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《水环境模拟》课程设计报告基于HSPF水文水质模型研究综述班级0254121专业水文与水资源工程姓名陈玉超学号025412125指导教师梁峰；吴俊峰市政与环境工程学院2014年6月20日河南城建学院本科课程设计摘要水环境作为一个开放的巨系统,充满着来自各方面的不确定因素,包括其内在的污染物在水中的扩散、迁移、沉淀、生物分解等物理、化学、生物与其综合作用的影响外,还包括种种来自于自然界、人类等外来条件的干扰。
这就给水质规律方面的研究带来了很大困难。
为了提高研宄者对水环境的认识并做出更加切合实际的决策,就需要借助水质模型来定量化水质变化过程，其在一定程度上能够定量反映水质变化规律。
本文简单介绍了水质模型的分类和国内外研究现状,重点以HSPF( Hydrological Simulation Program-Fortran)水质模型为研究对象，探讨了其国内外的发展历史，结构和功能，以及在非点源水环境污染中的应用。
最后，对HSPF水质模型研究方向进行了展望。
关键词：水质模型；HSPF模型；非点源；研究进展河南城建学院本科课程设计AbstractWater environment is a huge and open system, the uncertain factors from various aspects, including diffusion, the contaminants in the water migration, precipitation, biological decomposition, chemical, biological and physical interaction, including interference from all in nature, human and other external conditions. This has brought great difficulties to the research on water quality of. In order to improve the research on the knowledge of the water environment and make more realistic decision, we need the help of water quality model to quantify the variation process of water quality, which can quantitatively reflect the variation of water quality in a certain extent. This paper introduces the model of water quality classification and research status at home and abroad, focusing on HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran) water quality model as the research object, discusses the domestic and international development history, structure and function, and the application in water environment pollution. Finally, the research orientation of HSPF water quality model is discussed.Keywords:water quality model; HSPF model; non-point source; research progress河南城建学院本科课程设计目录第一章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 水质模型研究现状概述 (1)1.2.1 水质模型发展历史 (1)1.2.2 水质模型的国内外研究概况 (2)1.3 水质模型的发展 (3)第二章 HSPF模型 (4)2.1 HSPF模型的主要结构和功能 (4)2.2 HSPF在非点源中的应用研究 (5)2.2.1 水文模拟 (5)2.2.2 非点源污染与水质模拟 (5)2.3 HSPF模型存在的问题 (6)第三章 HSPF研究展望 (8)3.1 研究方向展望 (8)3.2 HSPF在我国的应用及展望 (8)结论 (9)参考文献 (10)河南城建学院本科课程设计第一章第一章绪论1.1 概述近年来，于我国人口的增加、对环境的需求不断扩大，及工、农业生产布局的不合理与管理的漏洞，水体环境的压力愈来愈大。
最全的城市洪涝、河道、水质模型模拟软件介绍一、相关模型简介清单二、城市内涝模型1)MIKE URBAN城市排水模拟软件MIKE URBAN 城市排水软件是顶级的排水管网模拟软件。
它整合了ESRI的ArcGIS以及排水管网模拟软件，形成了一套城市排水模拟系统。
该模型广泛应用于城市排水与防洪、分流制管网的入流或渗流、合流制管网的溢流、受水影响、在线模型、管流监控等方面, 可为水资源的可持续利用、污染控制、雨水和污水管网管理及城市防洪提供综合管理方案。
应用领域•雨污水泵站优化调度•排水管网溢流（CSO /SSO）分析•管网泥沙淤积评估•管网水质分析•城市降雨径流过程分析•城市内涝分析与风险评估•城市排水防涝规划•低影响开发（LID）的模拟•海绵城市的规划2)MIKE FLOODMIKE FLOOD 是迄今为止最完整的洪水模拟工具。
它包括完整的一维及二维的洪水模拟引擎，从河流洪水到平原洪泛，从城市雨洪到污水管流，从海洋风暴潮到堤坝决口，能够模拟所有实际的洪水问题。
MIKE FLOOD 甚至可以模拟以上各种情况的组合。
