第三章32地表水水质模型通用软件介绍

3.2地表水通用模型软件介绍•1河流系统的恒定态水质模型①QUAL2.E是在1970年QUAL2-Ⅱ模型的基础上经美国Tuffs大学公用工程系和美国EPA水质模型中心环境研究室共同开发的。它不仅适用于混合的枝状河流系统，而且允许多个排污口、取水口的存在以及支流汇入和流出，尤其对藻类—营养物质—光三者之间的相互作用进行了矫正，并在模拟过程中对输入和输出等程序有了进一步改进。•该模型可以模拟15种水质组分的变化，既：溶解氧、生化需氧量、温度、藻类、叶绿素a、有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、有机磷、溶解磷、大肠杆菌、任意非守恒物质以及3种守恒性成分。QUAL2.E模型实际上一个基本的恒定态模型，但又带有某些动态的特点。它将恒定流体力学与水质参数结合起来，而这些水质参数既可以是恒定态的，也可以是逐日变化的。QUAL2.E模型能够模拟点源和非点源的负荷、取水、支流以及河川内的水工建筑物，尤其对中小河流有较精确地实用性，表现在其对河段和计算单元的限制。（1）河段：最大数目为25（2）计算单元：每个河段不超过20个计算单位，即全流程不超过500个计算单元。（3）源头：最多为10个（4）汇合单元：最多为9个（5）输入和输出单元：最多为25个•上述的条件限制，决定计算单元长度随流域的纵向沿程距离而变化，对中小河流而言，河流越短，计算单元的长度越小，则每个单元与实际情况越接近，模拟也越精确。•另外，QUAL2.E模型还可以分析因气象条件的昼夜变化造成溶解氧与温度的变化对水质的影响，模拟因藻类生长和呼吸造成的溶解氧的变化，还能用来确定为了满足预先规定的溶解氧的水平所需的流量增加量。②QUAL.EUNCAS是QUAL.E的增订版，具备进行不确定性分析的功能，包括：（a）按照因素组合方式来进行敏感度分析；（b）一阶误差分析，它的输出包括一个无量纲化的敏感度系数矩阵和一个变差矩阵的元素；（c）MonteCarlo模拟，它给出输出变量的总结性统计和频率分布。③其他的恒定态模型供分析河网中水质用的其他比较简单的一维恒定态模型还有美国水道实验站STEADY模型和美国地质调查局的Streeterphelps模型，前者计算温度、溶解氧和生物需氧量；后者模拟溶解氧、含氮需氧量、碳素、生化需氧量、正磷酸盐与粪便大肠杆菌，以及三种守恒物质。2河流系统的动态模型①WASP（waterqualitysimulationprogram）是美国环保局Ａthens实验室开发的一种水质分析模拟程序。模拟的地表水文系统包括河流、水库、河口、海岸的通用模拟框架。它采用可变水质组分模型研究方法，可进行一维、二维和三维水质分析模拟，同时采用开放式设计，用户可随意写入附加程序使之适应于特殊条件。•WASP包括两个独立的计算程序——DYNHRD和WASP4，它们可以联合运行，也可以单独运行。DYNHRD是一个简单的网络水力动态模型，可以处理变化潮汐周期、独立和不稳定流动的水力动态学，产生一个输出文件，为WASP4提供流量和体积参数。•WASP4是水质分析模拟程序，是一个动态模拟体系，它基于质量守恒原理，待研究的水质组分在水体中以某种形态存在时空上追踪水质组分的变化。它由两个子程序—有毒化学物模型TOXI4（thetoxicchemicalmodel）和富营养化模型EUTRO4（Eutrophicationmodel），分别模拟两类典型的水质问题•（a）传统污染物的迁移转化规律（DO、BOD和富营养化）；（b）有毒物质迁移转化规律（有机化学，金属，沉积物等）。WASP模型可预测DO、COD、BOD、富营养化、碳、叶绿素a、氨、硝酸盐、有机氮、正磷酸盐等物质在河流中的变化情况。②CEQUALRIVI•CEQUALRIVI是美国实验站开发的一个河川完全动态的一维水流与水质模拟模型。能够分析非恒定性严重的河川条件，诸如洪水峰值流量，还能够模拟分支河流系统，并可拥有许多的控制建筑物，诸如河道整治用的丁坝、顺坝以及通船河闸和坝。另外，它也可以模拟温度、溶解氧、生化需氧量和营养素，而且可以模拟水流和水质梯度很陡的情况。③WQRRS（waterqualityforriversystem）•是动态水质与动力学模型软件包；包括模型软件包，河流水质软件包和水库水质程序，它可以模拟18种水质组分。包括化学组分和物理组分（溶解氧、溶解固体总量）、营养素（磷酸盐、胺，亚硝酸盐和硝酸盐）、碳的统计（含碱度、碳的总量）、生物组分（两种类型的浮游植物、水底藻类、浮游动物、水底动物、三种类型的鱼）、有机组分（盐屑、有机泥沙）以及大肠杆菌。④其他一些河流动态模型•（1）HEC5Q•（2）HEC•HEC5Q是HEC5模型的水质版，HEC5为HEC5Q提供水流模拟的模块，新加入的子程序则提供水的垂向分布，以及有关下游河段的水质。•在研究河流与水库的水质问题时，模型的选择与采用取决于研究的目的与目标，选择取决于该项模拟工作所要回答的问题。模型中各项假设的适宜程度也是选择模型用于特定用途的一项重要因素。确定边界条件和初始条件，以及验证该模型而收集数据的能力，在水质模拟中也特别重要，如果资料来源有限，就会约束模型的选用。3模型软件的选择