地表水环境质量模型的应用

地表水环境质量模型的应用
摘要:水环境模型按照研究对象分类，可分为地表水模型、地下水模型等。

本文以研究主题为例，基于模型发展的可持续性、功能性及计算方法多样性、应用性等方面，结合文献调研和数值试验等方法，提出了模型评价指标和评价方法，建立了水动力学模型评价体系，并以ELCIRC模型为例进行了应用研究。

关键词：地表水环境质量模型；评价体系；标分类方法；量方法
一、地表水环境模型简介
水环境模型按照研究对象分类，可分为地表水模型、地下水模型等。

地表水环境质量模型可以模拟和预测水流、水质、泥沙等运动规律，为环境管理决策提供技术支持。

近几十年来，随着模型理论的发展和计算能力的不断提高，国内外开发的水环境模型也越来越多，不同的水环境模型在适用性、功能性和计算方法的精度等方而存在差异性。

在编制环境影响评价、环境保护规划等具有一定法律效力的文件时，要求地表水环境质量模型具有可靠性、可操作性等基本属性。

应用于实际工程案例时，也要求数值模型具有可靠性、易操作性、计算效率高等特性。

为了保证在工程管理、科学研究等领域应用模型的科学性，应当建立科学的模型筛选制度和评价模型网。

国际学术界对环境质量模型的评价早己开始进行，例如1993年，ASCE强调了建立模型评价指标的重要性困，指出当时的模型评估工作仍处于具体应用案例的模型评估阶段，并没有统一的、被广泛认可的评估体系。

ASCE指出，在模型应用评价和不同模型的评估工作中，建立标准化的模型评估体系具有重要意义困。

美国的水环境模型的建立和发展经历了5个阶段，主要包括模型框架的提出、模型的初步建立、模型的标准化、融合计算机技术和网络技术的模型完善工作以及模型整合和互联网传播阶段。

2000年至今，美国的水环境模型经历了模型整合和互联网传播阶段，水环境模型的发展日益成熟。

2002年，USEP制订了《模型质量保证导则户〕，包括模型开发、模型评估、模型应用等内容，涉及模型评价的基本原则和方法、模型模拟结果的分析等内容，引导模型评估工作的开展和模型评价体系的建立。

该导则指出，模型评价体系的建立将有助于发挥模型的职
能，有利于模型的具体应用研究的开展，并将为模型在实际应用中的准备工作及模拟精度的保证等提供技术支持，为政策、规划和决策提供科学的参考依据。

结合中国高速的经济发展要求和水环境污染现状，目前的环境质量模型体系很难适应环境管理的需求。

开展中国地表水环境质量模型的科学技术研究，是国家环境保护标准中急需的基础性研究项目，能够为国家在环境方而的规划、评价等工作提供科学参考和技术支持，具有重大的实际意义。

本文通过文献调研，基于常用地表水环境质量模型的基本属性，将研究主题和模型评估准则相结合，以水动力学模型为例，结合专家打分、数值实验等方法建立相关评价指标，并提出了指标值及指标权重的定量分析方法，以建立地表水环境质量模型评价体系，并进行应用研究。

本文基于USEPA， Arheimer和Shoemake等关于地表水环境质量模型的调研工作，综合考虑模型的共享程度、友好性、经验需求、数据要求等方而运用Google 学术数据库截至2014年8月5日的数据，检索到11553篇相关文献，据此总结出常用地表水环境质量模型的属性表
二、环境质量模型评价方法
1.指标权重
评价指标权重的计算方法有很多，如:以层次分析法等为代表的主观赋权法，以主成分分析法、回归分析法、功效系数综合评价法等为代表的客观赋权法。

其中，层次分析法被广泛应用于河道治理方案优选、水库泥沙淤积管理叫、水资源优化配置、城市电网规划、桥梁安全性评估等方面。

2.评价模型的建立
模型推荐指数的计算公式为式
其中:MRI是模型推荐指数;、为该层指标的数量;二，为指标;:的权重系数;B，为该项的指标值指标的值和权重，然后加权求得上一层指(当:在指标层时B一
D)。

3.指标值的计算
指标值D，的计算包括指标值的定量计算和指标值的定性计算。

以表2为例，
定量计算的指标包括指标17、指标18、指标19、指标20、指标23、指标27、指标28、指标29，其余指标的指标值通过文献调研和专家打分的方法进行分析，其中，本文制定了指标层各项指标的评分说明和分值范围
定量计算可以采用式
D，=(N
i /N
t
)·100
其中:N为所选取的实验模型中该项指标值的统计结果;N，为该类模型中该项指标值的统计结果。

如，针对指标23, N为检索到的本文所选取的实验模型中相关文献的数量;N，为检索到的常用地表水环境质量模型的文献数量.
模型推荐指数的计算步骤:先计算指标层各项标的值，通过上一层指标的权重和指标值进而求得更高层次指标的指标值，依次向上层进行计算，最终可以得到模型的推荐指数。

模型的推荐指数MRI值是由。

一100的数值所表示，分值越高表明模型的推荐程度越高。

三、模型评价指标体系应用举例
ELCIRC模型主要用于模拟天然河口或河流的水动力学过程，本节以该模型为例说明模型评价指标及方法的应用过程。

基于前文中建立的水动力学模型评价指标和评价方法，定量分析模型的各项指标值及指标权重，对ELCIRC模型做出初步评价。

1. ELCIRC模型评价指标权重
以ELCIRC模型为例，评价指标权重的定量分析结合文献调研、专家打分等方式，采用九标度法比较同一层次各个元素的重要程度，得到判断矩A，并用特征根法计算得到判断矩阵的权重向量，进行了指标权重的定量分析。

2.ELCIRC模型评价结果
根据本文3. 3节中模型推荐指数的计算方法，从指标层开始，先计算指标层各项指标的值和权重，然后加权求得要素层指标的值，通过要素层指标的权重和指标值进而求得准则层指标的指标值，依次向上层计算，最终可以得到模型的推荐指数。

根据表3中模型推荐指数MRI的等级及意义，得到ELCIRC模型的推荐等级为三级。

结果表明ELCIRC模型的表现良好，适用于模拟水流的一般特性。

总结：
本文通过广泛调研己有文献中地表水环境质量模型的应用情况，综合考虑模型的空间尺度、共享程度、经验需求、数据要求、技术支持等方而，总结了30个常用地表水环境质量模型的基本属性及其在各种行业中的应用分布情况。

遵循模型的内部评估与外部评估相结合的评价原则，从研究主题、评估准则、工作等级这3个主要变量出发，提出了模型评价指标的分类方法。

本文以研究主题分类的方法为例，结合模型的基本属性，提出了水动力学模型的评价指标和评价方法，制定了指标层各项指标的打分细则，并结合文献调研、专家打分、数值实验等方法，介绍了指标值及指标权重的定量分析方法，进行了模型评价体系的初步研究。

本文以ELCIRC水动力学模型为例，进行了模型评价体系的应用研究。

研究结果表明，ELCIRC模型具有一定数量的高质量学术论文和专业报告，且在水流基本特性的数值实验方而有良好的表现，模型的推荐等级为三级，可以作为一般推荐的水动力学模型使用。

本文通过地表水环境质量模型评价体系的相关研究，将在一定程度上为规范地表水环境质量模型在地表水环境质量模拟预测中的应用提供科学依据。

由此，可以大大节约中国环境影响评价、环境规划与管理在环境质量模型建立方而的投入，高效、科学地为环境管理决策服务。

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