其它模拟软件所不具备的功能，都可在MIKE FLOOD 中找到应用领域•洪水管理•快速的洪水评估•绘制洪泛图•工业区、居民区等的灾害分析•编制应急计划，如疏散路径及优先级等•气候变化的影响分析•防洪措施研究•城市排水与河流、海洋洪水的综合问题研究•溃坝及其他防洪设施垮塌的影响研究3)InfoWorks ICM完整模拟城市雨水循环系统，实现了城市排水管网系统模型与河道模型的整合，更为真实的模拟地下排水管网系统与地表受纳水体之间的相互作用。
它在一个独立模拟引擎内，完整的将城市排水管网及河道的一维水力模型，同城市流域二维洪涝淹没模型结合在一起，是世界上第一款实现在单个模拟引擎内组合这些模型引擎及功能的软件应用领域•河流及雨污水排放系统规划研究•地表水体管理规划•可持续性排水系统（SUDS/BMPs）应用规划•城市降雨径流控制与截流设计•洪涝解决方案开发•人口增长和气候变化下流域发展评估•城市排水系统同河流相互作用下的洪涝及污染预报•洪涝规划与管理•溢流排放对河流环境的影响•污水处理厂的水力状态分析•入流与入渗评估及控制•截流设计与分析4)SWMM暴雨洪水管理模型SWMM（storm water management model，暴雨洪水管理模型）是一个动态的降水-径流模拟模型，主要用于模拟城市某一单一降水事件或长期的水量和水质模拟。
珠江三角洲潮汐河网水环境数学模型评述
曾凡棠;黄水祥
【期刊名称】《海洋环境科学》
【年(卷),期】2000(19)4
【摘要】对珠江三角洲潮汐河网水环境数学模型研究进行了系统的总结。
结果表
明 :该河网地区一、二、三维水动力与水质数学模型在稳定性、收敛性及模拟精度方面已取得重大进展,而且提出了解决非线性项影响、河道断面概化、潮汐动边界、自由表面非恒定运动以及不同维度模型之间的相互连接等难题的有效方法 ,但同时存在计算机耗时较多的缺点 ;在潮汐河网随机水质模型、污染物总量优化分配模型和区域水污染控制优化规划模型等方面也开展了探索性的研究工作 ,并取得了具有一定应用价值的成果。
【总页数】5页(P46-50)
【关键词】珠江三角洲;潮汐河网;水环境数学模型;水质模型
【作者】曾凡棠;黄水祥
【作者单位】国家环境保护总局华南环境科学研究所;惠州市环境科学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】X143
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5.闸控潮汐河网区水环境调度模型研究 [J], 贺新春;王翠婷;汝向文;丁波;
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专利名称：一种农村河道水环境治理模拟装置专利类型：实用新型专利
发明人：才硕,时红,龚来红,陈昱,黄纯轮
申请号：CN202021784176.8
申请日：20200820
公开号：CN212341721U
公开日：
20210112
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：一种农村河道水环境治理模拟装置属于水环境治理试验测量领域。
渠道模块由渠道与固装在渠道上的轨道构成，在渠道模块上安装有天车模块，天车模块上安装有操作臂模块；渠道模块一端与首部模块固装，首部模块由首部水箱及首部水箱壁面上的出水孔构成，渠道模块另一端与回水模块固装，回水模块由与渠道固装的过滤结构以及与过滤结构连接的集水箱构成，天车模块的电动主动轮、多普勒流速传感器和超声波水位传感器固装在天车外壳的底部，天车外壳上固装有药料罐、底泥料罐和水罐，天车外壳的内部安装有电路总成。
该装置可以在高仿真的模拟环境下研究药剂的不同施用方式对河流水质治理的效果，减少研究人员的人力消耗，提高工作效率。
申请人：江西省赣抚平原水利工程管理局(江西省灌溉试验中心站)
地址：330201 江西省南昌市南昌县向塘镇银河东路309号
国籍：CN
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基于水环境数学模型的规划可达性分析作者：陈潮来源：《环境与发展》2020年第11期摘要：为研究岳阳长江大保护水污染治理与水生态修复重点工程项目库在实施后的最终效果，文章建立了岳阳南北港河非稳态水环境数学模型。
根据实测数据对参数进行率定后，以2014年作为水平年，对研究区域近期工程实施后的南北港河全年水质进行了模拟计算，并分析全年水质变化过程以及空间水质达标率。
经过模型计算，入河污染削减后，整体上南北港河满足Ⅳ类水水质要求（TN除外），雨天水质略差于晴天。
关键词：可达性分析;水环境数学模型;水质达标率中图分类号：X11 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）11-00-05DOI：10.16647/15-1369/X.2020.11.037Analysis of plan accessibility based on the mathematical model of water environment： A case study of the South and North channels of Yueyang South LakeChen Chao（Shanghai Investigation，Design & Research Institute Co.，Ltd.