海河流域水资源规划模型
水环境数学模型
过水断面污染物输移率
FAuCAQC
• 断面A上污染物输移率为断面平均流速
和平均浓度及断面面积乘积，
分子扩散作用输移
– 扩散是由于物理量在空间上存在梯度使之在空间上趋于 均化的物质迁移现象，
– 分子扩散：水中污染物由于分子的无规则运动,从高浓 度区向低浓度区的运动过程，
– Fick 第一定律：分子扩散质量通量与扩散物质的浓度 梯度成正比，
– 估算模型计算结果的偏差 – 有利于根据需要探讨建立高灵敏度或低灵敏度的模型 – 可以用来确定合理的设计裕量
• 环境系统的两种灵敏度分析
– 状态与目标对参数的灵敏度,即研究参数变化对状态变 量和目标产生的影响，
– 目标对状态的灵敏度,即研究状态变量的变化对目标值 产生的影响，
• 状态与目标对参数的灵敏度
吸附与解吸
• 吸附：水中溶解的污染物或胶状物,当与悬浮于
水中的泥沙等固相物质接触时,将被吸附在泥沙 表面,并在适宜的条件下随泥沙一起沉入水底,使 水的污染物浓度降低,起到净化作用;
• 解吸：被吸附的污染物质当水体条件 流速、浓
度、PH 改变时,又溶于水中的过程，
• 吸附-解吸作用总的趋势：水体污染浓度减少
Ix 1 E m C x, Iy 1 E m C y, Iz1 E m C z
– 式中: I 分别表示 x ,y ,z方向上的污染物扩散通量； Em 为分子扩散系数m2/s,C是时均浓度，
紊动扩散作用输移
– 湍流扩散：湍流流场中质点的瞬时值相对 于平均值的随机脉动导致的分散现象，
水环境模拟涉及主要问题
❖ 水流运动 ❖ 污染物在水中的迁移转化 ❖ 水体的耗氧和复氧过程 ❖ 河流水质模型 ❖ 湖泊与水库水质模型 ❖ 面源污染分析 ❖ 水污染控制系统规划
海河,地表,地下资料分析
海河,地表,地下资料分析一、海河流域地下水资源总体情况1、1地下水资源量总体情况据海河流域2000—2019年水资源公报，2000年以来，流域地下水资源量平均为224×108m3，与1956年以来的多年平均水资源量相比明显减少，减少15%以上。
近20年中的18个年份地下水资源量少于多年平均水平，占比90%。
仅有2012年、2016年在多年平均水平以上，主要是因为该两年降水量均在600mm以上，比多年平均降水量增加一成以上。
尽管如此，此两年的地下水资源量也仅是略高于多年平均水平，分别仅比多年平均值高6%、3%。
近20年来，降水量高于多年平均降水量的年份有7年，其中有5年地下水资源量低于多年平均水平。
以上分析表明，2000年以来，海河流域地下水资源量常年维持较低数值，即使在丰水年，转化成的地下水资源量依然较少。
流域地下水总体呈现水量少，且资源转化率不高的特点。
1、2对降水的响应点绘近20年海河流域年平均降水量与年度地下水资源量的关系表明，作为主要的地下水补给源，降水量与地下水资源量呈现出较好的正相关关系。
二者线性相关系数R为0.95。
年降水量在400mm 左右时，地下水资源量约为150×108m3，降水转化为地下水资源的比例约为11.7%；年降水量在600mm左右时，地下水资源量约为280×108m3，降水转化成地下水资源的比例约为14.6%。
因此，降水是影响海河流域地下水资源量最主要的因素。
此外，海河流域降水转化成地下水资源的比例不高。
二、地下水资源供水变化趋势2、1地下水供水情况海河流域地下水供水量近20年总体呈明显减少趋势。
2000—2007年间地下水供水量在250×108m3以上，维持在较高水平。
2008—2012年间基本维持在230~240×108m3之间，比以往有所减少。
2014年年底南水北调中线通水后，下降趋势较为明显，到2019年流域地下水供水量减少至160×108m3。
课件-(7水环境数学模型及预测)
人类活动的热排放
主要为火力发电厂、冶炼厂等冷却水的排放，可按随水 流迁移的热交换公式进行计算
6
5.1.2水体与大气的热交换
A R E C
辐射热通量
R I RI G RG S I G S
