溢流、受水影响、在线模型、管流监控等方面, 可为水资源的可持续利用、污染控制、雨水和污水管网管理及城市防洪提供综合管理方案。
应用领域
?雨污水泵站优化调度
?排水管网溢流（CSO /SSO）分析
?管网泥沙淤积评估
?管网水质分析
?城市降雨径流过程分析
?城市内涝分析与风险评估
?城市排水防涝规划
?低影响开发（LID）的模拟
?海绵城市的规划
2)MIKE FLOOD
MIKE FLOOD 是迄今为止最完整的洪水模拟工具。它包括完整
的一维及二维的洪水模拟引擎，从河流洪水到平原洪泛，从城市雨洪到污水管流，从海洋风暴潮到堤坝决口，能够模拟所有实际的洪水问题。MIKE FLOOD 甚至可以模拟以上各种情况的组合。其它模拟软件所不具备的功能，都可在MIKE FLOOD 中找到
应用领域
?洪水管理
?快速的洪水评估
?绘制洪泛图
?工业区、居民区等的灾害分析
?编制应急计划，如疏散路径及优先级等
?气候变化的影响分析
?防洪措施研究
?城市排水与河流、海洋洪水的综合问题研究
?溃坝及其他防洪设施垮塌的影响研究
3)InfoWorks ICM
完整模拟城市雨水循环系统，实现了城市排水管网系统模型与河道模型的整合，更为真实的模拟地下排水管网系统与地表受纳水体之间的相互作用。它在一个独立模拟引擎内，完整的将城市排水管网及河道的一维水力模型，同城市流域二维洪涝淹没模型结合在一起，是世界上第一款实现在单个模拟引擎内组合这些模型引擎及功能的软件
?河流及雨污水排放系统规划研究
?地表水体管理规划
?可持续性排水系统（SUDS/BMPs）应用规划
?城市降雨径流控制与截流设计
?洪涝解决方案开发
?人口增长和气候变化下流域发展评估
?城市排水系统同河流相互作用下的洪涝及污染预报
?洪涝规划与管理
?溢流排放对河流环境的影响
?污水处理厂的水力状态分析
?入流与入渗评估及控制
?截流设计与分析
4)SWMM暴雨洪水管理模型
SWMM（storm water management model，暴雨洪水管理模型）是一个动态的降水-径流模拟模型，主要用于模拟城市某一单一降水事件或长期的水量和水质模拟。其径流模块部分综合处理各子流域所发生的降水，径流和污染负荷。其汇流模块部分则通过管网、渠道、蓄水和处理设施、水泵、调节闸等进行水量传输。该模型可以跟踪模拟不同时间步长任意时刻每个子流域所产生径流的水质和水量，以及每个管道和河道中水的流量、水深及水质等情况。
广泛应用于城市地区的暴雨洪水、合流式下水道、排污管道以及其它排水系统的规划、分析和设计。
5)XPSWMM——宜水环境
是专门为雨水、污水和河流系统动态模拟开发的综合软件包。XPSWMM可以模拟自然降雨径流过程和水资源工程系统的集成性能表现。它还可模拟工程和自然系统中污染物的传输，包括池塘、河流、湖泊、洪泛区和与地下水的相互作用。
应用领域
它被科学家、工程师和管理人员广泛应用于建立一维和二维空间分布水力、水质模型，模拟自然降雨径流过程，从而进行工程分析和优化设计。
6)XP2D二维洪水模拟——宜水环境
完整集成的一维和二维动态水力模拟可以帮助您解决很多复杂问题。XP2D可以追踪流经河道、排水口、涵洞、管道、贯穿地表以及流经建筑物外围或流穿建筑物的水体，让你较以往更为精确地分析洪水淹没。
应用领域
?洪水淹没图，用于描绘河流和市政排水管网地表洪水风险图的完美工具。这些洪水风险图通常应用于研究紧急事故的应对措施，或应用于工程设计来管理洪水风险。
?城市管道／管渠溢流，找出排水管网发生溢流的位置、地表洪水发生的路径，模拟洪水发展过程。
?径流空间变化，XP2D水文学是用于识别暴雨洪灾风险，设计低环境影响开发（LID/WSUD)以及研究区域降雨空间变化的理想工具。
?潮涌和溃坝，分析潮涌／溃坝等特大洪灾时，洪水如何演进，如何影响排水系统。
?防洪堤内排水系统，分析排水系统的性能、泵站排水需求以及防洪堤溢流洪水。
三、水域纳污能力计算模型
1)MIKE HYDRO River 一维水模拟软件
MIKE HYDRO River 是顶级的河流模拟软件,所覆盖的应用范围比其它任何河流模拟软件更为广泛。无论您的项目涉及洪水、航运、水质、预报、泥沙或是其中几项的组合，MIKE HYDRO River 都能帮助您解决。MIKE HYDRO River 还含有漫堤分析和流域水文学模块。
应用领域
?洪水分析及洪水衰减设计分析
?实时洪水预报
?水库和水工建筑物优化调度
?溃坝过程模拟
?河流泥沙输运研究及长期河道演变分析
?分洪道、水工建筑物和调蓄池设计
?桥梁的水力设计
?地下水和地表水综合分析（与MIKE SHE 耦合）
?河流及河口盐水入侵
?河流及湿地的生态及水质评估
?湿地修复分析
?突发日常水质污染事故预警
（含有ECO Lab 水质模块，该模块可进行水域纳污能力计算模拟）2)ECO Lab 水质生态模拟工具
ECO Lab 是DHI 在传统水质模型基础上发展起来的全新的水质和水生态模拟工具。它的开发采用了先进的理念和方法，用户不仅可以修改模型参数，还可以修改模型核心程序和编写新程序。
ECO Lab 可用来描述水生态系统中多种物质的相互作用和物质间的循环过程，与DHI 水动力模块和对流扩散模块集成计算。您可以以ECO Lab 提供的标准模板为基础，轻松定义模拟过程，从而将任意一个水生态系统转化成为一个可靠的、可获得精确预报结果的数值模型。
应用领域
?河流、湿地、湖泊、水库、河口、海岸和海洋等水体中的水质及生态研究
?任一空间点上生态系统反应过程预测
?简单或复杂的水质研究
?环境影响和改善研究
?环境规划和可行性方案研究
?水质预报
3)InfoWorks RS
InfoWorks RS 利用独特的逻辑控制系统模拟复杂的工程操作规
则，可模拟恒定的或非恒定的急变流，复杂的河网和滞洪区，包括树枝状的、分叉的和回路河网，以及受堤坝或防洪堤保护的滞洪区。洪水插值模型能利用输入的地面模型，产生洪水淹没图。洪水插值模型允许产生任何事件的连续洪水淹没图、动态回放、显示最大洪水淹没范围和水深，显示在洪水淹没模型外包线范围内任一点的水位、水深，以及指定点的淹深、滞时报告。可以应用于水资源优化调度，防洪管理、规划，实时调度和决策分析，水污染防治与评价，河网整治，冲淤分析。
应用领域
?河流模型应用领域
?防洪及防洪管理
?水资源优化调度
?河道工程规划设计 .