，Shanghai 200335，China）Abstract：In order to study the post-implementation final effect of the key project bank of water pollution control and water ecological restoration of the Yangtze River protection project in Yueyang City， this paper establishes the mathematical model for non-steady water environment of the South and North channels of South Lake in Yueyang City.After the parameters are calibrated according to the measurement data， we simulate and calculate the annual water quality of the South and North channels of Yueyang South Lake after the implementation of recent projects in the research area，with 2014 as the base year， and analyze the annual change process and the spatial compliance rate of the water quality in a whole year.Through the model calculation， the water quality of the South and North channels meets the requirements of Class IV water quality （except TN），while the water quality in rainy days is slightly worse than that in sunny days.Key words：Accessibility analysis;Mathematical model of water environment;Compliance rate of water quality為贯彻习近平总书记“共抓大保护、不搞大开发”的长江经济带建设思想，做好顶层设计和实施路径规划，是确保“共抓长江大保护”按照正确方向前行并取得最终成功的关键[1]。
《水环境模拟》课程设计报告基于HSPF水文水质模型研究综述班级0254121专业水文与水资源工程姓名陈玉超学号025412125指导教师梁峰；吴俊峰市政与环境工程学院2014年6月20日河南城建学院本科课程设计摘要水环境作为一个开放的巨系统,充满着来自各方面的不确定因素,包括其内在的污染物在水中的扩散、迁移、沉淀、生物分解等物理、化学、生物与其综合作用的影响外,还包括种种来自于自然界、人类等外来条件的干扰。
这就给水质规律方面的研究带来了很大困难。
为了提高研宄者对水环境的认识并做出更加切合实际的决策,就需要借助水质模型来定量化水质变化过程，其在一定程度上能够定量反映水质变化规律。
本文简单介绍了水质模型的分类和国内外研究现状,重点以HSPF( Hydrological Simulation Program-Fortran)水质模型为研究对象，探讨了其国内外的发展历史，结构和功能，以及在非点源水环境污染中的应用。
最后，对HSPF水质模型研究方向进行了展望。
关键词：水质模型；HSPF模型；非点源；研究进展河南城建学院本科课程设计AbstractWater environment is a huge and open system, the uncertain factors from various aspects, including diffusion, the contaminants in the water migration, precipitation, biological decomposition, chemical, biological and physical interaction, including interference from all in nature, human and other external conditions. This has brought great difficulties to the research on water quality of. In order to improve the research on the knowledge of the water environment and make more realistic decision, we need the help of water quality model to quantify the variation process of water quality, which can quantitatively reflect the variation of water quality in a certain extent. This paper introduces the model of water quality classification and research status at home and abroad, focusing on HSPF (Hydrological Simulation Program-Fortran) water quality model as the research object, discusses the domestic and international development history, structure and function, and the application in water environment pollution. Finally, the research orientation of HSPF water quality model is discussed.Keywords:water quality model; HSPF model; non-point source; research progress河南城建学院本科课程设计目录第一章绪论 (1)1.1 概述 (1)1.2 水质模型研究现状概述 (1)1.2.1 水质模型发展历史 (1)1.2.2 水质模型的国内外研究概况 (2)1.3 水质模型的发展 (3)第二章 HSPF模型 (4)2.1 HSPF模型的主要结构和功能 (4)2.2 HSPF在非点源中的应用研究 (5)2.2.1 水文模拟 (5)2.2.2 非点源污染与水质模拟 (5)2.3 HSPF模型存在的问题 (6)第三章 HSPF研究展望 (8)3.1 研究方向展望 (8)3.2 HSPF在我国的应用及展望 (8)结论 (9)参考文献 (10)河南城建学院本科课程设计第一章第一章绪论1.1 概述近年来，于我国人口的增加、对环境的需求不断扩大，及工、农业生产布局的不合理与管理的漏洞，水体环境的压力愈来愈大。