I为入射的太阳短波辐射通量；RI为被水面反射的太阳辐 射通量；G为入射的大气长波辐射通量；RG为G被水面反 射的大气辐射通量；S为水面发出的长波辐射热通量，单 位均为J/(m2.h)
12
5.1.3河流水温模型
程序步骤如下：
（1）计算上断面的初始水温。进入上断面的热量有干流 来水和支流来水带来的热量及排污热量，与水流充分混 合后，得到从上断面流入本河段的起始水温T0
W q T0 TI Tx TI QC p Q
热污染源引起 的水温变化 支流引起的水 温变化
9
5.1.3河流水温模型
类似于一维水质基本方程，可以写出河流 纵向一维水温迁移转化基本方程：
T T 2T u E 2 ST t x x
E为热量在水中的扩散、离散系数；ST为微元河段关于水 温的源漏项。一般河流中的扩离散作用远小于移流作用， 可忽略不计，则上式可简化为
T T u ST t x
20
5.2.2 QUAL - Ⅱ河流水质综合模型
各水质变量之间的相互关系
1-大气复氧作用；2-河底生物的耗氧；3-碳化合物BOD耗氧；4-光合 作用产氧；5-氨氮氧化耗氧；6-亚硝酸盐氮氧化耗氧；7-碳化合物 BOD的沉淀；8-浮游植物对硝酸盐氮的吸收；9-浮游植物对磷酸盐磷 的吸收；10-浮游植物代谢产生磷酸盐磷；11-浮游植物的死亡和沉淀； 12-浮游植物代谢产生氨氮；13-底泥释放氨氮；14-氨氮转化为亚硝 21 酸盐氮；15-亚硝酸盐转化为硝酸盐；16-底泥释放磷
海河流域水资源综合规划概要
ｒｓ ｕ ｃ ｓｐａ ｎｎ ｎ ｏｉ ｃ ｌｃ ｎ ｕ ｔｔ ｎ ｅ ｏ ｒｅ ｌｎ ｉｇ ａ ｄ ｐ ｌ ｉａ ｏ ｓ ｌａｉ ．Ａｎ ｎ ｐ ｃａ ｌｎ ａ ｄ ｔｒｅ ｔｅ ｔ ｌｎ ｒ ｏ ｌｔｄ ｔ ｏ ｄ ｏ ｅ ｓ ｅ ｉｌｐ ａ ｎ ｈ ｅ ｈ ｍａｉ ｐａ ｓｗｅ ｅｃ ｍｐｅｅ ．Ｗ ｉ ｈ ｃ ｔ ｔｅ ｈ
分 区规 划概 要
２ １ ． 中 国水 利 ０ １２ ３
海河流域水 资源综合规划概要
户作 亮
（ 利部 海河 水利 委 员会 ，０ １０， 津 ） 水 ３０ ７ 天
摘 要 ： 河 流 域 水 资 源 综 合 规 划 是 全 国 水 资 源 综 合 规 划 的 重 要 组 成 部 分 。规 划 工 作 于 ２ ０ 海 ０ ２年 启 动 ， ２ ０ 到 ０ ９年
ｗｈ ｌ ｒ ｃ ｓ ｏ ｓｓｅ ｆｔ ｒ ｅ ｐ ａ ｅ ，ｎ ｍｅ ｙ ｉ ｖ ｓｉ ａｉ ｎ ａ ｄ ａ ｓ ｓ ｍｅ ｔｏ ｔ ｒ ｒ ｓ ｕ ｃ ｓ ｆ ｒ ｌ ｔ ｎ ｏ ｔｒ ｏｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｃ ｎ ｉｔ ｄ ｏ ｈ ｅ ｈ ｓ ｓ ａ ｌ ｎ ｅ ｔ ｔ ｎ ｓ ｅ ｓ ｎ ｆｗａ ｅ ｅ ｏ ｒ ｅ ， ｏ ｍｕ ａ ｉ ｆ ｗａｅ ｇ ｏ ｏ
四 、 资源 规 划 主 要 成 果 水
水 资 源 规 划 的 基 准 年 为 ２ ０ ０８ 年 ， 期 规 划水 平 年 为 ２２ 近 ０ ０年 ， 期 远 规划 水平 年为 ２ ３ ０ ０年
１ 资 源调 查 评 价 阶段 （ ０ ２ ． 水 ２ ０ 水 文 站 天然 径流 量 、地 表 水资 源 量 、
指导 ， 以水 资源 总量控 制为原 则 ， 出 提
南水 北调工 程通水 后海 河流域水 资 源 合理开发 、 优化 配置 、 面节约 、 全 有效保 护和综合治理 的总体 布局 和战略方案。 海 河 流 域 水 资 源 综 合 规 划 以科 学 发 展 观 为 指 导 思 想 ．坚 持 以人 为 本 ， 总 量控 制 、 筹 协调 、 量 水质 按 统 水
水循环规模评估及水资源配置建模
水循环规模评估及水资源配置建模水是人类生活和经济发展不可或缺的重要资源，合理评估水循环规模并进行有效的水资源配置是保障水资源可持续利用的关键。
本文将对水循环规模评估及水资源配置建模进行探讨。
首先，水循环规模评估是指对水循环系统中各个环节的水量进行量化和评估。
水循环系统包括了降水、蒸发腾发、地下水补给与排泄、径流等各个环节。
