福州内河河网精细水流水质数学模型研究

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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

河流水质数学模型讲课文档

1925年，Street-Phelps提出BOD-DO偶合模型以后，水质模型的研究在很长一段时间里进展缓慢。到了20世纪60年代，由于环境污染的加剧，水质问题引起人们的关注，水质模型的研究也获得了快速发展。20世纪60~80年代是水质模型的快速发展时期。
(1)托马斯模型
在S-P模型的基础上，引进沉淀作用对BOD去除的影响：
u为河水流速(m/s)。
第十一页，共45页。
2.1稳态解
稳态是指均匀河段定常排污条件，即过水断面、流速、流量等都
不随时间变化，
此时(1)式变化为
C 0 t
d2C u
dx2
ks
dc dx
K1 ks
C0
通过解析得稳态解为
当x≥0时，当x＜0时，
CC0e2x,2
u 2ks
(1)
CC0e1x,1
u 2ks
第十六页，共45页。
河段划分河段划分的主要原则就是保持所分割的河段中水
质参数不变。河段的划分是通过在适当的位置设置计算断面实现的。断面设置的方法是：
①在河流断面形状变化处，例如由宽变窄处或由窄变宽处，由深变浅处或由浅变深处，这些河段的变化会引起流速及水质参数的变化；
②支流或污水汇入处，由于流量的输入会导致流速的变化，也会导致污染物浓度的变化；
第二十三页，共45页。
2.4 QUAL-Ⅱ河流水质综合模型
由于污染物在水中的迁移转化是一种物理的、化学的和生物学的极其复杂的综合过程，因此要全面描述水体的水质就必须研究水生生态系统和水质组分之间的联系，就需要对多组合的综合体系建立水质模型。20世纪70年代，美国建立了不少综合水质模型。其中最早的两个模型是QUAL-Ⅰ和QUAL-Ⅱ。

河网水流模拟计算数学模型探讨

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方程组中表示时段末 -=& 时刻的上脚标省略 # 方程组 !? "*!;" 中的系数为 %
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２００５年第３期! 第２３卷２４８期 "
东北水利水电
=
算断面的两倍对于大型河网求解几乎是不可能的 # 分级解法又分为二级解法 $ 三级解法 $ 四级解法以及汊点分组解法 # 三级解法先通过对二级解法的基本未知量进一步消元得到以节点水位为未知量的与节点数同阶线性方程组 % 这样使系数矩阵大大降阶从而为求解提供可能 % 而后将得到的节点水位再回带到分支单一河道的方程组中进一步得到每个断面的水力要素 # 三级解法因其抓住河网中节点水位这个关键的要素使得该方法得到了广泛的采用 # 而对于三级解法降阶后的线性方程组由于以往受到计算机硬件的制约 % 必须充分考虑内存和 !"# 的承受能力 % 因此产生了最优编码解法 $ 矩阵标识法等减少零元素变量参与求解的方法 % 这些方法的确在当时的系统环境下使求解成为可能 % 但是它们的缺陷也逐渐凸现 # 文献指出最优编码解法堰流

