WASP5水质模型在平原河网区的应用

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WASP-5系统及其述评

WASP-5系统及其述评
廖振良;林卫青;徐祖信
【期刊名称】《上海环境科学》
【年(卷),期】2001(020)001
【摘要】WASP5 (The water quality analysis simulation program-5,水质分析模拟程序5)，是EPA推荐使用的水质模型软件。

该文介绍了WASP5的组成、功能、原理、应用步骤、适用范围、输入输出，并对其优缺点进行了评论，最后还介绍了WASP5在浦西河网水质模拟中的应用。

【总页数】4页(P3-6)
【作者】廖振良;林卫青;徐祖信
【作者单位】同济大学;上海市环境科学研究院,;同济大学环境工程学院,
【正文语种】中文
【中图分类】X5
【相关文献】
1.面向生态文明的生态系统服务——2017年第九届国际生态系统服务大会述评[J], 孟莹;刘俊国;王佳;冒甘泉;王凯;王子丰;王萌
2.景观格局—生态过程—生态系统服务的系统耦合——傅伯杰景观生态学思想述评 [J], 王书明;张志华
3.共有系统论与翻译的社会学研究\r——安东尼·皮姆的共有系统论述评 [J], 王富
4.面向可持续未来的生态系统服务——第十届生态系统服务伙伴关系全球大会述评
[J], 王辰星; 朱捷缘; 郑天晨; 严岩; 徐舒
5.从系统辩证论到系统和谐论——乌杰系统哲学思想述评 [J], 张明国
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河网水动力模型及水质模拟研究展望

2.2 单元划分模型
在大型复杂河网计算中，尤其在湖泊、水库较多的情况下，单元划分模型更具优点,其基本思想[15]是:将水力特性相似、水位变化不大的某一片水体概化为一个单元,单元间流量交换的媒介是连接河道,其本身无调蓄作用。假定单元间存在两种连接方式：在无水工建筑物或障碍物(不存在局部水头损失)的情况下认为是河型连接；堰型连接存在局部水头损失,又可分为自由出流和淹没出流两种形式。单元划分模型的主要控制方程为，对任意单元 i 建立时段( n∆t , (n + 1)∆t )内
取单元几何中心的水位为单元代表水位,给出水位与水面面积关系。将计算河网分解为一定数量的单元,再进行分组,然后确定各单元间的连接类型。对每个单元给出微分形式的质量平衡方程,经有限差分法离散后得到以单元水位为基本未知量的方程组,进而求解各单元的代表水位和单元间流量。
2.3 混合模型
姚琪等人认为,运河河网地区地势平坦,区内无长大的天然河流；大多数河流坡降平缓,流量很小；农灌渠道不计其数,再加上泵站、水闸、船闸等水利控制工程,使河网的水力学描述更加复杂,因而在建模工作中完全如实地模拟如此庞大复杂的水系几乎是不可能的。节点-河道模型和单元划分模型都不能很好地适应运河水网的特性,前者失之过繁,后者失之过简。将节点-河道模型和单元划分模型中与平原河网特性相适应的优点综合起来,并避免其不相适应的缺点,构成新的数学模型,即混合模型。建立混合模型的基本思想 [16] 是 : 将平原河网的水域区分为骨干河道和成片水域两类,对骨干河道采用节点-河道模型；对成片水域采用单元划分的方法将其划分为单元,再引入当量河宽的概念,把成片水域的调蓄作用概化为骨干河道的滩地,将其纳入节点-河道模型一并计算。
3

