TACEF 121-2023 湖库水环境数值模型构建技术规范

ICS13.060.99CCSN769团体标准T/ACEF121－2023湖库水环境数值模型构建技术规范Technicalstandardforestablishingmathematicalwaterenvironmentmodelsoflakeandreservoir2023-12-20发布2024-01-01实施中华环保联合会发布T/ACEF121－20231目次前言.................................................................................................................................................11适用范围.......................................................................................................................................12规范性引用文件..........................................................................................................................13术语和定义..................................................................................................................................14湖库水环境数学模拟的基本流程..............................................................................................25模型的基础资料要求..................................................................................................................36湖库水体水动力学、水质状况初步分析..................................................................................47湖库水环境数值模型构建..........................................................................................................58模型参数的确定、率定与验证..................................................................................................69湖库水环境数学模拟及结果合理性分析..................................................................................7附录A常用数学模型基本方程及解法...................................................................................9附录B常见污染物转化过程的一般描述.............................................................................15附录C湖泊（水库）营养状态评价.....................................................................................18T/ACEF121－20231前言本文件按照GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件为首次发布。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中华环保联合会提出并归口。本文件主编单位：中国水利水电科学研究院。本文件参编单位：长江水利委员会水文局、中水北方勘测设计研究有限责任公司、黑龙江省水利科学研究院、浙江省水利河口研究院（浙江省海洋规划设计研究院）、浙江省水利水电勘测设计院有限责任公司、北京京创净源环境技术研究院有限公司、南京雨后地软环境技术有限公司、重庆市水文监测总站（重庆市水质监测中心）、新疆水利水电勘测设计研究院有限责任公司、中建智能技术有限公司、中建生态环境集团有限公司、水利部牧区水利科学研究所（阴山北麓草原生态水文国家野外科学观测研究站）、云南省水利水电勘测设计研究院、中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司、陕西省水利电力勘测设计研究院、深圳市环境科学研究院、江西省水务水科学检测研发有限公司、水利部珠江水利委员会技术咨询（广州）有限公司、生态环境部华南环境科学研究所、无锡德林海环保科技股份有限公司、云南农业大学、淮河水利委员会水文局（信息中心）、北京爱特拉斯信息科技有限公司、西安理工大学、南宁师范大学、中华环保联合会水环境治理专业委员会。本文件主要起草人：刘畅、赵仕霖、刘晓波、王世岩、李昂、肖潇、李保、何涛、贺金仁、高占平、王建慧、王文华、乔玉、王俊、邱朋朋、李其峰、蓝雪春、顾华、左瑞亭、刘高飞、吴树宝、陈立娜、张大顺、孙鑫、刘伟、韩祯、马旭、王亮、杜彦良、朱蓓、刘雨霏、郭梦京、赵银军、刘泽星、黄智华、刘力、饶杰、傅雷、王文君、吴英杰、刘铁军、杨智、苏正猛、张亚、陈昱潼、赵玮、T/ACEF121－20232孙超、王磊、许莉、许高平、王巍、郝芝建、李善综、曾祥云、孙前、陈仲晗、李秋艳、胡明明、潘正国、王建雄、张金棚、刘阳、罗春辉、刘愿军、李伟。