工业废水、生活污水以及农业非点源污染物等进入水体，得相当多的水体污染负荷已超过其承载力，污染已成为制约和困扰我国可持续发展的一大障碍。
为了在满足水质要求的情况下最大化利用水资源,需要对水体污染物中的迁移转化机制的进行定量描述,也即利用水质模型为管理决策提供理论依据。
近几十年来，水质模型作为水环境保护的有效工具，已经广泛应用于环境污染控制和水质规划理中。
水质模型是利用数学语言来阐述水体污染过程中的物理、化学、生物化学及生物生态各方面之内在规律和相互联系[1]。
它可用于水质模拟和预警预测，进行水质评价，制订污染物排放标准和水质规划，为水环境的综合整治和科学管理提供科学依据[2]。
最早的模型是由美国工程师Streeter和Phelps 在1925年首先提出的S-P模型。
自从S—P模型之后，又相继出现了W ASP、QUAL、BASINS、QUASAR、MIKE、OTIS、BLTM等模型，其中以WASP、QUAL模型应用最广、发展的最为完善。
水质规划的基本课题是根据水体预定的基本功能所要求的水体的自净能力来确定允许排入的污染物负荷[3]。
对于已经污染的水体，则是确定如何削减各污染源的污染负荷，以最低成本使水体水质恢复到预定目标。
水质模型的另一应用是进行水环境容量计算。
水环境容量为水体在规定的水环境目标下所能容纳的污染物最大负荷或纳污能力，研究对象是水体的自净能力。
环境容量是环境管理的基本依据，是环境规划的主要环境约束条件，也是污染物总量控制的关键参数[4]。
水质模型也可以应用于水质预警预报[5]。
1.2 水质模型研究现状概述1.2.1 水质模型发展历史自 1925 年以来，水质模型的研究与发展，大致分为以下几个阶段[2,6]第一阶段（1925－1980 年）：这一阶段水质模型的研究对象是水体水质本身，即只包括水体自身的各水质组分，将水体的污染源、底泥、大气等的作用都视为外部输入。
1925 年，Streeter和Phelps共同提出了第一个水质模型，即 S-P 模型。
后来科学家在其基础上成功地将 S-P 模型运用于水质预测等方面，并对 S-P 模型进行了改进[7]。
第二阶段（1980—1995 年）：在这一阶段，水质模型的研究得到快速发展。
将水质模型与流域模型进行连接以使面污染源能被连入初始输入[8]；将底泥的影响作为模型内部相互作用的过程处理。
计算机技术的应用使水质模型的研究有了突破性的进展。
第三阶段（1995 年至今）：大气中污染物质沉降的输入，如有机化合物、金属（如汞）和氮化合物等对水体水质的影响受到更多的重视，将其视为水体的重要污染负荷，将大气污染模型引入水质模型；水生生态系统模型开始出现，水质模型由反应模型向较综合的模型发展。
水库、湖泊的富营养化模型发展最为迅速[9]。
1.2.2 水质模型的国内外研究概况随着研究的不断发展与深入，水质模型在结构上经历了从简单到复杂的水质—水动力学—生态综合动力学模型；在理论上发展了如随机理论、灰色理论和模糊理论等；在研究工具上也运用了迅猛发展的计算机技术如地理信息系统等。
从水质模型的研究情况来看，世界各国都获得了一些先进的研究成果，特别是欧美发达国家，在该领域上占着绝对的主导地位。
自 1925 年率先提出第一个河流 DO 模型（S-P模型）以来，美国又相继成功开发了很多有效的水质模型[10]，如WASPSMS、CE-QUAL-W2、CE-QUAL-R1等，并得到广泛运用。
欧洲一些国家也研究并开发了较为成功的水质模型，如丹麦水动力研究所的MIKE模型[11]，荷兰的DELFT-3D模型和英国Wallingford 公司的InfoWorks CS模型等。
与国外相比，我国水质模型的研究起步较晚，但在 20 世纪 80 年代中期以后水质模型的研究迅速发展，取得了相当多的成果。
刘玉生等人在研究了滇池碳、氮、磷等营养元素的时空分布，藻类动力学以及浮游植物动力学的基础上，建立了生态动力学模型，并与箱模型耦合，建立了生态动力学箱模型，模拟了总磷、总氮和化学需氧量的水环境容量和削减量，为滇池的水污染控制打下了基础。
太湖是我国在水动力学、水质和生态系统动力学模型方面开展研究相对较多的湖泊，研究包括太湖的水动力学三维数值试验研究，太湖梅梁湾三维水动力模型和三维营养盐浓度扩散模型，凤眼莲对太湖生物-物理工程实验区水质影响的水质-生态模型，太湖藻类生长模拟，太湖地区的大气-水环境综合数值模拟等。
廖振良等以苏州河水系水环境综合整治项目为依托，开发了苏州河水质模型，并以河流水质及调水资料为基础完成了水质模型的校核与验证，对苏州河环境综合整治工程中有关工程和方案进行了模拟计算，对工程起到了重要的指导作用，使苏州河河道生态系统得到了明显的改善[12]。
1.3 水质模型的发展水质模型发展至今已取得了丰硕的成果，但还有一些局限性，主要体现在：水质污染机理还有许多不清楚之处，很多过程难以用数学方法表达、模拟，建模时必须经过一定程度的概化，失真在所难免；建模的基础是大量的水质资料，资料数据的真实性、系统性、完整性直接影响模型精度，海量数据的收集分析、计算、查询与显示功能欠缺，拟结果的可视性差；模型比较复杂，导致许多参数难以较准确地度量和估值，参数的随机性也会引起结果的不确定性。
随着人们对水质变化机理的不断深入认识和研究范围的不断扩大，水质模型研究的参数和状态变量必然越来越多，精确程度越来越高，但是也必然因此增加模型的复杂度，水质模拟过程也随之变得更艰难。
今后水质模型要重点从以下几个方面进行研究：(1)利用神经网络的建模技术研究。
人工神经网络是一种模仿生物神经系统用来描述和刻画一组非线性因果关系的工具，具有通过学习获取知识来解决问题的能力，将其嵌入到水质模型模拟中，会使模型参数更准确，使水质模型更接近于实际，对水质的分析和模拟过程更趋于合理化、智能化，同时增强处理非线性问题的能力。
