4.2 水质模型及应用解析
《水环境数学模型》课件
04
掌握了水环境数学模型的基本 原理和应用方法，包括水动力 模型、水质模型、水生态模型
等。
了解了水环境数学模型在解决 实际问题中的应用，如洪水预 测、水质改善、生态修复等。
掌握了使用数学软件进行水环 境数学模型建模和模拟的方法
和技巧。
提高了解决实际问题的能力， 培养了数学建模思维和科学素
养。
课程展望
详细描述
河流模拟通过建立数学模型，模拟河 流的水流、泥沙输移、污染物扩散等 过程，预测不同条件下的水文、水质 和生态状况，为水资源管理和环境保 护提供科学依据。
案例二：湖泊模拟
总结词
湖泊模拟是水环境数学模型的另一个重 要应用，用于研究湖泊的水动力、水质 和生态平衡。
VS
详细描述
湖泊模拟通过建立数学模型，模拟湖泊的 水位、水流、污染物扩散等过程，预测不 同条件下的水质和生态状况，为湖泊管理 和环境保护提供科学依据。
案例三：近海水域模拟
总结词
近海水域模拟是水环境数学模型的又一重要 应用，用于研究近海水域的潮汐、波浪、海 流等水动力过程。
详细描述
近海水域模拟通过建立数学模型，模拟潮汐 、波浪、海流等水动力过程，预测不同条件 下的水质和生态状况，为海洋环境和资源管 理提供科学依据。
05
CATALOGUE
水环境数学模型发展前景
常用水环境模型介绍
河流模型
如QUAL2E模型，用于模 拟河流中溶解氧、氨氮、 总磷等水质因子的迁移转 化过程。
湖泊模型
如CE-QUAL-W2模型，适 用于模拟湖泊水质、水流 、生态等因子的动态变化 。
流域模型
如SWAT模型，用于模拟 流域尺度上水文、泥沙、 化学物质等的迁移转化过 程。
环境影响评价 水环境影响评价水质模型
持久性污染物；
河流为非恒定流动；
连续稳定排放；
对于非持久性污染物，需要采用相应的衰减模式。
4、 河流混合过程段与水质模式选择
预测范围内的河段可以分为充分混合段，混合过程段和上游河
段。
充分混合段：是指污染物浓度在断面上均匀分布的河段，当断
面上任意一点的浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度的5%时， 可以认为达到均匀分布。
①岸边排放
c(x, q)
ch
H
cpQp
M q x
exp
q 22 4M qx
exp
(2Qh q)2 4M q x
式中：q=Huy
Mq=H2uMy c(x,q)－(x,q)处污染物垂向平均浓度，mg/L； Mq－累积流量坐标系下的横向混合系数； 适用条件：
弯曲河流、断面形状不规则河流混合过程段；
，
t
0 e t
eQ V K1 t 0
如 t 0
,则 t
1
ln 1
溶解氧模型
dDO dt
Q V
(DO0
DO)
K2
DOs
DO
R
其中
R rA B
（上模型方程没有考虑浮游植物的增氧量和排入湖或库的废水 带入的氧量。）
习题：P101： 3
4－4 水质模型的标定
混合系数估值
经验公式 • 流量恒定、河宽大、水较浅、无河湾的顺直河流：
M y xu
exp(
uy2 4M y x
)
exp
u2B
4M y
y x
2
2、非岸边排放
c(x,
y)
exp
K
x 86400u
c h
水质模型在污染预测中的应用
水质模型在污染预测中的应用水是生命之源，对于人类的生存和发展至关重要。
然而，随着工业化和城市化的快速发展，水污染问题日益严重，给生态环境和人类健康带来了巨大威胁。
为了有效地管理和保护水资源，准确预测水污染的发生和发展趋势变得尤为重要。
水质模型作为一种有效的工具，在污染预测中发挥着关键作用。
水质模型是基于水文学、水力学、化学、生物学等多学科知识，通过数学方程和算法来描述水体中污染物的迁移、转化和归宿过程的工具。
它可以帮助我们了解污染物在水体中的时空分布规律，预测未来的水质状况，为水污染控制和管理提供科学依据。
水质模型的类型多种多样，根据不同的分类标准可以分为不同的类型。
例如，按照模型的空间维度，可以分为一维、二维和三维水质模型；按照模型的模拟对象，可以分为河流、湖泊、海洋等水质模型；按照模型的数学方法，可以分为确定性模型和随机性模型等。
在污染预测中，水质模型的应用主要包括以下几个方面：首先，水质模型可以用于预测污染源排放对受纳水体的影响。
通过输入污染源的位置、排放量、污染物种类和浓度等信息，结合水体的水文、水力学和水质参数，模型可以计算出污染物在水体中的扩散范围、浓度变化和持续时间等，从而评估污染源对周边水环境的危害程度。