?实时调度和决策支持
?水污染防治与评价
?河网整治和冲淤分析
4)WARMF模型概况
WARMF(Watershed Analysis Risk Management Framework)是一个以水环境为中心的流域管理决策支持系统(DSS)，主要通过引导涉益者(stakeholders)参与水质管理方案制定、总量负荷计算、分配及其成本／效益分析达到对整个流域管理的目的。WARMF由美国
EPRI(Electric Power Research Institute，Inc．)发起，并由Systech Engineering Inc开发而成。
应用领域
?逐日预测河、湖的水文、水质随时间的变化特征；
?追索引起河、湖水质污染的点源与非点源负荷在空间上的分布，尤其是各种土地利用产生的非点源污染负荷的空间
分布；
?流域水质总量负荷计算、排污交易(包括点源、非点源内部及其之间)及其经济／效益分析；
?水质污染风险分析，表现在：选取天然或人为风险事件，模拟水质污染的风险；
?评估流域生态环境管理方案，如：缓冲带建立、水资源调配、农耕方式、农药化肥施放等水环境效果评估；
?引导涉益者参与流域管理决策制定。
5)QUAL2E模型
QUAL2E是美国环境保护局（USEPA）推出的一个综合性、多样化的河流水质模型，经过几十年的发展和完善，该模型已日趋成熟和稳定。QUAL2E模型可模拟15种水质组分，包括BOD、DO、温度、藻类一叶绿素a、有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、有机磷、溶解磷、大肠杆菌、任意一种非保守物质和3种保守物质，它可以按照用户的实际要求任意组合以上指标。QUAL2E模型既可用于研究点源
污染负荷，也可用于面源污染研究；既可作为稳态模型，也可作为时变的动态模型。QUAL2E允许河流沿程有多个污染源、取水口和支流汇入，还可以模拟河道中水工建筑物对河流水质的影响。
应用领域
QUAL2E在美国国内作为一个水质模拟工具已广泛应用于河流水环境规划、水质评价、水质预测等方面。
6)WASP水质模型
WASP能够用于不同环境污染决策系统中分析和预测由于自然和人为污染造成的各种水质状况，常规污染物(包括溶解氧、生物耗氧量、营养物质以及海藻污染)和有毒污染物(包括有机化学物质、金属和沉积物)在水中的迁移和转化规律，被称为万能水质模型。WASP是水质分析模拟程序， WASP在时空上追踪某种水质组分的变化。它由两个子程序组成：有毒化学物模型TOXI和富营养化模型EUTRO，分别模拟两类典型的水质问题：传统污染物的迁移转化规律(DO、BOD 和富营养化)；有毒物质迁移转化规律(有机化学物、金属、沉积物等)。TOXI是有机化合物和重金属在各类水体中迁移积累的动态模型，它可以预测溶解态和吸附态化学物在河流中的变化情况。EUTRO可预测DO、COD、BOD、富营养化、碳、叶绿素a、氨、硝酸盐、有机氮、正磷酸盐等物质在河流中的变化情况。
应用领域
用来模拟常规污染物和有毒污染物在水中的迁移和转化规律，分
析池塘、湖泊、水库、河流、河口和沿海水域等一系列水质问题。
四、水质模型
1)MIKE HYDRO River 一维水模拟软件
MIKE HYDRO River 是顶级的河流模拟软件,所覆盖的应用范围比其它任何河流模拟软件更为广泛。无论您的项目涉及洪水、航运、水质、预报、泥沙或是其中几项的组合，MIKE HYDRO River 都能帮助您解决。MIKE HYDRO River 还含有漫堤分析和流域水文学模块。
应用领域
?洪水分析及洪水衰减设计分析
?实时洪水预报
?水库和水工建筑物优化调度
?溃坝过程模拟
?河流泥沙输运研究及长期河道演变分析
?分洪道、水工建筑物和调蓄池设计
?桥梁的水力设计
?地下水和地表水综合分析（与MIKE SHE 耦合）
?河流及河口盐水入侵
?河流及湿地的生态及水质评估
?湿地修复分析
?突发日常水质污染事故预警
2)ECO Lab 水质生态模拟工具
ECO Lab 是DHI 在传统水质模型基础上发展起来的全新的水质和水生态模拟工具。它的开发采用了先进的理念和方法，用户不仅可以修改模型参数，还可以修改模型核心程序和编写新程序。
ECO Lab 可用来描述水生态系统中多种物质的相互作用和物质间的循环过程，与DHI 水动力模块和对流扩散模块集成计算。您可以以ECO Lab 提供的标准模板为基础，轻松定义模拟过程，从而将任意一个水生态系统转化成为一个可靠的、可获得精确预报结果的数值模型。
应用领域
?河流、湿地、湖泊、水库、河口、海岸和海洋等水体中的水质及生态研究
?任一空间点上生态系统反应过程预测
?简单或复杂的水质研究
?环境影响和改善研究
?环境规划和可行性方案研究
?水质预报
3)MIKE 21 二维河口、海岸和海洋模拟软件
MIKE 21是迄今为止拥有最多功能的二维模拟工具。如果需要模拟河口、海岸或海洋区域的物理、化学或生物学过程，MIKE 21是必选的工具。（含ECO Lab 水质模块）
应用领域
?为评估河口海岸结构物提供设计参数
?优化港口布局和海岸保护措施
?冷却水、海水淡化及再循环分析
?河口海岸及海洋结构物的环境影响评价
?海上安全操作和航海海情预报
?沿海洪水和风暴潮预警
?内陆洪水及坡面流模拟
4)MIKE SHE 地表水和地下水综合模拟软件
MIKE SHE 是一款确定性的，具有物理意义的分布式水文系统模拟软件，可以模拟陆相水循环中所有主要的水文过程，综合考虑了地下水、地表水、补给以及蒸散发等水量交换过程。当涉及地下水与地表水密切相关的问题时， MIKE SHE 是您的最佳选择。MIKE SHE 可以与MIKE 11 耦合进行地下水和地表水的综合模拟，也可连接到MIKE URBAN 模型，模拟城市雨水、生活污水管网和地下水以及它们之间的相互作用。
应用领域
?地下水抽取对地表水的影响
?地下水与地表水联合应用
?湿地管理与修复
?流域管理与规划
?环境影响评价
?动态地下水回灌和各种地表水边界条件下，含水层的变化分析
?地下水管理
?滩区研究
?土地利用和气候变化对区域水文循环的影响
?农业生产活动的影响研究，包括灌溉、排水和化肥施用
?土壤和水资源的综合管理
5)InfoWorks RS
InfoWorks RS 利用独特的逻辑控制系统模拟复杂的工程操作规则，可模拟恒定的或非恒定的急变流，复杂的河网和滞洪区，包括树枝状的、分叉的和回路河网，以及受堤坝或防洪堤保护的滞洪区。洪水插值模型能利用输入的地面模型，产生洪水淹没图。洪水插值模型允许产生任何事件的连续洪水淹没图、动态回放、显示最大洪水淹没范围和水深，显示在洪水淹没模型外包线范围内任一点的水位、水深，以及指定点的淹深、滞时报告。可以应用于水资源优化调度，防洪管理、规划，实时调度和决策分析，水污染防治与评价，河网整治，冲淤分析。
应用领域
?河流模型应用领域
?防洪及防洪管理
?水资源优化调度
?河道工程规划设计 .
