河流水质模型
河流水质数学模型
2、2011年十大水系水质类别比例
长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河、浙闽片河流、西南 诸河与内陆诸河十大水系监测得469个国控断面中Ⅰ~Ⅲ类、Ⅳ~Ⅴ类 与劣Ⅴ类水质断面比例分别为61、0%、25、3%与13、7%。主要污 染指标为化学需氧量、五日生化需氧量与总磷。
3、 河流中有机污染物得相关情况
L0kd
2、3 S-P模型得修正模型
1925年,Street-Phelps提出BOD-DO偶合模型以后,水质模型得研究在很长 一段时间里进展缓慢。到了20世纪60年代,由于环境污染得加剧,水质问题引起 人们得关注,水质模型得研究也获得了快速发展。20世纪60~80年代就是水质 模型得快速发展时期。
2、2不考虑弥散作用得稳态解 当不考虑弥散作用,即弥散系数ks=0时,(1)式变化为
u C x
K1C
解上述方程得
K1 x
C C0e u
二维模型:如果模拟得河流水面较宽(超过200m),则按一维模型 计算结果可能误差较大,因此需采用二维模型计算。
3、二维情况下河流水环境容量模型
一个均匀河段得起始断面,从排污口连续稳定得向河流排
ksy
2C y 2
Байду номын сангаас
K1C
三、河流水质模型
(一)一维河流水质模型 1、河段划分 2、单一河段水质模型 3、多河段水质模型
(二)二维河流水质模型 4、正交曲线坐标系统 5、断面累积流量曲线 6、BOD模型 7、DO有限单元模型
1、河段划分
河流作为地球上分布最广泛得一种水体,其最显
著得特点就就是其在三维空间尺度上存在着巨大 得差异,并且其沿程得水文条件一般变化都较大。
B
ks
) e(kd ks )t
河道全过程水动力、水质模型
河道全过程水动力、水质模型
首先，让我们来看看水动力模型。
水动力模型通常用来模拟河
道中水流的速度、流量、水位、流态等动态变化。
这些模型可以基
于雷诺方程、纳维-斯托克斯方程等流体力学原理，结合地形、河道
断面特征、边界条件等参数，来模拟河流中水流的运动。
通过水动
力模型，我们可以预测洪水、河道泥沙输移、水力结构物对水流的
影响等，为水利工程设计和水资源管理提供重要参考。
其次，水质模型则是用来模拟河道中水质的变化过程。
这些模
型可以基于质量守恒方程、溶解氧平衡方程、营养盐循环方程等水
质反应动力学原理，结合污染物输入、河流混合、水生态系统作用
等因素，来模拟河流中水质的时空分布变化。
通过水质模型，我们
可以预测污染物扩散、水生态系统健康状况、水质改善措施效果等，为环境监测和水环境管理提供重要支持。
综合考虑水动力和水质模型，我们可以全面理解河道系统中水
流运动和水质变化的复杂过程。
这些模型的建立需要依靠大量的实
测数据和对河道系统的深入理解，同时也需要不断验证和修正，以
提高模型的可靠性和适用性。
在实际应用中，水动力和水质模型常
常结合使用，为河道管理、水资源保护和环境保护决策提供科学依据。
希望这些信息能够对你有所帮助。
河流水质模型
[exp(
1x)
exp(
2 x)]
1
ux 2DL
(1
1
4DL
K1
/
u
2 x
)
2
ux 2DL
(1
1
4DL
K
2/uFra bibliotek2 x
)
李光炽
水质模型
当忽略弥散项时有如下形式的解：
L L0 exp( K1x / ux )
O
Os
(Os
O0
)
exp(
K2
x
/
ux
)
K1L0 K1 K2
[exp(
K1x
/
ux
)
exp(
李光炽
水质模型
对于稳态情形
ux
L x
DL
2L x 2
K1L
O
2O
ux x DL x 2 K1L K 2 (Os O)
边界条件
x x
0, L L0 ,O O0 , L 0,O Os
李光炽
水质模型
解为
L L0 exp( 1x)
O
Os
(Os
O0
) exp(
2 x)
K 1 L0 K1 K2
均匀混合模型适用于均匀河段，要求x足够
