一维水量水质模型
一维水质模型对河流污染物扩散的简单模拟
水是人类生命之源，同时也是关系到国计民生的重要资源。合理进行水环境规划 管理、水污染综合防治是环境工作者的重要任务之一，水质数学模型（简称水质 模型）是水环境污染治理规划决策分析中不可缺少的重要工具。
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。研究水质模型的目的， 主要是为了描述污染物在水体中的迁移转化规律，为水环境保护服务。它可用于 水质模拟和水质评价，进行水质预报和预警预测，制订污染物排放标准和水质规 划，是水污染防治的重要工具。
三、结束语
成本控制工作不仅要从技术下功夫，更要建立以项目经理为主的统一领导的机 制。作为项目经理，首先要全面了解、掌握各专业的工序、设计的要求。由专人 统一指挥，解决各施工班组的协调工作，这样才有可能保证施工的每一个环节实 施成本最低化且有序到位，达到可能实现最低目标成本的要求。
收稿日期：2009-07-14
（五）质量管理
项目成本与其产品的质量水平存在着密切的相互依存关系。在施工过程中努力寻 找各种降低成本、提高工效的新工艺、新技术、新材料。严把质量关，减少返工 浪费。在施工中严格做到：按图施工，按合同施工，按规范施工，严把质量关， 减少返工造成人工和材料的浪费；控制间接费及其它直接费；精简管理机构，减 少管理层次，节约施工管理费。
HENAN
□常建中（郑州水文水资源勘测局） 摘
要：利用一维水质数学模型模拟污染物扩散情况，以此进行水质预报和预警预 测，制订污染物排放标准和水质规划，有效
文中一维水质模型用LW-Lim进行离散，然后借助二维水质模拟软件，考虑一维 扩散条件下进行数值计算，揭示污地防治水污染。
染物扩散趋势和影响范围。
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。
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：∂∂∂∂Q x B Ztq W += (1) 023/422=+-++RQ u n g x Au 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。
2 一维水质模型的建立及求解
Ａ ｘ ｅ
一 ｕ ａ ｔ ） 十七几 。 炙 ， 一 ， 尸 ＋ Ｋ ， ａ ｔ ）
， ．， 五 ａ ｔ
Ａｘ ＇ ２ Ａ ｘ ＇ （ ５ － １ ０ ｂ ）
＝ ａ Ｃ 二 ： ＋ 那夕 十 厂ｌ ＋ ，
式中
“ ＝吸 —
， ｕ ａ ｔ ａ ｔ Ｅ，
＋ ８ Ｃ Ｑ 一 与（ Ｅ ， 十 Ｅ ， 十 Ｅ ， ） 与＋ Ｔ Ｓ ， Ａ
８ ｘ 一 ” － 一８ ｘ －一 式
￣ ，
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ｌ＋１ 中
Ｃ 式
ａ＝Ｌ 甲 ， － ， １ △ｘ｀
， Ａ ｔ Ｅ，
ｕ Ａ ｔ 一Ｌ － ） ６ ＝（
△尤
Ｙ＝ ｌ １ 一—
稳定性条件：
一 一 一 一
ａ Ｃ 二 ： 十 床一 二 １ 十 厂尸
＿Ｅ 山
△工‘
一， ＆ ， Ａ ｔ ）
ｕ Ａ ｔ Ｅ Ａ ｔ ，
然河流，常采用下列方程：
丝＝ Ｋ ， （ Ｏ ｝ － Ｏ ） 一 Ｋ ， Ｄ ｄ ｔ
水中溶解氧的饱和浓度与水温有关，可用下列经验公式计算， ｓ Ｏ
４ ６ ８
（ ５ －７ ）
式中， ０为水中溶解氧 （ Ｄ Ｏ ） 浓度； Ｏ ： 为水中溶解氧的饱和浓度； Ｄ ＝ Ｏ ， － Ｏ 为溶解氧饱和差，即氧亏；Ｋ ２ 为复 氧系数。
乃 刀
ａ ｋ － ２
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十
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＝ ９ １ 一 ｌ ｗ Ｗ １ Ｃ Ｚ ｎ ｆ ｌ
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对于ｉ ＝ ２ ， ・ 一 ， ｋ 一 １
