二维水质模型及应用研究进展

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二维水质模型及应用研究进展

彭 琴，牟新利，张丽莹，李 军，李仁婷

（重庆三峡学院化学与环境工程学院，重庆 万州 404100）

摘 要：本文综述了二维水质模型及其应用，以及二维水质模拟研究进展，可看出它为评价、预测和选择污染控制方案及制定水质标准提供依据,是河流规划、管理、研究过程中的重要工具。 关键词：二维；水质模型；环境

基金资助：重庆市教委科学技术研究项目（编号：KJ091106）和重庆三峡学院大学生创新实验项目（编号：2008-10）

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，水环境问题越来越受到人们的关注和重视，水质模拟是预测评价水环境问题的重要手段之一。近几十年来，国内外许多学者已开展了大量的研究工作，针对所研究的问题的不同，提出许多水质模型。水质数学模型(简称水质模型)是描述参加水循环的水体中各水质组分所发生的物理、化学、生物和生态学等诸多方面变化规律和相互影响关系的数学方法，是水环境污染治理规划决策分析中不可缺少的重要工具。

1 二维水质模型 1.1 FESWMS

有限元表面水模型系统，模型最初是为美国联邦高速公路管理局开发的，用来模拟流经许多人工构筑物如堤坝、桥梁的河口和河流的水动力情况。现在由国地质调查局(USGS)支持和发布。王远航等应用FESWMS 二维水动力学数值模型，对温榆河机场南线高速公路段拟建桥墩壅水情况进行了模拟，探讨了高速公路桥对河道行洪安全的影响[1]。 1.2 MIKE21

本模型由丹麦水动力研究所(DHI)开发，是MIKE11的姐模型，属于平面二维自由表面流模型。丹麦水力研究所不断采用MIKE21作为研究手段，在应用中发展和改进该软件。20多年来，MIKE21在世界范围内大量工程应用经验的基础上持续发展起来，在平面二维自由表面流数值模拟方面具有强大的功能。模型可以提供多种水质变化过程，在全世界得到了广泛应用。Patrick Poulin 等运用MIKE21-NHD 模型预测了潮汐通量，通过不同时期盐沼出口截面评估了养分通量的变化[2]。王哲等应用Mike21软件对金仓湖七种不同设计方案的湖泊流场进行了模拟计算，选择合理设计方案对调水时金仓湖的水质变化规律进行预测和分析[3]。 1.3 RMA2/RMA4/SED-2D

本模型由美国资源管理协会开发，是被美国陆军工程兵团使用的TASB 模型系统的一部分，在SMS (the Surface water Modeling System)中执行。RMA2是有限元水动力模型，RMA4是能模拟最多6个用户定义组分传输的水质模型，SED-2D 是底泥传输模型。张伟等为了将合流制排放的污水中颗粒污染物沉积在特定区域，利用RMA2模型分析排放沟渠形态改造前后的流场变化，模拟结果看出通过修整和改造后沟渠内流速降低，有利于颗粒物沉降，改造方案切实可行[4]。 1.4 CE-QUAL-W2

本模型由美国陆军工程兵团开发。与大部分二维模型不同，该模型是横向平均的，即它只模拟纵向和垂向。模型可用来模拟湖泊和水库，尤其是相对狭长的湖泊和分层水库，模型的水质模拟效果极佳，该模型同时也适合模拟一些具有湖泊特性的河流。Liu 等应用CE-QUAL-W2模型模拟了水面高程和水温以及在水体的水质状况，得出减少20％和80％的磷负荷将分别提高富营养化的营养状态和减弱富营养化的水质，从而为减少水质富营养化提供

2010年 第3期 2010年3月

化学工程与装备

Chemical Engineering & Equipment

124彭琴：二维水质模型及应用研究进展

了有利条件[5]。Gregory E.Norton等利用CE-QUAL-W2模型对速度河的河水温进行研究，为减少人为对水温的不利影响，应从上游着手，适当允许河岸植被的生长以提供遮荫，减少流宽度在低流量期，从而达到对速度河水温的有效管理[6]。

2 二维水质模拟研究

水环境数学模型是流域、区域水环境综合治理的重要技术工具。相对国外的水质模拟研究工作，国内起步较晚，主要针对水系、海湾、湖泊以及重点水利工程，国内在二维水质模拟研究方面已做了很多工作，研究也渐趋成熟，这些研究所取得的成就主要现在以下几个方面。

2.1 地理信息系统的融入和可视化研究

地理信息系统(GIS)支持下的水环境数学模型，能使数学模型的预测结果通过可视化形成较逼真地展示在水环境保护决策者和管理者的眼前，为环境标准和污染物排放标准的确定、不同治理方案的经济性和有效性进行比较等方面提供辅助决策依据。李宏伟[7]等以黄河某河段的硫化物污染为例展开研究，基于GIS技术和水环境数值模拟方程，研究污染物在水环境中的运移扩散规律，实现污染物扩散的可视化表达，探讨水环境污染监测的新方法和新途径，对于有效地进行污染治理具有重要实践意义。张俐[8]等以数字西江水质预警预报系统为研究背景，对西江干道进行了数字化、河道贴体网格生成，并以GIS数据为基础，进行一维恒定流方程组和二维水质模型计算，实现浓度场在GIS平台上的可视化。为水质的时空模拟和预测提供了一条新的途径，同时，也可以为水环境保护者在管理和决策时提供有利的支持。