WASP水质模型在表流人工湿地中的优化与应用

WASP水质模型在表流人工湿地中的优化与应用陈德坤;朱文博;王洪秀;梁爽【摘要】首次对WASP(water quality analysis simulation program)水质模型进行优化来模拟预测表流人工湿地的水质变化.由于表流人工湿地中水生植物吸收和微生物降解作用的显著增强,通过模型率定所得WASP模型水力学、植物、生化反应的相关参数值明显高于模拟天然水体时的推荐值.对改进后WASP模型的验证结果表明,湿地水质(COD和NH4+-N)模拟值与实测值基本吻合,证明改进后的WASP模型能够有效模拟预测表流人工湿地的水质变化.%Water quality analysis simulation program(WASP)has been optimized the first time for the forecast of the water quality changes in free water surface constructed wetland.Because of the significant enhancement of the aquatic plants adsorption and microorganism degradation in free water surface constructed wetland,the relevant parameter values of the WASP model hydrodynamics,vegetation and biochemical reaction obtained through model calibration are significantly higher than the recommended values for simulating natural water bodies.The detection results of the modified WASP model show that the simulated value and actual detected value of wetland water quality(COD and NH4+-N)are identical.It is certified that the modified WASP model can effectively simulate and forecast the water quality changes in free water surface constructed wetland.【期刊名称】《工业水处理》【年(卷),期】2018(038)002【总页数】5页(P70-74)【关键词】WASP;表流人工湿地;水生植物;微生物【作者】陈德坤;朱文博;王洪秀;梁爽【作者单位】山东省水环境污染控制与资源化重点实验室,山东大学环境科学与工程学院,山东济南250100;山东省水环境污染控制与资源化重点实验室,山东大学环境科学与工程学院,山东济南250100;山东省水环境污染控制与资源化重点实验室,山东大学环境科学与工程学院,山东济南250100;山东省水环境污染控制与资源化重点实验室,山东大学环境科学与工程学院,山东济南250100【正文语种】中文【中图分类】X703运用水质模型对表流人工湿地水质进行模拟，可以为表流人工湿地的设计和运行管理提供参考。

WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用

第３卷第２０期
２１年６月０１
世
界
地
质
Ｖｏ．０Ｎｏ２１３．
ＧＬＯＢＡＬＧＥ０Ｌ０ＧＹ
８（０１２～０６５９２１）０２５— ０５
ＷＡＰ水质模型在河流富营养化问题中的应用Ｓ
１０ｍｇ・Ｌ～ｉｕｙｎａｅｉｄｓｒｌｎｅｉｅｔｒａ，ｔｅｍａｎｒａｏｒｅａｕｔｅｓｉｎｏｄｓ４ｎＪｌｅｒｔｎｕｔａｄｒｓｄｎｉａｅｓｈｉｅｓｎｉａｌｇｍｏｎｍｉｏｆｉｕ — ｈｉａｌａｓａｓｎ
杨平，王童，陶占盛，王新民
１．长春工业大学应用数学所，长春１０１２３０２；．长春工业大学基础科学学院，长春１０１３０２
摘要：生态系统动力学模型可以真实地刻画河流富营养化问题。基于这一模型，运用ＷＡＰ水质模型Ｓ
对浑河支流细河２００７年污染质运移问题进行数值模拟，并对模拟的效果进行分析与解释。结果显示，
ｔａｎｅｉｅｔｌａｔｗｔｒｈｃｈｗａＡＳａｅｎｅｏｙｔｍｙａｃｄｌｓｍｏｅａｌｔｅｅｔｉａｒｌｄｒｓｄｎｉｓｅａｅ，ｗｉｈｓｏｓｔｔａｗｈＷＰｂｓｄｏｃｓｓｅｄｎｍｉｓｍｏｅｒｂｅｏｒｆｃｉｌｔｅｄｍａｉｈｎｅｌｗｆｆｅｕｒｐｉａｉｎｔａｒｄｔｎｘｅｅｃｅｅｓｎｍｏｅ．ｈｙｔｃａｇａｏｖｒｅｔｈｃｔｈｎｔｉｏａｅｐｒｎｅｒｇｓｉｄ１ｃｉｏｏａｉｌｉｒｏ

平原河网水环境模型进展

平原河网水环境模型进展摘要：介绍了平原河网水环境模型中常用的水动力学模型、水质模型和河网水动力学-水质模型，总结了水环境模型所存在的问题及建议。

关键词：平原河网，模型，水动力学，水质水环境模型的研究是进行水质预测、水环境管理与规划的重要内容。

无论对开发建设的工程项目进行水环境质量的预测评价，还是对连续的或者突发性的排污进行水质影响的描述和评价，以及在进行污染控制的系统分析或制定区域水污染控制系统规划等过程，都涉及到水环境质量在时间和空间上的变化问题。