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

水环境数学模型研究进展

水环境数学模型研究进展一、本文概述水环境数学模型是理解和预测水环境行为、评估水资源利用和环境保护措施效果的重要工具。

随着科技的发展和环境保护的迫切需求，水环境数学模型的研究与应用逐渐受到广泛关注。

本文旨在全面综述水环境数学模型的研究进展，分析各类模型的优缺点，探讨其在水环境管理、水资源保护和生态修复等领域的应用前景。

文章将首先介绍水环境数学模型的基本概念和研究背景，阐述其在水资源科学、环境科学和生态学等领域的重要性。

随后，将重点综述近年来水环境数学模型的研究进展，包括模型的建立方法、模型的验证与优化、模型的应用案例等方面。

通过对各类模型的深入分析和比较，本文旨在揭示水环境数学模型的发展趋势和研究方向，为水环境管理和水资源保护提供科学依据和决策支持。

本文还将关注水环境数学模型在实际应用中所面临的挑战和问题，如模型的复杂性、不确定性、参数估计困难等。

通过分析和讨论这些问题，本文旨在为水环境数学模型的研究和应用提供有益的启示和建议，推动水环境数学模型的发展和完善，为水环境保护和水资源可持续利用贡献力量。

二、水环境数学模型的理论基础水环境数学模型作为理解和预测水环境行为的重要工具，其理论基础涉及多个学科领域，包括流体力学、环境科学、生态学、计算机科学等。

这些理论共同为水环境数学模型的构建和应用提供了支撑。

流体力学是水环境数学模型的理论基础之一。

流体力学中的基本原理，如连续性方程、动量方程和能量方程，为水环境数学模型提供了描述水流运动的基本框架。

这些方程可以用来描述河流、湖泊、海洋等水体的流动和混合过程，进而揭示水体中的污染物扩散和传输机制。

环境科学为水环境数学模型提供了对水体中各种化学和生物过程的深入理解。

这包括水体中的物理、化学和生物反应过程，以及这些过程如何影响水体中的污染物浓度和分布。

环境科学理论的应用使得水环境数学模型能够更准确地模拟和预测水体的环境质量变化。

生态学理论在水环境数学模型中扮演着重要角色。

河流水质数学模型专题讲解

0
tc
t
b.托马斯（ Thomas ）BOD －DO模型
对一维稳态河流Leabharlann 在斯特里特 -菲尔普斯模型的基础上增加一项因悬浮物的沉淀与上浮所引起的 BOD速率
变化，才有以下的基本方程组（忽略弥散）：
? ??
u
?L ?x
?
? (k 2
?
k3 )L
?
? ??
u
?O ?x
?
? k1 ?
k2 (O s
? O)
?预测范围内的河段可以分为完全混合段、混合过程段和上游河段。
?当污水排入河流后，在河流横向断面上要经过横向混合一定距离后与河水充分混合，这个距离称之为“混合过程段”，也就是排放口下游达到充分混合以前的河段。
L?
?0 .4 B ? 0 .6 a ?Bu ?0 .058 H ? 0 .0065 B ?
（3）水体的好氧与复氧过程
废水进入水体后，随着污染物在水体中的迁移过程，由于以下几种原因，使河水中的溶解氧被消耗掉：
①河水中含碳化合物被氧化而引起好氧。
②河水中含氮化合物被氧化而引起好氧。
③河床底泥中的有机物在缺氧条件下，发生厌气分解，产生有机酸和甲烷、二氧化碳和氨等还原性气体，当这些物质释放到水体中时，消耗水中的氧。
河流模拟方法对所有的参数都没有空间均匀性的要求，而只有时间稳定性的要求，即所有水力学参数、污染物降解有关的参数、污染源参数均可以随空间变化，但不随时间变化。在较为成熟的应用中，只考虑稳态的模拟计算，即各种参数都不随时间变化（污染源也要稳定排放），最后计算结果为平衡状态的浓度分布。
④晚间光合作用停止时，由于水生植物（如藻类）的呼吸作用而好氧。

河道水力学模型及最小生态需水量的估算

河道水力学模型及最小生态需水量的估算河道水力学模型及最小生态需水量估算1. 介绍水力学是一个广泛的科学领域，它用来研究水体的流动特性以及水与其他物质的相互作用。

它在水文学、土木工程和流域管理等领域有着重要的应用。

在水资源经济领域，有必要估算最小生态需水量，以为保护河流和水文系统提供了有效的数据支持和分析方法。

因此，研究和开发河道水力学模型及最尀生态需水量估算具有重要的意义。

2. 原理河道水力学模型基于“Masavi-Dean”介质模型，主要依赖水体深度、宽度、底质因子、流量等参数，有效定量模拟水流的不同情况，力量实现有效参数估算、经流计算、有效洪水分析、底比重梯度估算等功能。

最小生态需水量估算也是水文学领域的一个核心，主要基于对水动力学特性和生态系统要求指标（水位、溶解氧、温度、浊度）来估算。

模型估算时，还需要考虑相应的气候背景、水体物质流变条件以及环境要求等影响因素。

3. 方法河道水力学模型及最小生态需水量估算，主要采用数据同化（Data Assimilation）、数据建模（Data Modelling ）、模型预测（Model predicting）等方法，将相关参数转换成数据，采用GIS（地理信息系统）和RS（遥感技术）有效获取底质、河宽、深度参数，并模拟水体淹没和底质流动等情况。

