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。
河流水质数学模型专题讲解
一维模型微分方程
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a.一维稳态水质模型：在均匀河段上定常排污 条件下，河段横截面、流速、流量、污染物的 输入量和弥散系数都不随时间变化。同时污染 物按一级化学反应，无其他源和汇项
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2.忽略弥散时：
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L e?k1x/u 0
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k1L0 k1 ? k2
(e?k1x/u
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D e?k2x/u 0
氧垂曲线
D0 Dc
溶解氧
饱和溶解氧浓度
dc ? ? k c(k 为沉降速率）
dt
3
3
河流及污染物特征 非持久性污染物（连续排 放） 完全混合段
横向混合过程段
河流一维稳态模式，采用 一级动力学方程
河流二维稳态混合衰减模 式
沉降作用明显的河段
河流一维稳态模式，沉降 作用反应方程近似为
dc ? ? (k ? k )c(k 为降解速率，
dt
1
污染物在河流中的迁移是一种物理的、化学 的和生物学的联合过程。这些过程既与污染物 本身的特性有关，也与外界的许多条件密切联 系。
（1）一般污染物在河流中的迁移 （2）有机物在河流中的衰减变化 （3）水体的好氧与复氧过程
可视化河网一维恒定水流泥沙数学模型
可视化河网一维恒定水流泥沙数学模型可视化河网一维恒定水流泥沙数学模型是用来研究河流水动力学的数学工具。
这种模型基于河网的一维流动特性，通过描述水流的速度、流量和泥沙的输运量，来模拟河网中水流的运动情况。
河网一维恒定水流泥沙数学模型的建立需要考虑的因素包括：水流的速度、流量、泥沙的输运量以及河网的地形和地质条件。
通常情况下，河网一维恒定水流泥沙数学模型使用均一系数来描述水流的速度和流量，使用经典的河网输运方程来描述泥沙的输运量。
河网一维恒定水流泥沙数学模型的可视化方法通常使用计算机软件进行模拟。
这种方法可以使用图像和动画来清晰地展示河网水流的运动情况。
通过可视化河网一维恒定水流泥沙数学模型，可以更好地理解河流水动力学的运行机制，并且可以利用这种模型来研究河流的泥沙输运特性，为河流的管理和保护提供有益的参考。
河网一维恒定水流泥沙数学模型在实际应用中也有一些局限性。
例如，模型基于一维流动特性，并不能很好地反映河流中的二维流动情况，因此在某些情况下可能存在偏差。
此外，模型也只能描述河流的平均流动情况，不能很好地反映河流中的瞬时流动变化。
因此，在使用河网一维恒定水流泥沙数学模型时，应该注意这些局限性，并适当考虑其他因素的影响。
总的来说，可视化河网一维恒定水流泥沙数学模型是一种有效的研究工具，可以帮助我们更好地理解河流水动力学的运行机制，为河流的管理和保护提供有益的参考。
然而，在使用这种模型时也应该注意它的局限性，并适当考虑其他因素的影响。
未来，可能会有更加先进的模型出现，以更好地反映河流水动力学的运行机制。
除了可视化河网一维恒定水流泥沙数学模型，还有其他一些数学模型可以用来研究河流水动力学。
例如，可以使用二维水流模型来描述河流中水流的二维运动情况，可以使用河网三维模型来描述河流中水流的三维运动情况，也可以使用河流水动力学数值模拟模型来描述河流水流的瞬时流动变化。
这些数学模型各有优劣，在实际应用中应根据需要选择适当的模型。
地表水一维模型适用条件
地表水一维模型适用条件我觉着吧，这地表水一维模型啊，它适用的条件可有点讲究。
你想啊，就像我看到那河里的水，它得是那种比较狭长的河道，就像我老家村头那小河沟，长长的一道，水就顺着一个方向流，没太多弯弯绕绕的，这就是一维模型能派上用场的地儿。
我记得有一次，我和村里的老栓子站在河边，看着那水啊。
老栓子就问我：“震云啊，你说这水咋流得这么直呢？”我就说：“这就像是那地表水一维模型里说的，这河道的形状啊，让水只能这么规规矩矩地流。
”老栓子一脸迷惑，他那脸上的褶子都快能夹死苍蝇了，眼睛瞪得老大，说：“啥一模二模的，我咋听不懂呢？”我就笑了，跟他解释说：“这一维模型啊，就是假设水在一个方向上流动，其他方向的变化小得很，可以忽略不计。
就像咱这小河沟，两边的堤岸把水给限制住了，水只能往前流，左右的变化不大。
”还有啊，这水流得还得比较均匀，不能一会儿快得像马跑，一会儿慢得像乌龟爬。
我有次去外面旅游，看到一条河，那水流得就特别奇怪。
有些地方湍急得很，有些地方又慢悠悠的，就像一个人走路，一会儿大步流星，一会儿又像小脚老太太。
