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环境流体动力学代码EFDC模型的研究及应用进展

Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2014, 3, 247-256

Published Online June 2014 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/2316176198.html,/journal/jwrr

https://www.wendangku.net/doc/2316176198.html,/10.12677/jwrr.2014.33031

The Research and Application Progress of

Environmental Fluid Dynamics Code

Hainan Ai, Wenshi Zhang, Xuebin Hu, Qiang He, Yuanyuan Liu

Key Laboratory of the Three Gorges Reservoir Region’s Eco-Environment, Ministry of Education,

Chongqing University, Chongqing

Email: aihainan@https://www.wendangku.net/doc/2316176198.html,

Received: Apr. 2nd, 2014; revised: Apr. 9th, 2014; accepted: Apr. 15th, 2014

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY).

https://www.wendangku.net/doc/2316176198.html,/licenses/by/4.0/

Abstract

With improvement of people’s understanding of environmental problems and the rapid develop-ment of computer science, simulation of environmental processes has become a research focus in the field of environmental science and geochemistry. Environmental Fluid Dynamics Code is de-veloped according to multiple mathematical models by Virginia Institution of Marine Science.

Based on more than 200 papers from journal at home and abroad from 2003 to 2013, this paper presents the application and study of hydrodynamic model, water quality model and sediment model about estuaries, rivers, lakes and reservoirs, and meanwhile analyzes the development di-rection of EFDC.

Keywords

EFDC, Hydrodynamic Model, Water Quality Model, Sediment Model

环境流体动力学代码EFDC模型的研究及

应用进展

艾海男，张文时，胡学斌，何强，刘媛媛

重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室，重庆

Email: aihainan@https://www.wendangku.net/doc/2316176198.html,

作者简介：艾海男(1982-)，男，副教授，主要从事活性污泥数学模型、排水管道污水处理研究。

收稿日期：2014年4月2日；修回日期：2014年4月9日；录用日期：2014年4月15日

摘要

随着人们对环境问题认识的不断提高以及计算机科学的迅速发展，环境过程的模拟及再现已成为当今环境科学与地球化学领域的热点。环境流体动力学代码(Environmental Fluid Dynamics Code, EFDC)模型是由美国弗吉尼亚州海洋研究所(VIMS)根据多个数学模型集成开发的综合模型。基于2003~2013年发表在国内外期刊的200多篇论文，综述了EFDC模型中水动力模块、水质模块、泥沙模块在河口、河流、湖库等水环境领域研究中的应用，探讨了EFDC模型的发展方向。

关键词

EFDC，水动力模型，水质模型，泥沙模块

1. 引言

水环境研究所涉及的空间尺度大、污染物成分众多及环境过程错综复杂，仅凭借实验分析和现场监测具有较大的难度，通过建立数学模型实现水环境的数值模拟成为了该领域的热点[1] [2]。水质模型起源于上世纪二十年代，由美国学者Streer和Phelps对耗氧过程动力学分析后提出的S-P模型。二十世纪六十年代后基于计算机科学的快速发展，出现了大量的水环境模型。如今运用较为广泛的有EFDC、WASP、QUAL、SWAT及MIKE系列模型以[3]-[5]。这些模型都试图将水文过程、水动力过程与水质的生化反应动力学相结合。其中SWAT属于分布式水文模型，多用于流域尺度；QUAL仅适用于一维、二维的河流模拟；WASP虽然应用于各类水体的水质模拟，但在水动力模拟方面较EFDC稍显弱势；MIKE系列模型涵盖了水环境模拟和流域水文过程模拟且操作界面良好，但其源程序不公开，价格昂贵。

EFDC模型是由美国弗吉尼亚州海洋研究所Hamrick等开发，适用于河流、湖泊、水库、河口、海洋和湿地等地表水系统水动力、水质及泥沙的数值模拟，包括一维、二维(垂向和平面)和三维模拟。上世纪90年代该模型在北美Chesapeake海湾、York River河口、佛罗里达Indian河都得到成功的运用，目前国内密云水库、洱海、太湖、长江及长江口等也有运用[6]-[9]。此外，EFDC模型具有公开的源代码，可免费获取，经过前后处理工具封装后的商业模型的价格也相对便宜(如由美国DSI公司开发EFDC-Ex- plorer系列软件)。本文以2003~2013年国内外公开发表的200多篇论文为基础，综述了EFDC模型中各个模块在各种水环境的应用及研究进展，旨在为其今后的应用研究提供基础累积。

2. EFDC模型

2.1. EFDC模型的模块及基本原理

EFDC模型原理和计算方法与Blumberg-Mellor模型和美国陆军工程学院的Chesapeake Bay模型相似，并采用FORTRAN77编制，集水动力模块、水质模块和泥沙模块为一体，见图1。EFDC模型水动力模块主要采用CH3D水力学原理，主控方程的求解采用外模与内模分裂的方法先后进行数值求解。在求解过程中采用Mellor和Yamada提出的2阶紊流闭合模型求得垂向涡粘系数和涡动扩散系数。模型的水质模块源于CE-QUAL-ICM模型，在水动力模块提供的物理条件并考虑泥水界面行为的基础上模拟多项水体污染物的迁移转化。模型的泥沙模块把沉积物分为黏性和非黏性泥沙，泥沙在水体中以悬移质形态运动并采用三维对流扩散方程运算。

Figure 1. EFDC model structure diagram

图1. EFDC 模型结构示意图

EFDC 模型的模拟过程是首先进行水动力运算，再进行水质、泥沙及有毒物质的模拟。模型初始条件以文本的形式输入，而且输入文件具有通用性。同时，EFDC 模型的输出结果形成的传输场可以用于其它水质模型，如WASP 与CE-QUAL-ICM 模型[10]。

2.2. EFDC 模型的主控方程

EFDC 模型基于三维水动力学方程，在水平方向和垂直方向分别采用曲线正交坐标变换和σ坐标变换，可得到如下主控方程：

1) 连续性方程 ()()()y u x v H m H m H mw m Q t x y z

ζ????+++=???? (1) 2) 动量方程 ()()

()()()1y uu y u x vu x

v y y v u m H m mH m H mwu m mf v u H t x y z x y g P h H p u m H m z m A Q x x x z z H z ζ????? ?+++?+? ??????

?+????? =???++ ??????

(2) ()()()()

1y y x x

u x x v v m Huv m m Hvv mwv m mHv mf v u H t x y z x y g P h H p v m H m z m A Q y y y z z H

z ζ???? ??+++++? ??????

+ ????? =???++ ?????? (3) 3) 状态方程

()

232436495999.843 6.794109.09510 1.00210 1.12010 6.53610ρθθθθθ?????=+×?×+××?×+×× (4) 4) 浓度运输方程 ()()()

()1y x b m Hu m Hv mH mw m A Q t x y z z H z ???????????? +++=+ ??????

