沿海河网地区水流水质模拟分析

等措施 的水质影响预测研究 ，为改善沿海河 网地 区的水环
水量模型 中参数的推求主要是对河道糙率 的率定 ，水质模
境状况 、 制定水 资源保护规划提供科学依据 ■
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把各 子流域划 分为许 多水 文响应单元 ，对 于每个单元应用
架、 边界 范围和技术路线 ， 晰地划分 了系统 的建设 模块 ， 清 使得系统建设可 以分步建设 、 循序渐进 、 边建 设边应用。淮 河流域数字化系统据此实现 了来源众 多、不同标准体系的 基础地 理数据 、 数字遥感数 据 、 系型水 利数据 的融合 ， 关 使 得数据之间能互相补充 、 调使用 ； 步建成 了数据管理服 协 初 务平 台 ， 现了对异地 、 实 异构 、 系统数据库 系统 的综合 查 异 询分析和统一服务 ， 具备 了空间数据管理维护更新能力 ； 典 型地区流域水文模型 、 水动力学模 型 、 时灾情评估模 型等 实 专业数值模型的构建和应用 ，为流域综合管理决 策提供 了
游地 区河道与行 蓄洪 区洪水演进模型 、 洪涝灾情评估模 型 ，
在实 际的流域天然水资源过程模拟 、洪水调度预案效果模
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Ｉ科技论坛 】 【 ｉ
图 ２ 流 量 验 证 结 果
图 １ 河 网 水 系概 化 图
相容条件给定。外部边界条件由水位过程线 ｚｔ、 （ ） 流量过程线 Ｑ ｔ （ 或水位流量关系曲线 Ｑ ｚ给定 。 ） （） 内部边界条件是指位于河道上的坝、 桥梁 、 闸、 泵
河道的不规则断面概化成规则 的梯形断面 ，概化后的河道 用底高 、 底宽 、 坡三要素表示 。 边 如皋市水系河道 纵横交错 ， 河道 断面复杂 多变 ， 本文河
调控过程 ， 由于模型模拟 的时 间序列较短 ， 未能模拟出降雨
径流 的排水过程。 另外本次研究仅考虑 了如皋市的河 网， 把 与之相 连的海安 、 海门 、 州等地 的河 网概化为边界 条件 ， 通
１ 河 网水流 水质 模 型基本 方 程
１１ 维 水 力 模 型 ．一
描 述 一 维 河 道 非 恒 定 水 流 运 动 的 基 本 方 程 为 Ｓ ｉ — ｅａｔ ａ ｔＶ ｎｎ 方程组 ： ｎ
体 自净能力不 强等 问题 ， 水体滞 流 ， 水质 恶化现象 较重 ， 严
重影 响了这些地区的水环境 。 由于沿海河 网水系 的复杂性 ，
的如皋市水环境为例 ， 根据其水 系特点和 实际需要建立一维河网水量水质耦合模型， 并利用 ２ ０ ６月的水文、 ０ ９年 水质监测资料对 模型计算结果进行验证。验证结果表明水质模拟结果较理想 ， 模型能较为准确地反应河网水流、 水质变化趋势， 可用于该地 区的河
网水质 改善研 究。
【 关键词】 沿海河网 水力模型 水质模型 水质模拟
解算法求解 。
１ ． 维水 质 模 型 ２一
一
维河 流水质控制微分方程是建立在质量守恒基础上
０Ａ ） （ ） ０ （ ｔ ＋ａＱｃ
— —
并为水环境模型的科学率定 ，较好地模拟如皋河网污染物迁
移扩散规律 ， 如皋市于 ２ ０ 年 ６月进行 了原型调水试 验 ， ０９ 利 用长庄和 肖石大桥 的水文 、 水质监测数据， 分别对模型参数进
站等水工或交通建筑物或旁侧人流 （ 出流 ）按 ， 建 筑物 的特点 ， 根据相 容条件计算 。
水动力方 程采用 Ｐｅ ｓ ｎ四点 隐性差 分 ｒｉ ｍａ ｓ 格式对 方程进行离散后 ，采用一维河网三级 联
图 ３ 水 质 验 证 结 果
型主要是对水质 降解系数的率定 。 为了确定河道输水能力 ，分析复杂河 网区的水力特点 ，
式中： Ｃ为污 染物浓 度 ； Ｅ为纵 向分 散系数 ； ｋ为降解 系数 ；、分别为空间坐标 和时间坐标 ； ｘｔ Ｓ为污染源 。
单 向人 流河道断 面的边界条件为水质指标的时间过程
Ｃ ）受潮汐影响的出流断 面采用开边界条件 。 ｔ ， ｆ
２ 研 究 区域 的河 网概 化
河网概化主要是减少河道数量 ，把大量对水力计算影 响不大的小河道合并 ， 概化成若 干条假想 的河道 ， 并将 天然
这种处理会产生一定误差 ，对水质模 拟结果也会造成一定 的影响 ， 总体来说水流 、 质模拟结果较好。 但 水
道概化 以骨干 河道（ 市级和区级河道 ） 为基 础 ， 留污染较 保
为严重或对过水具有重要作用 的乡镇河道 ，共计概化河段
４ 结语
本文针对沿海河网地区水系特点 ，以如皋市水环境为
支撑作用。然而 ， 流域综合管理 的需 求是 复杂的 ， 随着 流 且
域经济社会发展而发展 ，流域管理需要 的基础数据也是海 量 的， 且处在加速 增长 的过程 中 ， 因此 ， 流域管理 数字化 系 统 的研究和建设 将是一个长期 的过程 ，需要流域管理各业 务单位和部门协同工作 ，才能保证数字化系统可持续发展 并发挥作用■