T/ACEF121－20231湖库水环境数值模型构建技术规范1适用范围本文件规定了当湖泊、水库开展以水质评估、分析、预测为目的数值模型选择、资料收集、构建、率定验证、模拟计算及结果合理性分析等工作时的技术要求。本文件适用于大型水库（含大型水电工程、大型水利枢纽工程）、深水型湖泊的水质演化过程数值模拟相关工作。本文件适用于湖泊、水库水质的常规数值分析、水质突发事件应急分析及水质专项研究分析。中小型水库、浅水湖泊可参照使用。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB3838地表水环境质量标准GB/T25173水域纳污能力计算规程SL/T278水利水电工程水文计算规范NB/T10233水电工程水文设计规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1湖库水质waterqualityofreservoirsandlakes湖泊、水库水体在环境作用下表现出来的综合特征，即水体的物理性质和化学成分。3.2T/ACEF121－20232水质数值模型mathematicalmodelofwaterquality描述水体中水质变化规律的数学表达式，以物质守恒原理为基础，反映污染物排放与水体质量的定量关系，主要用于水体污染特性、水体纳污容量的研究和水质预测。3.3缺氧区anoxiczone水体中的溶解氧（DO）浓度小于2.0mg/L的区域（参考美国环境保护署相关研究成果）。4湖库水环境数学模拟的基本流程湖库水环境数学模拟的基本流程主要包括现场调查和基础数据收集、模拟对象水动力学、水质状况初步分析、数值模型的选择、构建、模型参数的确定、率定与验证、开展水环境质数学模拟、模拟结果合理性分析等。4.1现场调查和基础数据收集针对需要开展数学模拟的湖库对象，开展必要的现场调查。根据数值模拟工作需要，开展详细的基础数据收集。4.2模拟对象水动力学、水质状况初步分析针对需要开展数学模拟的湖库对象，开展水动力学、水质特征初步分析，结合模拟工作的目的和需求，初步判断能体现模拟对象水动力学、水质特征的关键时段、过程和区域等。4.3湖库水环境模拟数值模型选择针对需要开展模拟的湖库对象及模拟工作目的，选择适当的水环境数值模型。4.4数值模型的构建根据模拟对象湖库的基本特征、模拟工作的技术要求，开展模拟区域的概化，确定模拟工作的初始条件、边界条件、模拟工况、模拟精度等。4.5湖库水环境数值模型参数的确定、率定与验证确定模型所需的主要参数取值，选取区域实测水文、水质数据，对构建的数值模型开展率定和验证工作，修正模型主要参数取值。4.6湖库水体水环境数学模拟在率定验证后的模型基础上，针对数学模拟的工作目的及设定模拟因子、边界条件，确定模拟工况，对湖库水体水质开展数学模拟。T/ACEF121－202334.7湖库水体水环境数学模拟结果合理性分析对模型模拟的水质结果展开合理性分析，确定结果的可用性和准确性。图1湖库水环境数学模拟基本流程图5模型的基础资料要求5.1基本要求开展湖库水环境数学模拟前，应以湖库所在流域区域为重点，收集湖库所在流域区域的基础资料，主要包括但不限于下列内容：湖库基本情况、自然地理、气象水文、湖库水下地形、湖库水质状况、湖库水质管理要求、污染源基本情况等，具体的资料精度可根据模型构建工作的需要进行确定。5.2基础资料要求5.2.1湖库基本情况资料主要包括湖泊地理位置、水库建设地点、湖库规模、水库开发方式、湖库水文基本情况、水位变动特征、水库运行调度方案等。5.2.2自然地理资料主要包括地形地貌图、水系图，河流特征，流域面积，土地利用，水资源分区、水文地质资料等。5.2.3气象水文资料主要包括湖库周边的气象与水文站名录和分布图及相应站点的气象水T/ACEF121－20234文资料，包括降水量、蒸发量，实测和天然径流系列、河流水沙参数等。5.2.4湖库形态资料主要包括湖（库）盆形态，湖库流态，湖泊水下地形基本特征，水下地形或断面地形数据等。5.2.5水环境基础资料主要包括湖库所在区域的国控、省控水质断面分布情况、水质状况、达标情况、水功能区划及水质目标、排污口位置、排放特点、污水排放量、排放浓度、主要污染物等。5.2.6水资源开发利用资料主要包括湖库既有取水口、引水口、饮用水水源保护区基本情况、湖库水资源开发利用情况、取用水户分布及开发利用情况，取用水过程等。5.2.7一致性及可靠性分析。对收集的基础数据资料进行数据一致性分析。应明确模型采用基础数据的来源，保证基础数据的可靠性。6湖库水体水动力学、水质状况初步分析6.1湖库水体水动力学状况分析6.1.1应根据模拟湖库的水系、位置、面积、容积、几何形态、主要功能、人为运行调度方式、所在区域气象特征等，初步分析湖库水动力学总体特征。6.1.2展开分析的湖库水动力学总体特征可包括湖库水体的水量平衡状况和水动力学主要特点。6.1.3湖库水体的水量平衡状况包括水体的总容积、年内容积变化情况、水量补给来源、补给方式和补给量，水量泄放去向、泄放方式和泄放量、水体蒸发渗漏量、水体置换率等。6.1.4湖库水体的水动力学主要特点包括水体水面宽度、特征水位、年内水位和水面宽度变化情况、水体总体流场分布特征、流动特征等。6.1.5开展湖库水体水动力学状况分析时应特别关注可能引起水体水动力学显著变化的关键区域，如水体汇合口、泄水口、地形显著变化处等。6.2湖库水质状况初步分析6.2.1应根据模拟湖库的来水水质状况、模拟水体水质状况、水功能区达标情况、水体主要污染因子、水体汇水区污染特征、水体内源污染状况等，初步评估水体水质状况。6.2.2应根据模拟湖库水体水动力学状况分析成果，结合模拟湖库水体污染特征、气象条件（气温、风速、相对湿度等）等分析水体热分层状况、氧分层状况