河流一维水质模拟及其可视化研究

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1、摘要水质模拟预测是研究污染物的水环境行为的重要方法。可以为水污染调控、水质管理规划和环境管理提供科学依据。本文通过对东江干流惠州段的水质情况及其污染源的分析，确定了高锰酸盐指数与氨氮两种主要污染指标。根据河道水动力学特性以及污染物的输运特征，建立了一维水动力学模型(圣维南方程组)和一维对流扩散水质模型。其中圣维南方程组采用普列斯曼四点偏心隐格式离散方程组并用追赶法求解，对流扩散方程则选用了隐式差分托马斯方法求解污染物浓度值。在求解过程中，结合高效的数据处理软件MATLAB6．5，利用其强大的数值计算功能编制了东江惠州段的水动力、水

2、质模型计算程序，其中主要监测断面的各水力学要素均由不规则断面的计算程序求得。水质参数由率定的综合降解系数结合经验公式求得。经验证，模拟值与实测值的误差可以控制在一定范围内。将验证后的模型体系应用于目标河段在不同水文条件下的水质模拟，并对模拟结果加以分析预测。最后，在VisualStudio2005开发平台上，结合ArcGISEngine二次开发控件，编程开发了河流一维水质可视化系统，实现了对河流一维水质的动态可视化演示。关键词圣维南方程组；对流扩散方程；水质模拟；动态可视化ABSTRACTSimulatingandpredicti

3、ngthewaterqualityisanimportantmethodforresearchingonbehaviorofcontaminationinwaterenvironment，anditprovidesscienceevidenceforsuccessfullyaccomplishingthetasksaboutwaterenvironment．Thepaperascertainstwodominatingpollutionindicatornamelypermanganateindexandammonianitrog

4、enbyanalyzingwaterqualityconditionandpollutionsourceofmainstreaminDongjiangRiver．Onthebasisofhydrodynamicscharacteristicofnaturalriverwayaswellasthepollutiontransportationcharacter,l—Dhydrodynamicmodel(Saint．Venantequation)and1-Dadvective．diffusionwaterqualitymodelare

5、established，inwhichPreissmannweightedimplicitschemeisused，andwaterqualitymodelissolvedbyTomasimplicitschemetoobtainpollutionconcentration．Intheprocessofcalculation，combinedwithadvanceddata-processingsoftwareMATLAB6．5，whichhaspowerfulnumericalcalculationfunction，thepap

6、erworksoutahydrodynamicandwaterqualitymodelprocedureforareachthemainstreamofDongjiangRiverinHuizhouCity,inwhicheachhydraulicfactorofmaininspectingsectionsiscalculatedbyanomalysectionprocedure．Thewaterqualityparameter。isobtainedbytheintegrateddeclinecoefficientaswellas

7、experienceformula．Aftervalidatingtherelativedifferencebetweensimulationvalueandfieldmeasuredvaluecanbecontrolledinadefinitescope．Thenthemodelsystemisappliedwatei-qualitysimulationofthetargetmainsectionsindifferenthydraulicconditionsandthesimulationresultisanalyzedandf

8、orecasted．Finally,BasedonVisualStudio2005softwaredevelopmentplatform，combinedwithArcGISEnginecontrolunit，thepaperdevelopsa1一