小，否则会造成较大误差。
李光炽
水质模型
5.3 一维BOD-DO水质模型
BOD-DO模型的基本假定是：
(1) BOD的降解符合一级动力学反应规律；即 在任何时候反应速率都和剩余的有机物数量 成正比。以L表示BOD浓度，则 r K1L 。 (2) 水体中溶解氧DO的减少只是由于BOD降解 所引起的，而且与BOD的降解有相同的速率。
S-P水环境模型
水质完全混合数学表达式：
式中：Qp—污水排放量，m3/s；cP—污染物排放浓度，mg/L；
DP—污水中溶解氧亏量，mg/L；Qh—上游来水流量，m3/s；
ch—上游来水污染物浓度，mg/L；Dh—上游来水中溶解氧亏量，mg/L；
2.S-P模型
S-P模型的基本方程为：
DO=DOf-D
式中：c—河流的BOD沿程浓度，mg/L；co—计算初始断面的BOD浓度，mg/L；
k1—河流的BOD衰减(耗氧)速度常数，1／d；x—河流的沿程距离，m；
u—河流断面平均流速，m／s；D—河流的亏氧量，mg/L；
DO—计算初始断面的亏氧量，mg/L；DO—河流的溶解氧g/L；k2—河流的复氧速度常数，1／d；
T—河水的温度，℃。
3.S-P模型的临界点
根据S-P模型绘制的溶解氧沿程变化曲线称为氧垂曲线，如图所示。氧垂曲线的最低点C称为临界氧亏点，临界氧亏点的亏氧量称为最大亏氧量Dc。沿河水流动方向，最大亏氧量Dc和临界氧亏点距污水排放口的距离xc：
第2章 河流水质模型1
• 忽略弥散所用，可得 L L Streeter-Phelps模式 u K1L
x t O O u K1L K 2 (Os O ) x t D D u K1L K 2 D x t
C0
C2 Δx
C3
C4 Δx
Ci
C0 k1V 1 Q
i
C0 k1 x 1 u
i
C1
C2
C3
C4
C5
图6-2 由多个零维静态单元河段组成的顺直河流水质模型
2.一维水质模型
一维河流静态水质模型基本方程
dC d C ux Dx KC 2 dx dx
K1 Lx 1 (1 x ) Lx u K1 K2 Dx 1 Lx x (1 x ) D x u u
例题2
• 一个改扩建工程拟向河流排放废水，废水量q＝ 0.15m3/s，苯酚浓度为30μg/L，河流流量Q＝ 5.5m3/s，流速u＝0.3m/s，苯酚背景浓度为 0.5 μg /L，苯酚的降解（衰减）系数K＝0.2d-1，纵向分 散系数Dx＝10m2/s，横向剪切分散系数Dy＝1 m2/s ，河道宽100m。求排放点下游10km处的苯酚浓度
这两个方程式是耦合的。当边界条件
时，S-P模式的解析解为:
L L0 , x 0 O O0 , x 0
L L0e k1x /u k1L0 k2 x / u k1 x / u k2 x / u (e e ) D D0e k2 k1
1. 均匀流场中的扩散方程
C 2C C Dx ux 2 t x x
河流一维稳态水质模型公式
河流一维稳态水质模型公式
（原创实用版）
目录
1.河流一维稳态水质模型的概念
2.河流一维稳态水质模型的公式
3.公式的应用和意义
正文
一、河流一维稳态水质模型的概念
河流一维稳态水质模型是一种描述河流水质变化的数学模型，其中“一维”表示河流在水平方向上是均匀的，而“稳态”则表示河流的水质在时间上是稳定的，即不随时间变化。
这种模型通常用于研究河流污染物的输移和变化规律，为水环境保护和污染治理提供理论依据。
二、河流一维稳态水质模型的公式
河流一维稳态水质模型的公式主要包括以下几个部分：
1.污染物的输移方程：这一部分描述了污染物在河流中的输移过程，通常采用对流扩散方程来表示。
2.污染物的降解方程：这一部分描述了污染物在河流中的降解过程，通常采用一阶动力学方程来表示。
3.污染物的来源和汇函数：这一部分描述了污染物的来源和汇过程，通常采用恒定源和线性汇函数来表示。
综合以上三个部分，可以得到河流一维稳态水质模型的完整公式体系。
三、公式的应用和意义