2.2 污染物水环境行为的模拟和预测

何超兵[9]采用二维解析解对某河段25km长区域的COD浓度进行现状模拟。根据计算结果，能够明了的划出横向和纵向污染带，这对环境管理工作更有实际意义。Baolin Wang[10]等分别用一维和二维模型模拟各种不同覆盖面下沙滩表面的渗透情况，确定地下水的水位和渗漏量，并进行瞬态分析，以评估地下水位受建筑活动和气候条件的改变情况。为设计土壤覆盖系统以提高矿山尾矿的饱和度提供了有利的依据。

2.3 水质管理规划

赵艳艳[11]等运用二维水流水质数学模型，以流速分布均匀性、滞水区面积和置换率为判别标准对即将开挖的金山湖引水方案进行了优化，从水动力条件、引水效果和经济方面考虑，确定了金山湖最

终的引水方案，对金山湖的建设和水环境保护有着

十分重要的意义。V.Phogat[12]等运用二维水平衡模

型进行了实验测试渗流流量及土堤高的瞬态性和

稳态性，实验发现渗流流量和土堆高度随运河式床

的增加而增加。从而得出敞开的水渠应用于一个地

下含水层略显碱性的透水性地区的灌溉。

3 我国河流二维水质应用状况

我国水资源丰富，境内河流众多，很多学者应

用二维水质做出了相应的研究。如任照阳[13考虑到

三峡水库175m蓄水以后，水流速度减缓，水体的稀

释能力将显著下降，运用二维水质模型对污染带长

度的计算及预测，得出这是一种很好的保护水环境

的重要工具。吴其彰[14]利用二维水质模型，基于交

替方向法对模型进行离散求解，结合面向对象的MATLAB高级编程语言，编制了水质模型计算程

序，对淮河干流淮南段的污染物浓度场进行了数值

模拟；并利用MATLAB的图形可视化技术，对水质

模型数值模拟结果进行了图形化处理。经模型验

证，模拟结果与该段河流的实际水质监测结果基本

吻合。

因此，在河流等水体应加大二维水质的运用，

为我国水环境保护提供支持。

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报，2007；7(3)：6-8

（下转第103页）

103周冰：浅谈汽车定量装车控制系统的设计与应用

过程中，静电夹接地不良时，无论流量是否达到预定量，批量控制仪都将自动关闭电液阀，并向操作站发出报警信号现场报警；

（2）定量装车系统配备防溢油保护系统，通过附着在上、下装鹤管装上的溢油开关探头进行控制。当所罐装的油品接触探头时，溢油开关发出控制信号，批量控制仪自动关闭电液阀和电机，防止溢油事故发生；

（3）现场设急停按钮，当现场发生溢油、火灾等事故时停止装车，从而使装车过程更安全。

上述所有的报警信息都会自动记录在报警事件报表当中，督促操作人员及时处理各项报警。3.3.2.6 装车管理

通过上位监控计算机进行适时数据统计，生成各类销售报表，详细记录每笔业务相关信息，包括：计划量、实发量、待发量、装车单位、开始时间、结束时间、卡油品余量，并生产统计等各项报表功能：日志，周报，月报，阶段报表。添加和删除报表等。

3.3.2.7 密码设定

不同操作人员设定不同密码登陆界面操作，有效防止误操作，并自动记录各项操作指令，并为追查事故原因及责任人提供事后依据。

4 结论

石化公司采用基于批控仪、监控软件定量装车控制系统，该系统软件具有良好的人机界面。操作简单实用，运行可靠。即使非计算机专业人员根据系统提示，也能较快掌握对控制系统的操作。采用三级结构，控制站完成各类数据的采集并控制装车流程，保证系统安全、准确地完成装车作业；服务器提供完美的B/S功能，管理者随时都可以浏览现场装车的情况。目前该系统已经投入运行，效果良好，不仅创造了可观的经济效益，而且产生了良好的社会效应，同时极大提高了自动化水平，降低了工人的劳动强度，提高了作业效率。同时通过油气回收装置投入，极大地减少了装车作业过程中油气挥发，既美化环境又极大地改善员工作业环境。

参考文献

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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