这时候，地表水一维模型就不太适用了，那场面就像是把一个方的东西硬塞进圆的洞里，怎么看怎么别扭。
而且啊，河底的地形也不能太复杂。
要是河底像那被炮弹炸过的战场，坑坑洼洼，高低不平，那水的流动就会受到各种各样的影响。
我就想象那水像一群小蚂蚁，本来规规矩矩地排队走，结果地上全是坑，蚂蚁们就乱了套了。
这时候一维模型就没法准确描述水的流动了，它只能在那种河底比较平坦的地方，就像我们村那小河，河底平平的，水就安安稳稳地流着，好像什么烦恼都没有。
再说说水质吧，要是水质在横向上没太大差别就更好了。
我曾经在一个大湖边看到，这边的水清澈得能看到底，那边的水却脏得很，这就不符合一维模型的适用条件了。
这就好比一群人，这边的人穿得干干净净，那边的人却浑身脏兮兮的，你不能把他们当成一样的来对待啊。
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。
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。
采用一维水质模型计算河流纳污能力中设计条件和参数的影响分析
采用一维水质模型计算河流纳污能力中设计条件和参数的影响分析张文志(广东省水文局惠州分局,广东 惠州 516001)摘 要:分析采用一维水质模型计算河流纳污能力过程中,污染源概化、设计流量和流速、上游本底浓度、污染物综合衰减系数等设计条件和参数对计算结果的影响;讨论如何确定设计条件和参数,以提高计算结果的准确性和合理性。
关键词:纳污能力;一维水质模型;设计条件;参数;影响分析中图分类号:T V149.2 文献标识码:B 文章编号:100129235(2008)0120019202收稿日期:2007202205作者简介:张文志,男,湖北大悟人,主要从事水环境监测、水资源分析及评价工作。
纳污能力,是指水体在一定的规划设计条件下的最大允许纳污量。
纳污能力随规划设计目标的变化而变化,反映了特定水体水质保护目标与污染物排放量之间的动态输入响应关系。
其大小与水体特征、水质目标及污染物特性等有关,在实际计算中受污染源概化、设计流量和流速、上游本底浓度、污染物综合衰减系数等设计条件和参数的影响。
东江干流岭下至虾村河段位于东江干流惠州市境内,全长36k m,水质目标为Ⅱ类。
本文以该段河段氨氮纳污能力计算为例,分析采用一维水质模型计算纳污能力过程中设计条件和参数对计算结果的影响,并讨论如何确定设计条件和参数,以提高计算结果的准确性和合理性。
1 一维水质模型概述对于宽深比不大的河流,污染物在较短的时间内,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来计算纳污能力。
在稳态或准稳态的情况下,一维水质数学模型为:C (x )=C 0exp-kx u(1)式中 C 0———基准断面污染物的本底浓度,mg/L ;k ———污染物综合衰减系数,d-1(计算时换算为s-1);u ———断面设计流速,m /s ;x ———计算断面至基准断面的距离,m ;C (x )———计算断面污染物的浓度,mg/L 。
水质模型计算题
x=1km 处的BOD5和DO值。
具有排污口的河段BOD-DO水质模型：
BOD5：
B2
B1
1
0.0116
K1 U
x
0.0116B
B* B1Q
DO：
c2
c1
1
0.0116
(
K1
B1
K c1U
2
D1)Βιβλιοθήκη x0.0116
C* c1Q
河流稀释比
������
=
������ ������+������
80
= 4.2 × 107������/������ = 4.2 × 104������������/������
−0.5×1
（1）BOD5 ： Bx=1=20 x ������ 20 =19.51mg/L
（2）氧亏量：
Dx=1=10..05−×02.05 ×
−0.5×1
−1.0×1
������ 20 − ������ 20
−1.0×1
+ 1 × ������ 20 =1.43mg/L
（3）临界氧亏量：
cx
c0
u exp
2Ex
1
1
4kEx u2
x
带入 c0=20mg/l，U=20km/d，K=2d-1，Ex=1m2/d 得 x=1km时， cx=1=18.10mg/L
x=3km时， cx=3=14.82mg/L x=5km时， cx=5=12.13mg/L
第五章 水质模型 课后题详解
环境水利学
1.一均匀河段，有一含BOD5的废水从上游段流入，废水流量q=0.2m³/s， 相 应 c2=200mg/L ， 大 河 流 量 Q=2.0m³/s ， 相 应 c1=2mg/L ， 河 流 平 均 流 速 U=20km/d，衰减系数K1=2d-1，扩散系数Ex=1m2/d，试推算废水入河口一下 1km，3km，5km处的BOD5浓度值。
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。
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 ）