?实时调度和决策支持
?水污染防治与评价
?河网整治和冲淤分析
6)BioWin
BioWin 不仅可以用于模拟单一的处理工艺单元，也可以模拟污水处理厂的所有处理单元，即全污水处理厂的模型。
在BioWin 中可制作图表，分析各个处理单元的质量平衡以及动态因素对污水处理过程的影响；也可以将数据输出到第三方软件（如 Word 和Excel）作进一步分析。BioWin 模拟软件的优势是可应用于实际工程的数学模型。BioWin 中的核心数学模型是综合的活性污泥和厌氧消化模型（ASDM）。此外，还包括pH 模型、气体传输模型、化学沉淀模型、生物膜模型等模型。这些扩展使得BioWin 能够模拟全污水处理厂的工艺。这些模型在BioWin 中按模块化组织，在模拟时，用户根据需要可以灵活选择运行一个或者多个数学模型。应用领域
?改良型Ludzack-Ettinger工艺（MLE）
?A2O工艺（又称为三段的Phoredex工艺）
?开普敦大学工艺（UCT）
?氧化沟（Oxidation ditch)
?综合的生物膜与活性污泥工艺（生物填料工艺）（IFAS）
?膜反应器（MBRs）
?移动床生物膜工艺（MBBRs）
?厌氧氨氧化（ANAMMOX)
?好氧反氨化（Deammonification）<
?厌氧消化（Anaerobic digester）
?反硝化滤池（Denitrification filter）
?化学除磷（Chemical P）
7)WARMF模型
WARMF(Watershed Analysis Risk Management Framework)是一个以水环境为中心的流域管理决策支持系统(DSS)，主要通过引导涉益者(stakeholders)参与水质管理方案制定、总量负荷计算、分配及其成本／效益分析达到对整个流域管理的目的。WARMF由美国EPRI(Electric Power Research Institute，Inc．)发起，并由Systech Engineering Inc开发而成。
应用领域
?逐日预测河、湖的水文、水质随时间的变化特征；
?追索引起河、湖水质污染的点源与非点源负荷在空间上的分布，尤其是各种土地利用产生的非点源污染负荷的空间
分布；
?流域水质总量负荷计算、排污交易(包括点源、非点源内部及其之间)及其经济／效益分析；
?水质污染风险分析，表现在：选取天然或人为风险事件，模拟水质污染的风险；
?评估流域生态环境管理方案，如：缓冲带建立、水资源调配、农耕方式、农药化肥施放等水环境效果评估；
?引导涉益者参与流域管理决策制定。
8)QUAL2E模型
QUAL2E是美国环境保护局（USEPA）推出的一个综合性、多样化的河流水质模型，经过几十年的发展和完善，该模型已日趋成熟和稳定。QUAL2E模型可模拟15种水质组分，包括BOD、DO、温度、藻类一叶绿素a、有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、有机磷、溶解磷、大肠杆菌、任意一种非保守物质和3种保守物质，它可以按照用户的实际要求任意组合以上指标。QUAL2E模型既可用于研究点源污染负荷，也可用于面源污染研究；既可作为稳态模型，也可作为时变的动态模型。QUAL2E允许河流沿程有多个污染源、取水口和支流汇入，还可以模拟河道中水工建筑物对河流水质的影响。
应用领域
QUAL2E在美国国内作为一个水质模拟工具已广泛应用于河流水环境规划、水质评价、水质预测等方面。
9)WASP水质模型
WASP(Water Quality Analysis Simulation Program)是由美国国家环保局开发的水质分析软件， WASP模型在中国渭河、苏州河、汉江等多个流域及水库已有成功的应用。WASP能够用于不同环境污染决策系统中分析和预测由于自然和人为污染造成的各种水质状况，可以模拟水文动力学、河流一维不稳定流、湖泊和河口三维不稳定流、常规污染物(包括溶解氧、生物耗氧量、营养物质以及海藻污染)和有毒污染物(包括有机化学物质、金属和沉积物)在水中的迁移和转化规律，被称为万能水质模型。WASP是水质分析模拟程序，是一个动态模型模拟体系，它基于质量守恒原理，待研究的水质组分在水体中以某种形态存在，WASP在时空上追踪某种水质组分的变化。它由两个子程序组成：有毒化学物模型TOXI和富营养化模型EUTRO，分别模拟两类典型的水质问题：传统污染物的迁移转化规律(DO、BOD和富营养化)；有毒物质迁移转化规律(有机化学物、金属、沉积物等)。TOXI是有机化合物和重金属在各类水体中迁移积累的动态模型，它可以预测溶解态和吸附态化学物在河流中的变化情况。EUTRO可预测DO、COD、BOD、富营养化、碳、叶绿素a、氨、硝酸盐、有机氮、正磷酸盐等物质在河流中的变化情况。
应用领域
用来模拟常规污染物(包括溶解氧、生物耗氧量、营养物质以及海藻污染)和有毒污染物(包括有机化学物质、金属和沉积物)在水中的迁移和转化规律，是为分析池塘、湖泊、水库、河流、河口和沿海
一维水量水质模型
第七章 一维非恒定河流和河网水量水质模型 对于中小型河流，通常其宽度及水深相对于长度数量较小，扩散质（污染物质、热量）很容易在垂向及横向上达到均匀混合，即扩散质浓度在断面上基本达到均匀状态。这种情况下，我们只需要知道扩散质在断面内的平均分配状况，就可以把握整个河道的扩散质空间分布特征，这是我们可以采用一维圣维南方程描述河流水动力特征或水量特征（水位、流量、槽蓄量等）；用一维纵向分散方程描述扩散质在时间及河流纵向上的变化状况。特别地，对于稳态水流，可以采用常规水动力学方法推算水位、断面平均流速的沿程变化；采用分段解析解法计算扩散质浓度沿纵向的变化特征。但是，在非稳态情况下（水流随时间变化或扩散质源强随时间变化）解析解法将无能为力（水流非恒定）或十分繁琐（水流稳态、源强非恒定），这时通常采用数值解法求解河道水量、水质的时间、空间分布。在模拟方法上，无论是单一河道还是由众多单一河道构成的河网，若采用空间一维手段求解，描述水流、水质空间分布规律的控制方程是相同的，只不过在具体求解方法上有所差异而已。 7.1 单一河道的控制方程 7.1.1 水量控制方程 采用一维圣维南方程组描述水流的运动，基本控制方程为： (1) 023/42 2=+-++R Q u n g x A u x Z gA x Q u t Q ???????? (2)
式中t 为时间坐标，x 为空间坐标，Q 为断面流量，Z 为断面平均水位，u 为断面平均流速，n 为河段的糙率，A 为过流断面面积，B W 为水面宽度（包括主流宽度及仅起调蓄作用的附加宽度），R 为水力半径，q 为旁侧入流流量（单位河长上旁侧入流场）。此方程组属于二元一阶双曲型拟线性方程组，对于非恒定问题，现阶段尚无法直接求出其解析解，通常用有限差分法或其它数学离散方法求其数值解。在水流稳态、棱柱形河道条件下，上述控制方程组退化为水力学的谢才公式，可采用相应的方法求解水流特征。 7.1.2 扩散质输运控制方程 描述河道扩散物质运动及浓度变化规律的控制方程为：带源的一维对流分散（弥散）方程，形式如下： S S h A KAC x c AE x x QC t AC r x ++-???? ??=+????????)()( (3) 式中，C 为污染物质的断面平均浓度，Q 为流量， 为纵向分散系数，S 为单 位时间内、单位河长上的污染物质排放量，K 为污染物降解系数，S r 为河床底泥释放污染物的速率。 此方程属于一元二阶偏微分方程，对于非恒定水流问题，微分方程位变系数的偏微分方程，现阶段尚无法直接求出其解析解，通常用有限差分法或其它数学离散方法求其数值解。在水流稳态、污染源源强恒定条件下，可按水动力特征将河道分为若干子段，在每个分段上，上述控制方程简化为常系数的常微分方程，可采用解析方法秋初起理论解。 7.2 单一河道一维水量水质模型
水质中常用的指标有哪些