(5) 为适应实际边界，通常水平方向采用x ，y 正交曲线坐标，垂向采用σ坐标系：()*z z h H =+=()()*z h h ζ++，z 取值范围[0, 1]；*z 代表σ转换前实际的垂向物理坐标，总深度H h ζ=+，h 为底床

高程，ζ为自由水面高程，

m ；u 和v

曲线正交坐标系下x 和y 方向的流速分量；w 为σ坐标下垂向流速；

m x 、m y 和m 为Jacobian 曲线正交坐标转换系数，x y m m m =；H Q 为降雨、蒸发、地下水相互作用、取水或点源和非点源入流；p 为相对静水压力；f 为柯氏力参量；A v 为垂向紊流黏滞系数；u Q 和Q v 为动量源汇项；A b 为垂向紊动扩散系数；Q ?为源汇项；?为某种水质组分的浓度。

3. EFDC 模型应用

3.1. EFDC 水动力模块的应用

水动力模型是用以描述水体的水文特征、流场变化的数学模型。EFDC 模型水动力模块能够模拟河流、湖泊的动力学过程，在模拟复杂水环境的动力学过程(如河口海湾的漫滩、潮汐、盐度入侵)及拉格朗日粒子示踪方面也有明显的优越性。

EFDC 模型对漫滩的模拟主要采用干湿网格控制的方法，即在模拟过程中设定临界水深以判定干湿网格类型。通常实际网格和计算机内部网格都是采用的(I, J, K)网格索引进行定义，而在不规则的区域中表示湿网格图时很可能对应到干网格。因此Ji 等基于EFDC 模型在对加利福利亚Morro 海湾浅滩进行数值模拟时将水平方向索引(I, J)转化为单个索引(L)，优化了计算内部存储和网格生成，从而提高了运算的效率[11]。王翠等采用EFDC 模型对胶州湾潮流进行模拟并设定干湿临界水深为0.1 m ，在计算过程中对每个时间步长上网格中心水深进行判断，低潮时胶州湾内只有81.84%的区域为湿网格[12]。Alarcon [13]等对墨西哥海湾遭遇飓风袭击时WSE 及水深进行模拟，结果显示EFDC 模型能够很好的模拟飓风前后及其过程中的洪水覆盖区域。龚文平等针对黄茅海建立EFDC 模型，根据水位与流速的相位差确定潮波类型，研究了该海域潮波传播机制，探讨了合山水闸的存在与黄茅海河口及珠三角河网的交互作用对黄茅海河口潮波传播的影响[14]。

Jeong 等针基于EFDC 模型对Geum 河中下游及河口建立海水盐度入侵进行数值模型，考察了海水盐度入侵对河流下游的影响，并对旱季流、枯水流、正常流及洪水情形下盐度入侵范围进行模拟[15]。郑晓琴对长江口及其临海建立三维温盐模型，计算中加入径流、风、潮流和太阳辐射等参数共同求解热通量方程，再现了夏季海区的温盐分布情况[16]。罗峰等模拟了长江口处在南水北调和三峡工程作用下的枯季流量下盐水入侵情况，并结合全球海平面变化结果分析了海平面上升的影响[17]。陈景秋等采用EFDC 模型建立了具有河流和河口特点的重庆长江–嘉陵江汇流水动力模型，对水位、汇流比与坡降比进行了模拟，其结果与实测数据高度的吻合度[18]。陈正兵等运用EFDC 模型研究滩地植被对河道水流的影响，发现滩地植被对滩地水流有较大影响，对主槽水流影响相对较小，植被的存在导致水流有向主槽集中的趋势，研究结果对河道防洪和生态修复管理等有借鉴作用[19]。

李兰等运用EFDC 模型对梯级水库进行了水流水温数值耦合预测计算，深入研究了水库的水热循环规律，并对分层型水库的水位、流速和水温分布规律进行剖析[20]。在梯级水电站联合运行环境下重点分析了高坝大库水温分层规律，探讨了建库前后的水温变化规律和梯级水库的累积影响，为调整梯级水电规划方案提供科学决策依据。同时，甘衍军等将该水库模型垂向分为40层，模拟和分析了太阳辐射和气温对水库水温分层的影响[21]。伍悦滨等建立了磨盘山水库水动力学模型进行流场、温度场、浓度场及生态过程的数值模拟，解析了丰、平水期水库的水温分层情形[22]。郝文斌等采用EFDC 研究引江济太调水工程对太湖水动力调控所产生的效果，以湖体水龄(描述湖泊水体交换速率的参数)为研究对象，系统地研究引江济太工程对太湖水动力的调控情况[23]。何国建等基于EFDC 模型并采用斜对角笛卡尔差分方法进行数值离散，模拟了核电厂附近海域的三维水流运动情况，评价了不同排水口位置对扩散范围的影响，所得取水口温升与物理试验值基本一致[24]。

EFDC 模型的水动力模块对各类水环境都有很强的适应性。在河口海岸区域主要用于盐度入侵和潮

汐模拟，在湖库和河流等水体中主要用于流速场、温度及示踪剂模拟。目前EFDC的三维模型大都采用水位或者二维流速进行水动力校核，往往缺乏水下流场的实测数据。再现三维水动力场的关键在于是否有足够的实测三维水文数据来进行模型的校核和验证，从文献查阅来看三维的水动力模型的验证的实例较少，其主要原因是三维数据难以获取。

3.2. EFDC水质模块的应用

EFDC模型将水质指标中的温度、盐度列入水动力模块部分，水质模块源于CE-QUAL-ICM模型。与广泛使用的WASP模型的水质模块相比，EFDC能够模拟21个水质指标。如将浮游植物细化为4个指标，包括蓝藻、硅藻、绿藻和静态藻类。不过很多学者在进行水质模拟时也常将它与WASP等其他模型耦合[25]。

万由鹏等采用EFDC在深圳湾建立了水动力和营养盐模型，模拟了总无机氮和正磷酸盐等主要营养盐在深圳湾不同水文条件下的输运规律，分析了多种减排方案的效果，为深圳湾污染物减排及总量控制的研究和实践提供数据支持[26]。陶亚等采用EFDC对深圳湾水质进行模拟，研究了各子流域对深圳湾的污染贡献率以及海域水质分布、水力停留时间和突发污染负荷的响应特性，并利用拉格朗日粒子追踪技术分析了内湾不同位置的污染物输移路径，同时基于TMDL计划管理思想对深圳河湾流域的水质现状进行评价[27]-[29]。Liu等为实现St. Louis Bay河口的TMDL管理，建立了包括HSPF、EFDC和WASP 耦合模型，并以此考察了两种临界流量情况下的氮迁移动力学[30]。Seo等采用EFDC-WASP耦合模型研究了Nakdong河4座河道水库对该河的水质影响，模拟结果显示BOD5沿河降低，Chl-a升高，但是氮磷的并没有明显的变化[31]。

Jin等基于EFDC模型对在北美最大的亚热带湖泊Okeechobee湖构建了LOEM模型，其中包括三维水动力、泥沙、水质和SAV(水下植被)模块。其中SAV模块能够较好的反映湖底沉水植物的时空变化。LOEM的水质模拟值、SAV输出结果和实际数据都显示夏季藻类生长受氮的限制，而冬季则是受光照和氮的共同作用限制[32]。为保障和修复官厅水库的水体，He等在EFDC模型框架下建立水库的水质水动力模型，该模型基于在蓝藻、绿藻和硅藻的观察数据对这三种浮游植物进行预测模拟。并模拟了人工湿地降低外源营养物质负荷、生物操纵技术以及从册田水库调水三种措施对Chl-a的峰值浓度的减弱效果[33]。

