河流水质模型及其发展趋势.pdf

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1、第27卷3期　　安徽师范大学学报(自然科学版)Vol.27No.32004年9月JournalofAnhuiNormalUniversity(NaturalScience)Sep.2004河流水质模型及其发展趋势汪家权,　陈　众,　武　君(合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥　230009)摘　要:水质模型是进行环境水污染控制、水质规划和环境管理的有效工具.本文对河流水质模型的发展进行了简要介绍,比较详细的评述了河流水质模型及几个国际通用的综合水质模型.同时本文还着重对河流水质模型的发展趋势做出评

2、价,特别是提出了对河流水质模型与虚拟现实(VR)技术结合这一应用前景.关键词:河流水质模型;综合水质模型;虚拟现实技术中图分类号:X143　　文献标识码:A　　文章编号:1001-2443(2004)03-0242-06　　河流水质模拟可以分为定性模拟和定量模拟两种,目前主要采用数学模型、物理模型与模拟模型3种系统进行水质定量模拟。河流水质模型是对河道水体中污染物随空间和时间迁移转化规律的数学描述,其中涉及到许多物理、化学和生物过程,模型大都比较复杂.近年来,对水质模型的研究已经从点源污染模型转向面源

3、污染模型,从一般的水质模型转向综合水质模型,并将营养物、有毒化合物及底泥等作用纳入到模型中,逐渐向真实、定量化方向发展.　　随着不确定性分析方法、人工神经网络、地理信息系统以及虚拟现实等方法技术的不断发展及与河流水质模型的进一步结合,将极大地促进河流水质模拟和水环境管理技术的先进性和现代化.1　水质模型研究的发展阶段[1]　　第一个水质模型是1925年由美国的工程师Streeter和Phelps提出的氧平衡模型,由Phelps在1944年总结和公布,即经典的Streeter-Phelps水质模型。这个

4、模型的基本原理是相当合理的,所以模型及其某[2-5]些修正形式至今仍被用于模拟水质.表1　水质模型发展阶段划分研究者阶段划分内　　　　容特　　　　点A/ProfS.①(1925-1960年):应用S-P模型;②(1960-1970年):使用计算机模拟;③(1970以主要研究问题、污染物4Jeyaseelan[6]-1977年):生态研究;④(1977至今):有毒物质研究.为基础划分.①(1925-1965年):开发了比较简单的BOD-DO双线性系统模型;②(1955-1970以水质组分相互作用为年):

5、发展水质模型为六个线性系统;③(1670-1975年):研究发展了相互作用的非[7]4基础划分,并考虑相关水傅国伟线性系统的作用模型;④(1975年以后):发展了多种相互作用系统,涉及到与有毒质模型计算方法.物质的相互作用.[8]3①简单的氧平衡模型;②形态模型;③多介质环境综合生态模型.通过模型复杂度划分叶常明①(1925-1960年):提出了Streeter-Phelps水质模型;②(1960-1965年):引进了空间变量、物理的、动力学系数;③(1965-1970年):不连续一维模型扩展到其他以

6、水质组分及被纳入模[9]5输入源和漏源;④(1970-1975年):发展成相互作用的线性化体系;⑤(1975至型的相关因素为基础划谢永明今):转移到改善模型的可靠性和评价能力的研究上,水质模型研究由单一组分模型分.向较综合的模型发展.①(1925-1980年):研究对象仅为水体水质本身,开始主要研究受点污染源严重污染的河流系统,面源污染仅作为背景负荷;②(1980-1995年):水质组分数量有所以模型面向对象为基础[10]3增长,水动力模型被纳入多维模型系统,面污染源被连入初始输入;③(1995年至徐

7、祖信划分.今):增加了大气污染模型,能对来自流域的负荷进行评估,对将边界条件连接到水体外部负荷的工作处于研究中.收稿日期:2004-06-22基金项目:国家自然科学基金(50379003),安徽省自然科学基金(03045306)资助.作者简介:汪家权(1957-),男,安徽太湖人,博士,教授,博士研究生导师.从事水污染控制与环境系统仿真的教学与科研.27卷第3期　　　　　　　　　　　　汪家权,陈　众,武　君:　河流水质模型及其发展趋势243　　很多学者对水质模型发展阶段给出了不同的分类方法,表1综合现

8、有的参考文献,对水质模型的发展阶段划分进行了简要介绍.2　河流水质模型　　任何水质模型都是依据物质质量守恒和能量守恒原理,通过流体力学中的连续方程、运动方程、能量方程推导得出;如考虑水质组分间的相互作用及其自身生化作用影响,可以得出更加全面、综合的水质模型。以下分体系对目前比较流行的水质模型作一介绍.[8-9]2.1Streeter2Phelps模型体系2.1.1Streeter2Phelps模型　Streeter2Phelps模型是最早的水质模型,其主