水质中常用的指标有哪些？ 1、有机化学指标溶解氧（Dissolved oxygen简称DO）指溶解在水中的分子态氧（O2），简称DO）。水中溶解氧的含量与大气压、水温及含盐量等因素有关。大气压力下降、水温升高、含盐量增加，都会导致溶解氧含量减 低。一般清洁的河流，DO可接近其温度的饱和值，当有大量藻类繁殖时，溶解氧可能过饱和；当水体受到有机物质、无机还原物质污染时，会使溶解氧含 量降低，甚至趋于零，此时厌氧细菌繁殖活跃，水质恶化。水中溶解氧低于3~4mg/L时，许多鱼类呼吸困难，窒息死亡。溶解氧是表示水污染状态的重 要指标之一。化学需氧量（Chemical oxygen demand 简称COD）化学需氧量是指以重铬酸钾（K2Cr2O7）或高锰酸钾（KMnO4）为氧化剂，氧化水中的还原性物质所消耗氧化剂的量，结果折算成氧的量（以mg/L计）。水中还原性物质包括有机物和亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等无机物。化学需氧量反应了水中受还原性物质污染的程度。基于水体被有机物污染是很普遍的现象，该指标也作为有机物相对含量的综合指标之一，在与水质有关的各种法令中均采用它作为控制项目。注：我国颁布的环境地面水质标准（1988年）中，规定了以酸性重铬酸钾法测得的COD值称为化学需氧量，（简称CODCr），而将高锰酸钾法测得的COD值称为高锰酸盐指数，（简称CODMn）。高锰酸盐指数，耗氧量（CODMn）高锰酸盐指数，又称为耗氧量，是反映水体中有机及无机可氧化物质污染的常用指标。定义为：在一定条件下，用高锰酸钾氧化水样中的某些有机物及无机还原性物质，由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量。它反映了水中悬浮和溶解的可被高锰酸钾氧化的那一部分无机物和有机物的量。高锰酸盐指数在以往的水质监测分析中，亦有被称为化学需氧量的高锰酸钾法。但是，由于这种方法在规定条件下，水中有机物只能部分被氧化，并不是理论上的需氧量，也不是反映水体中总有机物含量的尺度，因此，用高锰酸盐
河流污染二维水质模型研究及RMA4模型概述_马莉
河流污染二维水质模型研究及RMA4模型概述 马 莉1,2,桂和荣1,3,曹彭强4 (1.安徽理工大学地球与环境学院,安徽淮南 232007; 2.淮南职业技术学院采矿工程系,安徽淮南 232007; 3.宿州学院,安徽宿州 234000; 4.河海大学水文水资源学院,江苏南京 210098) 摘 要:介绍二维水质模型常用的模拟手段、建模求解步骤的要点难点,并在此基础上对RM A 4水 质模型的特点进行详细归纳和分析,最后探讨河流水质模型的未来发展趋势,从而为建立二维河流水质 模型进行水质模拟提供一定的思路和依据. 关键词:河流;二维;水质模型;RMA 4 中图分类号:X 522;O 242.1 文献标志码:A 文章编号:1000-2162(2011)01-0102-07 Study on i ntegration of 2D water quality m odels and revi ew of RM A4model MA L i 1,2,GU I H e rong 1,3,CAO Peng q iang 4 (1.D epart ment o f Earth and Env iron m ent ,A nhui U nivers it y of Science and T echno l ogy ,H uai nan 232007,Ch i na ; 2.D epart ment o fM i ning Engeer i ng ,H uainan V o ca ti ona l T echn ical Co llege ,Hua i nan 232007,China ; 3.Suz hou Co lleg e ,Suzhou 234000,Ch i na ; 4.D epa rt m ent ofH ydrolody and W ater R esources ,H oha iU niversity ,N anji ng 210098,Ch i na)Abst ract :The co mm on m ethod o f 2D w ater quality m odels and the po ints for so l v ing t h e w ater qua lity m ode ls were introduced i n t h is paper .Then a w ater qua lity m odels RMA4w as i n tr oduced and its character i s tics w ere analyzed .Fina ll y the developi n g trends o f si m ulati o n o f river w ater qua lity w as d iscussed .Th is is beneficia l to bu ild i n g and using m athe m atic mode ls to si m u late the river w ater qu lity . K ey w ords :river ;2D;w ater qua lity m ode;l RMA4 1 河流污染二维水质模型研究概况 水质模型是污染物在水环境中的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.它涉及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.最早研究的水质模型为一维水质模型,其主要应用于河道很长,而水面宽度和深度 收稿日期:2010-06-08 基金项目:安徽省学术与技术带头人基金资助项目 作者简介:马 莉(1983 ),女,辽宁沈阳人,淮南职业技术学院讲师,安徽理工大学在读博士. 引文格式:马莉,桂和荣,曹彭强.河流污染二维水质模型研究及RM A 4模型概述[J].安徽大学学报:自然科学版,2011,35(1):102-108. 2011年1月 第35卷第1期安徽大学学报(自然科学版)Journa l o f Anhu iU n i versity (N a t ural Science Ed iti on)January 2011V o.l 35N o .1
最新水质分析中的常用指标
1 水质分析中的常用指标 2 1、有机化学指标 3 4 溶解氧 (Dissolved oxygen简称DO) 5 指溶解在水中的分子态氧(O2)，简称DO)。水中溶解氧的含量与大气压、水6 温及含盐量等因素有关。大气压力下降、水温升高、含盐量增加，都会导致溶7 解氧含量减低。 8 一般清洁的河流，DO可接近其温度的饱和值，当有大量藻类繁殖时，溶解9 氧可能过饱和;当水体受到有机物质、无机还原物质污染时，会使溶解氧含量降10 低，甚至趋于零，此时厌氧细菌繁殖活跃，水质恶化。水中溶解氧低于3~4mg/L 11 时，许多鱼类呼吸困难，窒息死亡。溶解氧是表示水污染状态的重要指标之一。 12 化学需氧量(Chemical oxygen demand 简称COD) 13 化学需氧量是指以重铬酸钾(K2Cr2O7)或高锰酸钾(KMnO4)为氧化剂，氧化14 水中的还原性物质所消耗氧化剂的量，结果折算成氧的量(以mg/L计)。水中15 还原性物质包括有机物和亚xiao 酸盐、硫化物、亚铁盐等无机物。化学需氧量16 反应了水中受还原性物质污染的程度。基于水体被有机物污染是很普遍的现象，17 该指标也作为有机物相对含量的综合指标之一，在与水质有关的各种法令中均18 采用它作为控制项目。 19 注：我国颁布的环境地面水质标准(1988年)中，规定了以酸性重铬酸钾法20 测得的COD值称为化学需氧量，(简称CODCr)，而将高锰酸钾法测得的COD值21 称为高锰酸盐指数，(简称CODMn)。 22 高锰酸盐指数，耗氧量(CODMn)