河流一维稳态水质模型的公式在实际应用中具有重要的意义。
通过这个公式，可以预测和模拟河流中的水质状况，为水环境保护和污染治理提
供科学依据。
3 河流水质模型
c t
0
，因此得到
数学模型
2 c c ux Kc 0 D x 2 x x c x x c0 0 c x 0
运用数学物理方程的求解方法，可以求得其解析解：
污染源
u x
Dx
K
x 0 c c0
0
x
图2.1 河流中一维扩散示例图
由式（2.27）和（2.28）可得到断面任一点浓度与断面 平均浓度的比值：
c c 1 4 {exp( y
2 2
4 B
) exp[
(B y) 4 B
2
2
] exp[
(B y) 4 B
2
2
]} ( 2 . 29 )
式中 :
Dxx uxB
2
根据定义，当污染物达到岸边时，c
t0 c max
1
c max
2
t1
t2
x m 2 x
c max
n
tn
x0
x1
xm
x m 2 x
xn
x
图2.６扩散过程态图
例题1：一项扩建工程向河流排放废水，废水量
为 Q2=0.15m3/s ，主要污染物苯酚浓度为30 ug/L ， 河流量 Q1=5.5 m3/s，流速0.3m/s，纵向弥散系数为 Dx=10m2/s 。苯酚在原河流中监测浓度为 0.5 ug/L， 它的降解系数K=0.2d-1（如图）。求：下游10km处苯 酚浓度 ？ 解： (1)计算起始处完全混合后的初始浓度
0 . 0137
x 0 . 0137 u x B Dy
2
c
0 . 05
可以求出
河流水质预报模型及其应用
河流水质预报模型及其应用近年来，随着人类经济活动的增长，水环境受到了越来越严重的破坏。
其中，河流水质的恶化引起了不少人的关注。
为了及时研判河流水质情况，提高水环境保护的效率，河流水质预报模型应运而生。
一、河流水质预报模型的定义河流水质预报模型是指根据环境地貌、水质指标、水流条件和降雨量等因素，对河流水质进行预测、估算和分析的一种数学模型。
采用数学统计方法分析、处理河流水文、水文化学数据，对未来一段时期河流水质变化趋势进行预测，建立可靠的河流水质预报模型。
二、河流水质预报模型的应用河流水质预报模型被广泛应用于生态环境监测、水资源管理、水环境保护规划等领域。
国内外环保、水利、农林渔业等部门都在使用河流水质预报模型。
生态环境监测河流水质预报模型为水质监测提供了科学的依据和方法。
通过对监测数据的采集、整理和分析，建立模型，预测河流水质的变化趋势。
并根据预测结果制定监测计划，及时预警，保护生态环境。
水资源管理河流水质预报模型可在水资源的合理利用及保护方面起到积极的作用。
预报模型能对水质影响因素进行模拟和分析，对于水量调度、水体治理和防洪抗旱等方面制定合理的管理措施，提高水资源的利用效率。
水环境保护规划河流水质预报模型可对水环境保护规划起到指导作用。
对监测数据进行分析，建立模型，预测河流水质变化趋势，调整规划和控制措施，减少水污染对环境的损害。
三、河流水质预报模型的建立方法建立河流水质预报模型需要从以下方面考虑：1、数据的准确性：建立数学模型是以数据为基础，因此，数据的准确性和可靠性是建立模型的关键。
2、建模方法的选取：传统的建模方法是以统计分析为主，往往需要较多的数据进行分析和处理。
近年来，计算机模拟方法日益成熟，其优点是可以在较短时间内进行多方位的敏感性分析。
3、模型参数的确定：模型参数的确定需要依据实地资料，结合实际情况进行逐步试算、校正和反复验证。
4、模型效果的验证：模型效果的验证需要对预测误差、稳定性、可信度等方面进行分析。
河流纵向一维水质模型方程
河流纵向一维水质模型方程河流纵向一维水质模型方程，这个听起来就像是高深莫测的科学话题，实际上却和我们的生活息息相关。
想象一下，当你在清晨的河边散步，阳光洒在水面上，波光粼粼，那种宁静的感觉。
可要是水里漂着垃圾，或者水质变得浑浊，想必你的心情立刻就变得乌云密布了吧。
水质不仅影响了我们的生活，还关乎生态环境，尤其是对于那些依赖河流生存的小鱼小虾，哎，真是让人心疼。