浅论湖泊富营养化预测及评价的模型的研究

目录 摘要 1 引言…………………………………………………… 2 绪论………………………………………… 2.1 湖泊富营养化的概念及分类………………………… 2.2 国内外水体富营养化污染概况…………………… 3 湖泊富营养化的研究内容……………………………… 3.1 富营养化预测………………………… 3.1.1 预测的目的及内容……………… 3.1.2 预测模型进展概况……………… 3.2 富营养化评价…………………… 3.2.1 评价的目的及意义……………………… 3.2.2 评价的基本步骤………………………… 3.2.3 评价模型进展概况…………………… 3.3 湖泊富营养化模型………………………… 3.3.1 评分模型………… 3.3.2 营养状态指数模型………… 3.3.3 改进的营养状态指数模型……………… 3.3.4 生物多样性评价………… 3.3.5 灰色理论评价模型…………………… 3.3.6 浮游植物与营养盐相关模型………………………… 3.3.7 生态动力学模型……………… 4 结论及展望…………………………………… 4.1 结论………………………… 4.2 展望……………………………… 参考文献…………………………

摘要 本文主要讲述了湖泊富营养化的几种模型，分别有：评分模型、营养状态指数模型、改进的营养状态指数模型、生物多样性评价、灰色理论评价模型、浮游植物与营养盐相关模型、生态动力学模型，针对不同模型分别进行相应介绍，并且对国内外水体富营养化污染做出一定概况，对未来湖泊水体进行了一定程度的展望。 1 引言 水资源是人类赖以生存的基础物质，随着人口增长和社会经济飞速发展，水的需求量急剧增加，而水资源污染也日益严重。我国自20世纪80年代以来，由于经济的急速发展和环保的相对滞后，许多湖泊、水库已经进入富营养化，甚至严重富营养化状态，如滇池、太湖、西湖、东湖、南湖、玄武湖、渤海湾、莱州湾、九龙江、黄浦江等。2000年对我国18个主要湖泊调查研究表明，其中14个已经进入富营养化状态。 2 绪论 2.1 湖泊富营养化的概念及分类 通常，湖泊水库等水体的富营养化[1]是指湖泊水库等水体接纳过量的氮、磷等营养物质，使藻类和其它水生生物大量繁殖，水体透明度和溶解氧发生变化，造成水体水质恶化，加速湖泊水库等水体的老化，从而使水体的生态系统和水功能受到损害。严重的会发生水华和赤潮，给水资源的利用如：饮用，工农业供水，水产养殖、旅游等带来巨大的压力。另一种定义方法[2]（Cooke等提出）是由于过量的营养物质、有机物质和淤泥的进入，导致的湖泊水库生物产量增加而体积缩小的过程。该定义除了营养盐以外，还强调了有机物质和底泥的输入。因为有机物质也可以导致水体体积缩小，溶解氧消耗，并通过矿化作用从沉积物中释放营养物质；淤泥的输入也可使水体面积缩小，深度降低，并能吸附营养盐和有机物质沉积到水底部，成为潜在污染源。释放后必然会促进水体生物的大量繁殖，当水体内大量的植物（沉水植物和漂浮植物）以及大量藻类死亡后，释放的有机物和营养物会进一步加剧水体的营养程度。 根据水体营养物质的污染程度，通常分成贫营养、中营养和富营养三种水平。实际上，湖泊水库等水体的富营养化自然条件下也是存在的，不过进程非常缓慢，这就是地理学意义上的富营养化。然而一旦水体接受人类活动的影响，这种转变的速度会大大加快，特别是在平原区域，人口密集，工农业发达，大量污水进入水体，带入大量的营养物质，极大的加速水体富营养化进程。人们通常所说的富营养化是指这种在人为条件的影响下，大量营养盐输入湖泊水库，出现水体有生产能力低的贫营养状态向生产能力高的富营养状态转变的现象。这种富营养化通常称为人为富营养化。 水体富营养化的发生也是逐步进行的。水体在营养盐浓度较低，藻类和其它浮游植物的生物量随着营养盐浓度的增加而相应增加的时期，称为响应阶段，这

最新湖水污染分析模型

摘要 在两种情况下分析湖水中的污染物，分别建立模型即理论模型和实际模 型。理论模型是根据伊利湖和安大略湖各自的污染物流入流出的关系建立污染 物量关于时间的差分方程：伊利湖的污染物总量n+1n a 0.62a =，安大略湖的污染 物总量n n n b 6129.03230.627020.33600.87192.3077=-?+?+，n b 在n →∞时趋于 一个定值192.3077，这个定值就是安大略湖系统的平衡值；当35n =时 245.95n b =安大略湖的污染程度减少到目前水平的10%；当31n ≥≥是系统的污 染物的量是一直增加的，当203n ≥≥系统的污染物量急剧减少，大约从40 n ≥开始系统的污染物量几乎保持不变。实际模型中首先根据湖水的实际更新情况 重新确定湖水流入和流出占湖水总量的百分数，又由于湖水中污染物的浓度时 刻变化，所以用时间微元的方法对实际污染物流出的比例进行修正。分析铝厂 排放的污染物时，铝厂排放的污染物是赤泥，根据赤泥的物化性质利用重力沉 降原理求得赤泥颗粒从湖面沉降到湖底的时间t ，把一年分成多份t ，同时将铝 厂每年向湖水中排放的污染物量25单位按t 分成多份，每一个单位时间铝厂排 放到湖里的污染物量是0.3q ?=单位，则安大略湖的湖水中将始终保持有0.3单 位的赤泥，其余的赤泥都将在湖底沉积。综合安大略湖中赤泥和伊利湖流入的 污染物的情况预测了未来十年内的情况。模型中重力沉降原理指出颗粒的直径 影响沉降速度间接影响赤泥的排出量直径越小排出量越大，同时直径是最可能 实现改进的因素。在直径小于20um 时赤泥的排出量急剧增加。为减少安大略 湖的污染尽量把颗粒直径做小。 二、问题分析