最小生态需水量需要根据水文学和水质学两大学科来估算，并结合其他监测数据，借助数据同化、模型数据诊断等方法，推断出最小生态需水量以及其他水质参数，为景观生态工程和河流环境恢复提供参考指标。

4. 结论河道水力学模型与最小生态需水量估算是水文学和水质学方面的关键模型，它们在河流科学保护和管理，水资源利用及水环境保护方面都具有重要意义，因此，加强对河道水力学模型及最小生态需水量估算的研究和改进，可以为河流水系可持续管理提供有效支持。

河流水质模型06

' ' W P1QZ1 P1 QZ 0
李光炽
水质模型
根据相关矩阵P，我们可以找出与河段有正相关和负相关的节点，从而可根据各河段的水质模型来计算整个河网系统的浓度变化。同时亦能估计河网中各河段之间的相互作用。从上面的讨论知，河网水质模型实际上是河段水质模型的推广。
李光炽
水质模型
式中，f0(x)是外节点x处污染物的浓度(已知量)，Q是河段流量
李光炽
水质模型
河段流量Q 有如下关系式：
对于某污染物 ( f ) 是f(x)的一个已知函数，根据上述递归函数的一般形式，分别写出BOD5、 NH3－N和溶解氧亏的递归函数：
李光炽
水质模型
当x n1 L0 ( x) 1 L( x) [QV1 ( x ) aV1 ( x ) L( K (V1 ( x))) QV1 ( x ) QV2 ( x ) QVv ( x ) ( x ) Q 否则 Vv ( x ) ( x ) aVv ( x ) ( x ) L ( K (Vv ( x ) ( x )))]
K 5 LN 0 K4 ( K 5 K 3 ) t K 2t (e e ) (OS )(1 e K 2t ) K5 K3 K2 K2
李光炽
水质模型
式中 LC 0、 LN 0 － BOD5和氨氮的初始浓度， mg/L； K5 ― 氨氮的氧化速率常数，1/d。各河段的水质模型在河网中的表达式为：
李光炽
q
水质模型
Q1 Q 2 Q Qm
流量矩阵
李光炽
水质模型
河网水质平衡方程可表示为：
式中，n2维向量 W 表示内节点废水中污染物负荷；m维向量 Z 1 则表示为进入内节点河段末端同一污染物浓度，m维向量 Z 0 是流出内节点河段起始端污染物的浓度；Q是流量矩阵，形式同上。

福州内河水环境问题及综合治理建议

7 7 7 河道项目范围氨氮均值超标率范围 2345 均值超标率范围 :34;< 均值超标率
对内河水质监测表明，氨氮、五日生化需氧量、高锰酸盐指数、溶解氧、 -. 是福州城区内河的主要污染项目，它们的污染负荷占全市内河的 /%0 以上， $%%1 年福州城区内河主要有机污染指标 2345 和氨氮年均值超过 ’ 类标准。表 " 为 "//5 6 $%%1 年福州城区内河主要污染物监测统计。
［ !］
引水冲污工程的实施，改变了内河原有的水动力条件，冲污区内流量加大、流速提高、水位升高，比较好地改善了内河水环境。但是目前的引水冲污工程设计对内河水流、污染物运动规律认识不足，只笼统地计算整个内河的污水来量，再推算所许冲污量，没有考虑各个河道水流、污染物的运动状况，导致河道冲污效果不平衡，部分河道水污染比较严重。 $8 !7 “三产” 业的快速发展，导致排污量增多随着福州市产业结构的调整，第三产业的企业逐年递增。在第三产业中，环境问题最多、污染最严重、对居民影响最为直接的是其中的饮食、娱乐、服务行业。据不完全统计，福州市目前餐饮、宾馆就有数千家。 “三产” 行业的污染特点是 :34 浓度高，动植物油含量大，粘性大，易造成下水道堵塞；行业特点是面广量大、规模小、短期行为多、难于管理，所产生的污水对福州市的水环境造成了严重污染。 $8 17 自净化能力减弱城市自然生态系统对污染的自我净化能力减弱。福州市建筑和交通的发展，使城市不透水面积比越来越大，绿地面积及自然地面积迅速减少。随着城市建成区不断扩大，下垫面的变化大大改变了城市的水文特征。不透水面积比增加，不仅如此，更重要的是减少了城市绿地对污染物的净化作用，减少了地下水的补给和土壤对污水的净化作用。