说到水质模型，其实就是在研究水流里不同物质的变化。
你知道吗，水里可不只是水，里面可能还有营养盐、污染物、甚至是细菌。
科学家们为了搞清楚这些东西是怎么在水里传播的，便设计了这样的模型。
就像我们生活中的“人际关系”，不同的物质相互作用，水质自然会发生变化。
这个模型帮助我们理解水质的好坏，也为治理污染提供了科学依据。
要是水质变得差了，想必就会对河流的生态系统造成打击。
想象一下，鱼儿们在水里游来游去，突然水质恶化，它们是多么无奈啊。
就像咱们在人际关系中，忽然遇到不合的朋友，真是让人心情跌宕。
科学家通过这个模型，可以预测在什么情况下水质会变差，哪种污染物会造成伤害，简直是给我们当了“水质预报员”！不过，这个模型可不是一成不变的哦。
河流的特性、周围环境、季节变化，都会对水质产生影响。
就好比你今天的心情可能会因为天气而改变，有时候阳光灿烂，心情大好，有时候阴雨绵绵，感觉低落。
科学家们需要不断调整模型，才能准确预测水质变化。
这就像咱们日常生活中，随时得根据情况变化来调整自己的计划，不能死板。
对于治理河流污染，模型也能提供一些“绝招”。
比如，通过分析某种污染物的浓度变化，科学家们可以知道是哪个源头在作怪。
说白了，就是找出“罪魁祸首”。
有了这些数据，相关部门和环保组织就能采取针对性措施，恢复河流的生机。
想象一下，河流恢复了生机，鱼儿欢快地游来游去，水草也随风摇摆，那种生机勃勃的景象真是让人心旷神怡。
这个模型的应用还不仅仅局限于一条河流。
各个河流之间也可以借鉴经验。
河流一维稳态水质模型公式
河流一维稳态水质模型公式摘要：一、引言二、河流一维稳态水质模型概述1.定义及意义2.应用范围和背景三、河流一维稳态水质模型公式1.公式构成2.参数说明3.公式推导与解析四、模型的应用案例五、总结正文：一、引言随着我国经济的快速发展，环境污染问题日益严重，尤其是水污染问题。
为了更好地解决这一问题，人们需要对河流水质进行科学合理的监测和评估。
在这个过程中，数学模型起到了关键作用。
本文将介绍河流一维稳态水质模型公式，以期为我国水环境保护工作提供理论支持。
二、河流一维稳态水质模型概述1.定义及意义河流一维稳态水质模型是指在假定河流呈一维稳态流动条件下，根据质量守恒、动量守恒、能量守恒等物理原理建立起来的数学模型。
这种模型可以模拟河流中水质的变化规律，为水环境管理提供科学依据。
2.应用范围和背景河流一维稳态水质模型适用于河流水质的监测、评价、预测和优化等方面。
在实际应用中，它可以帮助我们了解河流水质的变化趋势，评估水资源的可持续利用性，并为水污染防治提供技术支持。
三、河流一维稳态水质模型公式1.公式构成河流一维稳态水质模型公式主要包括以下几个部分：质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程。
这些方程描述了水质变化的基本规律，是模型的核心部分。
2.参数说明在应用河流一维稳态水质模型时，需要考虑以下参数：水流速、水密度、污染物的浓度、扩散系数、吸附系数等。
这些参数对于模拟水质变化具有重要意义。
3.公式推导与解析河流一维稳态水质模型公式的推导过程较为复杂，涉及多个物理原理。
在此，我们不再详细展开，只强调一点：公式的推导过程是基于质量守恒、动量守恒和能量守恒等物理原理的。
四、模型的应用案例河流一维稳态水质模型在实际应用中具有广泛的应用价值。
例如，它可以用于评估某条河流的水质状况，预测未来一段时间内水质的变化趋势，或者为水污染防治提供技术支持等。
五、总结河流一维稳态水质模型公式是一种重要的数学模型，对于水环境保护工作具有重要的理论意义。
环境影响评价师辅导：常用河流水质数学模型与使用条件
常⽤河流⽔质数学模型与使⽤条件
河流完全混合模式的适⽤条件：①河流充分混合段；②持久性污染物；③河流为恒定流动；④废⽔连续稳定排放
河流⼀维稳态模式的适⽤条件：①河流充分混合段；②⾮持久性污染物；③河流为恒定流动；④废⽔连续稳定排放