平原河网地区通常是城市发达、人口众多的地区，同时又是地势较低、湖泊密布、易于发生洪涝灾害的地区。

平原河网水环境的主要特点：河湖相串、河道纵横交错；地势平坦，受潮汐等因素的影响，水流向顺逆不定；污染源分点源和面源排放，而且排放是非恒定的；水体受到不同程度的污染，以富营养化为主；水体可能处于好氧、缺氧、厌氧三种不同状态；水质变量是多组分的，影响因素是多参数的[1]。

由于河网模拟区域范围很大，大多数情况下只能采用数值方法进行模拟。

水环境模型可分为水动力学模型和水质模型，水动力学模拟是水质模拟的基础和前提。

水动力学模型的建立涉及控制方程组的简化、方程组的离散和求解、初始和边界条件的确定、参数率定和模型验证等一系列问题。

下面从水动力学模型、水质模型和河网水动力学-水质模型三个层面，介绍国内外的研究进展。

1.水动力学模型：河网非恒定流水力数学模型大体可以分为节点-河道模型、单元划分模型、混合模型以及人工神经网络模型四类。

节点-河道模型比较常用，其基本思想是：将河网中的每一河道视为单一河道，其控制方程均为一维Saint-Venant方程组；河道连接处称为节点，每个节点处均应满足水流连续性方程和能量守恒方程。

节点-河道模型计算精度较高，但建模过程比较繁琐，且对于模拟湖泊、滩地等非河道水体有局限性[2]。

单元划分模型最早由法国水力学专家Jean于1975年提出，其基本思想是：将水力特性相似、水位变化不大的某一片水体概化为一个单元，取单元几何中心的水位为单元代表水位，给出水位与水面面积关系。

WASP水质模型在河流

富营养化问题中的应用WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用世界地质第30卷第2期2011年6月杨平1，王童2，陶占盛1，王新民1文章编号：1004—5589(2011)02一0265～05WASP 应用实例背景前言WASP 模型概述结论展望目录WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用WASP模型体系Steete-Phelps 模型体系QUAL模型体系最初80年代3种随着经济发展，水污染日益加剧，水体污染最突出的问题是富营养化。

对于富营养化问题，数学模型可以综合反映其系统特征。

1 前言WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用70年代WASPWASP全称为Water Quality Analysis Simulation Program，即水质分析模拟程序．由美国国家环保局环境研究实验室开发模拟水文动力学、河流一维不稳定流、湖泊和河口三维不稳定流、常规污染物(包括溶解氧、生物耗氧量、营养物质以及海藻污染)和有毒污染物(包括有机化学物质、金属和沉积物)在水中的迁移和转化规律。

描述水质现状，提供一般性水质预测和提供特定位置水质预测．WASP由有毒化学物模型TOXI和富营养化模型EUTRO两个子模块组成。

TOXI是有机化合物和重金属在各类水体中迁移积累的动态模型，可预测溶解态和吸附态化学物质在河流中的变化情况；EUTRO模块采用OTOMAC富营养动力学模型，可预测DO、COD、碳、叶绿素a、硝酸盐、有机氮和正磷酸盐等在河流中的变化情况.WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用2.1 WASP模型的原理水质指标C（TP，BOD,DO,COD等）质量平衡式Ux，Uy，Uz分别为河流的横向、纵向、垂向的流速C溶质浓度横向、纵向、垂向的扩散系数点源，非点源负荷边界负荷动力转换项2.2 应用WASP 模拟河流水质运移的基本过程河网模型的概化：将河流分为若干个→设置参数采集数据输入模型参数信息：①设置环境参数；②设置传输参数③设置边界参④设置转化参利用WASP软件进行模拟结果输出并分析①生成被模拟物质在各段上每个时刻的浓度值；②对生成的．cSV数据文件进行统计分析；③对生成的．BMD文件进行结果的图形化显示。

大型平原河网地区水量水质耦合模拟及联合调度研究

大型平原河网地区水量水质耦合模拟及联合调度研究大型平原河网地区水量水质耦合模拟及联合调度研究一、引言大型平原河网地区是我国重要的农业和经济发展区域，也是淡水资源分布相对集中的地带。