水质数学模型

国内水模型发展概括
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国内外水质数学模型的发展历程
世界上有代表性的水质模型软件汇总表
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国内外水质数学模型的热点问题
背景
我国的水质模型发展在1972年由官厅水库事件才引起了对水污染问题的重视.经过30 多年的努力,针对主要水系、海湾、湖泊以及重点水利工程，在①水动力与水质模型相接合,模型空间维数与状态变量不断增加 ②数值计算方法的多样化③地理信息系统的融入（GIS用于资源管理、环境监测、环境评价、灾害评估、区域流域环境规划等众多领域 .） ④对国外水质模型进行二次开发方面取得巨大进步。然而经过80余年的努力,水质数学模型在基础研究和应用研究两个方面获得了极大进展,但其发展和应用过程中还存在不少问题。
1960-1965年（发展阶段）
1970-1975年（发展阶段）
最近30年中（发展阶段）
随着改进的二维、三维河流、河口和湖泊（水库）模型的发展，水力学和水质间的藕合越来越引起科学研究工作者的重视。目前，包括各种变量的更综合的水质模型正在研究中，三维的和二维的水质模型仍处于发展阶段。
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水质污染图
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国内外水质数学模型的热点问题
定水质数学模型现存的问题
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国内外水质数学模型的热点问题
热点问题
当前环境问题已成为科学热点的问题,而21世纪面临的前瞻迫切性环境水质化学难题已成为全球热点问题。现以黄河典型河段水量水质为对象开展水质数学模型研究进行调配方案。
B
C
根据模型表达式对应的空间结构，可以分为零维（不含空间变量）、一维、二维、三维及高维模型。

《水环境数学模型》课件

VS
数据处理的挑战
水环境系统的数据通常具有高度的复杂性和不确定性，需要进行大量的数据处理和分析工作。这需要专业的数据处理和分析技能，增加了数据处理的难度和成本。
模型验证和校准
模型验证的挑战
验证水环境数学模型的准确性和可靠性是一个具有挑战性的任务。需要大量的实验和观测数据来验证模型的准确性和可靠性，增加了验证的难度和成本。
详细描述
通过建立水量模型，可以预测降雨、蒸发等自然因素和人类活动对水量的影响，有助于水资源管理和防洪减灾。
水动力模拟
总结词
水动力模拟是水环境数学模型的一个重要应用，用于模拟水体的流动和动力过程。
详细描述
通过建立水动力模型，可以模拟水流的速度、方向、波高等参数，有助于了解水体的流动规律和变化趋势。
水环境数学模型
目录
• 引言 • 水环境数学模型的基本原理 • 水环境数学模型的应用 • 水环境数学模型的发展趋势和挑
战 • 结论
01
引言
目的和背景
目的
水环境数学模型是用来描述水体中各种物理、化学和生物过程的数学工具，其目的是预测水环境的变化，为环境保护和治理提供科学依据。
背景
随着人类活动的不断增加，水环境面临着越来越大的压力。为了更好地保护和治理水环境，需要深入研究水环境的各种过程和影响因素，而数学模型是进行这种研究的有效手段之一。
模型，这增加了模型的复杂性和计算成本。
03
多过程模拟的挑战
水环境系统涉及多种物理、化学和生物过程，如水流、扩散、化学反应
、生物降解等。为了准确模拟这些过程，需要建立更为复杂的数学模型
，这增加了模型的复杂性和计算成本。
数据获取和处理