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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)023/422=+-++RQ u n g x Au 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 AKAC 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。
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。
Chapter.04.3.水质模型
L＝
(0.4 50 0.6 0) 50 0.1
2463（米）
(0.058 1.2 0.0065 50) 9.81.2 0.0009
2019/6/18
19
河流的一维模型
可根据河流水流特点分两种情况，即不 考虑弥散作用和考虑弥散作用。
2019/6/18
20
河流的一维模型 [考虑弥散的一维稳态模型]
2019/6/18
15
适用1 适用2
一维模型适用的两种条件
污水注入点
完全混合点
背景段
混合段
均匀混合段
L
混合段总长度
E
CPQP QP
背景段
均匀混合段
2019/6/18
既是污水注入点，也是完全混合点
瞬间完全混合
C0
CEQE QE
CPQP QP
16
点源一维模型的应用条件
2019/6/18
8
稳态条件下基本模型的解析解
• 什么是稳态？ 在环境介质处于稳定流动状态和污染
源连续稳定排放的条件下，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定。
参看P119+120
2019/6/18
9
1、零维模型
• 零维是一种理想状态，把所研究的 水体如一条河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，立即完全均匀的分散到这个 体系中，污染物的浓度不会随时间 的变化而变化。
2、一维模型
适用于符合一维动力学降解规 律的一般污染物，如氰、酚、有机 毒物、重金属、BOD、COD等单项指 标的污染物。
2019/6/18
第三章 第四节_水质模型
V－ 湖泊容积 m3
λP —磷的沉降速率常数 d-1
t —河水入湖时间 d于一种有机物，仅仅看它的毒性是不够的，还必须考察它进入环境分解为无害 物的速度快慢如何。因此研究水环境中各种有机毒物的预测模型十分重要。
这种模型主要研究化合物的各种迁移转化过程的机理，并且特别着重动力学的研 究。如图所示，可以把图中这些迁移转化过程归纳为如下几个过程：
描述环境污染物在水中的运动和迁移转化规律，为水 资源保护服务。它可用于实现水质模拟和评价，进行水质 预报和预测，制订污染物排放标准和水质规划以及进行水 域的水质管理等，是实现水污染控制的有力工具。
2
水质模型的类型
1、从空间维数上分 零维、一维、二维和三维模型
2、是否含有时间变量（上游来水和排污随时间的变化情况） 可分为动态和稳态模型
水质模型的应用：
过程模拟、水环境质量评价、环境行为预测、水生 生物污染分析、水资源科学管理规划、水环境保护
4
水质模型的发展阶段
1925-1960，S—P模型，BOD—DO耦合模型
（简单的氧平衡模型阶段）
1960—1965，新发展，引进空间变量，动力学系数、
温度
（形态模型阶段）
1965—1970，光合作用、藻类的呼吸作用，沉降，悬 浮，计算机的应用
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。
6
（1）零维水质模型（完全混合模型）
零维是一种理想状态，把所研究的水体如一条河或一 个水库看成一个完整的体系，当污染物进入这个体系 后，立即完全均匀地分散到这个体系中，污染物的浓 度不会随时间的变化而变化。
河流纳污能力计算 一维模型
河流纳污能力计算对宽深比不大的河流, 污染物质在较短的时间内, 基本上能在断面内均匀混合。
污染物浓度在断面上横向变化不大, 可用一维水质模型模拟污染物沿河流纵向的迁移问题。
污染源集中概化点的位置确定在污染源比较集中的地方,一般情况下, 污染源比较分散, 可认为这个点在河段的1 /2处。