随着人口增长和经济发展的不断推进，该地区面临着严重的水资源压力和水环境污染问题。

为了合理利用水资源、保护水环境，进行水量水质耦合模拟并进行联合调度研究是非常重要的。

本文将对大型平原河网地区的水量水质耦合模拟和联合调度研究进行详细探讨，以期为该地区的水资源管理和水环境保护提供参考和支持。

二、大型平原河网地区水量水质耦合模拟1. 模型建立大型平原河网地区拥有复杂的水系和丰富的水域资源，为了准确模拟水量水质的变化、预测未来的水资源状况和水环境质量，需要建立合适的模型。

首先，需要建立水量模拟模型。

该模型应考虑水文过程、气象条件、土壤特性、地下水补给等因素，利用计算流体动力学方法进行模拟，确定流域内水的流动和分布情况。

其次，需要建立水质模拟模型。

该模型应考虑水质污染源的分布、水质污染物的传输过程、生态环境的影响等因素，利用水动力学和水质动力学方法进行模拟，确定水质的空间分布和变化趋势。

最后，将水量模拟模型和水质模拟模型进行耦合，建立水量水质耦合模拟模型。

该模型综合考虑了水量和水质之间的相互作用关系，能够更准确地模拟水资源的变化和水环境的演变。

2. 参数估计和模拟结果在建立水量水质耦合模拟模型后，需要对模型的参数进行估计和校正，以提高模拟结果的准确性。

首先，通过采集流域内的水文数据、水质监测数据和地理信息数据，确定模型中的参数值。

这些数据可以通过现场观测、实验室分析和遥感技术获取。

然后，利用经验公式、统计方法、优化算法等技术手段对参数进行估计和优化。

通过与实测数据进行对比，不断调整参数，使模拟结果与实际情况更加吻合。

最后，利用确定的参数值对水量水质耦合模拟模型进行运行，得到模拟结果。

模拟结果可以包括流域内各水文水质指标的空间分布、时序变化等信息，为下一步的联合调度研究提供参考。

《2024年平原河网地区水资源调度改善水质的机理和实践研究——以上海市水资源引清调度为例》范文

《平原河网地区水资源调度改善水质的机理和实践研究——以上海市水资源引清调度为例》篇一
一、引言
随着城市化进程的加速和工业化的深入发展，平原河网地区面临着日益严峻的水资源问题。

其中，水质恶化成为制约地区可持续发展的关键因素。

上海市作为我国经济、文化、科技的中心城市之一，其平原河网地区的水资源调度与水质改善问题尤为突出。

因此，本文将通过研究平原河网地区水资源调度的机理，以及上海市水资源引清调度的实践案例，探讨如何通过科学合理的水资源调度来改善水质，为平原河网地区的水资源管理和保护提供理论支撑和实践指导。

二、平原河网地区水资源调度改善水质的机理
平原河网地区的水资源调度，主要是通过科学合理的调度手段，对水资源进行优化配置，以达到改善水质的目的。

其机理主要包括：一是通过调节水资源的时空分布，使水质得到改善；二是通过引入清洁水源，稀释和置换污染水源；三是通过建立完善的水质监测体系，实时掌握水质状况，为调度决策提供依据。