供水系统水力模型的自动构建与精确拟合研究

供水系统水力模型的自动构建与精确拟合研究随着城市发展和人口增长，供水系统的规模不断扩大，对于供水系统的水力特性进行准确模拟和预测变得至关重要。

为了实现供水系统的高效运行和管理，水力模型的自动构建和精确拟合成为研究的重点。

本文将探讨如何利用现有的数据和技术来实现供水系统水力模型的自动构建与精确拟合。

首先，水力模型的自动构建需要大量的供水系统数据作为基础。

包括供水系统的地理信息数据、管网数据、水质数据等多种类型的数据。

这些数据可以通过现有的信息系统、地理信息系统和传感器网络等手段进行收集和整合。

利用机器学习和数据挖掘等技术，可以对数据进行预处理和分析，提取出供水系统的关键参数，为模型的构建和拟合提供基础。

其次，水力模型的自动构建需要选择合适的建模方法和算法。

常用的建模方法包括基于物理原理的模型和基于统计的模型。

基于物理原理的模型基于供水系统的水力学原理，通过方程组来描述供水系统的水力特性。

基于统计的模型则通过分析供水系统历史数据，建立统计模型，根据统计关系来预测供水系统的水力特性。

在选择建模方法时，需要综合考虑数据的可获得性、模型的精度和建模的复杂度等因素。

接着，水力模型的精确拟合需要通过参数估计和模型校正等方法来实现。

参数估计是通过使用已知的数据和建模方法，确定模型中的未知参数的数值。

常用的参数估计方法包括最小二乘法、最大似然估计等。

模型校正是根据实际的供水系统运行情况，对模型进行调整和改进，以使模型更加准确地描述供水系统的水力特性。

模型校正可以利用实测数据进行验证和调整，也可以利用实际操作数据进行优化。

最后，水力模型的自动构建与精确拟合需要利用计算机软件和工具来实现。

目前市场上有许多供水系统模拟软件，如EPANET、WaterCAD等。

这些软件可以辅助进行供水系统水力模型的自动构建和精确拟合。

通过这些软件，可以输入供水系统的数据，选择合适的建模方法和算法，进行参数估计和模型校正，得到一个精确的水力模型。

长乐市防洪排涝规划中MIKE11模型参数率定分析

com puting, high precision and strong reliability. It can easily and flexibly sim ulate and analyze com plex river netw ork flow, sim ulation gate,w aterpum p and otherhydraulic structuresand otheroperationalscheduling.Taking the exam ple ofthe hydraulic calculation offlood controland drainage in C hangle,the analysis ofthe param eters ofM IK E 11 m odelis carried out.The results show that the survey point sim ulates the m axim um flood level and the backw ater tim e is basically consistent w ith the survey results, indicating that the m odel param eters have been basically consistent w ith the actual situation. The m odel and its param eters can be used to calculus and analysis for controlthe flood controlsystem under differentscenarios in other planning partitions.
Shen M ingxing 渊 H ohaiU niversity D esign and R esearch Institute Lim ited N anjing 210098,Jiangsu冤

浅析城市内河补水水源点方案选择r——以福州市台江区内河为例

浅析城市内河补水水源点方案选择r——以福州市台江区内河为例俞立珊【摘要】福州市台江区打铁港、达道河和瀛洲河,河水动力交换条件差,且三条河两岸皆是建成区,排放的污水长期在河道内回荡,厌氧发臭,水体污染严重.根据实际情况,采用截污及生态补水方式进行处理,使其水质达到不黑不臭标准.从三条内河现状、存在问题以及现状河道水质进行详细分析,并通过补水水源点的选择及对应的水质、方案优缺点、工程经济技术等方面进行论证,确定补水水源点的选择,为类似城市进行内河整治提供了相关参考.【期刊名称】《武夷学院学报》【年(卷),期】2016(035)006【总页数】6页(P70-75)【关键词】内河整治;补水水源点;水质分析【作者】俞立珊【作者单位】福州市水环境建设开发有限公司, 福建福州 350001【正文语种】中文【中图分类】TU991.111998年8月福建省福州市大腹山内河引水冲污工程建成投入运行及实施新西河引水以来，市区内湖前河、新西河、白马河、西湖、东西河、铜盘河、琼东河、晋安河中下游、光明港等21条内河黑臭基本消除，极大改善了内河水环境，主要内河水质基本达到地表水Ⅴ类标准，恢复了内河景观。

但由于河网自然水力条件因素影响，晋安河和琼东河的河水直接流向光明港入闽江，福州市台江区辖区内的三条内河——打铁港、达道河和瀛洲河得不到上游生态补水。

现状打铁港、达道河和瀛洲河水动力交换条件差，三条河两岸皆是建成区，排放的污水长期在河道内回荡，厌氧发臭，水体污染严重。

瀛洲河因上游连接光明港，下游临近闽江旅游景区游船码头，属于环境敏感区域，为了保持较好的闽江水质，应通过两岸彻底截污和河道清淤改善河道水质。

打铁港和达道河，目前要彻底进行截污将会产生大范围的拆迁，截污管道建设短时间难以实现，现阶段需采取生态补水的方式进行整治，通过内河生态补水，加强水循环，改善内河水环境和水生态，消除水体黑臭。