值得注意的是,对于有较大支流汇入的河段,计算更为复杂,要考虑到汇入支流的水质水量情况, 计算公式要调整。
污染源中断面概化得纳污能力计算公式:W=(Cs/exp(-kL/u)一C0exp(-kL/2u))*Q式中:W一纳污能力，g/s;Cs一规划河段水质标准，mg/L;C。
一河段上游来水水质，mg/L;Q一功能区段设计流量，m3/s;u一河段平均设计流速，km/d;k一污染物衰减系数，d-1;L一功能区段长，km。
利用水质模型进行纳污能力计算时，将污染物在水环境中的物理降解、化学降解和生物降解概化为综合衰减系数。
考虑到综合衰减系数对纳污能力计算结果影响很大。
可采用以下方法进行CODcr和HN3一综合衰减系数的测定。
选取河道顺直、水流稳定、中间无支流汇入、无排污口的河段，分别在河段上游A(点)和下游B(点)布设采样点，监测污染物浓度值，并同时测验水文参数以确定断面平均流速。
综合衰减系数(K)按下式计算:K=u/Δx*lnC A/C B式中，u为断面平均流速，m/s;Δx为上下断面之间距离，m;C A为上断面污染物浓度，mg/L;C B为下断面污染物浓度，mg/L。
根据上述各设计条件和参数对纳污能力计算的影响分析,在实际计算中应注意选择合适的设计条件和参数。
a) 污染源概化选择。
在实际计算中, 采用哪一种概化要根据其实际的排污口的位置分布和污染负荷分布做出合适的选择,对于污染源分布比较均匀的河段可采用均匀概化或集中点为中点的集中点概化;对于污染源比较集中的河段可采用集中点概化,集中点要根据集中排放的位置来确定。
b) 设计流量和流速的确定。
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：∂∂∂∂Q x B Ztq W += (1) 023/422=+-++RQ u n g x Au 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。
有限时段源一维水质模型的求解及其简化条件
— 397 —
有限时段源一维水质模型的求解及其简化条件
武周虎用一维移ຫໍສະໝຸດ 离散水质模型方程 ：∂ C + u ∂ C = D ∂2C - KC x ∂t ∂x ∂x 2
［2］
式中： C 为污染物的浓度，单位为 mg/L ； u 为平均流速； D x 为纵向离散系数； K 为污染物的降解速率 系数； t 为从开始排放计算的扩散历时 （时间） 。除浓度外，其它变量和参数均采用 m-s 单位制。 求解条件为： C |t=0，对一切 x =0 ， C |0＜ tɤ t0， x=0 = C 0 ， C |t＞ t0， x=0 =0 ， C |t＞ 0， x=ʃL =0 ，其中 L 足够大。
求二阶偏导数，代入式 （2） 整理得到： 求解条件相应变为： V |t=0，对一切 x =0 ， V 2.2 拉普拉斯变换及求解
其 次 ， 进 行 第 二 次 变 量 替 换 ， 令 Q ( t， x ) = e -K ᶄtV ( t， x )， 给 变 换 式 两 边 对 t 求 一 阶 偏 导 数 ， 对 x
式两边分别对 t 和 x 求一阶偏导数，再对 x 求二阶偏导数，代入式 （1） 整理得到：
（2）
2 其中： K ′ = K + u 。求解条件相应变为： Q |t=0，对一切 x =0 ， Q |0＜ tɤ t0， x=0 = C 0 ， Q | t＞ t0， x=0 =0 ， Q |t＞ 0， x=ʃL =0 。 4D x
［2-3］
和文献报道
［4-6］
中，仅给出了瞬时源
［7-8］
模型的解析解、稳态源模型的解析解和连续源模型浓度分布的积分形式。武周虎等
［9］
在间隙性排放
源条件下，给出了一维移流离散水质模型的解析解，适用于周期性间隙排放情况下沿程污染物浓度 分布的计算；彭应登等 给出的有限时段源 （连续源） 浓度积分公式被积函数中变量 t 未改为一系列瞬 时源到计算时间的扩散历时 （t- τ） ，错误的对变量 t 求积分，因此，无法据此获得正确结果。 本文在等强度有限时段源条件下，从一维移流离散水质模型方程出发，采用变量替换和拉普拉
..水质模型
BOD-DO耦合模型（S-P模型）