河流⼆维稳态混合模式的适⽤条件：①平直、断⾯形状规则河流混合过程段；②持久性污染物；③河流为恒定流动；④连续稳定排放；⑤对于⾮持久性污染物，需采⽤相应的衰减模式。
河流⼆维稳态混合累积流量模式与适⽤条件：①弯曲河流、断⾯形状不规则河流混合过程段；②持久性污染物；③河流为恒定流动；④连续稳定排放；⑤对于⾮持久性污染物，需采⽤相应的衰减模式。
（S-P）模式：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河流为恒定流动；⑤污染物连续稳定排放。
河流混合过程段与⽔质模式选择
预测范围内的河段分为充分混合段、混合过程段和上游河段。
充分混合段：指污染物浓度在断⾯上均匀分布的河段。
当断⾯上任意⼀点的浓度与断⾯平均浓度之差⼩于平均浓度的5%时，可以认为达到均匀分布。
需采⽤⼀维模式或零维模式预测断⾯平均⽔质。
混合过程段：指排放⼝下游达到充分混合以前的河段。
需采⽤⼆维模式预测断⾯平均⽔质。
上游河段：排放⼝上游的河段。
⼤、中河流⼀、⼆级评价，且排放⼝下游3～5㎞以内有集中取⽔点或其他特别重要的环保⽬标时，均应采⽤⼆维模式预测混合过程段⽔质。
河流水质模拟与预测模型的研究
河流水质模拟与预测模型的研究河流的水质是人们能否安全饮用和生产所需水资源的重要保障之一。
随着城市化进程和工业化发展的加快，水质污染现象日趋严重。
面对这一现实，河流水质模拟与预测模型成为了当前水环境保护领域中的重要研究方向。
一、水质模拟模型的分类水质模拟模型主要分为物理模型和统计模型两大类。
1. 物理模型物理模型是基于河流水动力学和水质动力学原理的模型。
该模型适用于对规则河道进行描述，具备较高的可解释性和预测精度。
目前，基于物理模型研究的主要方法包括计算流体力学、有限元方法、有限差分方法。
2. 统计模型统计模型则是基于已有数据或经验进行建模，主要依赖于数据分析和建立预测模型的方法。
统计模型在短期预测中具有较高的准确度，但长期预测可能存在误差。
目前，常用的统计模型包括灰色模型、神经网络模型、回归模型等。
二、模型参数建立水质模拟模型需要对一些重要参数进行分析和测量。
其中，参数主要可分为计算参数和环境参数两大类。
1. 计算参数计算参数是需要预先给定的参数，用于计算河流的水动力学和水质动力学模型。
其中包括水流速度、水深、流量、水温、氧含量等。
2. 环境参数环境参数主要是河流周围环境的一些特性。
例如，太阳辐射、温度、湿度等都可能对河流水质产生影响。
在计算模型参数时，需要采用实际测量和模拟方法。
其中，实际测量可以通过采集河流周围环境的数据及时地了解河流水质的变化情况，模拟则可以通过使用专业软件进行模型参数计算和推演。
三、模型验证验证是评估模型预测能力的关键步骤。
对于河流水质模型，可采用实地监测和计算机模拟两种方法验证。
1. 实地监测验证实地监测是通过采集河流的水质数据，与模型预测结果进行对比，以验证模型的准确性。
该方法具有直接性和可靠性，但监测时间和精度受到限制。
2. 计算机模拟验证计算机模拟验证是对模型进行动态模拟，与实际情况进行对比来验证模型的有效性。
该方法能够有效地减少实际监测的时间和成本，但需要构建准确的模型和输入数据。
水环境数学模型-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
在稳态条件下，
డ
ݑడ௫ ൌ ܦడ௫ మ െ ܭଵ ܮ ܭଶ ሺܱ௦ െ ܱሻ ሺܲ െ ܴሻ
డை
డమ ை
（5-14）
ݑడ௫ ൌ െሺܭଵ ܭଷ ሻ ܮ ܵ ⁄ܣ
（5-15）
ݑ
డ௫
డ
ൌ െሺܭଵ ܭଷ ሻ ܮ ܵ ⁄ܣ
ಽ BOD： ܮൌ ܮ ܨଵ ቂ ൗሺܭଵ ܭଷ ሻቃ ሺ1 െ ܨଵ ሻ
ቀ݁ ିሺభ ାయ ೠ െ ݁ ିమ ೠ ቁ
ሻ
ೣ
ௌ
（5-23）
భ ାయ ሻ
DO： ቂ
ିோ మ
ܦ ൌ ܦ ܨଶ െ ሺ
（5-25）
或
భ ௌಽ ቃ ሺ1 మ ሺభ ାయ ሻ భ