通过对水循环规模的评估，可以了解各环节的水量情况，进而进行水资源的合理配置。
在水循环规模评估中，我们可以运用遥感技术、水文模型等工具和方法。
遥感技术可以通过卫星等平台获取大范围的水文数据，如降水量和蒸发腾发量，从而对水循环规模进行评估。
而水文模型则可以模拟和模拟不同地区的各个水文要素，如径流量和地下水补给等。
通过将这些数据和模型结合，可以获得详细的水循环规模评估结果。
其次，水资源配置建模是指通过数学模型和优化算法，对水资源进行合理配置的过程。
水资源配置建模需要考虑诸多因素，如水资源需求、水量分配、水质要求等。
在模型中，我们可以考虑各种约束条件，如供需平衡、最小化成本、最大化效益等，通过数学算法求解，得出最优的水资源配置方案。
水资源配置建模可以采用线性规划、整数规划、动态规划等数学方法。
线性规划适用于解决简单的水资源配置问题，通过建立数学模型和约束条件，求解出最优解。
而整数规划则适用于解决更加复杂的问题，考虑到资源分配的离散性。
动态规划可以用于解决水资源配置中的时序问题，考虑到水资源的时变性。
为了更好地应对复杂的水资源调度问题，还可以运用人工智能算法，如遗传算法、模拟退火算法等。
这些算法可以通过模拟自然选择和优化过程，搜索全局最优解或近似解，以实现更灵活、高效的水资源配置。
值得注意的是，水循环规模评估和水资源配置建模需要考虑到社会经济发展和生态环境保护的因素。
在评估水循环规模时，应充分考虑气候变化、土地利用变化等因素对水循环系统的影响。
在进行水资源配置建模时，要平衡不同利益主体的需求，确保水资源的公平分配和可持续利用。
海河水利学术论文摘要参考
海河水利学术论文摘要参考背景介绍海河是中国第二大河流，全长1063.9公里，流域面积319,777平方千米，是华北平原的重要水资源。
随着工业和城市化的发展，海河面临着日益严峻的水资源供需矛盾和生态环境恶化问题。
因此，研究海河水利问题，建立合理的水资源管理模式，对于实现可持续发展具有重要意义。
学术论文摘要1. 构建海河流域水资源管理模型该论文提出了一种基于GIS和数学模型的海河流域水资源管理模型。
该模型可以准确测量海河流域的水资源量，并对其进行合理分配和利用。
该模型还通过研究不同区域的水资源分布特点，提出了合理的水资源调配方案。
2. 海河流域生态系统研究该研究通过对海河流域的生态系统进行分析，发现了生态环境恶化的原因，并提出了相应的对策。
研究还证实，生态系统的恢复和维护对于保障海河水资源的可持续利用具有重要意义。
3. 海河流域水文环境演变分析该研究通过对海河流域的水文环境进行分析，揭示了海河水资源供求互动机制和环境演变规律。
该研究还通过数学模型，预测了未来的水文环境变化趋势，为制定合理的水利工程建设规划提供了科学依据。
4. 海河流域水土保持措施研究该研究主要针对海河流域的水土流失问题，针对不同地区的情况，提出了合理的水土保持措施。
研究还通过实地调查和数据分析，验证了这些措施的可行性，并总结了实施这些措施的经验和教训。
结论综上所述，针对海河流域的水资源供需矛盾和生态环境恶化问题，学术界积极开展了相关研究。
通过构建水资源管理模型、研究生态系统、分析水文环境和提出水土保持措施等举措，为保障海河水资源的可持续利用提供了科学依据和经验总结。
期望相关研究能够得到更为广泛的应用和推广。
水环境数学模型-第五章-河流水质模型
河流水质模型是近十几年来研究得比较广泛且较深入的课题，并将研究 的水质模型比较成功地用于河流、流域的水质规划和管理。如 QUAL-Ⅱ是应 用得较成功的一个例子。目前使用的许多水质模型是在 S-P 模型的基础上加 以修正而获得的。 水质模型可用于估计在稳态条件下，即水质和水量不随时间变化的条件 下水质的变化行为。 同时亦可用于估计动态条件或随时间而改变时水质状况。 我们可用许多参数，如 BOD、DO、SS，大肠杆菌以及其他影响水质的因素来 描述和评价水体的质量。本章以 S-P 方程开始介绍各种类型的水质模型，同 时介绍若干计算实例以及确定模型中各参数的方法。通过本章介绍，使读者 能掌握模型的一般解法和使用条件，同时能较好地掌握模型中参数识别的各 种方法。 5.1 Streeter-Phelps 模型的基本形式