2019/8/13
S-P模型的建立基于三项假设：
（1）河流中的BOD衰减反应和溶解氧的复氧 都是一级反应；
（2）反应速度是恒定的；
（3）河流中的耗氧只是BOD衰减反应引起的 ，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。 BOD的衰减反应速率与河水中溶解氧(DO)的 减少速率相同，复氧速率与河水中的亏氧 量 D 成正比。 见word文件。
L＝
(0.4 50 0.6 0) 50 0.1
2463（米）
(0.058 1.2 0.0065 50) 9.81.2 0.0009
2019/8/13
18
河流的一维模型
可根据河流水流特点分两种情况，即不 考虑弥散作用和考虑弥散作用。
2019/8/13
19
河流的一维模型 [考虑弥散的一维稳态模型]
21
例题3：河流的一维模型 P135 5
• 一个改扩工程拟向河流排放废水，废水量为 0.15 m3/s，苯酚浓度为30mg/L,河流流量为 5.5 m3/s，流速为0.3 m/s，苯酚背景浓度 为0.5mg/L，苯酚的降解系数k＝0.2/d，纵 向弥散系数D为10 m2/s。求排放点下游10km 处的苯酚浓度。
答案：考虑弥散作用，1.19mg/L; 忽略弥散作用，1.19mg/L。
可以看出，在稳态条件下，忽略弥散系数与考 虑弥散系数的差异很小，常可以忽略。
2019/8/13
22
总结
在利用数学模式预测河流水质时， 充分混合段可以采用一维模式或零维模 式预测断面平均水质；混合过程段需采 用二维模式进行预测。
2019/8/13
9
河流零维模型的应用条件
对于较浅、较窄的河流，如果不考虑 污染物的降解项时，当满足符合下面两个 条件之一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。
河流水环境容量一维计算模型分析
河流水环境容量一维计算模型分析作者：陈明来源：《科技创新与应用》2015年第27期摘要：在一定水文设计条件和水质目标前提下，根据一维河流水质模型理论，探讨不同控制断面和排污口位置下的河流水环境容量的计算方法。
在计算水环境容量时，对于长度较短的河段，排污口均匀概化和中点概化差异不大；对于长度较长的河段，排污口均匀概化比中点概化更接近实际情况。
段首法最为严格，适于经济发达地区、水源地或旨在改善水质的区域；段尾法次之；功能区末端控制法要求达到的环境目标值更低。
关键词：水环境容量；排污口概化；段首控制法；段尾控制法水环境容量是指某一水环境单元在特定的环境目标下所能容纳污染物的量，也就是环境单元依靠自身特性使本身功能不至于破坏的前提下能够允许容纳的污染物的量[1]。
其大小与水环境功能目标、水体特征、污染物特性及排污方式相关。
通常以单位时间（如：一年）内水体所能承受的污染物排放总量表示。
水环境容量也可称为水域的纳污能力。
1 计算流程在计算水环境容量时一般按以下流程：（1）调查收集水环境功能区的基本资料并分析整理；（2）调查分析水环境功能区的水质状况；（3）调查分析沿河排污口的位置分布、排污负荷等具体情况；（4）调查水环境功能区水文参数；（5）确定水体的水质目标；（6）选用适当的计算模型，计算水域的环境容量；（7）分析、验证计算结果的合理性。
2 计算模型根据所采用的水质数学模型维数的不同，水环境容量计算模型可分为零维模型、一维模型和二维模型。
其中零维模型主要适用于污染物均匀混合的小型河流及河网流域；一维模型主要适用于河道宽深比不大，在较短时间内污染物质能在横断面上均匀混合的中小型河流；二维模型主要适用于河道宽度较大，河流横向距离显著大于垂向距离，在横断面上污染物分布不均匀的河流，或者宽度虽然不大，但是存在如鱼类的洄游通道等特殊功能需求的河流。
以下将重点讨论河流非持久性污染物的一维水环境容量计算模型。
一维稳态水质模型：式中C1为排污口废水浓度，mg/L；q为废水量，m3/s；C0为上游河水浓度，mg/L；Q0为流量，m3/s；K为水质降解系数，1/d；x为距排污口的距离，m；u为流速，m/s。
关于一维模型水环境容量计算方法参数详细介绍