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

河流、湖泊、水库、湿地水环境容量计算模型

水环境容量计算模型 1）河流水环境容量模型 水环境容量是在水资源利用水域内，在给定的水质目标、设计流量和水质条件的情况下，水体所能容纳污染物的最大数量。按照污染物降解机理，水环境容量W 可划分为稀释容量W 稀释和自净容量W 自净两部分，即： W W W =+稀释自净 稀释容量是指在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量。自净容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。 河段污染物混合概化图如图。根据水环境容量定义，可以给出该河段水环境容量的计算公式： 图 完全混合型河段概化图 0()i si i i W Q C C =-稀释 i i si i W K V C =??自净 即：0()i i si i i i si W Q C C K V C =-+?? 考虑量纲时，上式整理成： 086.4()0.001i i si i i i si W Q C C K V C =-+?? 其中： 当上方河段水质目标要求低于本河段时：0i si C C = 当上方河段水质目标要求高于或等于本河段时：00i i C C =

式中：i W —第i 河段水环境容量（kg/d ）； i Q —第i 河段设计流量（m 3/s ）； i V —第i 河段设计水体体积（m 3）； i K —第i 河段污染物降解系数（d -1）； si C —第i 河段所在水功能区水质目标值（mg/L ）； 0i C —第i 河段上方河段所在水功能区水质背景值 （mg/L ）,取上游来水浓度。 若所研究水功能区被划分为n 个河段，则该水功能区的水环境容量是n 个河段水环境容量的叠加，即： 1n i i W W ==∑ 01131.536()0.000365n n i si i i i i i i W Q C C K V C ===-+??∑∑ 式中：W —水功能区水环境容量（t/a ）； 其他符合意义和量纲同上。 2）湖泊、水库水环境容量计算模型 有机物COD 、氨氮的水环境容量模型： 在目前国内外的研究中，多采用完全均匀混合箱体水质模型来预测水库水体长期的动态变化，即将水库视为一个完全混合反应器时，有机物的容量计算模型可以用水体质量平衡基本方程计算。水库中有机物容量模型如下： C t kV S t C t Q t C t Q dt dc c out in in )()()()()(V(t)++?-?= 假设条件：水量为稳态，出流水质混合均匀。 式中：V(t)——箱体在t 时刻的水量，m 3； dt dc ——箱体水质参数COD 、氨氮的变化率； )(t Q in ——t 时刻水库的入流水量，m 3/a ； )(t Q out ——t 时刻水库的出流水量，m 3/a ；

湖泊水库水质监测系统

随着社会的发展和人们对生活健康的关注，加上水资源的日益短缺和恶化，水质监测系统的运用备受关注。随着水质监测技术的逐步完善和成熟，水质监测技术已经成为环保管理部门对辖区水体水质、水体状况进行实时监测的主要手段。常规的实验室取样检测技术已经无法在第一时间获取水污染状况的准确信息。而且分析速度慢、操作复杂、稳定性差，特别是对附加药品一来使其存在二次污染。此外，随着水资源污染的日益加剧，水样的成分越来越复杂，而且检测的水质项目越来越多，从而对水质分析仪器的性能有了更高的要求。以往采用的水质监测方法已经远不能满足环保工作发展的需求。因此，发展水质在线监测系统势在必行。水质在线监测系统克服了常规水质分析仪器的缺点，使用无线数传设备（4G DTU）能够实时、连续、稳定、可靠得提供准备、快速的监测传输数据。 水质在线监测系统用于实时监测湖泊、水库、饮用水源地、地下水观测点等水质变化状况，系统融合了环境监测、集成和预警等技术，采用一体化、集成联动运行方式，加强了水质污染、异常事故的预防和污染排放的监管能力。同时，通过湖泊水质信息网络的建设，可分析区域内水质动态趋势，有效加强区域管理，为污染动态研究、湖泊富营养化预测、湖泊水库水污染治理提供科学依据，为水环境管理与决策提供科学有效的技术支撑。 系统构成 系统由监控中心、传输单元、智能站点、站房等组成，具备系统运行状态监控、视频监控、站房状态监控、远程控制、远程操作等功能。 根据客户需求的不同，可选择集成固定站、集装箱站、浮标站等形式。监测因子可涵盖常规五参数、叶绿素、蓝绿藻、氨氮、高锰酸盐指数、TOC、总磷、总氮、磷酸盐、硝酸盐