基本的经典水质模型是由 Streeter 和 Phelps（1925）提出来的，并且后 来由 Phelps 在 1944 年总结和公布的。其基本原理是相当合理的，所以至今 仍使用其某些修正形式。 在稳态条件下，一维河流水质模型的基本方程是 ݑ డ௫ ൌ ܦడ௫ మ ܵ
డ డమ
ቀ݁ ିሺభ ାయ ೠ െ ݁ ିమ ೠ ቁ െ
ሻ
ೣ
ೣ
ಿ ಿ ሺሻ ಿ ିమ
ቀ݁ ିಿ ೠ െ
（5-29）
ೣ
所有上述介绍的修正式均可用于描述在不同条件下，河流水体中 BOD、 DO 的变化。 5.1.3 Streeter-Phelps 方程的基本解
件
（1）有弥散存在的稳态解 假设一条河流是很长的，BOD 污染源位于河段的始端 x=0 处，其边界条 L（0）=L0、L（∞）=0、O（0）=00、O（∞）=Os，则
海河流域水资源综合规划概要
海河流域水资源综合规划概要户作亮【摘要】海河流域水资源综合规划是全国水资源综合规划的重要组成部分.规划工作于2002年启动,到2009年年底结束,历时8年,完成了水资源调查评价、水资源规划编制和行政协调3个阶段的工作以及1项专项规划和3项专题研究.海河流域水资源综合规划提出的南水北调工程实施条件下的流域水资源配置方案和水资源可持续利用对策,将指导海河流域今后20年的水利管理与建设,为实行最严格的水资源管理、支持海河流域经济社会可持续发展发挥重大作用.【期刊名称】《中国水利》【年(卷),期】2011(000)023【总页数】4页(P105-107,100)【关键词】海河流域;南水北调;水资源;规划;配置【作者】户作亮【作者单位】水利部海河水利委员会,300170,天津【正文语种】中文【中图分类】TV212.4一、规划背景1.流域概况海河流域面积32万km2，属于半湿润、半干旱气候区，呈扇形分布，河系分散，源短流急。
海河流域是我国政治文化中心和经济发达地区，地跨京、津、冀、晋、豫、鲁、辽、内蒙古8个省（自治区、直辖市）。
2008年流域总人口1.38亿人，城镇化率50%，人均GDP 3.1万元。
2.开展规划的必要性海河流域是我国资源性严重缺水地区，多年平均年水资源总量370亿m3，水资源人均占有量仅为全国平均水平的1/8。
海河流域以仅占全国1.3%的水资源量，承担了全国10%以上的人口、GDP和粮食生产，经济社会发展对水资源的需求大大超过流域水资源承载能力，造成水资源供需矛盾突出、水生态恶化、水污染严重等一系列问题。
随着流域人口不断增长，经济社会快速发展，人民生活水平不断提高，对水资源安全保障提出了更高的要求。
如何以有限的水资源支持流域经济社会可持续发展，改善环境，维持生态平衡，成为海河流域面临的迫切任务。
3.规划任务与目标海河流域水资源综合规划的主要任务是在摸清水资源及其开发利用现状的基础上，根据流域经济社会发展和保护生态环境的要求，以科学发展观为指导，以水资源总量控制为原则，提出南水北调工程通水后海河流域水资源合理开发、优化配置、全面节约、有效保护和综合治理的总体布局和战略方案。
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精选课件
5
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
二、水资源规划支持平台 总体设计
精选课件
6
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
二 （一）、现代流域水资源规划的特点
、 水
1.流域系统是复杂大系统
资
源
规
划
支
持
平
台
总
体
?…
设
计
精选课件
7
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
二 （一）、现代流域水资源规划的特点
天然循环
人工循环
持
基础数据库支撑环境
平
台
总