关于一维模型水环境容量计算方法参数详细介绍一维模型0s 31.54*(*exp(-*/86400/))*()i j W C K x u C Q Q =-+式中：W ——排污口允许排放量，t/a ；C 0——初始浓度值，mg/L ；C s ——水质目标浓度，mg/L ；Q i ——河道节点后流量，m3/s ；Q j ——第i 节点处废水入河量，m3/s ；u ——第i 个河段的设计流速，m/s ；x ——计算点到节点的距离，m 。
目录1设计流量的选择 ...................................... 1 2设计流速 ............................................ 3 3湖库设计库容和感潮河段设计槽蓄量 .................... 5 4初始浓度值C 0的确定 .................................. 6 5水质目标C s 值的确定 .................................. 6 6 综合衰减系数的确定 . (6)1 设计流量的选择总体上，各水功能区所在的河段均选择最近10年最枯月平均流量（水量）或90％保证率最枯月平均流量（水量）作为设计流量（水量）。
原则上，优先采用近10年最枯月平均流量。
对于近年来已撤销的水文站，将采用90％保证率最枯月流量为设计流量。
有常规水文控制站的河段直接采用水文部门提供的有关数据，没有水文控制站的河段通过水文学方法产生。
（1）直接有流量控制站的控制单元对于这类控制单元，直接引用由广东省水文局提供的各水文站的90％保证率最枯月或近十年最枯月流量资料。
（2）邻近有流量控制站，且降雨量和自然条件相差不大当某计算单元的上游或下游附近有水文控制站时，将邻近计算单元（参证计算单元）的设计流量，乘以集雨面积比，换算到本计算单元，换算公式为：Q Q A A s j cz s j cz =⋅ (5-1a)式中，Q sj 为本计算单元的流量，Q cz 为参证计算单元的流量，Asj 为本单元的集雨面积，A cz 为参证单元的集雨面积。
一维水质模型的适用条件
（6）污染源的简化：
分排放形式简化和排放规律简化二类； 排放形式可简化为点源和面源； 排放规律可简化为连续恒定排放和非连续恒定排放； 通常将排放规律简化为连续恒定排放； 点源位置（排放口）：排入河流两排放口间距较小时，简化为一 个排放口，其位置假定在二者之间，排放量为二者之和； (两排污口距离小于等于预测河段长度的1/20为近，两排污口距离 大于预测距离的1/5为远) 排入大湖（库）两排放口间距较小时，简化方式与上相同； 排入小湖（库）的所有排放口简化为一个，排放量为总和； 排入海湾类似。
ISE越大说明该建设项目对河流中该项水质参数的影响越大
4. 各类地面水环境水体简化和污染源简化的有关要求 （1）河流简化要求：
断面宽深比≥20，视为矩形河流； 大中河流弯曲较大（系数大于1.3）视为弯曲河流，否则简化为平 直河流； 大中河流水深变化很大且评价等级较高（例一级）视为非矩形河 流，其它简化为矩形河流； 小河可简化为矩形平直河流； 河流水文、水质有急剧变化河段，在急剧变化之处分段，分别简 化。
拟预测水质参数筛选的原则hhsppqccqcise??污染物排放指标hhsppqccqcise??ise污染物排放指标cp污染物排放浓度mglqp污水排放量m3scs污染物排放标准mglch河流上游污染物浓度mglqh河水的流量m3sise越大说明该建设项目对河流中该项水质参数的影响越大11河流简化要求
（2）对于江心洲、浅滩的简化：
三级评价：按无江心洲、浅滩简化； 二级评价：江心洲位于充分混合段，按无江心洲简化； 一级评价：江心洲较大，可分段简化；较小可不考虑； 位于混合段，可分段简化；
一维河网水质模型建立总结
拿到项目之后，首先要有一个总体的构思，依据实际工程情况拟出一个大纲，明确具体步骤，之后进行具体的操作。
步骤建立水流模型一、概化河网拿到整个模拟区域的水系、河道详细布臵图（CAD）之后，首先大致浏览一下，然后关闭不必要的图层，例如房屋、等高线等等，（关闭了哪一些图层要在word文档或者excel当中有所记录，尽量不要关闭河道图层，除非是乡村河道或者是规模较小的那些河道，不会成为概化河网中的一部分，关闭图的的两个原则就是尽量使河道变得清晰，然后不能关闭那些有用的图层，例如大的河道）尽量使整个图的河道比较明显。