23 高锰酸盐指数，又称为耗氧量，是反映水体中有机及无机可氧化物质污染24 的常用指标。定义为：在一定条件下，用高锰酸钾氧化水样中的某些有机物及25 无机还原性物质，由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量。它反映了水中悬浮和26 溶解的可被高锰酸钾氧化的那一部分无机物和有机物的量。 27 高锰酸盐指数在以往的水质监测分析中，亦有被称为化学需氧量的高锰28 酸钾法。但是，由于这种方法在规定条件下，水中有机物只能部分被氧化，并29 不是理论上的需氧量，也不是反映水体中总有机物含量的尺度，因此，用高锰酸30 盐指数这一术语作为水质的一项指标，以有别于重铬酸钾法的化学需氧量，更31 符合于客观实际。 32 CODcr一般为CODMn的2到5倍，我们在实际工作中得到的数据基本上都在33 这个范围 34 生化需氧量(Biochemical oxygen demand简称BOD) 35 生化需氧量是指在有溶解氧的条件下，好氧微生物在分解水中有机物的生36 物化学氧化过程中所消耗的溶解氧量。同时亦包括如硫化物、亚铁等还原性无37 机物质氧化所消耗的氧量，但这部分通常占很小比例。 38 有机物在微生物作用下好氧分解大体上分为两个阶段。 39 1)含碳物质氧化阶段，主要是含碳有机物氧化为二氧化碳和水; 40 2)硝化阶段，主要是含氮有机化合物在硝化菌的作用下分解为亚xiao 酸盐41 和xiao 酸盐。约在5-7日后才显著进行。故目前常用的20℃五天培养法(BOD5 42 法)测定BOD值一般不包括硝化阶段。 43 BOD是反映水体被有机物污染程度的综合指标，也是研究废水的可生化降解44 性和生化处理效果，以及生化处理废水工艺设计和动力学研究中的重要参数。
常用水质模型
常用水质模型原理 环境一班 110180112 赵晨光 河北工程大学城市建设学院 摘要：随着科技的发展，人类生产获取的物质越来越多，但是伴随着物质的生产，大 量的污染物物质流入环境，其中相当大的一部分污染物质以无机化合物，有机化合物 的形式进入河流。河流被污染后不仅难以紫荆，造成严重的生态环境问题，也给你人 的生产生活带来极大的的危害。对各类水环境污染问题，尤其是河流水污染的水质报 告已成为我国水利、环保部门的重要工作之一。详细阐述了常用河流水质模型及格参 数意义，今儿给从事水环境监测、水环境影响评价等工作者提供借鉴。 摘要：With the development of science and technology, the human production of material is increasing, but with the production of material, a large amount of pollutant substances into the environment, of which a considerable part of the pollutants in inorganic compounds, organic compounds in the form of into the river. River pollution is not only difficult to Chinese redbud, causing serious ecological environment problems, and also give you people's production and life bring great harm. For all kinds of water environmental pollution problems, especially a report on the water quality of river water pollution is become one of the important work of our country's water conservancy, environmental protection department. Expounds the river water quality model is commonly used to pass the parameter meaning, today to engage in water environment monitoring, water environmental impact assessment and other workers. 关键词：河流；水质；模型； 一，水质模型简介 水质模型是用来描述水体中污染物与实践、空间的定量关系，描述物质在水环境的混合、迁移过程的数学方程。根据模型中的变量是否为随机变量、水质模型可分为确定 性水质模型和不确定性水质模型。 二，河流水质模型
水污染常规分析指标
水污染常规分析指标是什么? 水污染常规分析指标主要有： (1)臭味，是判断水质优劣的感官指标之一，清洁水是无臭的，受到污染后才产生臭味。 (2)水温，是水体一项物理指标。水体水温升高．表明受到新污染源的污染。 (3)浑浊度．地面水浑浊主要是泥土、有机物、微生物等物质造成的。浑浊度升高表明水体受到胶体物质污染。我国规定饮用水的浑浊度不得超过5度。 (4)pH值，是水中氢离子活度的负对数，pH值为7表示水为中性，大于7 的水呈碱性，小于7的水呈酸性。清洁天然水的pH值为6．5—8．5，PH值异常，表示水体受到酸碱性的污染。 (5)电导率，是测定水中盐类含量的一个相对指标。溶解在水中的各种盐类都是以离子状态存在的，因此具有导电性，所以导电率的大小反映出水中可溶性盐类含量的多少。 (6)溶解性固体．主要是溶于水中的盐类，也包括溶于水中的有机物、能穿透过滤器的胶体和微生物，因此溶解性固体的大小反映上述物质溶于水中的多少。 (7)悬浮性固体，包括不溶于水的淤泥、粘土、有机物、微生物等细微物质。悬浮物的直径一般在2mm以下。它是造成水质浑浊的主要来源，是衡量水体污染程度的指标之一。 (8)总氮，是水中台有机氯、氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氯的总量，简称总氮，主要反映水体受污染的程度。 (9)总有机碳(TCO)．是指溶解于水中的有机物总量，折合成碳计算。总有机碳含量是反映废水中有机物总量，是水体污染程度的重要指标。
(10)溶解氧(DO)，是评价水体自净能力的指标。溶解氧含量较高，表示水体自净能力强；反之表示水体中污染物不易被氧化分解，此时厌氧性菌类就会大量繁殖，使水质变臭。 (11)生化需氧量或生化耗氧量(一般指五日生化学需氧量)BOD，水中有机物在微生物作用下，进行生物氧化，从而消耗了水中的氧。因此生化需氧量的大小能反映水体中有机物质含量的多少、说明水体受有机物污染的程度。 (12)化学需氧量(COD)，是指用化学氧化剂氧化水中需氧污染物质时所消耗的氧量，主要反映水体受有机物污染的程度。COD数值越大，说明水体受污染越严重。 (13)细菌总数，反映水体受到生物性污染的程度。细菌总数增多表示水体的污染状况恶化。 (14)大肠菌群，是表示水体受人畜粪便污染的程度。大肠菌群越高，水体污染越重。我国生活饮用水水质卫生标准规定大肠菌指数每升水不得大于3个。 什么叫化学需氧量（COD）？ 所谓化学需氧量（COD），是在一定的条件下，采用一定的强氧化剂处理水样时，所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此，化学需氧量（COD）又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物的污染越严重。化学需氧量（COD）的测定，随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同，其测定值也有不同。目前应用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。高锰酸钾（KMnO4）法，氧化率较低，但比较简便，在测定水样中有机物含量的相对比较值时，可以采用。重铬酸钾（K2Cr2O7）法，氧化率高，再现性好，适用于测定水样中有机物的总量。有机物对工业水系统的危害很大。含有大量的有机物的水在通过除盐系统时会污染离子交换树脂，特别容易污染阴离子交换树脂，使树脂交换能力降低。有机物在经过预处理时（混凝、澄清和过滤），约可减少50%，但在除盐系统中
