QUAL2K模型的原理及应用
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河段所有非点出水口的数量。
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3.水质平衡方程
QUAL2K模型的水质基本方程是一维平流——扩散物质迁移方程， 该方程考虑了平流扩散、稀释、物质组分的自身反应，水质组分间的
相互作用以及组分的外部源和漏对组分浓度的影响。水质平衡模型如下：
C
( Ax Dl
c ) x
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2.流量平衡方程
出水口的所有出流可以表示为下 ：
pai
npai
Qab,i Qpa,i, j Qnpa,i, j
j 1
j 1
式中：Qpa,i, j是i河段第j个点出水口的出水量，pai是i河段的所有点出 水口的数量，Qnpa,i, j 是i河段第j个非点出水口的出水量，npai是I
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2.2 河段和各单元的划分
河段和单元的划分应根据模拟河流的实际情况来确定。
• QUAL2K要求同一河段具有相同的水质和水力参数，根据现场勘测和调 查以及现有的监测资料，将具有相同或相似特性的河道划分为同一河段。
• QUAL2K进行水质模拟的最小单位是计算单元，模拟过程中不要求各个 河段上的计算单元是等长的，但是每个河段须由整数个计算单元构成。
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2.2.1输入河段数据
• Reach 工作表 主要是输入河流各个河段的 信息。主要包括：河段数、 河段及单元的长度、上下游 河段的高程及位置以及水力 学模型的相关参数等，如右 图。
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2.3输入气象数据
气象数据主要包括5个子工作表：
⑴源头单元，以H表示 ；
⑵交汇点单元 ，以J表示；
⑶交汇点上游单元，以u表示； ⑷系统最后单元 ，以L表示；
⑸取水口单元，以P表示； ⑹排放口单元，以w表示；
⑺水工建筑物单元，以D表示； ⑻标准单元，以s表示。
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三、模型的结构及步骤
1.所需数据
QUAL2K模型运用于水质模拟时需要的数据包括：
• 空气温度Sheet：主要是输入每个河段的空气温度，一般以温度的均值 代替，时间间隔为1小时；
• 露点温度Sheet ：包括河段的相关信息和露点温度，其中露点温度可 以以平均值代替。
• 风速Sheet ：主要是输入系统中各个河段的风速m/s；可以以平均值代 替；
• 云层覆盖Sheet ：输入各个河段上空云层的覆盖度。可以以平均值代 替；
• Shade Sheet ：主要是输入河段每小时的阴暗程度，阴暗程度是关于 太阳辐射的函数，
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空气温度Sheet
•仅贴出空气温度工作表的图，其他4项与之相同。
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2.4模型参数的输入
模型参数的确定是建模工作的核心内容,可靠的 参数是模拟成败的关键。因此在确定模型结构之后, 还要对模型中的未知参数作适当估算,求得与实测资 料最佳拟合的模型参数 。
⑴流域水文资料和空间信息 ⑵边界条件和初始条件 ⑶对模型参数进行率定和验证过程所需要的监测数据 ⑷各个河流断面节点的情况和流域气象数据
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2.模型的应用步骤
QUAL-2K是以excel工作表为界面，用vb编的程序。颜色主 要是区分信息是用户输入还是程序输出的结果。主要包括4 种颜色区域，如下：
QUAL2k的模型参数按河段来组织，主要包括： • 水力参数 • 水质参数
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m3 / d
2.流量平衡方程
稳态的流量平衡方程适用于每个模拟河 段。流量平衡如右图。
Qi Qi1 Qin,i Qad ,i Qi 是河段i的流出量，是河段i+1的流入量; Qi1 是从上游河段i-1流入的流量 ; Qin,i 是点源和非点源流入河段i的总流量 ; Qab,i 是通过点和非点出水口流出河段i的总流量 .