近年来由于突发性水污染事件屡屡发生，对突发水质事件的预警也逐渐的引起了重视[34]。任华堂等基于EFDC数学模型建立了内蒙古巴彦高勒至头道拐河段水污染应急预警模型，分析了该河段的水流特性并预测了突发事故应急时间[35]。李林子等采用EFDC和WASP建立了南京化工园区突发水污染事故影响的预测模型，并以龙翔甲苯罐区泄漏为例进行了事故情景模拟，为突发水污染事故的预警应急提供决策依据[36]。邓建等基于EFDC模型构建了一个适用于三峡库区的“油粒子”漂移扩散的水上溢油预测模型[37]。

GIS技术以其强大的空间数据建模和分析功能也运用到了水环境模拟领域。Peng等基于GIS地理信息系统建立WASP水质模型并用于Lower Charles河的水质管理，以提高了数据运算能力和管理能力，其中WASP耦合了EFDC模型，其结果显示该模型可以实现高效的数据流程和数据分析能力[38]。王建平等结合EFDC、WASP及非点源模型SWAT并集成到GIS构建了密云水库流域集成模型[39]，见图2。

EFDC模型水质模块适用范围不亚于WASP模型，在营养盐、藻类、有毒物质模拟预测方面都得到了广泛应用。此外，在氮磷模拟计算时对底部水体加入了沉积物扩散项，对进行三维模拟和沉积物模拟时具有重要意义。

Figure 2.Frame of integrated environmental simulating model

图2. 湖泊水环境模拟集成模型框架图

3.3. EFDC泥沙模块的应用

EFDC模型的泥沙模块将沉积物分为黏性和非黏性泥沙，可以模拟多组分泥沙运输，能够模拟黏性泥沙的悬移、絮凝、沉降、沉积和固结过程。对于非黏性泥沙，模型主要研究临界剪切流速从而分析泥沙运动状态。

Ji等针对Morro海湾因常年沉积导致的水域面积锐减的问题，基于EFDC建立了一套水动力–泥沙沉积模型，以该模型模拟了海湾160天的潮流运动，计算出的沉积区域与实际沉积区域相符[40]。Kong 等基于移动床动态模型和干湿过程建立黄河口的EFDC模型，分析了沉积物沉降对河床海拔高度的影响。模拟结果与1992年到2002年测定的河床形态数据十分吻合，并且发现大量泥沙以每年2.5公里的速度沿河口向海洋移动[41]。Liu等在Apalachicola海湾建立EFDC模型，模拟了沉积物的沉淀和再悬浮过程，发现强风致沉积物浓度增加主要是因为沉积物的再悬浮[42]。韩喜彬等运用EFDC模型再现了新仙女木事件时期的海平面在现代海平面下60~72 m振荡停顿近千年并形成黄海通道型古黄海海湾的过程，并研究了复杂潮流对悬浮泥沙的冲刷效应发现水下地形和科氏力是影响古黄海潮汐潮流的主要因素[43]。谢锐等模拟了长江口大范围水位变化和各个深度的流场，为进行长江口深水航道疏浚的模拟研究提供了可靠的手段[44]。

在水动力模型基础上进行泥沙模拟可用于研究河床物理变化以及为提供河道清淤工程的方案。水体中的污染物多附着于各类泥沙和悬浮物之上，因此研究水体的泥沙动力学对于考察水体中污染物分布以及迁移转换有着重大的意义。而目前涉及污染物在沉积物和水体之间的物理及生化过程的研究相对较少。

3.4. EFDC不确定性分析

水环境数学模型的不确定性可分为四类：监测值的不确定性、参数不确定性、对目标系统认识局限造成的不确定性、自然过程固有的不确定性[45]。目前对于模型参数不确定性分析的方法众多，如OAT、Monte Carlo法和LHS法等。李一平等采用拉丁超立方取样(LHS)对太湖的EFDC模型水动力模块中常用的5个重要参数(风拖曳系数、床面粗糙高度、涡流性系数、紊流扩散系数以及风遮挡系数)进行了不确定性分析，并探讨了5个参数对湖体水位和流速的影响。结果表明：针对大型浅水湖泊，湖泊岸线和湖底地形、湖泊周围地形、湖泊水面风场对模拟结果产生决定性影响[46]。Franceschini等采用修正Rosenblueth 法对EFDC-WASP耦合模型中的变量和参数进行了不确定性评估，结果表明入河PCBs浓度对模型的结果影响最大[47]。

4. 结语

EFDC模型作为水环境研究的数学工具有着良好的数值计算方法，适用范围广。该模型在今后的发展上将更偏重于实际运用，因此研究人员需要开发更为完善的前后处理工具及数据分析功能。

利用EFDC模型建模需要大量的基础数据，重要水体的基础数据大多较为完备，而对于缺乏水下地形资料和气象站数据的小型湖库河流可通过假设水深恒定及参照就近国家气象站数据的方式进行处理[48]。

在构建三维水动力模型往往缺乏实测流场数据，近年来快速发展的ADCP技术可以测量河流、湖泊及河口断面流速场，相信将此技术运用到三维模型中必能大幅度的提高模型的精度。除了在水环境容量计算和TMDL管理方面的应用，将EFDC水质模块与模型自带的沉积物模块用于研究污染物在水体和沉积物中的迁移转化也将会是研究热点。同时，结合GIS、流域水文模型构建大型的集成模型可用于城市健康水系统的构建，实现城市河网水质水文状态的可视化及评价城市总体规划和水污染控制方案。而在与其他水环境模型耦合时，如何提高模型的运算效率和模型耦合方法也有待研究。对EFDC模型中存在的各类不确定因素进行不确定性分析是提高模型精度和可信度的必要手段，同时也是需要深入研究的方向。