７ 条 ， 中外部河段 １ ， ３ 其 ５条 内部河段 ５ ， ８条 内部 节点数共 计 ４ 个 。概化后 的河 网在输水能力方面与实际河 网相近 。 Ｏ
河 网水 系 概 化 图 见 图 １ 。
例 ，建立 了综合考虑河 口地区闸控河网的水力特征和水质
特 征的耦合模型 ， 并利用 ２ ０ ０ ９年 ６月实测水文 、 质数据 水 对模型计算结果进行验证。 验证结果表 明， 型模拟结果较 模 为理想 ， 较好地反 映了河 网水质变化趋 势。 本文所建立 的耦
水 动力学 方程 ，依 据上 下游关 系把这些单元依次连接集成 为更 大的区域直 至整个计算 区域 ，再在正确 的位置嵌入水 利工程 ， 这样就构建 了数字化分布式水文模型 。 上述建模过 程可 以通过通用流域水文数值模 型软件与规范化 的时空数 据库相结合 的方法快速完成 。 同样 ， 于河道和行蓄洪 区洪 对 水演进模 型 、 污染物运移模 型 、 土壤侵蚀模 型 、 情评估模 灾 型等 ， 都可采用类似的方法构建 。利用该 方法 ， 在淮河流域 管理数字化 系统 中 ， 已经构建了史灌河子流域 水文模 型、 中
集总式 的计算 结果不能 满足局部水利工 程调度运 用需 求 。
在河 网计算 中 ， 边界条件分 为 ２ ： 类 一类是外部边界条 件， 通常作 为输入资料 给定 ； 另外 一类 是 内部 边界 ， 通常用
拟、 实时洪涝灾情评估工作 中发挥 了技术支撑作用 。
４ 结论
通过对淮河流域管理数字化概 念、系统框架和其中关
键方 法的研究 ， 明确 了系统的服务 目标 、 主要功能 、 术框 技
因此 ， 需要基 于流域水循环 的机理 ， 据下 垫面条件 和水 文 根 气象条件 ，建设数字化 的流域模 型体 系。建设 流域水文模 型， 首先要从数据管理服务平 台提取研究流域 的地形 、 土壤 类 型 、 被类型 、 植 土地利用 等空间数据 ， 据此 数据先把研究 流域 划分为一系列 子流域 ； 再根据产流规律基本相 同原则 ，
３ 模 型 的建 立与 验证
本文概化河网共有 １ ５个外边界 ， 包括 ８ 个入流边界以
及 ７个 出流边 界 ， 实测 、 收集 了边界处 的流量 、 水位及 水质
数据 ， 建立沿海河 网地 区如皋市河网模型。 模 型参 数的率定从水量模 型和水质模 型两方面考虑 ，
合模型可 以用于沿海河网地区受潮汐影响的 闸控河网水质 模拟 ， 利用该模 型可进一 步进行城 市生态调水 、 污染源削减
的对流扩散方程 。取浓度为研究变量 ， 其表达式为 ：
＝ —
—
（
—
０ １ ｃ Ａｋ ｃ＋
— 一
ｍ
行率定 ， 同时对模型精度进行验证 。 率定得到如皋市主要河道 的糙率值为 ０ １ ０００ ． ８～ ． ，水质 Ｃ Ｄ的降解系数为 ０ ８～ ０ ３ Ｏ ． ０
０１／，氨氮的降解系数为 ０ ８— ． ／。流量验证结果见图 ．５ ｄ ． ０１ ｄ ０ ２ ２监测断面水质验证结果见图 ３ 计算结果显示 ， ， 。 水量水质模 型模拟结果较为理想 ， 与实测水文 、 水质数据基本一致 ， 表明 模型可以应用于沿海河网地区的水力模拟和水质预测。 本文建立的水 力模 型能模拟沿海河网地区复杂的闸门
ｆ ＋～Ｚ Ｂａ
建立 与之相符 的河网耦 合水 力水 质模 型对 改善该地 区的水 环境 质量具有积极 意义。耦合模 型一般 由水力 和水质模 型
两部分组成 ， 已有 的水力模型基本上采用结点水位法 、 三级
优 ＋一） ｇ… ｏ （ 喾 ｇ ＋ － ａ
式 中 ： Ｑ ｚ分别为过水 断面面积 、 Ａ、 、 流量 、 位 ； 断 水 ｕ为 面平均流速 ； 为主流断面宽度。 Ｂ
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沿 海 河 网 地 区 水 流 水 质 模 拟 分 析
ห้องสมุดไป่ตู้钱 小娟 陈海峰 顾 爱 辉
（ 江苏省水文水资源勘测局南通分局
南通
２ ６０ ） ２ ０６
【 要】 摘 沿海河网地区水系复杂， 水体存在水深较浅、 流速缓陧、 顺逆不定、 水体自 净能力不强等问题。本文以沿海平原河网 地区
沿海河 网地区交通便 利 ， 口稠密 ， 人 工农业经 济发达 。 近年来 ， 随着经济 的迅速发展 ， 民生活水平不 断提高 ， 居 用 水量急剧增加 ， 致使 大量生活 污水 、 工业 废水排入 水体 ， 再
加之沿海河 网水体存在水 深较浅 、 流速缓慢 、 顺逆 不定 、 水 术支撑 。
解 法和四级解 法。本文以长三角沿海平原河 网地 区的如皋 市水 环境 为例 ，根 据其 水系特点 和实 际需要建立一维河 网 水量水质耦合模 型 ，为沿海河 网地 区的水环境保护提供技 了， 原来 的成果就失去 了再使用 的基础 。其次 ， 经验性 的模 型方 法应 用效果依 赖于人的经验 ， 而经验很难传承 。第三 ，