这对于制定合理的污染源控制措施和环境影响评价具有重要意义。
其次，水质模型可以帮助规划和优化污水处理设施的布局和运行。
通过模拟不同污水处理方案下的水质变化情况，决策者可以选择最优的处理工艺和设施规模，以达到最佳的污染减排效果和经济效益。
此外，水质模型还可以用于预测突发水污染事件的影响。
例如，化学品泄漏、油轮事故等突发事件可能导致大量污染物进入水体。
利用水质模型可以快速评估污染物的扩散速度和影响范围，为应急响应和救援工作提供科学指导，最大限度地减少事故造成的损失。
然而，水质模型在应用过程中也面临一些挑战和限制。
模型的准确性和可靠性取决于输入数据的质量和完整性。
如果输入的数据存在误差或缺失，可能会导致模型的预测结果出现偏差。
水质预测模型与应用
• p--代表预测模型中采用的时序数据本身的滞后数(lags)
to-Regressive项。
tegrated项。 Average项。
,也叫做AR/Au
• d--代表时序数据需要进行几阶差分化（0,1,2），才是稳定的，也叫In
• q--代表预测模型中采用的预测误差的滞后数(lags)，也叫做MA/Moving
ARIMA （p，d，q）建模步骤
• • •
1.获取被观测系统时间序列数据； 2.对数据绘图，观测是否为平稳时间序列；对于非平稳时间序列要先进行d阶 差分运算，化为平稳时间序列； 3.经过第二步处理，已经得到平稳时间序列。要对平稳时间序列分别求得其自 相关系数ACF 和偏自相关系数PACF ，通过对自相关图和偏自相关图的分析， 得到最佳的阶层 p 和阶数 q
只与上一时刻的位置，
ARIMA （p，d，q）模型的特例
• ARIMA(1,0,0) = first-order autoregressive model • 一阶自回归模型 • p=1,d=0,q=0。说明时序数据是稳定的和自相关的。一个时刻的值只与
上一个时刻的值有关。
自适应变步长BP神经网络（ABPM）应用
• 4.水质预测的神经网络模型
自适应变步长BP神经网络（ABPM）应用
• 上游的水质变化将影响下游的水质变化,以上流断面的水质检测指标为
输入,以表1和2中的13组数据为样本,选取前10组数据用于训练网络,后3 组用于检验,利用训练好的网络模型对主要水质指标(COD、NH+4- N、TN、 TP)分别进行模拟计算。
水质预测模型与应用—渠冰
基于MIKE软件的水体污染扩散模拟—杨昱昊
chr4湖泊与水库水质模型-20130512
WPI Q K 3 )V V
WPI Q Q Q K 3V
二、狄伦模型
引入：磷的滞留系数
Q 1 R Q K 3V
WPI Q CP Q Q K 3V
R K3 Q K3 V
R 1 Q.CP qi .CPI i
q .CPI Q.CP q .CPI
CI .q )e
i i
1 ( K1 ) t T
Q
CI .q
V
Q .C ( K1 K 3 )C V
S=-(K1+K3)VC
CI .q )e
i i 1 ( K1 K 3 ) t T
1 C 1 ( K1 K 3 )T
CI .q
i
i
Q
1 (C0 1 ( K1 K 3 )T
dC dt
V
i i
Q .C V
i i
S=0
C 0 )e t / T
CI .q C Q
dCI .q
i
i
V
Q .C K1C V
i i
S=-K1VC
1 C 1 K1T
dC dt
i
CI .q
Q
i
1 (C0 1 K1T
2
wanilyfor2010hydro
Discussion
在稳态、忽略扩散项，且污染物按一级动力学反应式衰 减的情况下，如何写方程，并推导方程的解？
q 1 C C C ) (E E 2 S t r H r r
2
=-K1C
=0
q 1 C . . K1C 0 H r r
水质污染物迁移模型的建立与应用
水质污染物迁移模型的建立与应用水质污染是目前全球所面临的一个严峻的环境问题。
随着人口的增长和工业化的加速，水质污染的问题越发突出。
而水质污染物的迁移模型的建立与应用，则是解决水质污染问题的一个重要手段。
一、水质污染物迁移模型的概念与分类水质污染物迁移模型是指在环境水体中污染物的传输与迁移规律所建立的数学模型。
其基本思想是通过对水质污染物的环境学特性和物理化学特性进行分析，来预测污染物在水体中的影响程度和传播方向。