基金项目

国家水体污染控制与治理科技重大专项(2013ZX07307-001)。

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129-24 摆式波能转换装置的水动力分析模型

摆式波能转换装置的水动力分析模型* 滕斌，陈文（大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连 116024）摘要：基于势流理论分别建立了波浪与摆式波能转换装置作用的频域和时域分析模型，用于求解摆板运动过程、摆板表面压力、活塞作用力和俘获的能量。对于线性活塞模型和小振幅运动假设，开展了时域模型和频域模型的对比计算，验证了模型的一致性和正确性。应用频域模型，开展了活塞阻尼和波浪频率对俘获能量影响的系统研究，给出了转换装置的最佳阻尼和频率范围。对于非线性活塞模型，采用时域模型做了计算分析，给出了摆板运动响应、活塞作用力和俘获能量的时间历程及与波高的关系。关键词：波能转换装置；摆式；水动力分析；数值模型 1 引言随着世界能源日趋紧张，海洋能的利用[1]逐渐受到各国重视，波能作为一种绿色、可再生的新能源具有非常广阔的发展空间。目前，许多波能转换装置[2]-[4]相继开发出来，效率较高的装置类型主要有鸭式、振荡水柱式、振荡浮子式、摆式等。其中，摆式波能转换装置具有频率响应范围宽、可靠性好、常海况条件转换效率高、建造成本相对较低等许多优点。芬兰AW-Energy公司开发的WaveRoller式装置[5][6]和英国AquamarinePower公司与女王大学共同研发的Oyster式装置[7]-[9]为常见的两种摆式波能转换装置形式，如图1、图2所示。这类摆式装置主要由摆板、转轴、传动系统部分组成，利用垂直于摆板方向的波浪作用，摆板绕摆轴前后摆动带动传动系统的活塞杆运动，进而将摆板俘获的波能转换为传动系统的机械能，最终通过其它装置将机械能转换为电能。图1 WaveRoller式图2 Oyster式对于线性和非线性的传动系统，本文分别建立了波浪与摆式波能转换装置相互作用的频域和时域分析模型，可用于分析摆式波能转换装置的摆板转动幅度、摆板表面的压力、活塞的作用力和俘获的波浪能量。 2 计算方法 2..1 水动力分析的频域势流方法定义一右手坐标系Oxyz来研究波浪对三维结构物的作用问题，如图3所示，原点在平均静水面上，Z 轴垂直向上为正，X轴为波浪入射方向。物体表面定义为S B，自由水面S F，水平海底S D。图3 坐标系和计算域定义图假定流体不可压缩，无粘，运动无旋。速度势满足拉普拉斯方程 20 ?Φ=（1）*作者简介：滕斌（19-），男，教授。Email: bteng@https://www.wendangku.net/doc/2316176198.html,

基于水动力模型海绵城市建设分析案例

基于AWater Plan2.0海绵城市规划设计案例分析 2017.07.14赖泽辉联系QQ及邮箱（356290189/356290189@https://www.wendangku.net/doc/2316176198.html,）示范区背景示范区为广州东濠涌以西某排水子系统，排水体制为合流制。排水系统收集的雨污水通过下游干管排放至猎德污水处理厂进行处理。系统沿东濠涌有截留管道，暴雨条件下，如果下游干管不能满足排放需要，则系统中雨污水通过截留管道直接排放到东濠涌。示范区位于广州老城区房屋、道路等硬化下垫面所占比例大，排水标准偏低，暴雨情况下，易出现内涝风险和溢流污染风险。

目的针对示范区下垫面建设情况，现利用海绵设施对其进行改造，以提高排水系统对雨水调蓄能力，减少内涝和溢流污染风险，减少下游污水处理负荷。使示范区排水标准在内涝、排水系统负载、溢流等指标方面达到5年一遇标准。工具利用海绵城市规划与设计辅助软件（AWater Plan2.0）。

静态模型构建收集整理示范区排水设施、河流、下垫面、地形等数据，利用AWater Plan2.0模型建设功能，考虑排水管道拓扑、汇水区划分、系统网络结构、模型概化等内容，构建示范区水动力静态模型，模型参数采用常用的经验参数。

降雨数据制作根据地方暴雨强度公式，生成1年一遇、2年一遇、5年一遇、10年一遇降雨数据，降雨历时为2小时。示范区排水能力现状分析利用设计降雨对示范区排水系统进行现状评估。现状评估情景包

括1年一遇降雨情景、2年一遇降雨情景、5年一遇降雨情景、10年一遇情景。评估结果如下：地表径流量累积径流量

瞬时径流量

基于水动力模型的农田水利沟渠特性分析

基于水动力模型的农田水利沟渠特性分析为了促进农田水利沟渠能够得到畅通的排放，利用水动力模型分析了排放沟渠形态改造前后的流场变化，并通过调查探索整修先后农田水利沟渠内水流速度的快慢，证实了水动力模型在暢通农田水利沟渠中的有效作用。标签：水动力模型；农田水利沟渠；分析 1 背景简介在我国某市的风景区中有两个重要的雨污合流排放口，这两个排放口的水流都是依靠沟渠排入某湖的。据相关数据表明，该沟渠大致有320m长，最宽处可达到45m。沟渠呈现出蜿蜒曲折的状态，中间有一小岛。如此的形态布局，经常导致水流通道被堵塞，水流无法正常通行，渠道内部沉积的厚重的淤土泥沙长年没有得到良好的清理，其数量与日剧增。因此，淤泥成为了雨污水中最主要的沉积物，也是湖水最主要的污染源之一。合流制雨污水中存在很大比例的小型颗粒物质。为此，为尽量减少这些固体物质对湖水水体的污染，也为了减少湖底厚重的淤泥淤积，急需动用切实可行的工程措施来对沟渠中的沉淀地进行改造、修整，以期降低颗粒类污染源对湖水的污染。为了使固体颗粒物能够顺利的在沉淀地内下沉，对该流域内的水体流速具有较高的要求。只有流速达到了一定要求，就能在较短时间内使颗粒物沉积下来，为彻底清理区域内的淤泥提供便利。水动力模型是一种用于描述不同水体、水文特性及流场空间布局规律的数理模型。在探究湖水污染物具体布局的过程中，首先要研究不同类型水体、水文的特殊性质，掌握水体中流场的空间布局特色，为正确把握湖水污染物的具体分布特征打下基础。所以，在分析农田水利沟渠特性时，我们先要利用水动力数学模型对该区域水体特性与流场分布作一定的研究调查。 3 分析水动力学模型RAm2的建立过程 3.1 导入所需要的数据在RAm2中，除了可以输入文本型数据外，还能输入图形文件，如CIS、CAD、TIFF、JPEG······具体而言，在实际操作中，可以将DWG等各类格式的具体地形利用CAD等图形文件转变为DXF格式的文件，并将这些文件导入到RAm2中，利用软件对其进行散点化处理，为下一步划分网格打下基础。 3.2 合理划分网格首先，在操作过程中，可以将所要调整的区域利用map模块进行二维有限元网格的划分。接着，将划分完毕的网格切换至mesh模块项下，以便有效的纠正、整改初步划分的有限元网格。在RmA2模型中，其主要边界选用的是四边形网格，而非三角形网格。因此，在进行边界网格划分时，必须采用自动、手动