浅蓝色：用户需要输入的指定变量和参数的值。 浅黄色：用户需要输入的指定数据，模型可以降这些数据自动生成图表曲
线。 浅绿色：模型输出的设计值。 纯暗色：用来制表的数据，并且不能改动。
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2.1输入边界条件
• HeadWater工作表 主要是输入河段边界的 流量及浓度数据。如右 图：
• QUAL2K计算单元的长度决定了水质模拟的计算精度，单元长度越短则 计算精度越高，但相应的计算机时增加，单元长度太长则不能保证计算 精度，应结合计算精度要求和计算机性能来确定单元长度。
• 划分河段和单元之后根据现场勘测和调查资料为每个单元按QUAL2K的 单元类型定义指定其单元类型，通过指定单元类型反映出支流、污染源、 取水口及水工建筑物的空间分布状况。
河段流量平衡图
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2.流量平衡方程
来自源头的总流量可以表现如下：
psi
npsi Qin,i Nhomakorabeaps,i, j Qnps,i, j
j 1
j 1
式中： Qps,i, j 是第j个点源流进河段i的流量，psi是河段i的所有点源数量， Qnps,i, j 是第j个非点源流进河段i的流量，npsi是i河段的所有非点 源数量。
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Qual-2k模型的原理及应用
河海大学水文水资源学院
2009年12月
内容
一、模型的原理 二、模型对河流的概化 三、模型的结构及步骤 四、模型的应用
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一、模型的原理
1.河段的划分
模型主要模拟河流的主干流， 将汇入干流的支流概化成点源排入。 如右图；非点源和非点出水口被模 拟成线源和线出水口，以它们的起 始点和终点为分界线，如左图。
( Axuc)
dc
s
t
Ax x
Ax x dt V
式中：c为组分浓度；x为距离；T为时间；Ax 为距离x处的河流断面面积 ； Dl纵向弥散系数 ；u为平均流速；S为源汇项。
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二、模型对河流的概化
• QUAL2K通过划分河段单元将模拟河段概念化为一系列通过输移、扩 散机理首尾相连、均匀混合的反应—计算单元。这使QUAL2K得以组 织模型数据以进行模拟。为描述河流的空间分布特征，QUAL2K将单 元定义为以下8种类型：
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3.水质平衡方程
QUAL2K模型的水质基本方程是一维平流——扩散物质迁移方程， 该方程考虑了平流扩散、稀释、物质组分的自身反应，水质组分间的
相互作用以及组分的外部源和漏对组分浓度的影响。水质平衡模型如下：
C
( Ax Dl
c ) x
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2.流量平衡方程
出水口的所有出流可以表示为下 ：
pai
npai
Qab,i Qpa,i, j Qnpa,i, j
j 1
j 1
式中：Qpa,i, j是i河段第j个点出水口的出水量，pai是i河段的所有点出 水口的数量，Qnpa,i, j 是i河段第j个非点出水口的出水量，npai是I
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2.2 河段和各单元的划分
河段和单元的划分应根据模拟河流的实际情况来确定。
• QUAL2K要求同一河段具有相同的水质和水力参数，根据现场勘测和调 查以及现有的监测资料，将具有相同或相似特性的河道划分为同一河段。
• QUAL2K进行水质模拟的最小单位是计算单元，模拟过程中不要求各个 河段上的计算单元是等长的，但是每个河段须由整数个计算单元构成。
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2.2.1输入河段数据
• Reach 工作表 主要是输入河流各个河段的 信息。主要包括：河段数、 河段及单元的长度、上下游 河段的高程及位置以及水力 学模型的相关参数等，如右 图。
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2.3输入气象数据
气象数据主要包括5个子工作表：
⑴源头单元，以H表示 ；
⑵交汇点单元 ，以J表示；
⑶交汇点上游单元，以u表示； ⑷系统最后单元 ，以L表示；
⑸取水口单元，以P表示； ⑹排放口单元，以w表示；
⑺水工建筑物单元，以D表示； ⑻标准单元，以s表示。