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Ａｘ ＇ ２ Ａ ｘ ＇ （ ５ － １ ０ ｂ ）
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式中
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ｕ Ａ ｔ 一Ｌ － ） ６ ＝（
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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
０
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‘ 备 扣
十
ａ
」
＝ ９ １ 一 ｌ ｗ Ｗ １ Ｃ Ｚ ｎ ｆ ｌ
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水污染模型
基于GIS 的环境污染应急分析系统的开发重点是实现水体污染扩散模拟。
目前, 国外在此方面的研究成果很多，已经进行到了三维水体污染扩散模拟，国内的起步则较晚, 至今的研究成果在一维的较多，二维和三维的较少。
鉴于目前网络的发展, 有必要将互联网与系统结合起来。
一维水体污染扩散数学模型：一维水质模型是水环境模型中相对简单的一种，是河流、河口和湖泊遭受污染时，实际的断面浓度分布与断面浓度的平均值偏差不大时常采用的水污染预测模型。
它主要研究污染物浓度分布沿程的变化以及各个断面上污染物浓度随时间的变化，其中河流以一维水质模型最为常见。
在突发性河道水源地污染事故发生时。
污染物的排放存在两种情况，即一维稳定排放和一维瞬时排放,
二维水体污染扩散数学模型：二维计算模型模拟速度快、实时而精度无需很高, 可忽略基本控制方程中的一些非主要因素,模型结构简单、实用性强。
目前最为常用的有限差分数值计算方法对控制方程进行离散, 按物理分步法将二维偏微分方程化简成较简单的一维方程, 应用广为采用的ADI隐式格式联合求解水动力模型与水污染模型。
算法具有编程简单、占用计算机内存较小、无条件稳定、可适当增大空间步长、计算效率高、易于实现自动化的实时模拟计算等显著优点, 适合于在应急处置中应用。
并且利用GIS 的强大的空间分析、处理和表现功能, 将水力计算与GIS 结合在一起, 实现了污染模拟结果的二维可视化, 为应急处置提供一个形象、直观的表现平台, 能有效地辅助应急决策。
三维水体污染扩散数学模型：水污染三维可视化包含两方面的内容：河道地形地貌三维仿真与污染扩散可视化，二者通过地理坐标进行空间叠加形成河道污染扩散可视化展示平台，在此基础上进行各种统计分析功能。
一维水量水质模型
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 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。
一维水质模型的适用条件
一. 水污染物在地表水中的输移、转化、扩 散的主要过程
1.1、概述
水中污染物迁移与转化主要包括物理过程、化学过 程、生物过程。
(1) 物理过程（作用）
只对水中污染物的存在位置变化产生作用，而不对 其性质变化产生作用。其主要过程（作用）包括：移流 （推流、对流）、扩散（包括紊动扩散和离散等）、沉 降或再悬浮，以上过程（及作用）常称稀释混合。
ISE c pQp (cs ch )Qh
污染物排放指标
ISE
c pQp (cs ch )Qh
ISE-污染物排放指标
Cp---污染物排放浓度，mg/L
Qp---污水排放量，m3/s Cs---污染物排放标准， mg/L Ch---河流上游污染物浓度2.建设项目地面水环境影响预测时期的划分原则
(1)预测时期一般划分为：建设期、运行期、服务期满 后； (2)所有项目应预测生产运行阶段对地面水环境的影响， 包括正常排放和不正常排放； (3)大型项目根据：项目特点、评价等级、水环境特点、 当地环保要求决定是否预测建设期的影响； (4)同理决定是否预测服务期满后预测（个别）； (5)一、二级评价预测自净能力最小和一般两个时段的 环境影响； (6)三级或二级（时间较短）只预测自净能力最小时段 的环境影响。
三、地表水环境影响预测方法
1．专业判断法
2．类比调查法 3．模型计算法 （1）物理模型法 利用相似原理，按一定比例缩 小实际模型，进行水质模拟实验。 （2）数学模型法： 利用表征水体净化机制的数学 方程预测建设项目引起的水体水 质变化，给出定量的预测结果， 但依赖参数的有效性及模型的合 理性。
四、预测河段划分与混合过程段