三、上海市水资源引清调度的实践研究
上海市作为平原河网地区的典型代表，其实施的水资源引清调度项目取得了显著成效。

该项目通过引入清洁水源，改善了河道水质，提高了水资源的利用效率。

同时，上海市还建立了完善
的水质监测体系，实时掌握水质状况，为调度决策提供了科学依据。

四、结论
综上所述，平原河网地区的水资源调度是改善水质的有效手段。

上海市的水资源引清调度实践证明了其可行性和有效性。

未来，应继续加强水资源调度研究，提高调度效率，为平原河网地区的水资源管理和保护提供更好的支持。

基于SWMM模型的平原区城市排涝水文计算

３研究区ＳＷＭＭ模型构建
在运用ＳＷＭＭ模型进行模拟分析时，首先要进行子流域和管网概化，其次提取下垫面土地利用性质，对模型进行参数选择。参数的选择是否合理很大程度上影响模型的准确性，因为在模型构建完成后，需要对模型进行率定。３．１子流域概化
收稿日期：２０１９０１１０作者简介：王强（１９８１—），男，本科，主要从事水利工程管理工作。
第６期Βιβλιοθήκη 王强：基于ＳＷＭＭ模型的平原区城市排涝水文计算
１３
策和建议。
２ＳＷＭＭ模型介绍
ＳＷＭＭ模型是动态的降雨径流模拟模型，由产流、汇流以及水质模拟模块组成，产流模块可综合处理汇水区所发生的降水、污染负荷和径流，汇流模块则通过渠道、管网、水泵等进行水量传输［１－２］。
１概述
近年来，随着城市化进程的加快，城市硬化面积越来越大，内涝问题频现，河道堤防标准不足，河道过流不畅，河道整治工作也成为城市面临的重点工作。解决城市内涝现状所面临的问题，一方面要加强管道排水系统和河道排涝系统的建设，提高标
准。然而由于城市发展的特殊性，标准不可能无限制提高，且城市地区管道排水系统由于河道水位的倒灌和顶托以及传统管道设计方法的不足，采用天然流域水文水力计算方法已难以反映城市地区主城区的产汇流特征。为此，本文通过ＳＷＭＭ模型模拟城市地区现状水系及可能涝情，分析现状水系存在的主要问题，为制定合理的河道设计方案提供对
产流计算中，依据研究区下垫面特点、土地利用性质等划分为不同的区域进行计算［３－４］，主要为不透水区和透水区。不透水区又可根据是否有洼蓄分为两部分，对无洼蓄的不透水区，降雨量即等于产流量；对有洼蓄的不透水区，降雨量减去填洼量即为产流量。汇流计算则是采用非线性水库法。近年来，城市内涝发生越来越频繁，研究ＳＷＭＭ模型的论文也越来越多，朱靖等撰写的《ＳＷＭＭ模型在西南地区山前平原城市防涝计算中的应用》和胡莎等撰写的《基于ＳＷＭＭ模型的山前平原城市水系排涝规划》都对ＳＷＭＭ模型原理进行了详细的解读，在此不再详细描述，模型的原理详见文献［５］。

科技成果——平原城市河网动力调控水环境提升技术

科技成果——平原城市河网动力调控水环境提升技术
技术开发单位
南京水利科学研究院
成果简介
城市河网水环境提升理论以“控源截污、河道整治、水系连通、动力调控、强化净化、生态修复、长效管理”相关措施及相互关联的时序支撑关系为研究对象。

重点围绕流域、区域、城市水系空间格局，兼顾防洪排涝，统筹规划，因地制宜，成片治理，一城一策。

合理利用优质水资源与相关水利工程，以水文-水动力-水质精细化数学模型为驱动，通过水利工程合理布控与调度优化，提高水环境承载能力。

利用物联感知的水文-水动力参数、水质指标、视频等监控网络，基于大数据、云平台、远程工控技术，形成城市河网防洪排涝与水环境治理联控联调的模型云服务平台，构建城区河网活水畅流和水环境提升的良性循环系统，实现人与自然和谐共生。

技术特点
太湖区模型达到4级构模精度，城市活水模型达到6级；河网水位、流速、流量模拟精度平均相对误差小于5%，水位绝对误差小于2cm；水质参数透明度平均相对误差在10%以内。

联控联调系统对城市河网水动力、水质指标预见期可达3天；预报甲等水平；水位调控精度达到厘米级。

平原河网区人工造成水位差超过20cm；河网水体流动性提高10%以上，流速大于0.1m/s的河道占比高于50%，不考虑断头浜条件下，实现100%全城活水；城区水质指标提高一个等级
以上。

适用范围
适用于平原城市河网动力调控水环境提升工程。

该技术成功应用于上海、江苏等省市水环境治理实践，对于珠三角、京津冀等平原地区水环境改善也有参考价值。

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第22卷第6期2006年11月水资源保护W ATER RES OURCES PROTECTI ON V ol.22N o.6N ov.2006 作者简介:唐迎洲(1979—),男,江苏姜堰人,硕士,主要从事水环境规划和水生态修复等方面的研究。