基于量子流体动力学模型的半导体器件模拟

基于量子流体动力学模型的半导体器件模拟董果香（电子科技大学物理电子学院，四川成都610054）摘要：基于量子流体动力学模型，自主编制程序开发了半导体器件仿真软件。其中包括快速、准确数值离散方法和准确的物理模型。基于对同一个si 双极晶体管的模拟，与商用软件有近似的仿真结果。表明量子流体动力学模型具有可行性，同时也表明数值算法和物理模型的正确性。关键词：量子流体动力学模型；仿真；物理模型；数值计算中图分类号：TN303 文献标识码：A 文章编号：1674－6236（2013）02-0140-04 Semiconductor device simulation based on quantum fluid dynamics model DONG Guo -xiang （Institute of Physical Electronics ，University of Electronic Science and Technology of China ，Chengdu 610054，China ） Abstract:The quantum hydrodynamic model -based ，self -preparation program was developed semiconductor devices simulation software.Including fast and accurate numerical discretization method and an accurate physical model.Based on a Si bipolar transistor analog approximate simulation results with the commercial software.That quantum hydrodynamic model is feasible ，but also shows the correctness of numerical algorithms and physical models. Key words:quantum hydrodynamic model ；simulation ；physical model ；numerical calculation 收稿日期：2012-09-21 稿件编号：201209157 作者简介：董果香（1986—），男，陕西西安人，硕士研究生。研究方向：微波、毫米波器件。半导体器件模拟是运用计算机工具来进行模拟分析[1]。实质是针对半导体器件物理方程的数学求解过程。常用的半导体器件模型有漂移扩散模型，流体动力学模型，量子流体动力学模型，能量平衡模型。其中漂移扩散模型过于简单，只能模拟比较简单的器件结构。流体动力学模型对当前工艺条件下生产的器件有着较准确的模拟结果，且数值算法简单，适用性较强。量子流体动力学模型结合了流体动力学的优点，并且考虑了量子效应对器件的影响，具有更高的精度。能量平衡模型准确度更高，但数值算法复杂，耗费时间较长。 1量子流体动力学模型及非线性方程的解法文中所用的量子流体动力学如下：坠t n-divJ n =0 坠t J n -div （J n 茚J n n ）+n Δ v +ε2 6n Δ（Δn 姨n ）=-（pQ 1（w ））坠t e-div （（p +eId ）u ）-ε28 div （n Δu ）+J n ·Δ v =1|p |2Q 1 （w 姨姨） λ2 D ΔV=n -C （x ），x ∈R 3 其中n 表示载流子浓度，J 表示电流密度，e 表示电子能量，V 表示电势。对于上述方程采用有限差分法离散。结果得到一组具有N 个变量的非线性方程组。其形式如下: f i （x 1，x 2，…，x N ）=0，i =1，2，…N 如： f 1（x 1，x 2，…，x N ）=0f 2（x 1，x 2，…，x N ）=0 … f N （x 1，x 2，…，x N ）=∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈∈0 将f i 按泰勒级数展开： f i （x +σx ）=f i +N j =1Σ坠f 坠x j σx j +o （|σx |2），i =1，2，…，N 写成向量形式： f （x +σx ）=f （x ）+J ·σx +o （|σx |2）其中J ij =坠f i j ，J =坠f 1 坠x 1坠f 1坠x 2…坠f 1坠x N 坠f 2 1 ……坠f 2 N ………… 坠f N 1 坠f N 2…坠f N 3 为矩阵，x =（x 1，x 2，…x N ）为N 个变量的矢量，f = f 1f 2… f N Σ ΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣΣ 表示分量为f i 的矢量方程。令f （x +σx ）=0 则得关于σx 的线性方程J ·σx =-f 电子设计工程 Electronic Design Engineering 第21卷 Vol.21 第2期No.22013年1月Jan.2013 －140－

水动力水质模型验证咨询方案

水动力水质模型验证咨询方案北运河是流经北京市东郊和天津市的一条河流，为海河的支流。干流通州至天津也即京杭大运河的北段。古称白河、沾水和潞河。其上游为温榆河，源于军都山南麓，自西北而东南，至通州与通惠河相汇合后始称北运河。为了将水动力水质模拟应用于黑臭水体治理，第一步需要验证水动力水质模型的适用性和准确定。为此，相关单位在北运河北京段选取一段河流进行物模试验，然后委托北京三易思创科技有限公司进行数值模拟，通过两者对比来验证模型的适用性和准确性。选取的河段上下游均由闸门控制，可以充分人为控制河道内的水动力条件，同时沿途没有流入的水流和污染负荷，因此可以从一定程度上隔绝其他未知因素的干扰。首先通过控制上下游闸门，将该河段的内水全部放空，然后开启上游闸门放水，并且每日监测从上游至下游沿途一共5个点的流量和水质。本次数值模拟主要用于验证水动力水质模型的适用性和准确定，因此定义一个水动力+水质问题。使用3EWATER建模工具软件，建立基于Delft3D中Flow 和Waq模块耦合的水动力水质模型。 3EWATER软件中直接整合了国家测绘标准的“天地图”地理底图，同时可以支持通用格式的地图shp文件加载，建模工程师对照底图结合北运河精确轮廓进行了网格绘制。由于Delft3D支持曲面正交网格，因此绘制出的网格能够很好的贴合北运河蜿蜒曲折的河流形态。北运河沿途的底部地形高程通过关键断面实测断面高程分布进行插值处理。完成基本建模后，先对北运河的水动力水质模型进行率定和验证。

北运河曲面正交网格在完成水动力模型率定和验证后，加入化学需氧量、氨氮、总磷三种水质参数以及对应的水质过程，对水质模型率定和验证。监测断面氨氮浓度验证从水动力和水质模型验证的结果来看，基于Delft3D计算引擎的水环境数值模拟软件3EAWTER能够很好的满足城市黑臭水体水动力水质模拟的需要，其结果也得到了相关单位的认可。

MIKE21水动力学模型应用研究进展

Advances in Environmental Protection 环境保护前沿, 2020, 10(4), 510-515 Published Online August 2020 in Hans. https://www.wendangku.net/doc/2316176198.html,/journal/aep https://https://www.wendangku.net/doc/2316176198.html,/10.12677/aep.2020.104061 Research Progress on Application of MIKE21 Hydrodynamic Model Qing Luo, Lihong Liu, Yumeng Wang Department of Earth and Environment, Anhui University of Science & Technology, Huainan Anhui Received: Jul. 15th, 2020; accepted: Aug. 4th, 2020; published: Aug. 11th, 2020 Abstract MIKE21 model is a reliable means and an important basis for studying the movement of surface water flow. The model simulation of planar two-dimensional water flow is of great significance for the actual water condition verification, hydrological change calculation and future trend predic-tion. At present, many experts and scholars have carried out practical application of multi-angle, multi-level and different fields, and have repeatedly verified the accuracy and fit of the MIKE21 model. This paper mainly reviews the application of MIKE21 hydrodynamic model in river flood analysis, flood evolution in flood storage area, analysis of urban waterlogging risk and impact of water conservancy construction. The hydrological changes, general conclusions and application limitations, which are obtained, are discussed by the model under different simulation conditions. On this basis, it elaborates and summarizes, and forecasts the application and development trend of MIKE21 hydrodynamic model. Keywords MIKE21 Hydrodynamic Model, River Flood, Flood Evolution in Flood Storage Area, Urban Waterlogging, Water Conservancy Construction MIKE21水动力学模型应用研究进展罗庆，刘丽红，王雨蒙安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南收稿日期：2020年7月15日；录用日期：2020年8月4日；发布日期：2020年8月11日摘要 MIKE21水动力学模型是研究地表水流运动的可靠手段和重要依据，模型关于平面二维水流的模拟，对