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三、模型的结构及步骤
1.所需数据
QUAL2K模型运用于水质模拟时需要的数据包括：
• 空气温度Sheet：主要是输入每个河段的空气温度，一般以温度的均值 代替，时间间隔为1小时；
• 露点温度Sheet ：包括河段的相关信息和露点温度，其中露点温度可 以以平均值代替。
• 风速Sheet ：主要是输入系统中各个河段的风速m/s；可以以平均值代 替；
• 云层覆盖Sheet ：输入各个河段上空云层的覆盖度。可以以平均值代 替；
• Shade Sheet ：主要是输入河段每小时的阴暗程度，阴暗程度是关于 太阳辐射的函数，
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空气温度Sheet
•仅贴出空气温度工作表的图，其他4项与之相同。
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2.4模型参数的输入
模型参数的确定是建模工作的核心内容,可靠的 参数是模拟成败的关键。因此在确定模型结构之后, 还要对模型中的未知参数作适当估算,求得与实测资 料最佳拟合的模型参数 。
⑴流域水文资料和空间信息 ⑵边界条件和初始条件 ⑶对模型参数进行率定和验证过程所需要的监测数据 ⑷各个河流断面节点的情况和流域气象数据
Hohai
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University
2.模型的应用步骤
QUAL-2K是以excel工作表为界面，用vb编的程序。颜色主 要是区分信息是用户输入还是程序输出的结果。主要包括4 种颜色区域，如下：
QUAL2k的模型参数按河段来组织，主要包括： • 水力参数 • 水质参数
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m3 / d
2.流量平衡方程
稳态的流量平衡方程适用于每个模拟河 段。流量平衡如右图。
Qi Qi1 Qin,i Qad ,i Qi 是河段i的流出量，是河段i+1的流入量; Qi1 是从上游河段i-1流入的流量 ; Qin,i 是点源和非点源流入河段i的总流量 ; Qab,i 是通过点和非点出水口流出河段i的总流量 .
浅蓝色：用户需要输入的指定变量和参数的值。 浅黄色：用户需要输入的指定数据，模型可以降这些数据自动生成图表曲
线。 浅绿色：模型输出的设计值。 纯暗色：用来制表的数据，并且不能改动。
Hohai
10
University
2.1输入边界条件
• HeadWater工作表 主要是输入河段边界的 流量及浓度数据。如右 图：
• QUAL2K计算单元的长度决定了水质模拟的计算精度，单元长度越短则 计算精度越高，但相应的计算机时增加，单元长度太长则不能保证计算 精度，应结合计算精度要求和计算机性能来确定单元长度。
• 划分河段和单元之后根据现场勘测和调查资料为每个单元按QUAL2K的 单元类型定义指定其单元类型，通过指定单元类型反映出支流、污染源、 取水口及水工建筑物的空间分布状况。
河段流量平衡图
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2.流量平衡方程
来自源头的总流量可以表现如下：
psi
npsi Qin,i Nhomakorabeaps,i, j Qnps,i, j
j 1
j 1
式中： Qps,i, j 是第j个点源流进河段i的流量，psi是河段i的所有点源数量， Qnps,i, j 是第j个非点源流进河段i的流量，npsi是i河段的所有非点 源数量。
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Qual-2k模型的原理及应用
河海大学水文水资源学院
2009年12月
内容
一、模型的原理 二、模型对河流的概化 三、模型的结构及步骤 四、模型的应用
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一、模型的原理
1.河段的划分
模型主要模拟河流的主干流， 将汇入干流的支流概化成点源排入。 如右图；非点源和非点出水口被模 拟成线源和线出水口，以它们的起 始点和终点为分界线，如左图。
( Axuc)
dc
s
t
Ax x
Ax x dt V
式中：c为组分浓度；x为距离；T为时间；Ax 为距离x处的河流断面面积 ； Dl纵向弥散系数 ；u为平均流速；S为源汇项。
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二、模型对河流的概化
• QUAL2K通过划分河段单元将模拟河段概念化为一系列通过输移、扩 散机理首尾相连、均匀混合的反应—计算单元。这使QUAL2K得以组 织模型数据以进行模拟。为描述河流的空间分布特征，QUAL2K将单 元定义为以下8种类型：