氮、亚硝酸盐氮、硅酸盐、重金属（Fe、Mn、Pb、Cd、Cr6+）、水位、流速、流量、流向、风速、风向、气温、气压、温度、光照度及雨量等。 方案特点 ?智能化站点控制，具备设备运行状况实时监控、远程监控、动态显示及数据管理功能；?采水方案、数据传输多样化，根据实际需求可选； ?准确、稳定可靠的分析技术，独特的高度定量设计； ?系统集成度高、故障率低，维护量小，有效数据率大大提高； ?扩展性强，并兼容市场主流的各家仪表； ?以第三方运营为保障手段，确保系统和设备的有效运行。

遥感技术在湖泊环境研究中的应用

第12卷第3期 2006年9月 地质力学学报JOURNA L OF GE OMECHANICS V ol 112N o 13Sep.2006 文章编号:100626616(2006)0320287208收稿日期:2006202222 基金项目:国土资源大调查项目“青藏高原河流湖泊生态地质环境遥感调查与监测”资助。 作者简介:孟庆伟(19812),男,在读硕士。主要从事环境演变与遥感地质研究。E 2mail :s olarwind 2map @s ohu 1com 遥感技术在湖泊环境研究中的应用 孟庆伟1,罗　鹏2,余　佳1,韩建恩1 , 吕荣平1,孟宪刚1,朱大岗1,邵兆刚 1(11中国地质科学院地质力学研究所,北京　100081;21长安大学资源学院,西安　710054)摘　要:近10年来湖泊的研究内容不断拓展,研究方法不断完善,研究工作取得 了丰硕的成果。遥感技术作为科学、快速的调查和监测手段,在湖泊环境研究领域 中得到了广泛的应用。本文主要介绍国内外遥感技术在湖泊水质监测、湖泊水文参 数测试、湖泊变迁调查、湖冰监测、湖泊利用调查、湖泊地质环境调查、湖区生态 环境调查、古湖与考古调查等8个方面的主要研究进展。同时,综合评述了各种遥 感数据源、各类遥感信息提取技术在湖泊环境研究领域的应用前景。 关键词:湖泊环境;遥感技术;应用进展 中图分类号:P49文献标识码:A 0　前言 湖泊作为一种特殊的自然综合体,不仅是地表水载体和沉积矿藏赋存的场所,而且与大气、生物、土壤等多种要素密切相关。湖泊对气候、环境系统的变化反映极为敏感[1,2],特别是内陆湖泊被视为湖区环境变化和气候变异的指示器[3,4]。 湖泊研究随着遥感技术的发展迎来了一个新的研究阶段,遥感技术在湖泊环境研究中的应用,以其宏观性、实效性和经济性迅速取得了广泛的应用。作者在实施国土资源大调查项目“青藏高原河流湖泊生态地质环境遥感调查与监测”时检索了国内外大量文献,整理了遥感技术在湖泊水质监测、湖泊水文参数测试、湖泊变迁调查、湖冰监测、湖泊利用调查、湖泊地质环境调查、湖区生态环境调查、古湖与考古调查等8个方面的主要研究成果,为项目研究宜选择的湖泊生态地质环境遥感信息提取技术提供了依据。现将国内外遥感技术在湖泊环境研究中的主要进展介绍如下,以飨读者。 1　湖泊水质遥感监测 湖水中的悬浮颗粒物,溶解性有机物,叶绿素2a 浓度,藻类种类、浓度及分布等都是影

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

湖泊富营养化水体生态修复技术国内外研究进展

湖泊富营养化水体生态修复技术国内外研究进展 () 摘要：湖泊富营养化是指氮、磷等营养物质大量进入水体并致使水体的溶解氧下降、透明度降低、水质恶化、鱼类及其他生物大量死亡的现象。富营养化水体治理技术按照治理手段可分为化学处理、物理处理和生态修复处理方法等。化学方法处理污染水体主要是添加化学药剂改变水体中氧化还原电位去除水体中悬浮物质和有机质。物理治理技术措施包括人工曝气、调水冲污、河道疏浚等措施。水体生态修复技术包括生物膜法处理技术、微生物制剂技术、人工湿地处理及生物栅修复等。本文阐述了当前国内外水体生态修复技术的相关研究进展并比较了各方法的优缺点，并对未来富营养化水体生态修复技术做了展望。 关键词：富营养化；生态修复技术 Research of water ecological restoration technology about lake eutrophication () Abstract: Lake eutrophication refers that nutrients of nitrogen and phosphorus are into the water, bringing the phenomenon that clarity and dissolved oxygen drop causing deterioration of water quality and death of fishes and other creatures. Treatments of eutrophic water include chemical treatment, physical treatment and ecological restoration. Chemical method are that adding chemicals into water changs redox potential to remove suspended substances. Physical treatments include artificial aeration, flushing and river dredging. Ecological restoration technologies include the biological membrane, microbial preparation, artificial floating island and biological grid restoration. This paper describes the progress research of ecological remediation technologies for the present and compares the advantages and disadvantages, and makes forecast for the future ecological restoration technologies of eutrophic water. Keywords: eutrophication; Ecological restoration technologies