按水质模型的空间维数分：分为零维、一维、二维、三维水 质模型。 1.当把所考察的水体看成是一个完全混合反应器时，即水体中 水质组分的浓度是均匀分布的，描述这种情况的水质模型称为 零维的水质模型。 2.描述水质组分的迁移变化在一个方向上是重要的，另外两个 方向上是均匀分布的，这种水质模型称为一维水质模型。 3.描述水质组分的迁移变化在两个方向上是重要的，在另外的 一个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为两维水质模型。 4.描述水质组分迁移变化在三个方向进行的水质模型称为三维 水质模型。
基于一维分段水质模型的水环境调控与模拟
基于一维分段水质模型的水环境调控与模拟摘要水质安全关系到居民生活起居、经济社会的可持续发展甚至是社会的稳定，制定有效的水环境管理措施非常必要。
本文从解决水环境的综合调控与模拟问题出发，以某黄河支流为研究对象，建立一维分段水质模型。
本模型模拟水质对于污染源削减的响应动态过程，进行水质管理规划，从而便于制定有效的水环境管理措施。
本文综合零维完全混合模型、一维连续面源模型、一维混合衰减模型建立了一维分段水质调控模型，分区域建立模型进行污染物浓度的计算。
关键词：连续面源模型完全混合模型一维混合衰减模型引言水是生命之源，人类的生产生活离不开水。
随着城市的迅速发展，水质安全受到多方面的威胁，如工业点源、城市面源、农业面源以及水体沉积物的释放等。
本文通过零维完全混合模型来实现 A、B 污水厂污染物旁侧入流时的浓度计算，通过一维连续面源模型来实现农业面源污染对河流中氨氮浓度影响的计算，通过一维混合衰减模型来实现污染物旁侧入流后在地表水中迁移、转化过程，最终模拟出河流中氨氮浓度的变化过程。
1.模型的准备通过题目分析，根据农田、污水厂、河道底泥等影响因素污染物排放方式的不同把河道分解成五个区域。
2.模型的建立一维连续面源模型的建立连续面源可以看成是时间上的许多脉冲所引导的浓度场的迭加结果, 令每秒钟排出的污染物量为w，则单个脉冲d所得浓度场为:（1）积分结果为：（2）完全混合模型当把所考察的水体看成是一个完全混合反应器时，水体中水质组分均匀分布，可以采用零维水质模型。
（3）一维混合衰减模型对于较长的河流，其横向和竖向的污染物浓度梯度可以忽略, 只考虑纵向浓度的变化。
起始断面浓度的计算公式为:（4）化简后的4式可以采用以下等价公式进行求解：（5）3.模型的求解第一区域氨氮浓度的计算由于底泥存在于整个河道，所以背景浓度为0.42mg/L。
第二区域模型的求解在第一区域的基础上, 该区域的初始浓度为 0.42mg/L ,主要的氨氮排放为农田的氨氮排放, 所以采用一维混合模型, 假设污水的排放量为1kg/L各河段的控制断面的横截面积恒定。
河流湖库水环境容量计算方法
水环境容量计算方法总结目录水环境容量计算方法总结 (1)目录 (1)一、一维模型 (1)二、二维模型 (4)三、感潮河段零维模型 (6)四、湖库模型 (6)一、一维模型1、适用范围：全国水环境容量核定技术指南1）宽浅河段；2）污染物在较短的时间内基本能混合均匀；3）污染物浓度在断面横向方向变化不大，横向和垂向的污染物浓度梯度可以忽略；4）一般情况下适用于河宽小于200m的河流，但注意利用不均匀系数对其容量进行修正。
2、一维衰减公式：排污口、支流排入断面完全混合模型：EP E E P P Q Q Q C Q C C ++= 式中：C 为断面混合后的水质浓度值；C P 为排污口排出的污水的水质浓度值；Q P 为排污口废水排放量；C E 为河水的水质浓度值；Q E 为河水流量。
3、算例：假设该河段水环境功能区目标为III 类，假设该河段上边界COD 来水控制目标为20mg/L ，90%最枯月保证率流量为20m³/s ，该河段平均流速为0.2m/s ，COD降解系数约0.1/d，概化排污口流量为1m³/s，COD浓度90mg/L，支流流量5m³/s，COD浓度为25mg/L。
C 目=Q∗C∗exp(−k∗X186400u)+q∗c+WQ+qexp(−kX286400u)通过上游来水衰减，区间内中间混合后衰减等于水质目标，可以反推出区间内水环境容量，注意公式中的单位，通过上述公式算出的W单位为g/s。
Q:m³/s、C：mg/L、u:m/s、K:1/d、x:m。
(1)上边界→节点1（混合前浓度）:C2=C1*exp( kx/u)=20*exp( 0.1*20000/86400/0.2)=18.875mg/L(2)概化排污口汇入混合：C3=(c1*q1+C2*Q1)/(q1+ Q1)=(90*1+18.875*20)/(20+1)=22.262mg/L（3）节点1→节点2：C4= C3*exp( kx/u)=22.262*exp( 0.1*5000/86400/0.2)=21.627mg/L（超标）（4）节点2→节点3（混合前浓度）：C5= C4*exp( kx/u)=21.627*exp( 0.1*20000/86400/0.2)=19.264mg/L（5）支流汇入混合：C6=(c2*q2+C5*Q2)/(q2+ Q2)=(25*5+19.264*21)/(5+21)=20.367mg/L（6）节点3→节点4：C7= C6*exp( kx/u)=20.367*exp( 0.1*5000/86400/0.2)=19.786mg/L（7）节点4→控制断面：C8= C7*exp( kx/u)=19.786*exp( 0.1*8000/86400/0.2)=18.891mg/L可见，该河段在现状排污情况下水质能达到地表水III类，但河段允许排放量根据实际情况分配不均匀，上游计算断面1存在超标情况，下游容量仍有富裕，在因此需进一步通过试算的方法，削减概化排污口排污量，此外可根据实际情况对下游支流水质目标进行适当调整，将容量进行合理分配。