体
水资源开发利用规划方案非劣解（集）
设
决策支持机制
计
水资源开发利用规划满意方案
精选课件
多目标分析 多准则评价 群决策协商 支持系统
17
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
二 （四）、基于数字化流域水资源规划平台功能框架
、
水
规划决策者
资
源
GIS支持平台
人机交互系统
精选课件
1
海河流域水资源规划模型及 管理信息系统研究
精选课件
2
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
一、项目背景与任务 二、水资源规划支持平台总体设计 三、基于数字化流域水资源规划平台 四、基于GIS的流域分布式水文模型 五、经济发展与水资源可持续利用战略 六、结论与建议
精选课件
3
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
精选课件
29
三 海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
、
基
于
数 字
功能二：现状评价
化
流
域 的
用可持续发展准则及模糊评价原理实
水
现对流域水资源及其开发利用作出快速诊
资 源
断。
规
划
平
台
精选课件
30
精选课件
31
精选课件
32
精选课件
33
精选课件
34
精选课件
35
三 海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
流 域 水 资 源 管 理 信 息 系 统
精选课件
22
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
地形地貌
流 域 水 资 源 管 理 信 息 系 统
精选课件
23
社会经济
精选课件
24
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
土地利用
流 域 水 资 源 管 理 信 息 系 统
精选课件
25
水利工程
精选课件
、
基
于
数 字
功能三：水文过程分析
化
流
域
的 水
通过分布式水文模型分析流域水
一、项目背景与任务
精选课件
4
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
性质：海河流域水资源规划的专题研究
一 目的：为海河水资源规划提供技术支撑和规划平台
、
项 内容：
目 背
➢流域水资源转化基本规律分析
景 与
➢流域水资源管理信息系统开发
任
务
➢初步建立数字化流域和水资源规划模型集
➢分析海河流域水资源供需平衡，提出对策与措施
二 、 数字化流域构架
水 资 源 规 划 支
数字流域是按空间位置组织和管理流域所有的水以及与 水相关的经济社会发展的信息,并能在计算机网络中真实再现 的信息系统。数字化流域是指在数字流域的基础上，通过模 型反映水与水之间、水与经济社会发展之间、水与生态环境 之间的内在联系的虚拟流域系统。
持
+ + + 平 分布式数据库
26
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
降水
流 域 水 资 源 管 理 信 息 系 统
精选课件
27
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究 径流
流 域 水 资 源 管 理 信 息 系 统
精选课件
28
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
用水现状 流 域 水 资 源 管 理 信 息 系 统
的 水
平台
资
源
清华大学
规
海河水利委员会
划
水科院水资源所
平
台
精选课件
20
三 海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
、
基
于
数
功能一：台可以实现流域的水资源信
水