三峡水库水质模型

三峡水库的水质模型 随着大型水利水电工程的建设,人类能够对水资源进行更加有效的管理和充分的利用,取得了巨大的防洪、发电、航运等效益。但是工程建成后,不可避免的带来了一些生态环境问题随着时间的发展,在水库的调度过程中将生态因子作为水库调度的重要目标之一。同时由于流体运动的复杂性,传统的物理模型试验己很难满足研究的需要,数值模拟成为研究流体力学方便和强有力的手段。三峡水库建成后,非汛期,三峡水库蓄水至175m,电站采取调峰运行模式。由于库水位提高和调峰运行,改变了天然河道的流态,引起水库各种环境问题。另一方面来讲，近年来随着计算机网络和信息技术的发展,环境信息系统的各方面性能取得了很大进步,其中数据传输、资料查询、统计分析等功能都有了明显提高。与此同时,人们研究了各种环境模型,针对当前的不同环境问题进行了深入的分析和预测,并取得了显著的成果。所以，使用信息技术与环境模型的方法，来解决三峡水库的各种环境问题也是一个较好的选择。利用水质模型的知识，对于三峡水库进行一个大致研究。 经过调查可知，三峡水库与一般的湖泊有着显著区别。首先,其流速分布不均,干流流速与支流流速,干流中心的流速与岸边流速,一般情况下的流速与弯道、回流沱之间的流速之间都有很大差别;其次,流场不同位置间存在巨大的水深差异;另外,不同季节的气温对藻类生长影响也有很大差别。在对水库的水质模型进行建立的时候,应根据上述建立的水深、流速、温度以及营养盐与富营养化的初步映射关系,在GIS系统的支持下,建立整个水库干流、支流的水体总体富营养化程度的实时监测体系，来相应更好的建立模型。由于三峡水库水环境管理信息系统针对库区区域水环境问题涉及因素多、信息量大,变化复杂等特点,采用GIS和数据库技术,实现了水库水污染资料的管理和相关数据的统计、查询。另外,三峡水库蓄水后,库区江段水位抬高,水面变宽,流速减小,水库的污染状况将发生新的变化。为了预测水库水质的变化,提前作出预警预报,可以选择建立了多个水流水质模型,对水库的水流水质状况进行模拟，然后在三峡水库水环境管理信息系统中集成某些合适的水质模型,提高系统的水质预测能力,对于三峡水库的水质管理和污染事故的预警预报,防治水库水质进一步恶化,具有重要的实用价值。 总体来说,三峡水库蓄水后可能面临的主要水污染问题是近岸水体质量的恶化以及可能出现的库首水体温度分层和意外水污染事故。所以在此我们设想并大致计算了5个不同的水质模型,实现它们与三峡水库水环境管理信息系统的有效连接,用于预测和分析三峡水库各种的水污染问题。下面分别对这些模型的功能和应用范围进行简单介绍: (1)库区一维模型。三峡水库是一个河道型水库,具有典型的河道特性。采用一维水质模型模拟600多km整个库区水流及污染物的输移扩散,便于人们把握三峡水库的水质整体状况,制定水库水污染控制的整体规划。另外,一维水质模型还可以为二维、三维水质模型提供必要的边界条件。 (2)岸边二维模型。三峡水库当前的污染主要表现为岸边污水排放,在一维水质模拟的基础上,采用深度平均的二维水质模型计算岸边排放的污水口附近的水流及污染分布,有利于人们预测三峡水库的岸边污染情况和发展趋势,及时地提出相应控制措施。 (3)(分层三维模型。三峡水库正常蓄水位达175 m,很大水域的水深将超过100 m,深度平均二维模型难以正确反映污染物浓度的垂向分布,采用分层三维水质模型,可以大大提高水深较大区域岸边污染混合区范围的预测精度。 (4)垂向水温模型。根据经验判断,三峡水库蓄水后将成为弱分层水库,可能在夏季出现水温分层,水库分层对水库水质以及下游生态的影响很大。垂向水温模型将用来预测水库水温分层结构和下泄水温过程。 (5)污染事故预警模型。污染事故预警模型采用简单的解析解,实现对三峡水库库首污染事故的快速预警预报,以便采取紧急的必要措施,防止污染事故的进一步扩散。而污染事故的精确

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 C h －上游来水的水质浓度，mg/L Qp －污水流量，m3/s ) /()(h p h h p p Q Q Q c Q c c ++=