图层关闭之后大致浏览整个河道布臵图，然后寻找外边缘的一条大的河道开始从外往里把主要的河道画出来。
画河道要注意：1、使用样条曲线或者多段线命令，尽量使画出来的河道线与原始河道拟合较好2、河道线的线型要粗（打开线宽），线的颜色要醒目的颜色，便于与原图层的线较好的区分开来，河道线要建立一个单独的图层。
3、选择的概化河道上要有断面，便于断面文件的制作，河道的布臵东南西北方向要均匀，在画河道线的同时，标注好每一条河道的名称，标注名称的文字顺序与该河道的流向相同，也就是说，标注的名字是从上游写向下游，在制作河网文件的时候便于河道的连接，标注名字的时候，如果有些河道只取了部分的断面，要把取了几个断面标上，如果一条河道断面很多，在图上是分段标注的，自己的文字说明上要标出来是那一条河道的哪一段，例如fangligang15，这样在寻找断面文件的时候比较方便。
概化完河道之后，要把其他所有图层都关闭，只留下概化的河道和文字标注，然后在河网外画一个矩形方框，把河网包裹住，尽量与河网中间没有太多的空隙，然后用id命令，把矩形左下角和右上角的坐标记下来。
然后把CAD导出，步骤：文件，然后输出，选择格式是(封装PS,*eps),然后将导出的图片导入到photoshop当中，改变像素，使河道在MIKE11中放大之后不会变的模糊，如何改变像素：用photoshop把图片打开之后，通过图像大小界面改变像素，要把图片颜色格式改成RGB的，否则不能转化为bmp格式，不要消除锯齿。
河流水环境容量一维计算模型分析
河流水环境容量一维计算模型分析在一定水文设计条件和水质目标前提下，根据一维河流水质模型理论，探讨不同控制断面和排污口位置下的河流水环境容量的计算方法。
在计算水环境容量时，对于长度较短的河段，排污口均匀概化和中点概化差异不大；对于长度较长的河段，排污口均匀概化比中点概化更接近实际情况。
段首法最为严格，适于经济发达地区、水源地或旨在改善水质的区域；段尾法次之；功能区末端控制法要求达到的环境目标值更低。
标签：水环境容量；排污口概化；段首控制法；段尾控制法水环境容量是指某一水环境单元在特定的环境目标下所能容纳污染物的量，也就是环境单元依靠自身特性使本身功能不至于破坏的前提下能够允许容纳的污染物的量[1]。
其大小与水环境功能目标、水体特征、污染物特性及排污方式相关。
通常以单位时间（如：一年）内水体所能承受的污染物排放总量表示。
水环境容量也可称为水域的纳污能力。
1 计算流程在计算水环境容量时一般按以下流程：（1）调查收集水环境功能区的基本资料并分析整理；（2）调查分析水环境功能区的水质状况；（3）调查分析沿河排污口的位置分布、排污负荷等具体情况；（4）调查水环境功能区水文参数；（5）确定水体的水质目标；（6）选用适当的计算模型，计算水域的环境容量；（7）分析、验证计算结果的合理性。
2 计算模型根据所采用的水质数学模型维数的不同，水环境容量计算模型可分为零维模型、一维模型和二维模型。
其中零维模型主要适用于污染物均匀混合的小型河流及河网流域；一维模型主要适用于河道宽深比不大，在较短时间内污染物质能在横断面上均匀混合的中小型河流；二维模型主要适用于河道宽度较大，河流横向距离显著大于垂向距离，在横断面上污染物分布不均匀的河流，或者宽度虽然不大，但是存在如鱼类的洄游通道等特殊功能需求的河流。
以下将重点讨论河流非持久性污染物的一维水环境容量计算模型。
一维稳态水质模型：式中C1为排污口废水浓度，mg/L；q为废水量，m3/s；C0为上游河水浓度，mg/L；Q0为流量，m3/s；K为水质降解系数，1/d；x为距排污口的距离，m；u 为流速，m/s。
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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)023/422=+-++RQ 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 hAKAC 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7.2.1 单一河道一维水量模型 （1）控制方程的离散采用四点隐式差分格式离散方程组。