E 2mail :hhutyz @ WASP5水质模型在平原河网区的应用唐迎洲1,阮晓红2,王文远2(1.上海市水务规划设计研究院,上海　200232;2.河海大学环境科学与工程学院,江苏南京　210098)摘要:以平原河网区水环境为研究对象,选择了W ASP5系统作为平原河网水质模拟的基本工具,针对W ASP5系统自带的DY NHY D5水动力模型功能的局限性,以及平原河网水力调控系统复杂的特征,选择了具有产汇流模拟、闸坝控制模拟及河网水流模拟等功能的三级联解平原河网水动力模型。

通过利用C ++语言编程,实现了三级联解平原河网水动力模型与W ASP5水质模型的耦合,使之可以应用于平原河网水环境的模拟。

并把研究成果运用到实际引调水工程中去,模拟引调水工程中不同实施方案下的环境效益,为引调水工程实施方案的确定提供了理论依据。

关键词:平原河网;水环境;水动力模型;水质水量耦合模型;引调水工程中图分类号:X824 文献标识码:A 文章编号:1004Ο6933(2006)06Ο0043Ο04Application of w ater quality model WASP 5in w ater environment simulation of plain river netw ork areasTANG Ying 2zhou 1,RUAN Xiao 2hong 2,WANG Wen 2yuan 2(1.Shanghai Water Planning and Design Research Institute ,Shanghai 200232,China ;2.College o f Environmental Science and Engineering ,Hohai Univer sity ,Nanjing 210098,China )Abstract :This paper focused on the water environment of plain river netw ork areas ,and W ASP5system was selected as the basic simulation tool.It is found out that the fundamental functions of hydrodynamic m odel DY NHY D5in W ASP5are weak in these areas as the natural hydraulic regularity and controlling hydraulic w orks are com plicated in these netw orks.A three 2step hydrodynamic m odel suitable for s olving plain river netw ork was selected ,which has the functions of simulating runoff and con fluence ,dam and sluice control ,current in river netw orks ,etc.The idea of coupling the hydrodynamic m odel with W ASP5water quality m odel is realized and the coupling m odel is created with C ++.The coupling m odel can properly simulate the water environment in plain river netw ork.The coupling m odel and the present methods were applied to the simulation of practical water diversion projects.The environmental benefits of different water diversion plans were com pared by using numerical simulation method ,which provided theoretical references for selection of the executive plan.K ey w ords :plain river netw ork ;water environment ;hydrodynamic m odel ;coupling m odel of water quality and water quantity ;water diversion project W ASP5模型系统由美国国家环保局环境研究实验室开发,该模型系统是按照软件工程的思想来开发的[1Ο3]。

它由两个独立的程序组成:水动力模型程序DY NHY D5和水质模型程序W ASP5。

水质模型由两个模块组成:模拟常规水质的E UTRO5模型和模拟有毒物质污染的T OXI5模型。

E UTRO5模型用来分析常规的污染项目,包括溶解氧、生化需氧量、氨氮、叶绿素a 、有机氮、硝酸盐、有机磷、无机磷等8种物质在水体中的迁移变化情况;T OXI5模型用来模拟有毒物质的污染,包括有机化学物质、金属和泥・34・沙等。

在W ASP5系统中,水质模型既可和DY NHY D5相联运行,也可和其他水动力模型相联运行,如果有已知水动力参数,还可将水动力参数作为输入参数单独运行。

平原河网地区河道数量众多,河网中水工建筑物运行十分复杂,水流相对滞缓以及近年来污染负荷的加大,水体已受到不同程度的污染,从有机污染为主发展到以富营养化为主。

W ASP5水质模型提供了一个灵活的模拟系统,具有模拟平原河网水体富营养化的能力,在其基本程序中反映了对流、弥散以及边界的交换等随时间变化的过程。

DY NHY D5水动力模块不具有模拟水利工程运行的功能,因此, DY NHY D5不适合于闸控平原河网水动力模拟。

然而,在平原河网地区已经有多种运用比较成功的河网水动力模型[4],可至今没有开发出与该模型直接匹配的水质模型。

因此如何把河网水动力模型以及W ASP5水质模型联立耦合在一起,同时增强水动力水质模型的适用性,从而节约时间和成本,达到模拟水环境的目的,对地区的水环境预测与污染防治具有很重要的作用。