息以及相关的经济社会发展等信息时空分
资
布的查询。
源
规
划
平
台
精选课件
21
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
地理位置
设
计
精选课件
12
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
二 、
数字地球的概念
水
资
源
规
划
支
持
平
台
总
体
设
计
精选课件
13
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
二
、
三维可视化 快速增长的网络化 多源信息的集成
水
浏览界面 地理空间信息世界
和显示机制
资
源
科学计算
基本组成
规 划 支 持
海量存储
技术
实现
卫星影像 支持 数字地球 层次
二 （一）、现代流域水资源规划的特点
、 水
4.纷繁变化的世界需新理论新技术新方法支撑
资
源
规
划 支 持
信 息 技 术
。 。 。
平
台 总 体 设
系 统 分 析
决
模
策
型
支
理
持
计
论
精选课件
10
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
二 （一）、现代流域水资源规划的特点
、 水
5.滚动规划是必然之路
资
源
规
划
支
台
3S+Web
水模型系统
决策支持机制
总
体 设 管理信息系统
数字流域
数字化流域
决策支持系统
计
精选课件
16
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
二 （三）、基于数字化流域水资源规划平台逻辑框架
、
水
预案生成机制
资
水资源开发利用规划预案（集）
源
数字化流域
规
基于全流域GIS系统的
划
水资源循环转化模型
支
情景分析机制
宽带网
全球层 国家层 区域层
平
互操作
应用领域
台
元数据
总 体 设 计
指 打 适增
灾
导 击 居加
害
虚 拟
犯 罪
社农 区业
…
快 速
外 活 建生
反
交 动 精设选课件产
应
数字地球 的
内容
14
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
二
、
水
资
源
规
划
支
持
平
台
总
体
设
计
精选课件
15
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
专家咨询
规
划
支
信息查询 现状评价 水文模型 需水预测 供需平衡 方案决策 公共服务
持
平
台
总
体
专用数据库
专用GIS库
模型库
方案库
知识库
设
计
精选课件
18
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
三、基于数字化流域的 水资源规划平台
精选课件
19
三 海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
、
基
于
数
字
化
流
域
持
平
台
总
体
设
计
精选课件
11
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
二 （二）、流域水资源规划支持系统建设原则
、
水
资
➢充分体现科技创新水平，兼顾实用性和可操作性
源
规
划
➢为流域水资源管理和滚动规划提供基础平台
支
持
➢初步建立数字化流域和水资源规划模型集
平
台
总
➢分析海河流域水资源供需平衡，提出对策与措施
体
、 水
2.水资源规划具有多目标多层次性
资
源
一个都不能少！
规
划
支
持
平 台
经济 社会 生态 环境
总
体
设
计
精选课件
8
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究
二 （一）、现代流域水资源规划的特点
、 水
3.水资源为公共物品要大家参与
资
源
规
划
支
持
平
台
总
体
设
计
精选课件
9
海河流域水资源规划模型及管理信息系统研究