第九章水环境规划模型

第九章水环境规划第一节规划的原则与依据一、规划目标与水功能区划分水环境规划的主要目标是通过对水污染物排放的合理组织与控制，保证水体的水质满足人类生活、生产，以及生态与景观的需求。一般说来，水环境规划是一个多目标规划，涉及生态环境、经济技术、社会生活的各个方面。作为一个具体规划，其主要的目标是水质和实现水质目标的费用。人们对水质的需求体现在水功能区目标上。水功能区是指为满足水资源开发和有效保护的需求，根据自然条件、功能要求、开发利用现状，按照流域综合规划、水资源保护规划和经济社会发展要求，在相应水域按其主导功能划定并执行相应质量标准的特定区域。地表水的水功能区一般分为水功能一级区和水功能二级区。水功能一级区分为保护区、缓冲区、开发利用区和保留区四类。在水功能一级区中的开发利用区中又可以划分为七类二级区，它们是：饮用水源区、工业用水区、农业用水区、渔业用水区、景观娱乐用水区、过渡区和排污控制区。每一类水功能区都对应特定的水质标准（表9-1）。水功能区的划分是水环境质量标准在具体水域的具体应用，是水环境规划的依据。水功能区的划分需要遵循“自上而下”的原则，即从流域层次上制订宏观的功能区划，然后从区域或城市的角度制订具体的功能区划。

表9-1 水功能区划分的条件指标和水质标准二、水环境容量与允许排放量环境容量一词早先用于描述某一地区的环境对人口增长和经济发展的承载能力。20世纪70年代初，针对当时的环境污染和公害肆一级区二级区区划条件区划指标执行水质标准保护区国家级、省级自然保护区；具有典型意义的自然生境；大型调水工程水源地；重要河流的源头集水面积、水量、调水量、水质级别 I ～Ⅱ级或维持现状缓冲区跨地区边界的河流、湖泊的边界水域；用水矛盾突出的地区之间的水域省界断面水域；矛盾突出的水域按实际需要执行相关标准或按现状控制饮用水源区现有城镇生活用水取水口较集中的水域；规划水平年内设置城镇供水的水域城镇人口、取水量、取水口分布等 Ⅱ～Ⅲ类工业用水区现有或规划水平年内设置的矿企业生产用水集中取水地工业产值、取水总囊、取水口分布等 Ⅳ类农业用水区现有或规划水平年内需要设置的农业灌溉集中取水地灌区面积、取水总量、取水口分布等 V 类开发利用区渔业用水区自然形成的鱼、虾蟹、贝等水生生物的产卵场、索饵场。越冬场及回游通道天然水域中人工营造的水生生物养殖场渔业生产条件及生产状况《渔业水质标准》并参照执行Ⅱ～Ⅲ类景观娱乐用水区休闲、度假、娱乐、水上运动所涉及的水域；风景名胜区所涉及的水域景观、娱乐类型、规模、用水量执行《景观娱乐用水水质标准》或Ⅲ～Ⅳ 类过渡区下游用水的水质高于上游水质状况，有双向水流且水质要求不同的相邻劝能区之间的水域水质、水量出流断面水质达到相邻功能区的水质要求排污控制区接受含可稀释、降解污染物的污水的水域；水域的稀释自净能力较强，有能力接纳污水的水域污水量、污水水质、排污口的分布出流断面水质达到相邻功能区的水质要求保留区受人类活动影响较少、水资源开发利用程度较低的水域；目前不具备开发条件的水域；预留今后发展的水资源区水域水质及其周边的人口产值、用水量等按现状水质控制

MIKE21HDFM水动力模型逐步练习实例.doc

MIKE 21 HD FM水动力模型逐步培训教程目录 1概述 (1) 1.1工程背景 (1) 1.2练习实例的目的 (1) 2创建计算网格 (2) 2.1创建网格前需要注意的问题 (2) 2.2创建?RESUND的计算网格 (3) 2.2.1由原始的xyz数据生成mdf文件 (4) 2.2.2三角边界的调整 (7) 2.2.3模拟区域的三角划分 (8) 3创建MIKE 21 FM水动力模型的输入条件 (13) 3.1生成水位边界条件 (13) 3.1.1把测量水位导入时间序列文件 (14) 3.1.2创建边界条件 (19) 3.2初始条件 (22) 3.3风力作用 (22) 4MIKE 21 FM模型搭建 (23) 4.1FM模型 (23) 4.2模型率定 (37) 4.2.1实测水位 (37) 4.2.2实测流速 (38) 4.2.3模拟与实测结果比较 (39)

概述本实例是连接丹麦和瑞典的跨海(?resund)工程。图 1.1 Sound (?resund), 丹麦工程背景 1994年，哥本哈根和马尔默(Malm?)开始了连接丹麦和瑞典隧道和桥梁的改造项目。该项目执行了严格的环境要求，即隧道和桥梁项目对波罗的海的环境不产生任何影响。这样的要求意味着桥梁和隧道设计的阻流作用小于0.5%，同理，溢流和排放的最大流量也要得到控制。为了达到环境的要求和监理工程施工，建立了一个主要的监测程序。整个监测程序包括40多个水文测站，收集水文、盐度、温度和流场数据。另外还为ADCP 的船载测站和CTD等固定站点进行了广泛的补充测量。监测程序最初于1992年开始并一直持续到本世纪。由于?resund海域天然水文的多样性和多变性，连接工程的阻流作用只能通过数值模型来评价。而且，?resund的情况需要一个三维模型。所以，利用DHI的三维模型，MIKE 3对?resund整个海域进行模拟，并在其中设置嵌套模型，网格尺寸水平方向由连接工程附近的100米到?resund 较远海域的900米，垂直方向网格尺寸是1米。随后，MIKE 3模型会根据现场测量数据阶段进行率定和验证。根据监测程序得到的数据，初步选择足以反映?resund海域天然水文多样性的3个月作为模拟的“设计时段”。设计时段用来对连接工程进行详细的规划和优化，并确定需要填充的挖泥量，以达到对环境没有任何影响。练习实例的目的练习实例的目的在于通过使用MIKE 21的Flexible Mesh模块为?resund建立水流模型和MIKE 3的水流模型，生成令人满意的率定结果。