最新水质分析中的常用指标
水质分析中的常用指标 1、有机化学指标 溶解氧(Dissolved oxygen简称DO) 指溶解在水中的分子态氧(O2)，简称DO)。水中溶解氧的含量与大气压、水温及含盐量等因素有关。大气压力下降、水 温升高、含盐量增加，都会导致溶解氧含量减低。 一般清洁的河流，DO可接近其温度的饱和值，当有大量藻类繁殖时，溶解氧可能过饱和;当水体受到有机物质、无机还原物质污染时，会使溶解氧含量降低，甚至趋于零，此时厌氧细菌繁殖活跃，水质恶化。水中溶解氧低于3~4mg/L时，许多鱼类呼吸困难，窒息死亡。溶解氧是表示水污染状态的重要指标之一。 化学需氧量(Chemical oxygen demand 简称COD) 化学需氧量是指以重铬酸钾(K2Cr2O7)或高锰酸钾(KMnO4)为氧化剂，氧化水中的还原性物质所消耗氧化剂的量，结果折算成氧的量(以mg/L计)。水中还原性物质包括有机物和亚xiao 酸盐、硫化物、亚铁盐等无机物。化学需氧量反应了水中受还原性物质污染的程度。基于水体被有机物污染是很普遍的现象，该指标也作为有机物相对含量的综合指标之 一，在与水质有关的各种法令中均采用它作为控制项目。 注：我国颁布的环境地面水质标准(1988年)中，规定了以酸性重铬酸钾法测得的COD值称为化学需氧量，(简称CODCr)，而将高锰酸钾法测得的COD值称为高锰酸盐指数，(简称CODMn)。 高锰酸盐指数，耗氧量(CODMn) 高锰酸盐指数，又称为耗氧量，是反映水体中有机及无机可氧化物质污染的常用指标。定义为：在一定条件下，用高锰酸钾氧化水样中的某些有机物及无机还原性物质，由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量。它反映了水中悬浮和溶解 的可被高锰酸钾氧化的那一部分无机物和有机物的量。 高锰酸盐指数在以往的水质监测分析中，亦有被称为化学需氧量的高锰酸钾法。但是，由于这种方法在规定条件下，水中有机物只能部分被氧化，并不是理论上的需氧量，也不是反映水体中总有机物含量的尺度，因此，用高锰酸盐指数这一术语作为水质的一项指标，以有别于重铬酸钾法的化学需氧量，更符合于客观实际。 CODcr一般为CODMn的2到5倍，我们在实际工作中得到的数据基本上都在这个范围 生化需氧量(Biochemical oxygen demand简称BOD) 生化需氧量是指在有溶解氧的条件下，好氧微生物在分解水中有机物的生物化学氧化过程中所消耗的溶解氧量。同时亦包括如硫化物、亚铁等还原性无机物质氧化所消耗的氧量，但这部分通常占很小比例。 有机物在微生物作用下好氧分解大体上分为两个阶段。 1)含碳物质氧化阶段，主要是含碳有机物氧化为二氧化碳和水; 2)硝化阶段，主要是含氮有机化合物在硝化菌的作用下分解为亚xiao 酸盐和xiao 酸盐。约在5-7日后才显著进行。故 目前常用的20℃五天培养法(BOD5法)测定BOD值一般不包括硝化阶段。 BOD是反映水体被有机物污染程度的综合指标，也是研究废水的可生化降解性和生化处理效果，以及生化处理废水工艺 设计和动力学研究中的重要参数。 总磷(Total Phosphorus简称TP) 总磷为控制水体富营养化主要指标。以水中可被强氧化物质氧化转变成磷酸盐的各种形态磷的总量计。磷是植物生长的营养元素，也是生命必不可少的。如果水中的磷超过临界浓度后，就会刺激水生植物的生长，以至发生“藻花”，造成水 体的富营养化。 磷是由若干不同途径进入水体的，如排放含磷化合物的废水，农田的地表径流，以及畜牧场等。近年来，由于含磷洗涤 剂和其他日用含磷物质的使用，也增加了磷的排放量。 氨氮(Ammonia nitrogen简称NH3-N) 水中的氨氮是指以游离氨NH3(也称非离子氨)和离子氨NH4+形式存在的氮。对地面水，常要求测定非离子氨。两者的组成比决定于水的pH值和温度，当pH值偏高时，游离氨的比例较高，反之，则氨盐的比例较高。 水中氨氮主要来源于生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物，焦化、合成氨等工业废水，以及农田排水等。氨氮含量较高时，对鱼类呈现毒害作用，对人体也有不同程度的危害。
水质数学模型分类
水质数学模型分类 按上游来水和排污随时间的变化情况： 动态模式、稳态模式 按水质分布状况： 零维、一维、二维和三维 按模拟预测的水质组分： 单一组分、多组分耦合模式 水质数学模式的求解方法及方程形式 解析解模式、数值解模式 河流水质模型 ? 河流完全混合模式、一维稳态模式、S-P 模式（适用于河流的充分混合段） ? 托马斯模式（适用于沉降作用明显河流的充分混合段） ? 二维稳态混合模式与二维稳态混合衰减模式（适用于平直河流的混合过程段） ? 弗罗模式与弗-罗衰减模式（适用于河流混合过程段以内断面的平均水质） ? 二维稳态累积流量模式与二维稳态混合衰减累积流量模式（适用于弯曲河流的混合过程段） ? 河流pH 模式与一维日均水温模式 河流完全混合模式 C －废水与河水完全混合后污染物的浓度，mg/L Qh －排污口上游来水流量，m3/s ) /()(h p h h p p Q Q Q c Q c c ++=
C h－上游来水的水质浓度，mg/L Qp－污水流量，m3/s Cp－污水中污染物的浓度， mg/L 适用条件：（1）废水与河水迅速完全混合后的污染物浓度计算；（2）污染物是持久性污染物，废水与河水经一定的时间（距离）完全混合后的污染物浓度预测。河流为恒定流动；废水连续稳定排放 一维稳态模式 C 为污染物的浓度；Dx 为纵向弥散系数， ux 断面平均流速；K 为污染物衰减系数 模型的适用对象：污染物浓度在各断面上分布均匀的中小型河流的水质预测BOD－DO耦合模型（S－P模型） 适用条件：河流充分混合段，污染物为耗氧有机物，需要预测河流溶解氧状态；河流为恒定流动，污染物连续稳定排放 氧垂曲线与临界点(最大氧亏值处） S-P模式的适用条件： ①河流充分混合段； ②污染物为耗氧性有机污染物； ③需要预测河流溶解氧状态； ④河流恒定流动；
基础及水质指标
第一章水质概述 第一节常用化学名词概述 一、化学基本概念 （一）物质的量、摩尔质量 由于分子、原子太微小，用它们计量不方便，需要使用一个适当的物理量——物质的量进行计算。 物质的量是反映某系统中物质基本单元多少的物理量。或者说，物质B的物质的量n B是用系统中所含基本单元B的粒子数N B来确定（或衡量）的一个物理量。物质B的物质的n B与物质B的基本单元B的粒子数N B的关系如下式所示 ｎB＝N B/L（L：阿伏加德罗常数，为6.0231023mol-1） 国际上规定物质的量的单位名称叫做“摩尔”，它也是我国现行的法定基本计量单位之一，单位符号为mol。 摩尔质量在计算及使用上比较方便，它是物质的量的一个导出量，是表达物质的量与质量的关系的。摩尔质量（M B）的定义为质量（m）除以物质的量（n B），即M B=m/n B。摩尔质量的单位是Kg/mol，化学分析中常用的单位为g/mol。例如： H2SO4的摩尔质量：M（H2SO4）=98g/mol 或 者M（1/2 H2SO4）=49 g/mol 注意：在法定计量单位中，用到物质的量浓度或摩尔质量时，必须指明基本单元，否则所说的摩尔就没有明确的意义了。 （二）酸和碱 根据酸碱质子理论，凡是能给出质子（H+）的物质就是酸；凡是能接受质子的物质就是碱。一种酸给出质子后，其剩余的部分就是碱；同理，一种碱接受质子后，其生成物便为酸。它们之间的关系可表示如下 HA(酸) ==== H+ +A- （一色）（另一色）