如图1所示，河道被(n+1)个断面分为n 个子河段，在第i 个子河段M (i,i+1)上，对任一变量取：性化：5.01113/4213/423/42⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=++++j i j i j i j iQ R u n Q R u n g R u Q n g (7) 将式(4)-(6)代入连续方程得第i 个子河段的差分方程：i i i i i i i D Q Q Z C Z C =+-+++11 (8)式中，t x Bw C i i i ∆∆=+θ22/1，θθθi iji j i i j i j i i x q Z Z C Q Q D ∆+++--=++)()()1(11下角标i +1/2表示断面i 与断面i +1河段的均值。
按照同样的方法，可得动量方程的差分方程：i i i i i i i i i H Z F Z F Q G Q E =+-+++11 (9)式中，jii j i ii R u n x g u tx E ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆+-∆∆=+3/422/1222θθ ()ji i Bu gA F 2/12+-=ji ij i i i R u n x g u t x G 13/422/1222++⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆++∆∆=θθ())(1)(12112/1212/12/1jj i ji ji j i j i j i i i Z Z Bu gA Q Q u Q t x H ------+∆∆=+++++θθθθθ对任一河段),2,1(n i i =，可得到方程组：⎩⎨⎧=+-+=+-+++++i i i i i i i ii ii i i i i i H Z F Z F Q G Q E D Q Q Z C Z C 1111 (10) 对每一河段可列出两个线性代数方程，再加上上下游边界条件，构成完备的封闭方程组，采用追赶法可求得各个断面的水位流量。
（2）边界条件根据上有下游边界条件类型的不同可以写成如下两种追赶形式：·上游水位边界条件)(*11t Z Z=；下游水位（或流量）边界条件)(*11t Z Z n n ++=（或)(*11t Q Q n n ++=），追赶形式为：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧==+=+=+=+=+=+=+=++++++++++++++++++))(,()(*11*1111111111111111222222211111t Q Q or t Z Z QR P Z Q M L Q Q R P Z Q M L Q Q R P Z QM L Q Q R P Z n n n n n n n n i n n n i i i i i i i i (11) 式中，M L R P ,,,为已知系数，依据上述方程组，可逐步由下边界水位或者流量，推算得到上游各个断面水位流量值。
·上游流量边界条件*11()Q Q t =；下游水位边界条件)(*11t Z Zn n ++=，追赶形式为：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=+=+=+=+=+=+=+=++++++++++++++++)(*1111111111111111222222211111t Z Z ZR P Q Z M L Z Z R P Q Z M L Z Z R P Q ZM L Z Z R P Q n n n n n n i n n n i i i i i i i i (12) 式中，M L R P ,,,为已知系数，依据上述方程组，可逐步由下边界水位，推算得到上游各个断面水位流量值。
7.2.2 单一河道一维水质模型 （1）控制方程的离散与求解对方程(3)进行离散，空间差分采用隐式迎风差分格式。