数学模型在水环境中的应用

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。

第三章流体动力学基础

第三章流体动力学基础习题一、单选题 1、在稳定流动中，在任一点处速度矢量是恒定不变的，那么流体质点是（） A ．加速运动 B ．减速运动 C ．匀速运动 D ．不能确定 2、血管中血液流动的流量受血管内径影响很大。如果血管内径减少一半，其血液的流量将变为原来的（）倍。 A ．21 B ．41 C ．81 D ．161 3、人在静息状态时，整个心动周期内主动脉血流平均速度为0.2 m/s ，其内径d =2×10-2m ，已知血液的粘度η =×10-3 Pa·S ，密度ρ=×103 kg/m 3，则此时主动脉中血液的流动形态处于（）状态。 A ．层流 B ．湍流 C ．层流或湍流 D ．无法确定 4、正常情况下，人的小动脉半径约为3mm ，血液的平均速度为20cm/s ，若小动脉某部分被一硬斑阻塞使之变窄，半径变为2mm ，则此段的平均流速为（）m/s 。 A ．30 B ．40 C ．45 D ．60 5、有水在同一水平管道中流动，已知A 处的横截面积为S A =10cm 2，B 处的横截面积为S B =5cm 2，A 、B 两点压强差为1500Pa ，则A 处的流速为（）。 A ．1m/s B ．2m/s C ．3 m/s D ．4 m/s 6、有水在一水平管道中流动，已知A 处的横截面积为S A =10cm 2，B 处的横截面积为S B =5cm 2，A 、B 两点压强之差为1500Pa ，则管道中的体积流量为（）。 A ．1×10-3 m 3/s B ．2×10-3 m 3/s C ．1×10-4 m 3/s D ．2×10-4 m 3/s 7、通常情况下，人的小动脉内径约为6mm ，血流的平均流速为20cm/s ，若小动脉某处被一硬斑阻塞而变窄，测得此处血流的平均流速为80cm/s ，则小动脉此处的内径应为（）mm 。 A ．4 B ．3 C ．2 D ．1 8、正常情况下，人的血液密度为×103kg/m 3 ，血液在内径为6mm 的小动脉中流动的平均速度为20cm/s ，若小动脉某处被一硬斑阻塞而变窄，此处内径为4mm ，则小动脉宽处与窄处压强之差（）Pa 。二、判断题 1、有水在同一水平管道中作稳定流动，管道横截面积越大，流速越小，压强就越小。（） 2、由直径为15cm 的水平光滑的管子，把20℃的水抽运到空气中去。如果抽水保持水的流速为30cm/s ，已知20℃水的粘度η＝×10-3 Pa/S ，则水在管子中的流动形态属于湍流。（） 3、烟囱越高，通风效能越好，即把烟从炉中排出来的本领就越大。（） 4、在深海中下落的一个铝球，整个过程始终是加速运动的。（） 5、飞机机翼的升力来自机翼上下表面压强之差，这个压强之差主要由于机翼上表面流速大于下表面流速所致。（） 6、流体的内摩擦力与固体间接触表面的摩擦力共同的特点都是阻碍相对运动，但流体的内摩擦力不存在最大的静摩擦力。（）三、填空题 1、流管的作用相当于管道，流体只能从流管一端____，从另一端______。 2、液体的粘度与液体的______、温度、_______因素有关，且随着温度的升高而_______。 3、理想流体是指的流体，是一理想的模型，它是实际流体的近似。 4、稳定流动是实际流体流动的一种特殊情况，，称为稳定流动。 5、为形象地描绘流速场的分布情况，可在其中描绘一些曲线，使

智慧环保系统水环境适用模型分析

智慧环保系统水环境适用模型分析 xxxx年xxx月

目录 1. 水环境污染扩散分析 (3) 1.1. 主要实现功能 (3) 1.2. 适用方法及模型 (4) 1.2.1. 水质水动力模型 (4) 1.2.2. 面源污染估算模型 (12) 1.2.3. 黑箱模型 (20) 2. 水环境点源污染消减分配 (20) 2.1. 实现功能 (20) 2.2. 适用模型及方法 (21) 3. 水环境质量分析 (21) 3.1. 实现功能 (21) 3.2. 适用模型及方法 (21) 3.2.1. QUASAR模型 (22) 3.2.2. FCWQA模型 (23) 4. 水环境流量调控分析 (23) 4.1. 实现功能 (23) 4.2. 适用模型及方法 (24) 4.2.1. 黑箱模型 (24) 4.2.2. 水动力模型 (24) 4.2.3. 多目标环境流量调控模型 (25) 5. 总结 (26)

智慧环保系统中水资源环境管理平台提供了水资源生态环境的监测、评价、预警、应急、规划等业务信息系统，实现了对水资源生态环境的智慧化管控，其平台系统中对水环境的污染扩散分析、点源污染消减分配、水环境质量分析、流量调控分析中涉及到了水环境模型的应用。 1.水环境污染扩散分析建立水环境污染扩散分析模型，结合水质污染源排放清单、河流水文数据、地形结构数据等，对污染源进入水体后的污染扩散形式进行分析模拟预测，对可能出现水体水质超标的时段进行预警，为保护水体水质提供决策支持。 1.1.主要实现功能 1、河流污染源扩散轨迹模拟分析根据排污数据对河流污染物的扩散轨迹进行模拟，分析水体中超标污染带的沿程推移速度和污染区间，预测不同时段水质变化趋势，为水环境风险管理及应急决策提供技术支持。水质模拟面源污染负荷估算水污染风险预警出境断面水质预测预报 2、水质污染溯源分析对污染河段的水质污染物进行溯源分析，分析引起污染的可能因素及水质污染源排放的贡献率。排放特征污染物企业筛查重要支流筛查水质水量平衡分析重点污染源对断面水质贡献率分析重点影响区域划分与显示

水环境信息系统的技术体系

2003年08月SHUILI XUEBAO第8期文章编号：0559-9350（2003）08-0011-06 水环境信息系统的技术体系禹雪中1，李锦秀1，廖文根1 (1.中国水利水电科学研究院水环境所，北京 100038) 摘要：本文在实践的基础上，总结和分析了水环境信息系统的内容体系以及结构体系，将水污染经济损失评估模型引入到水环境信息系统中，结合水环境数据库，可进行区域水污染经济损失核算，从而丰富和发展了水环境信息系统的内容。关键词：水环境；信息技术；内容体系；结构体系；水污染经济损失评估中图分类号：X143 文献标识码：A 1 水环境信息系统概念水环境信息系统是应用性的发展领域，属于水信息学的学科范畴。水信息学是研究与水环境相关数据的收集、处理、存储、分析和图形显示等的学科，它通过综合数学、计算机科学、传统水环境科学和工程学的方法，来揭示大量复杂的水环境规律，解决水环境问题。水信息学出现于20世纪 80年代初期，1989年出现了Hydroinformatics的名称。1991年M.B.Abbott教授的专著《Hydroinformatics:Information Technology and the Aquatic Environment》的出版标志了水信息学的正式诞生[1]。水环境信息系统是为管理服务的，在水环境监测和调查的基础上，利用计算机技术和通信技术，实现环境信息的采集、传递、存储、维护、分析的系统。水环境信息系统作为水信息学的重要研究方向，由于几乎涵盖了水信息学研究和应用领域，包括数据的获取和分析、先进的数值分析方法和技术、控制技术和决策支持等，所以从其产生就受到重视，因此发展迅速、应用广泛。 2 水环境信息系统的意义 2.1 水环境信息系统的应用意义水环境的管理涉及到对大量业务信息数据的存储、查询和分析，同时现代水环境管理模式必须应用相关自然地理、社会经济的信息，水环境信息系统的建设和应用可以实现对这些信息的有效利用。同时水环境信息系统的应用意义还不仅表现在纯粹的技术环节，其更重要的意义在于通过采用现代化的技术手段，促进水环境管理方式的变革、提高工作效率、增强工作的有效性。最近，我国几大流域机构相继提出并正在积极实施“数字黄河”、“数字长江”等工程，这些工程可以统一视为“数字流域”的概念。“数字流域”作为“数字地球”概念的延伸，是中国水利现代化的一个重要组成部分。作为解决水环境问题的重要技术手段，水环境信息系统是“数字流域”工程建设的关键技术内容。通过内容与技术的整合，成功建设水环境信息系统，将把我国的河流管理提高到网络技术及仿真技术阶段，推进中国水利现代化进程[2]。 2.2 水环境信息系统的理论价值水环境信息系统的建立需要不同学科相关技术的交叉和有机融合，除了作为基础的环境、水文、化学等学科之外，还包括信息科学的最新进展，同时为了评估水污染的经济成本，经济学的理论方法也被引入进来。收稿日期：2003-03-31 作者简介：禹雪中(1971-)，男，河南开封人，高级工程师，主要研究方向：水环境模拟、水环境信息技术。