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； ⑤连续稳定排放 河流的简化：

二维水质模型及应用研究进展

123 二维水质模型及应用研究进展 彭 琴，牟新利，张丽莹，李 军，李仁婷 （重庆三峡学院化学与环境工程学院，重庆 万州 404100） 摘 要：本文综述了二维水质模型及其应用，以及二维水质模拟研究进展，可看出它为评价、预测和选择污染控制方案及制定水质标准提供依据,是河流规划、管理、研究过程中的重要工具。 关键词：二维；水质模型；环境 基金资助：重庆市教委科学技术研究项目（编号：KJ091106）和重庆三峡学院大学生创新实验项目（编号：2008-10） 随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，水环境问题越来越受到人们的关注和重视，水质模拟是预测评价水环境问题的重要手段之一。近几十年来，国内外许多学者已开展了大量的研究工作，针对所研究的问题的不同，提出许多水质模型。水质数学模型(简称水质模型)是描述参加水循环的水体中各水质组分所发生的物理、化学、生物和生态学等诸多方面变化规律和相互影响关系的数学方法，是水环境污染治理规划决策分析中不可缺少的重要工具。 1 二维水质模型 1.1 FESWMS 有限元表面水模型系统，模型最初是为美国联邦高速公路管理局开发的，用来模拟流经许多人工构筑物如堤坝、桥梁的河口和河流的水动力情况。现在由国地质调查局(USGS)支持和发布。王远航等应用FESWMS 二维水动力学数值模型，对温榆河机场南线高速公路段拟建桥墩壅水情况进行了模拟，探讨了高速公路桥对河道行洪安全的影响[1]。 1.2 MIKE21 本模型由丹麦水动力研究所(DHI)开发，是MIKE11的姐模型，属于平面二维自由表面流模型。丹麦水力研究所不断采用MIKE21作为研究手段，在应用中发展和改进该软件。20多年来，MIKE21在世界范围内大量工程应用经验的基础上持续发展起来，在平面二维自由表面流数值模拟方面具有强大的功能。模型可以提供多种水质变化过程，在全世界得到了广泛应用。Patrick Poulin 等运用MIKE21-NHD 模型预测了潮汐通量，通过不同时期盐沼出口截面评估了养分通量的变化[2]。王哲等应用Mike21软件对金仓湖七种不同设计方案的湖泊流场进行了模拟计算，选择合理设计方案对调水时金仓湖的水质变化规律进行预测和分析[3]。 1.3 RMA2/RMA4/SED-2D 本模型由美国资源管理协会开发，是被美国陆军工程兵团使用的TASB 模型系统的一部分，在SMS (the Surface water Modeling System)中执行。RMA2是有限元水动力模型，RMA4是能模拟最多6个用户定义组分传输的水质模型，SED-2D 是底泥传输模型。张伟等为了将合流制排放的污水中颗粒污染物沉积在特定区域，利用RMA2模型分析排放沟渠形态改造前后的流场变化，模拟结果看出通过修整和改造后沟渠内流速降低，有利于颗粒物沉降，改造方案切实可行[4]。 1.4 CE-QUAL-W2 本模型由美国陆军工程兵团开发。与大部分二维模型不同，该模型是横向平均的，即它只模拟纵向和垂向。模型可用来模拟湖泊和水库，尤其是相对狭长的湖泊和分层水库，模型的水质模拟效果极佳，该模型同时也适合模拟一些具有湖泊特性的河流。Liu 等应用CE-QUAL-W2模型模拟了水面高程和水温以及在水体的水质状况，得出减少20％和80％的磷负荷将分别提高富营养化的营养状态和减弱富营养化的水质，从而为减少水质富营养化提供 2010年 第3期 2010年3月 化学工程与装备 Chemical Engineering & Equipment

河流、湖泊、水库、湿地 水环境容量计算模型

河流、湖泊、水库、湿地水环境容量计算模型（附国家技术指南、计算标准及模型系统下载） ▼ 水环境容量计算模型 1）河流水环境容量模型 水环境容量是在水资源利用水域内，在给定的水质目标、设计流量和水质条件的情况下，水体所能容纳污染物的最大数量。按照污染物降解机理，水环境容量可划分为稀释容量和自净容量两部分，即： 稀释容量是指在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量。自净容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。 河段污染物混合概化图如图1。根据水环境容量定义，可以给出该河段水环境容量的计算公式： 考虑量纲时，上式整理成： 其中： 当上方河段水质目标要求低于本河段时： 当上方河段水质目标要求高于或等于本河段时：

若所研究水功能区被划分为n个河段，则该水功能区的水环境容量是n个河段水环境容量的叠加，即： 式中：W—水功能区水环境容量（t/a）； 其他符合意义和量纲同上。 2）湖泊、水库水环境容量计算模型 有机物COD、氨氮的水环境容量模型： 在目前国内外的研究中，多采用完全均匀混合箱体水质模型来预测水库水体长期的动态变化，即将水库视为一个完全混合反应器时，有机物的容量计算模型可以用水体质量平衡基本方程计算。水库中有机物容量模型如下： 假设条件：水量为稳态，出流水质混合均匀。

由此模型推导出的COD、氨氮环境容量的计算公式如下： 总氮总磷的水环境容量计算模型 水库中氮和磷等营养盐物质随时间的变化率，是输入、输出和在水库内沉积的该种污染物的量的函数，因此营养盐物质容量计算可采用沃伦威得尔模型(Vollen—welder)，即可以用质量平衡方程表示。 总氮总磷的水环境容量模型可采用吉柯奈尔-迪龙（Kirchner-Dillon）水库营养物浓度预测模型，其形式如下：