生态补水水源点方案的选择和论证显得十分必要。

河网水动力模型及水质模拟研究展望

2.2 单元划分模型
在大型复杂河网计算中，尤其在湖泊、水库较多的情况下，单元划分模型更具优点,其基本思想[15]是:将水力特性相似、水位变化不大的某一片水体概化为一个单元,单元间流量交换的媒介是连接河道,其本身无调蓄作用。假定单元间存在两种连接方式：在无水工建筑物或障碍物(不存在局部水头损失)的情况下认为是河型连接；堰型连接存在局部水头损失,又可分为自由出流和淹没出流两种形式。单元划分模型的主要控制方程为，对任意单元 i 建立时段( n∆t , (n + 1)∆t )内
取单元几何中心的水位为单元代表水位,给出水位与水面面积关系。将计算河网分解为一定数量的单元,再进行分组,然后确定各单元间的连接类型。对每个单元给出微分形式的质量平衡方程,经有限差分法离散后得到以单元水位为基本未知量的方程组,进而求解各单元的代表水位和单元间流量。
2.3 混合模型
姚琪等人认为,运河河网地区地势平坦,区内无长大的天然河流；大多数河流坡降平缓,流量很小；农灌渠道不计其数,再加上泵站、水闸、船闸等水利控制工程,使河网的水力学描述更加复杂,因而在建模工作中完全如实地模拟如此庞大复杂的水系几乎是不可能的。节点-河道模型和单元划分模型都不能很好地适应运河水网的特性,前者失之过繁,后者失之过简。将节点-河道模型和单元划分模型中与平原河网特性相适应的优点综合起来,并避免其不相适应的缺点,构成新的数学模型,即混合模型。建立混合模型的基本思想 [16] 是 : 将平原河网的水域区分为骨干河道和成片水域两类,对骨干河道采用节点-河道模型；对成片水域采用单元划分的方法将其划分为单元,再引入当量河宽的概念,把成片水域的调蓄作用概化为骨干河道的滩地,将其纳入节点-河道模型一并计算。
3