可见，酸和碱是不能彼此分开的，而是处于一种相互依存的关系中。酸和碱的这种依存关系称为共轭关系。即HA是A-的共轭酸，A-是HA 的共轭碱。 同时，该理论认为，酸碱反应的实质是质子的转移。例如HCl在水中的解离是由于作为溶剂的水起着碱的作用，而NH3.H2O在水中的解离是由于作为溶剂的水起着酸的作用。所以，我们认为，这些反应，都是酸碱反应，只不过在不同场合，H2O扮演着不同的角色。 在实际中，常用酸碱滴定法来测定未知物质的浓度，该法常借助于酸碱指示剂的颜色变化来指示滴定的终点。酸碱指示剂是结构复杂的有机酸或有机碱，因其酸式和共轭碱式具有不同的结构，因而呈现不同的颜色。当溶液pH值改变时，指示剂或给出质子由酸式变为共轭碱式，或接受质子由碱式变为共轭酸式，由于结构的变化而引起颜色的改变。表2-1是常用的指示剂及其变色范围。 表2-1 常用的酸碱指示剂 目前大多数电厂常用的酸主要是盐酸（HCl），作为离子交换树脂的再生剂及设备的清洗剂。盐酸（HCl）和硫酸（H2SO4）也是化学试验中常用的药剂，它们都有腐蚀性，浓盐
常用的水质指标
1.常用的水质指标：物理指标①感官性物理指标：温度、色度②其他物理指标：总固体、悬浮固体、等；化学指标①一般的化学指标：PH值、酸碱度、硬度②毒理学化学指标：重金属、氰化物、氟化物③有关氧平衡的化学指标：溶解氧、化学需氧量；生物学指标：包括细菌总数、总大肠菌群数等。 2.大气污染物分类：硫氧化物，氮氧化物，碳氧化物，有机化合物，硫酸烟雾，光化学烟雾。 3.除尘器分哪几类:机械除尘器：重力沉降室、惯性除尘器、旋风除尘器；湿式除尘器：泡沫除尘器；过滤除尘器：袋式除尘器；静电除尘器：包括干式或湿式静电除尘器； 4.软化、除盐的基本方法：软化基本方法：⑴加热软化法：只能去除碳酸盐硬度⑵药剂软化法：常用石灰法、石灰—纯碱法，能去除绝大部分钙离子，镁离子，还有少量残余硬度⑶离子交换法：利用离子交换剂将钙离子，镁离子转化为钠离子，去除较彻底。除盐基本方法：离子交换法、蒸馏法、电渗析法、反渗透等 5.滤池过滤的机理：分为阻力截留、重力沉降和接触絮凝三种 6.生物脱氮：通过微生物作用将水体中有机氮转化为铵态氮，进一步转化为硝态氮，在反硝化细菌的作用下转化为氮气的过程。氨化，硝化，反硝化反应、 7. 烟气脱硫、脱氮常用方法。 脱硫方法：干法烟气脱硫（1）电子束法（2）气相催化氧化法； 半干法烟气脱硫（1）旋转干燥喷雾法（2）炉内喷钙增湿活化法；湿法脱硫 脱氮方法：氧化还原法（1）选择性催化还原法 液体吸收法（1）水吸收法（2）酸吸收法（3）碱液吸收法 8. 折点加氯：折点加氯法脱氮是利用废水中的氨氮与投加的游离氯互相反应生成气态氮以除去废水中氨氮的方法。采用的加氯量应以折点相应的加氯量为准，水中含有余氯用活性炭吸附法脱除余氮。 9.混凝的机理：通过向水中投加一些药剂（通常称为混凝剂及助凝剂），使水中难以沉淀的颗粒能互相聚合而形成胶体，然后与水体中的杂质结合形成更大的絮凝体。絮凝体具有强大吸附力，不仅能吸附悬浮物，还能吸附部分细菌和溶解性物质。絮凝体通过吸附，体积增大而下沉 10.UASB反应器废水被尽可能均匀的引入反应器的底部，污水向上通过包含颗粒污泥或絮状污泥的污泥床。厌氧反应发生在废水和污泥颗粒接触的过程。在厌氧状态下产生的沼气（主要是甲烷和二氧化碳）引起了内部的循环，这对于颗粒污泥的形成和维持有利。在污泥层形成的一些气体附着在污泥颗粒上，附着和没有附着的气体向反应器顶部上升。上升到表面的污泥撞击三相反应器气体发射器的底部，引起附着气泡的污泥絮体脱气。气泡释放后污
多泥沙河流水质模型研究
!收稿日期"# $$%&’$&$(作者简介"胡国华)’(*+,-. 男.副教授.博士.从事水资源/水环境和风险分析研究0 基金项目"水利部水利技术开发基金项目)水12*’(- 文章编号"’$$(&*$(3)#$$3-$3&$$3+&$3 多泥沙河流水质模型研究 ! 胡国华 )长沙理工大学河海工程学院.长沙3’$$4*-摘 要"针对黄河泥沙含量大/泥沙对河流56789 浓度影响大的突出特点.运用模拟实验方法.探讨了泥沙对56789 浓度的影响.揭示了浑水/清水中56789浓度与含沙量间的关系0研究表明.黄河浑水中56789浓度随含沙量增大呈显著上升趋势. 而去除泥沙后清水56789浓度测定值随其原含沙量增大呈微上升趋势0依据质量平衡原理.建立了充分考虑泥沙影响的56789 衰减经验模型0清水中56789浓度的变化采用完全混合反应器概念来模拟.浑水中56789浓度通过清水中56789浓度与泥沙中56789 浓度之和来量化0模型基本方程的求解采用稳态解析解0模型中的参数通过利用实际监测数据及室内实验结果与优化结合的方法确定0同时.利用实际监测数据对参数和模型进行检验0结果表明.模型结构合理.参数取值可靠.模型精度较好0模型既能揭示汇流区间人为污染对河段水质的影响.又可以反映作为面污染源的黄河泥沙对污染的影响.可作为水质预测的实用工具及规划管理的依据0 关键词"环境工程:水质模型:56789 :浑水:清水:含沙量:完全混合反应器:多泥沙河流 中图分类号";2#3 文献标识码"< =引 言 河流水质数学模型是描述河道水体中污染物随时间和空间迁移转化规律的数学方程.是进行河流水质模拟预测与水污染控制规划的重要工具0自’(#+年>?@A A ?A @和B C A D E F 建立第一个河流水质模型以来.河流水质模型的研究一直是国内外学者所关注的一个重要课题0#$世纪*$年代以来.随着水环境问题研究的深入和相关学科及计算机的发展.水质模型的研究在深度和广度上都取得了很大的进展.至今已有各种 河流水质模型G ’.#H 0然而.目前国内外的水质模型基本上是针对和适用于含沙量较低的清水水域的G %H 0这一方面是由于模 拟需用的物质浓度是采用清水观测方法测量的.对含沙的浑水国内外都普遍规定需将水样过滤或澄清.用清水中的物质浓度作为观测浓度0另一方面.由于受泥沙的突出影响.使得针对多泥沙河流的水质模拟变得十分复杂和困难0 目前国内外开展多泥沙河流水污染方面的研究主要局限于机理研究/规律性研究/实验室研究和重金属在水/沙相的迁移转化规律研究等方面.与泥沙有关的水质模型的研究相对较少.这其中又以关于重金属和有毒有机污染物水质模型 的研究较多一些0其中有代表性的水质模型有G 3I 2H "’- 三维河流重金属迁移模型. 是目前比较成熟的/可考虑重金属在水体中的溶解态/悬浮泥沙和沉积泥沙中的浓度以及它们之间的吸附与解吸/沉降与再悬浮过程的水质模型:#-J ;<8> &K 模型. 主要用于有毒有机物的模拟.但模型中考虑了泥沙对污染物的吸附/混合等过程:%->J L 江西理工大学题目 学模型在水环境中的应用 姓名：XXX 专业班级：XXX班 学号：XXXX 指导教师XXX老师 日期：XXX年XXX月 XXX 日 数学模型在水环境中的应用 摘要：水环境数学模型是十分重要的科学工具与技术手段。在水资源保护科研、评价与监测分析中应用，不但增加理论色彩，还可以提高成果水平。本文对常用各类数学模型进行了深入系统的理论解读与技术应用研究，明确指出，“模型”是十分有用的，但不是万能的，每种模型都有自己的使用范围与针对性，因此，选准模型，正确使用，至关重要。 关键词：水环境；数学模型；概述；理论解析 水环境数学模型可以描述水环境中物质混合、输移和转化的规律。它是在分析水环境中发生的物理、化学及生物现象基础上，依据质量、能量和动量守恒的基本原理，应用数学方法建立起来的模型。通过模型求解计算可以预报水文、水质在时间与空间上的变化，为水资源管理、规划、评价与控制服务。 1水环境数学模型概述 1.1水动力学模型 在1950年以前，数学模拟的基本理论已经建立，并运用这些理论解决过一些简单的工程问题。1952—1954年Isaacson和Twesch首次建立了俄亥俄河和密西西比河的部分河段数学模型，并进行了实际洪水过程的模拟。到20世纪中期，水动力学模型再次得到重视，随着计算机技术的发展，模型功能也在增加，可以对整个流域、洪泛区、已建或规划中的水利工程进行系统模拟。 1.2水质模型 Streefer和Phelps于1925年开发的，用于分析生活污水排入河流后对水中溶解氧的影响，即BOD/DO模型。O’connor在此基础上又开发了港湾的稳态BOD/DO模型及适用于河流的动态BOD/DO模型。