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。
采用一维河流水质模型确定合流制管网截流倍数
为分 析造成 现状 污染 的原 因 ， 定水质 模型 中各 确
项参 数 ，２ ０ ０ ５年 ３月 １ ３日、 ３日两次对 新 河流域 现 ２
状进行 了调 查分 析 ， 对新 河及 上游 大湖水 质取样 检 并 测 ， 见表 １ 表 ２所列 。 详 、 裹１ 月１日 ３ ３ 新河大湖闸 至金家闸段取 样实验薮捃
状排水 系统 为直 排式 合流 制排 水 系统 ， 市雨污 水就 城 近直接 排人 大湖 、 河 中 ， 致 了 较 为严 重 的 水 环境 新 导 污染 和水 面 景 观 的 破 坏 。为 保 护 新 河 水 环 境 ， 市 骸 ２２ ０ ０年 远景规 划 中要求 对新 河 区域 污水进 行 截 流处 理 ， 立截 流式合 流 制 排 水 系统 ， 划确 定 新 河 水质 建 规 必 须达到一 般景 观用 水标 准 。 合 流制 管 网的 截 流倍 数 应 根 据 旱流 污 水 的 水质 和水 量 以圾 总 变化 系数 、 水体 的卫 生要求 、 水文 、 象 气 条件等 因素 确定 。截 流式 合 流 制 管 网截 流倍 数 直接 影 响整 个合 流制 管 网 的设 计 及 污 水 处理 厂 规 模 的确 定 。本 文建 立水 质模 型计 算新 河水 环境 容量 ， 定合 确 理 、 济 的截流倍 数 。水 环境 容 量 的定 义 ： 满 足水 经 在 环境 质量标 准 的要 求 下 ， 体最 大 允许 污 染 负 荷量 ， 水 又称水 体 的纳污 能力 ［ 。污 染物 进入 水体 中后 ， ｊ ］ 浓度
’
某市新 河 为 人 工 河 道 ， 状 河 宽 ｌ ～ ２ 不 现 ５ ７ｍ
等 ， 于该 市区 内东 南部地 区 的排水 。因上 游大 湖周 用
边及 两岸工 业企 业 的 污 、 水及 生 活污 水 过量 排 放 ， 废 新河 大 湖 闸至 金 家 闸段 约 ２ １ ０ｍ 已污 染严 重 。现 ０
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。
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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：∂∂∂∂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。
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，E x 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 i j i ii R u n x g u tx 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：⎩⎨⎧=+-+=+-+++++ii i i i i i i i 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：∂∂()()()AC t AC AC ti i n=-∆ ∂∂()()()AUC x QC QC x i i i =---11∆ ∂∂∂∂x AE C x x AE C C x AE C C x x i x i i i i x i i i i ()[()()]=----+---111111∆∆∆ -+=-+---KAC S K A C S i i i i 1121/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,[{2/12/1t 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E X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：E C q x =αθ02式中，C c g 0=/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。