福州市产汇流特性模拟研究

1 基金项目：重大气象水文灾害调查和单一险种的危险性评估(2008BAK50B02-03)；国家自然科学基金重点项目 (50739002) 作者简介：李帅杰（1984-），男，河南登封人，博士生，从事水灾害与水安全研究。E-mail:lishuaijie2006@
城市雨洪产流是指降雨在城区地表扣除植物截蓄、下渗、填洼等损失之后形成净雨的过程，净雨量的计算称为产流计算。城市地表包括透水和不透水两种下垫面类型，计算在其上形成的净雨量时需要考虑的雨损形式不尽相同，计算方法存在着较大的差别。城市不透水覆面上的产流计算需要考虑蒸发、洼蓄、截蓄等造成的降雨损失，降雨量扣除上述形式的雨损量即可得到区域内的净雨量；在计算城市透水覆面上的产流量时除需要考虑蒸发、洼蓄、截蓄等形式的雨量损失之外，还要考虑因下渗损失的雨量。目前应用较为广泛的透水地面产流计算方法包括径流系数法、NAM 模型、SCS 曲线法、Green-Ampt 法、超渗产流法、蓄满产流法等。径流系数法根据统计资料确定降雨-径流之间的经验性关系，不能反映包气带蓄水量变化对产流过程的影响，计算精度不高。NAM 模型将流域下垫面分为融雪水库、地表水库、浅层水库和地下水库等 4 层蓄水体，可模拟降雨量在 4 层蓄水体间的转换。SCS 模型可以考虑包括土壤类型、土地利用方式、地面坡度及前期土壤含水量等因素对降雨产流量的影响，当前在城市水文模拟研究当中应用较多。 Green-Ampt 入渗模型的参数具有明确的物理意义，利用该方法可精确计算降雨过程中的入渗地下的水量，降雨量扣除入渗量便可得到区域上的产流量，计算结果精度高。超渗产流理论认为产流形成的条件是：①降雨强度大于地面下渗容量；②包气带土壤含水量达到田间持水量。使用该理论进行产流计算时，先要根据降雨强度和下渗曲线计算降雨入渗量，再由降雨量扣除入渗量得到区域上的产流量。蓄满产流法中最具代表性的是赵人俊等提出的蓄满产流模型 [2]，该模型提出了蓄水容量曲线概念来刻画包气带蓄满面积与未蓄满面积间的比例关系，根据流域降雨量、蓄水容量曲线、初始蓄水量和雨期蒸散发强度便可求得流域产流量。 1.2 城市雨洪汇流计算方法净雨在其形成之后沿地面和地下汇入城市河网和雨水管道，并经河网和管道汇集之后排出城区的过程称为城市雨洪汇流。根据对“降雨-径流”过程概化的差异性，城市地面汇流演算方法主要分为水文学方法和水力学方法。水文学方法把汇水流域当作黑箱或灰箱系统通过建立流域水量输入与流域出口处径流输出间的经验关系进行汇流演算，常用的计算方法包括推理公式法、等流时线法、瞬时单位线法和非线性水库法[3]。随着计算机及数值计算技术的进步，城市洪水演算的水动力学方法得以迅速的发展。水力学方法基于水流运动的物理规律，采用数值算法求解水流控制方程，可得出详尽的洪水演进过程，为城市洪水管理提供淹没水深、流速、淹没历时、淹没范围等信息。当前，水力学模型已经有许多成功的应用，如，Mark 等[4]采用隐式差分法求解圣维南方程组，建立了城市街道与地下管网联动的一维水动力学模型，成功的模拟了地表一维非恒定流过程。Schmitt 等[5]采用有限体积法求解浅水波方程组，用于模拟城市暴雨地表二维非恒定流过程，得出了较好的计算结果。国内，程晓陶[6]、仇劲卫[7]、张新华[8]等学者也分别对城市地表二维非恒定流过程进行模拟，并取得了较好的计算精度。本研究采用中国水利水电科学研究院开发的城市洪水模拟技术建立福州市雨洪仿真模型，中国水利水电科学研究院自主研发的城市洪水模型是经过多年的研究并在实践应用中得以不断改进的比较成熟的模型。模型早期为矩形网格建模 [9]，采用有限差分法求解二维浅水波方程，引入建筑物密集度参数以反映城区建筑物密集对洪涝过程的影响。1994 年对复杂地形具有较好适应性的无结构不规则网格建模技术被引入到模型体系之中，到今天经过十多年的应用改进，模型对城市地面和河道雨洪过程的模拟已具有较高的精度和可靠性[7,10]。

水环境数学模型-第五章-河流水质模型

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 ൅ ܵ
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（5-29）
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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

河网水力数值模拟的追赶法模型的应用

河网水力数值模拟的追赶法模型的应用
赖良魁
【期刊名称】《水文》
【年(卷),期】2001(021)0z1
【摘要】以Saint-Venant方程组为基础,介绍了按Preissmann加权四点隐式格式进行离散得线性代数方程组的追赶法模型,在汀江上杭河段洪水演算中应用,获得了令人满意的成果.该算法简单明了,易编通用程序,而且计算的舍入误差小和数值稳定性好,可有较好的开发应用前景.
【总页数】4页(P17-20)
【作者】赖良魁
【作者单位】福建省龙岩水文水资源勘测分局,福建,龙岩,364000
【正文语种】中文
【中图分类】P333.2
【相关文献】
1.河网水力数值模拟的追赶法模型的应用 [J], 赖良魁
2.改进的随机聚点搜索算法在河网水力学模型糙率反演优化中的应用 [J], 杜艳艳;王伟
3.河网水力数值模拟的松弛迭代法及水位的可视化显示 [J], 徐小明;张静怡;丁健;汪德爟
4.感潮河网水量水质模型及其数值模拟 [J], 徐贵泉;宋德蕃;黄士力;褚君达;徐惠慈
5.水力驱动作用下的地貌演变数值模拟Ⅱ.模型应用 [J], 冉启华;傅旭东;王光谦
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