Thomann采用有限差分法离散求解模型方程，使水质模型更好地反映河底高程及纵断面变化等水质特征。 20世纪70年代早期开发出水体富营养化模型，80年代以来，专家们又研究开发了反应毒性物质在水体中迁移转化的模型。 1.3数学模型分类 1）按解的过程可以分为确定性模型和随机模型。对一组给定的输入条件，确定性模型只给出一组确定值，这是一种使用最广泛的数学模型。随机性模型的输入是随机的，其解不具有唯一性。 所谓水质指标是用以评价一般淡水水域、海水水域特性的重要参数。可以根据这些参数对水质的类型进行分类，对水体质量进行判断和综合评价。水质指标已形成比较完整的指标体系。 许多水质指标是表示水中某一种或一类物质的含量，常直接用其浓度表示，有些水质指标则是利用某一类物质的共同特性来间接反映其含量。例如水中有机物质具有易被氧化的共同特性，可用其耗氧量作为有机物含量的综合性指标；还有一些水质指标是同测定方法直接联系的，例如混浊度，色度等用人为规定的并配制某种人工标准溶液作为衡量的尺度。水质指标按其性质不同，可分为物理的，生物的和化学的指标。关于生物指标，根据水生生物的组成（种类与数量）以及它们的生态学特征而提出的各项指标已在有关课程中介绍。本节概要讨论一下几项常用的水质物理指标的含义。对于化学指标的含义将在本书的其他有关部门章节中作有关深入的讨论，这里按测定所使用的不同方法作粗略的分类。 （一）水质的物理指标 水体环境的物理指标项目颇多，包括水温、渗透压、混浊度（透明度）、色度、悬浮固体、蒸发残渣以及其它感官指标如味觉、嗅觉属性等等。 1、温度温度是最常用的物理指标之一。由于水的许多物理特性、水中进行的化学过程和生物过程都同温度有关，所以它经常是必须加以测定的。天然水的温度因水源的不同而异，地表水的温度与季节气候条件有关，其变化范围大约在0.1--30℃；地下水的温度则比较稳定，一般变化于8--12℃左右，而海水的温度变化范围为-2--30℃。 2、嗅与味被污染的水体往往具有不正常的气味，用鼻闻到的称为嗅，口尝到的称为味。有时嗅与味不能截然分开。常常根据水的气味，可以推测水中所含杂质和有害成分。水中的嗅与味的来源可能有：水生植物或微生物的繁殖和衰亡；有机物的腐败分解；溶解气体H2S等；溶解的矿物盐或混入的泥土；工业废水中的各种杂质，如石油、酚等；饮用水消毒过程的余氯等。不同的物质有着不同的气味，例如湖沼水因藻类繁生或有机物产生的鱼腥及霉烂气味；浑浊河水常含有泥土的涩味；温泉水常有硫酸味；有些地下水的H2S气味；含溶 估计水塔的水流量 1问题提出 某居民区的民用自来水是由一个圆柱形的水塔提供．水塔高12.2米，直径17．4米．水塔是由水泵根据水塔内水位高低自动加水，一般每大水泵工作两次．现在需要了解该居民区用水规律与水泵的工作功率．按照设计，当水塔的水位降至最低水位，约8．2米时，水泵自动启动加水；当水位升；高到一个最高水位，约10．8米时，水泵停止工作． 可以考虑采用用水率（单位时间的用水量）来反映用水规律，并通过间隔一段时间测量水塔里的水位来估算用水率．表4．2是某一天的测量记录数据，测量了28个时刻，但是由于其中有3个时刻遇到水泵正在向水塔供水，而无水位 作功率． 2问题分析与数据处理 由问题的要求，关键在于确定用水率函数，即单位时间内用水体积，记为f(t)，又称水流速度．如果能够通过测量数据，产生若干个时刻的用水率，也就是f(t)在若干个点的函数值，则f(t)的计算问题就可以转化为插值问题．1．假设 1）水塔中水流量是时间的连续光滑函数，与水泵工作与否无关，并忽略水位高度对水流速度的影响． 2）水泵工作与否完全取决于水塔内水位的高度，且每次加水的工作时间为2小时 3）水塔为标准圆柱体． 考虑到假设2）结合表4．2中具体数据，推断得出 4）水泵第一次供水时间段为［8．967，10．954］，第二次供水时间段为「20．839，22．958］． 2．体积计算 水塔是一个圆柱体，体积为h D V 24 π = ．其中D 为底面直径，h 为水位高度。 水流速度应该是水塔中水的体积对时间的导数（微商）由于没有水的体积关于时间的函数表达式，而只有一个离散的函数值表4．3，因此考虑用差商代替微商，这也是离散反映连续的常用思想．为提高精度，采用二阶差商，即i i v t f 2)(-?= 具体地，因为所有数据被水泵两次工作分割成三组数据，对每组数据的中间数据采用中心差商，前后两个数据不能够采用中心差商，改用向前或向后差商． 中心差商公式 采用一维水质模型计算河流纳污能力中 设计条件和参数的影响分析 张文志 (广东省水文局惠州分局,广东 惠州 516001) 摘 要:分析采用一维水质模型计算河流纳污能力过程中,污染源概化、设计流量和流速、上游本底浓度、污染物综合衰减系数等设计条件和参数对计算结果的影响;讨论如何确定设计条件和参数,以提高计算结果的准确性和合理性。 关键词:纳污能力;一维水质模型;设计条件;参数;影响分析 中图分类号:T V149.2 文献标识码:B 文章编号:100129235(2008)0120019202收稿日期:2007202205 作者简介:张文志,男,湖北大悟人,主要从事水环境监测、水资源分析及评价工作。 纳污能力,是指水体在一定的规划设计条件下的最大允许纳污量。纳污能力随规划设计目标的变化而变化,反映了特定水体水质保护目标与污染物排放量之间的动态输入响应关系。其大小与水体特征、水质目标及污染物特性等有关,在实际计算中受污染源概化、设计流量和流速、上游本底浓度、污染物综合衰减系数等设计条件和参数的影响。 东江干流岭下至虾村河段位于东江干流惠州市境内,全长36k m,水质目标为Ⅱ类。本文以该段河段氨氮纳污能力计算为例,分析采用一维水质模型计算纳污能力过程中设计条件和参数对计算结果的影响,并讨论如何确定设计条件和参数,以提高计算结果的准确性和合理性。 1 一维水质模型概述 对于宽深比不大的河流,污染物在较短的时间内,基本上能在断面内均匀混合,污染物浓度在断面上横向变化不大,可用一维水质模型模拟污染物沿河流纵向的迁移问题来计算纳污能力。 在稳态或准稳态的情况下,一维水质数学模型为: C (x )=C 0exp -k x u (1) 式中 C 0———基准断面污染物的本底浓度,mg/L ;k ———污染 物综合衰减系数,d -1 (计算时换算为s -1 );u ———断面 设计流速,m /s ;x ———计算断面至基准断面的距离,m ; C (x )———计算断面污染物的浓度,mg/L 。 2 污染源概化影响分析 通常情况下,考虑到计算的复杂性和一般规划本身的要求,需要将河段内排污口的分布加以概化。目前污染源概化主要采用两种方法:概化为均匀分布或概化为一个集中点。 2.1 均匀分布概化河段水环境容量计算公式 概化为均匀分布即认为污染物排放在同一河段内沿河 长均匀分布,并认为污染源源强在同一功能区内沿河长均匀 分布,概化示意见图1。此种概化实际上体现了污染物分布的一种平均状况,对某一河段也许存在一定偏差,但从统计、规划的特点来看,却综合反映了若干河段污染物排放的一种平均状态。 图1 均匀排放河段污染源概化示意图可以推导出均匀排放河段纳污能力的计算公式为: m =kQ L u C s -C 0exp -k L u 1-exp -k L u (2) 式中 m ———纳污能力,g/s (结果表示时换算为kg/d ); C S ———下游控制断面污染物的目标浓度,mg/L ; L ——— 计算河段的全长,m ;Q ———河段设计流量,m 3 /s ; 其它参数意义与公式1相同。 2.2 集中点概化河段水环境容量计算公式 概化为一个集中点即认为污染物排放在同一功能区内集中在一个点,所有污染物由这个点源排入,概化示意见图 2。此种概化实际上体现了污染物分布的一种集中状况。 图2 集中排放河段污染源概化示意图可以推导出集中排放河段纳污能力的计算公式为: 9 12008年第1期?PE ARL R I V ER 人民珠江数学模型在水环境中的应用
水质常规指标检测方法
水流问题数学建模
采用一维水质模型计算河流纳污能力中设计条件和参数的影响分析