根据模型结构，可将水质污染物迁移模型分为以下两类：1. 经验模型经验模型是指在特定的地理位置和特定的环境条件下对污染物迁移规律进行的试验和实测数据进行统计分析所建立的模型。
这种模型具有实际性，但由于其建立方法比较简化，因此预测结果在应用时要慎重。
2. 理论模型理论模型是指根据污染物的环境特性和性质、水流动力学特性等因素来建立的模型。
这种模型建立的基础更为科学，因此在一些科研领域得到了广泛的应用。
二、水质污染物迁移模型的应用水质污染物迁移模型的应用范围非常广泛，主要体现在以下几个方面：1. 污染源识别通过建立污染物迁移模型，可以确定污染物的来源和漏油位置，从而明确污染源，有利于减少对水质环境的破坏。
2. 环境预测水质污染物迁移模型可用于分析环境中各种污染物的行为，从而预测其对环境的影响程度和危害性。
3. 环境监测水质污染物迁移模型可用于环境监测中，提高监测数据的准确性。
4. 预警和紧急处理通过建立污染物迁移模型，可以提前预警环境中的问题，及时对水质污染进行紧急处理，降低对于环境和水源的影响。
三、水质污染物迁移模型的发展趋势随着科学技术的不断发展，与环境问题有关的技术也得到了快速的发展。
目前，水质污染物迁移模型发展的趋势主要体现在以下两个方面：1. 综合模型的发展多种因素会同时影响水质污染物的迁移规律，如水流动力学、地形和地貌、水质化学性质等等，因此未来的水质污染物迁移模型将趋向于发展成为一个综合模型，将多个因素进行综合考虑。
水体中污染物浓度分布模型
污染物浓度分布模型水质模型是一个用于描述物质在水中混合、迁移等变化过程的数学方程，即描述水体中污染物与时间、空间的定量关系。
水质模型按照水域类型、水质组分、水力学以及排放条件等不同因素划分具有不同的分类。
当污染物排放入水体中后，会经历一个混合的过程，直至完全混合均匀，如图1所示。
图1 污染物排放入水体中混合示意图在环境介质中处于稳定流动状态和污染源稳定排放的条件下，环境中的污染物分布状况也是稳定的。
这时，污染物在某一空间位置的浓度不随时间变化，这种不随时间变化的状态称为稳态。
基于水质运移、扩散、物质降解等基础理论，产生了众多稳态环境下的水质模型。
下面将介绍四种主要的水质模型以及各自的适用范围：1.完全混合模型完全混合模型适合无支流和其他排污口进入的河流，下游某点废水和和河水中的持久性污染物在整个断面上达到了均匀混合。
在最早出现的水质完全混合断面有：h h P P E PC Q C Q C Q Q +=+ 式中：Q h -河水流量，m 3/s ；C h -河水背景段的污染物浓度，mg/LC P -废水中污染物的浓度，mg/LQ P -废水的流量，m 3/sC-完全混合的水质浓度，mg/L2.零维模型零维是一种理想状态，把所研究的水体如一条河流或一个水库看成一个完整的体系，当污染物进入这个体系后，立即均匀的分散到这个体系中，污染物的浓度不会随时间的变化而变化。
对于较浅、较窄的河流，如果不考虑污染物的降解时，当满足下列两个条件之一时的环境问题可化为零维模型：(1)河水流量与污水流量之比大于20；(2)不需要考虑污水进入水体的混合距离。
此时，有：00=x 1kt 1k()86400uC C C =++ 式中：C-流出河段的污染物浓度，mg/LC 0-完全混合模型计算出的浓度值，mg/Lx-河段长度，mk-污染物的衰减速率常数 1/du-河水的流速，m/st-两个断面之间的流动时间3.一维模型一维模型适用的假设条件是横向和垂直方向混合相当快，认为断面中的污染物的浓度是均匀的，或者是根据水质管理的精确度要求不考虑混合过程而假设在排污口断面瞬时完成充分混合。
swat模型水质模块的改进及其在海河流域中的应用
swat模型水质模块的改进及其在海河流域中的应用下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢！本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注！Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!改进SWAT模型水质模块及其在海河流域中的应用1. 引言SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型是一种广泛应用于水资源管理和环境保护的集水区水文模型。