《河流水质模型》课件
该河流的水质模拟主要针对有机物和重金属进行，通过建立水质模型，预测不同排放量对水质的影响 ，为河流治理提供科学依据。
案例二：某水库的水质模拟
总结词
该水库具有高营养盐水平，主要污染物 为氮、磷等营养盐。
VS
详细描述
该水库的水质模拟主要针对氮、磷等营养 盐进行，通过建立水质模型，预测不同排 放量对水库富营养化的影响，为水库的生 态恢复提供技术支持。
模型的参数与变量
参数
污染物排放量、河流流量、水体 容量、污染物降解系数等。
变量
河流水质浓度、污染物排放量、 河流流量等。
模型的建立过程
确定模型的目标和范围。
选择合适的数学模型，如 一维水质模型、二维水质 模型等。
收集相关数据和资料，包 括河流水质监测数据、污 染物排放数据等。
建立数学方程，包括质量 守恒方程、污染物降解方 程等。
利用数据可视化技术，如热力图、散点图等，将复杂的数据以易于理解的方式呈 现，帮助用户更好地理解结果。
结果的误差分析
误差来源
分析模型结果的误差来源，如数据采 集误差、模型参数不确定性等，以便 更好地了解误差的构成。
误差评估
通过比较模型结果与实际观测数据， 对误差进行定量评估，判断模型的准 确性和可靠性。
结果的优化与改进
模型参数优化
根据结果分析，对模型参数进行优化调整，以提高模型的预测精度和稳定性。
模型改进建议
基于结果分析，提出对模型的改进建议，如改进模型结构、增加数据输入等，以提升模型的性能和适用范围。
05 河流水质模型的案例分析
CHAPTER
案例一：某河流的水质模拟
总结词
该河流具有中等污染程度，主要污染物为有机物和重金属。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
水质模型
第四步：模型的验证，应用所建立的模型， 模拟实际已发生过的过程。如果计算结果和 实测结果相比较，达到预期的精度，则认为 所建立的模型具有预测的能力，是成功的。 应用于参数估值的实测数据与应用于模型检 验的实测数据应是相互独立的。为了建立具 有预测能力的模型，我们通常用另一套观测 而获得的数据来检验所建立的模型。如果检 验结果具有良好的一致性，认为模型具有预 测的功能，否则应对模型参数和模型结构进 行修正，直至得到满意的模拟结果。
李光炽
水质模型
二、建立水质模型的步骤
第一步：确定模型的结构，这是一个对实际 水环境问题加以抽象和概化的过程。这一步 包括有关变量的选择，分析这些变量如何变 化以及相互作用，形成模型的结构概念，选 择适当的数学表述形式，确定初始条件和边 界条件。一个模型只需能表现其特性的有关 变量，模型只是真实事件的一个近似表达而 并不是完全真实。为了解数学方程，一定要 使所建立的模型尽发电厂有热水排 入河流，它将对水生生态系统产生什么样的 影响? (4)含高浓度的磷的废物排入某一湖泊，使湖 泊(或水库)产生富营养化，必须除去多少磷才 能使湖泊不产生富营养化? (5)国家需要建立一个核能基地，在什么情况 下对人类环境产生什么程度的影响。
李光炽
李光炽
水质模型
(3)按模型变量的多寡，即按模型所表述的水 质组分的数目，可有单组分水质模型和多组 分模型。当模型变量为BOD或COD时，有时 称有机污染水质模型。当模型变量为BOD和 DO时，称BOD-DO耦合模型。当模型变量扩 大到水生生物时，称水生生态模型。生态模 型是一个非常综合的模型，它不仅包括化学、 生物的过程，而且亦包括水质输运以及各种 水质因素的变化过程。模型变量及其数目的 选择，主要取决于模型应用的目的以及对于 实际资料和实测数据拥有的程度。
水质模型
二、 分类 按不同的观察角度可有如下不同的水质模型 分类： (1)按水质组分的空间分布特性，可分为一维、 二维和三维模型。沿某一坐标方向，水质组 分有变化，而沿其他坐标方向浓度梯度为零， 称为一维模型。二维模型和三维模型则分别 是沿两个坐标方向和三个坐标方向浓度梯度 均不为零的情况。
李光炽