F ortran语言虽然在数值计算中具有重要的作用,但是其对数据传输的效率较低。

因为F ortran77主要使用“传值”功能来实现函数参数的传递,虽然F ortran也可以使用C OM MON语句实现数据的传递,但是非常繁琐。

C++语言在这些方面则具有很明显的优势[5],所以本研究采用C++语言来实现河网水动力模型与W ASP5水质模型之间的耦合。

1　W A SP5水质模型与平原河网水量模型的耦合1.1　平原河网水动力模型由于有限差分法具有数学概念直观、表达简单的特点,其解的存在性、收敛性和稳定性早已有较完善的研究成果,所以河网水流计算通常采用有限差分法[6]。

该求解方法分为两类,常用的有“河道Ο节点”法和单元划分法[7]。

“河道Ο节点”法又可分为逐河道求解法、全河网直接求解法及分级求解法[8]。

现在使用的平原河网水动力数学模型大多采用分级求解法。

本研究采用三级联解[8]河网水动力模型作为模拟河网水动力特征的模型。

1.2　耦合模型的开发由于本研究所选用的河网水动力模型只对河道以及各河道的断面进行编号,而不需要对河网的节点(汇流点)进行整体编号,所以具有需要输入的数据量少、可灵活地增减模拟河道的数目及灵活地进行分片组合的优点。

但由于W ASP5水质模型采用单元划分法,且单元体须连续编号,这种解法和编号的差异性使得河网水动力模型与W ASP5水质模型的之间耦合计算存在着接口问题。

因此利用C++语言建立河网水动力模型的节点、河段与W ASP5水质数学模型单元体之间的对应关系。

1.2.1　类对象的设计为了建立河网水动力数学模型的节点、河段与W ASP5水质数学模型单元体之间的对应关系,利用C++语言编写的耦合程序中定义了4类:河网类、河道类、河段类以及水质单元体类。

其中河网类为其余3个类的基类;河道类、河段类为水动力计算中所定义的类,河道类派生于河网类,同时它又派生河段类;水质单元体类为W ASP5水质模型计算中所定义的类。

河网、河道、河段所具有的属性(河道数、断面数等)在对应的类对象中定义。

定义的类之间的关系见图1。

图1　耦合程序中类之间的对应关系通过定义这些耦合程序中类对象,就可以实现水动力网格向W ASP5水质单元体的转换。

1.2.2　水质结点编码原则图2给出了河网水动力模型中河道的编号、河道的首末节点编号以及河道的初始定义流向。

在将河网水动力模型的基本河网概化信息向W ASP5水质数学模型转换时,将河道看成由节点、断面以及水工建筑物(如果该河道上建有水工建筑物)组成,具体形式如下。

图2　初始定义流向、河道编号及节点编号a.边界节点编号。

河网中的节点可以分为边界节点与河网内部河道节点,所以本耦合模型在进行耦合过程中,优先考虑边界节点,即先将边界节点转化为水质单元体结点。

b.河网内部河道节点编号。

在河网内部,每逢一个河道与其他河道的汇流点就按照从小到大的顺序分别定义一个水质单元体编号,对于每条河道与・44・其他河道的汇流点只定义一个水质单元体编号,按先定义的河道节点的原则来定义对应的水质单元体编号。

c.河道断面所对应的水质单元体编号。

由于在河网概化中,单个河道中可能会细划出多个河段(断面)。

河道中这些断面向水质单元体的转换是依据该河道初始定义流向的原则进行编号的。

即河道的断面按照该河道初始定义的流向从上游到下游的顺序进行编号。

河道中各断面所对应的水质单元体编号见图3(编号从18到27)。

图3　水质单元体编号d.对河网中闸坝等构筑物的处理。

平原河网水动力模型能够模拟闸坝的运行,但W ASP5水质模型并不考虑闸坝调控的影响,根据W ASP5的计算原理,在耦合模型中,水工建筑物将不单独作为一个水质单元体考虑。

因为根据W ASP5水质模型的基本方程,单元体间的污染物质的交换是随水体对流及交界面上的扩散而进行,单元体浓度的变化完全取决于交界面上的对流扩散输运、单元体污染物的降解及源项的加入。