水质湖泊和水库采样技术指导

水质湖泊和水库采样技术指导 Water quality--Guidance on sampling techniques from lakes, natural and man-made (GB/T14581-93 1993-12-06实施) 本标准规定了湖泊和水库采样方案设计、采样技术、样品保存和处理的详细原则。本标准不包括徽生物检验的采样。本标准适用于湖泊和水库。 本标准为水质采样标准第四部分。 本标准参照采用国际标准ISO 5667 —4 ：1987 《水质采样第四部分：湖泊和水库采样指导》。 1 主题容与适用围 本标准规定了湖泊和水库采样方案设计、采样技术、样品保存和处理的详细原则。 本标准不包括微生物检验的采样。 本标准适用于湖泊和水库。其主要目的有以下三种： 1.1 水质特性检测 水体长期的质量检测。用于调查研究湖库水质状况及发展趋势。 1.2 水质控制检测

在水体中一个或几个指定的采样点进行长期水质检测。 1.3 特殊情况的检测 当有生物科类或种群发生障碍、死亡或其他异常现象( 水华、颜色等) 出现时对污染的鉴定和测定。 2 引用标准 GB 6816 水质词汇第一部分和第二部分 GB 12997 水质采样方案设计技术规定 GB 12998 水质采样技术指导 GB 12999 水质采样样品的保存和管理技术规定 3 定义 3.1 定点水样 就时间和地点而言，从水体中不连续地随机采集的样品。 3.2 深度样品组

从水体的特定地点的不同深度采集的一组样品。 3.3 平面样品组 从水体特定深度的不同地点采集的一组样品。 3.4 综合样品 3.4.1 深度综合样 从水体的特定地点，在同一垂直线上，从表层到沉积层之间，或其他规定深度之间，连续或不连续地采集两个或更多的样品，经混合后所得的样品。 3.4.2 平面综合样 从水体特定深度的不同地点采集的一组水样，经混合后的样品。 4 采样设备 4.1 材质 采样容器的材质( 如不锈钢或塑料) 应尽可能不与水发生作用。制造容器的材料在化学和生物方面应具有惰性，使样品组分与容器之间的反应减到最低程度。光可能影响水样中的生物体，并因此产生不希望的化学反应，选材时要予以考虑。

水质模型分类

https://www.wendangku.net/doc/927211215.html,/hhhbb/archive/2006/06/23/1681.html 《QUAL 一 2 K模型及其主要参数确定》 S —P模型的基本思路是：他们认为水中溶解氧( DO) 随时问减少的速率与B OD的浓度成正比，水中溶解氧的减少主要是由于水中有机物在好气菌在分解中消耗水中氧气所引起的，并且与BOD降解具有相同的速度，即复氧的速度与氧亏成正比。 S - P模型只考虑了有机物降解和大气复氧对DO的影响，没有考虑有机物沉浮、底泥吸附等对DO的影响，因此其结果与实际有一定的差别。有很多学者对其进行了改进，主要有以下3种模型： ( 1 ) Thomas模型：对一维稳态河流，在S---P模型基础上增加了一项因悬浮物的沉淀与浮所引起的BOD速率变化。 ( 2 ) Camp—Dobbins模型：在Thomas的基础，增加了底泥释放BOD和地表径流所引起的BOD变化速率和藻类光合作用和呼吸作用以及地表径流引起的溶解氧速率变化。 ( 3 ) Oconnor模型：假定总的BOD是由含碳BOD(CBOI))和含氮BOD(NBOD)两项组成，模型不仅考虑了含碳化合物的耗氧，而且也考虑了含氮化合物的耗氧。 《W A S P水质模型在辽河干流污染减排模拟中的应用》 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，可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、河口和沿海水域等一系列水质问题而设计的动态多箱模型。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模型由两个独立的计算机程序DYNHYD和WASP组成，两个程序可连接运行，也可以分开执行。DYNHYD是一个简单的“Link—node”网络水力动态模型，产生的输出文件可为水质分析模拟程序WASP提供流量和体积参数。WASP是一个基于质量守恒原理的动态模型模拟体系，由有毒化学物模型TOXI和富营养化模型EUTRO两个子模块组成。TOX I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，可预测溶解态和吸附态化学物质在河流中的变化情况。EUTRO采用了OTOMAC富营养化模型的动力学，可预测DO、C OD、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。 《W ASP 水质模型及其研究进展》 WASP(The water q uali ty analysi s simulatio n program，水质分析模拟程序)是美国环境保护局提出的水质模型系统，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最原始的版本是于1983年发布的，它综合了以前其它许多模型所用的概念，之后W ASP模型又经过几次修订，逐步成为USEPA开发成熟的模型之一。WASP5及其以前的版本都为DOS程序，而W ASP6 则发展为Windows 下的程序，但是只能在Windows98