一、水质模型的发展过程 第一阶段(1925-1965年)：开发了比较简单的 生物化学需氧量(BOD)和溶解氧(DO)的双线 性系统模型，对河流和河口的水质问题采用 了一维计算方法进行模拟。 第二阶段(1965-1970年)：研究发展BOD— DO模型的多维参数估值，将水质模型扩展为 六个线性系统模型。发展河流、河口、湖泊 及海湾的水质模拟，方法从一维发展到二维。
李光炽
水质模型
(4)按水质组分是否作为随机变量，可分为随 机模型和确定性模型。
水质模型还可以按模型的其他特征分类。如 按水质组分的迁移特性，可分为对流模型， 扩散模型和对流－扩散模型。按水质组分的 转化特性可分为纯迁移模型，纯反应模型和 迁移－反应模型等。
李光炽
水质模型
1.2 水质模型的发展及建立步骤
李光炽
水质模型
第四阶段(1975年以后)：发展了多种相互作用 系统，涉及到与有毒物质的相互作用。空间 尺度发展到了三维。目前对环境的污染问题 的研究，已发展到将地面水、地下水的水质 水量与大气污染相互结合，建立综合模型的 研究阶段。同时，由于水环境问题的复杂性 和不确定性，在水质预测中，已经开始水质 的非确定性模拟与预测，为水质控制与规划， 提供更为丰富的信息。
李光炽
水质模型
第三阶段(1970—1975年)：研究发展了相互 作用的非线性系统水质模型，涉及到营养物 质磷、氮的循环系统，浮游植物和浮游动物 系统，以及生物生长率同这些营养物质、阳 光、温度的关系，浮游植物与浮游动物生长 率之间的关系。其相互关系都是非线性的， 一般只能用数值法求解，空间上用一维及二 维方法进行模拟。
李光炽
水质模型
第二步：分析模型的性质，它包括模型的平 衡性，稳定性和灵敏性研究。灵敏性是指模 型中参数的变化对模型所产生的影响。如果 其研究结果不令人满意，则回到第一步重新 选择变量。 第三步：确定模型的参数,亦称参数估值。一 个数学模型通常含有参数。这些参数必须用 有关数据来确定。如果参数估值不理想，则 必须重新考虑模型的结构等等。如果所选择 的两个模型具有同等程度的可靠性，则宁可 选择参数较少的那一个模型。
(2)按水质组分的时间变化的特性，可分为稳 态模型和动态模型。水质组分不随时间变化 时为稳态模型，反之则为动态模型。当水流 运动为非恒定状态时，水质组分是随时间变 化的；而当水流运动为恒定状态时，水质组 分则可能是不随时间变化的，也可能是随时 间变化的。在水污染控制规划中，常应用相 应于一定设计条件下的稳态模型，而当分析 污染事故，预测水质时。常应用动态模型。
水质模型
当三个坐标方向浓度梯度均为零，水质组分 处于均匀混合状态时，称为均匀混合模型或 零维模型，亦称黑箱模型，它经常是一种概 化复杂问题的手段，着眼于建立输入与输出 的关系，而忽略水质组分在空间分布上的差 异。模型维数的选择主要取决于模型应用的 目的和条件，并不是维数越多就越好。
李光炽
水质模型
李光炽
水质模型
1.1 水质模型的主要问题和分类
一、 问题 (1)为了避免一条河流产生厌氧而使水质保持 在给定的条件，应当在何处建立污水处理厂? 多大规模、什么样的处理效率才能保证溶解 氧浓度不低于水质标准? (2)为了合理地利用某一区域的水资源，该区 域应当发展何种工业以及多大规模的工业才 能使该地区的水资源得以充分利用并保证水 资源不至于受污染。
水质模型
河流行为研究体系
（1）现场观测和数据的收集； （2）现场结果的分析；（3）野外实验； （4）在流体的化学和物理分析； （5）实验室模拟(包括化学的、物理的和水 力学的模拟等等)； （6）计算机的数学模拟； （7）综合分析研究。
李光炽
水质模型
水质模型
是一个用于描述物质在水环境中的混合、输 运过程的数学方程，描述水体中污染物与时 间、空间的定量关系；它通常涉及到解基本 方程的技术，而其结果的可靠性不会超过所 使用的方程的可靠性。在一个综合的河流水 质模型中，有许多影响河流水质的因素，如 物理的、化学的、水力学的、生物学以及气 象学的因素。