顺流时(从断面i 流向i+1) 有：得到统一形式的差分方程：i i i i i i i d C c C b C a ++=+-11 (13)式中，i i i i d c b a ,,,为系数，分别表示为：t x AEx Q b i i i i ∆⋅∆+=---})(]0,{[12/12/1t V K t x AEx t x AEx t Q t Q V a i i i i i i i i i i ∆+∆⋅∆+∆⋅∆+∆-+∆+=--+-+12/12/12/12/1)()(]0,[]0,[ t x AEx Q c ii i i ∆⋅∆+-=++})(]0,[{2/12/1 t x S Q t x S Q C V d i i i i i i n i ni i ∆∆⋅-+∆∆⋅⋅+⋅=--11]0,[]0,[ 方程（13）两边同时除以i a 得到：i i i i i i G C F C E C ++=+-11 (14)在顺流情况下，各河段差分方程可写成：⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧++=++=++=++=++=+------+-nn n n n n n n n n n n ii i i i i G C F C E C G C F C E C G C F C E C GC F C E C G C F C E C 111121111343233232122 (15)对首断面给定第一类边界条件，对末断面给定第二类边界条件，可得到如下封闭的方程组：⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧+=++=++=++=++=++==++++------+-111111121111343233232122*11)(n n n n n n n n n n n n n n n n ii i i i i G C E C G C F C E C G C F C E C G C F C E C G C F C E C G C F C E C t C C (16)对方程组（16）采用追赶法可容易求得2,3,,2,1, --n n n 等断面的扩散质的浓度。
（2）参数确定·纵向分散系数EX 的确定E X 与水流流速、水面宽度成正比，与水深成反比，常采用下面的经验公式：式中，是无尺度谢才系数，c 为谢才系数，θ =B /h 为宽深比，q 为单宽流量，α =0.011为经验常数。
·降解系数K 的确定可采用监测资料对降解系数进行率定，或根据经验得到。
7.2.2 应用实例［］三峡大坝位于宜昌县三斗坪中堡岛,葛洲坝位于南津关下游的宜昌市境内.两坝间水域处于鄂西山区向平原的过渡地带,周围地形地貌呈西北高东南低之势.三峡大坝至葛洲坝河段长38Km,两坝间江面宽210m 至1500m,大部分处于西陵峡谷中。
该实例建立了两坝间水量水质模型,分别运用大坝一期围堰及二期围堰施工期间的同步水文水质实测资料对模型进行了率定和验证,取得了较好效果.此模型可用以预测大坝施工期间及投入运行后两坝间水流及水质特性的变化. （１）水量模型率定利用1996年三斗坪、白庙子及黄陵庙等断面水文观测资料率定糙率，得到各子河段的糙率，率定结果显示糙率分布取值范围为0.036至0.050。
1996年白庙子及黄陵庙等断面实测水位过程线及计算水位过程线图略。
（２）水量模型验证采用太平溪断面1998年实测流量作模型验证的上边界条件，采用葛洲坝坝前断面1998年实测水位作模型验证的下边界条件，对1998年两坝间水流进行模拟，通过对各水文观测断面的水文要素的观测值及计算值进行比较可见，吻合程度较好，因此此水量模型可用来模拟两坝间的一维水流情况，1998年白庙子及黄陵庙等断面实测水位过程线及计算水位过程线见图２。
60120180240300360T(daY)64.0066.0068.0070.0072.0074.00H(m)三斗坪断面60120180240300360T(daY)64.0066.0068.0070.0072.00H(m)黄陵庙断面图2模型验证各断面实测及计算水位过程线(３) COD Mn 模型验证高锰酸盐指数的降解系数由实测资料，取经验值，不采用模型率定。