MIKE-21-HD-FM水动力模型逐步练习实例教学文案

M I K E-21-H D-F M水动力模型逐步练习实例

概述本实例是连接丹麦和瑞典的跨海(?resund)工程。图 1.1 Sound (?resund), 丹麦工程背景 1994年，哥本哈根和马尔默(Malm?)开始了连接丹麦和瑞典隧道和桥梁的改造项目。该项目执行了严格的环境要求，即隧道和桥梁项目对波罗的海的环境不产生任何影响。这样的要求意味着桥梁和隧道设计的阻流作用小于0.5%，同理，溢流和排放的最大流量也要得到控制。为了达到环境的要求和监理工程施工，建立了一个主要的监测程序。整个监测程序包括40多个水文测站，收集水文、盐度、温度和流场数据。另外还为ADCP的船载测站和CTD等固定站点进行了广泛的补充测量。监测程序最初于1992年开始并一直持续到本世纪。由于?resund海域天然水文的多样性和多变性，连接工程的阻流作用只能通过数值模型来评价。而且，?resund的情况需要一个三维模型。所以，利用DHI的三维模型，MIKE 3对?resund整个海域进行模拟，并在其中设置嵌套模型，网格尺寸水平方向由连接工程附近的100米到?resund 较远海域的900米，垂直方向网格尺寸是1米。随后，MIKE 3模型会根据现场测量数据阶段进行率定和验证。根据监测程序得到的数据，初步选择足以反映?resund海域天然水文多样性的3个月作为模拟的“设计时段”。设计时段用来对连接工程进行详细的规划和优化，并确定需要填充的挖泥量，以达到对环境没有任何影响。练习实例的目的练习实例的目的在于通过使用MIKE 21的Flexible Mesh模块为?resund建立水流模型和MIKE 3的水流模型，生成令人满意的率定结果。

量子力学原子结构模型

学号：1309210007 本科毕业论文（设计） ( 2015 届) 量子力学原子结构模型在中学化学教学中的研究院系化学与化学工程学院专业化学（专升本）姓名刘倩指导教师汪晓波职称助教

量子力学原子结构模型在中学化学教学中的研究摘要初中教师普遍反映对量子力学的教学模块存在一些困难，本文以《量子力学结构》模块为研究载体，通过阅读与量子力学结构相关的文献以及对中学认知水平的了解，从而探讨出适合中学生认知水平的量子力学模块的授课方式。希望通过此次研究，能够有利于提高教师的教学水平以及有益于学生更好的理解该模块的内容。关键词：中学生量子力学教师

ABSTRACT Junior high school teachers generally reflect the teaching modules, there are some difficulties of quantum mechanics, based on the structure of quantum mechanics module for carrier, by reading the literature associated with the structure of quantum mechanics, as well as understanding of the cognitive level of secondary school, to explore suitable teaching methods of students ' cognitive level modules of quantum mechanics. We hope that this study can help to improve teachers ' teaching standard, as well as beneficial to the students a better understanding of the module's content. Key words: quantum mechanics of middle school students teachers

水质模型与水环境容量(精)

水质模型与水环境容量课程辅导第四章水质模型与水环境容量 1、污染物质在水中有哪些运动形式？污染物质在水中运动的形式，可以分为两大类：一类是随流输移运动，一类是扩散运动。在随流输移运动中，污染物服从水体的总体流动特征，产生从一处到另一处的大范围运动（包括主流方向以及垂直主流方向）。而扩散运动则是使污染物质在水体中得到分散和混和的物理机制，按物理机制的不同，扩散运动包括分子扩散、紊动扩散和剪切流离散。此外，在工程实际当中遇到的水体大都是具有固体边界的（大面积水体中的局部污染问题除外），而污染物在边界附近，将产生所谓边界反射问题，而且这种反射作用往往对污染物的分布产生重要影响，不可忽略。 2、分子扩散运动的费克定律有哪些主要内容？（1）费克（fick ）第一定律费克（fick ）第一定律提出单位时间内，通过单位面积的溶解物质与溶质浓度在该面积法线方向的梯度成比例，扩散强度与污染物自身特性有关。 x m x x c D Q ??-= 式中：Q x 为在x 方向单位时间通过单位面积的扩散物质的质量简称通量；C 为扩散物质的浓度（单位体积流体中的扩散物质的质量）； x c ??为扩散物质在x 方向的浓度梯度；D m 为分子扩散系数，与扩散物的种类和流体温度有关，具有[L 2/T]的量纲。式中的负号表示扩散物质的扩散方向为从高浓度向低浓度，与浓度梯度相反。（2）费克（fick ）第二定律 ???? ????+??+??=??222222z c y c x c D t c m

上式即为各向同性情况下的三维分子扩散方程，是费克第二定律的特殊形式。 3、移流扩散可分为哪些阶段？从运动阶段上考察，移流扩散大致分为三个阶段：第一阶段为初始稀释阶段。该阶段主要发生在污染源附近区域，其运动主要为沿水深的垂向浓度逐渐均匀化。第二阶段为污染扩展阶段。该阶段中，污染物在过水断面上，由于存在浓度梯度，污染由垂向均匀化向过水断面均匀化发展。第三阶段为纵向离散阶段。该阶段中，由于沿水流方向的浓度梯度作用，以及断面上流速分布，出现了沿纵向的移流扩散，该扩散又反过来影响了断面的浓度分布，从而与第二阶段的运动相互作用。 4、如何求解水质模型？水质模型主要有如下求解方法：（1）理论解析解将问题简化后，方程变为低维、低阶、线性的形式，可以用数理方程中的标准方法进行求解，包括量纲分析方法、变量替换法、镜像法等。（2）数值解法（数值模拟方法）差分法、有限元方法、有限体积法等。数值模拟方法有许多优点，例如：可解决高阶非线性问题，不受场地和比尺限制，可在短时间内测试各种可能方案等。而且由于当前计算机技术的高度发展，数值模拟方法有着更加广阔的前景和应用范围。（3）物理模型这是传统的解决流体力学问题的方法，同样适用于水环境问题的解决。在实物模型中，可以直接观测流动和扩散现象，测量所关心的污染物浓度分布。物理模型方法比较直观，而且对于一些未能建立数学方程的复杂问题，只要抓住支配扩散的主要因素，即可得到较为符合实际的结果。该方法的不足之处在于对概化的灵敏度较高，而且由于物理模型往往需要大量试验材料，因此可能花费较多的经费。（4）原型观测、类比分析在天然流场中，对实际的污染物形成的浓度场进行观测。由于该方法较之前面几种方法缺乏预测性，因此，一般用来确定解析方法或者数值模拟方法中需要的扩散系数等参数，或用于验证物理模型和数学模型的可靠性及类似水环境问题的类比分析。