水动力水质模型

水动力－水质模型在人工湖优化设计中的应用

哈佳 顾霜妹 孟潇 薛海

作者：哈佳 顾霜妹 孟潇 薛海

摘要: 以青海省德令哈市人工湖为例，介绍了MIKE 水动力－水质耦合模型在人工湖引水流量及湖体形态优化设计中的应用情况。通过对人工湖形态的网格划分，在大量模拟方案的基础上，系统模拟了人工湖不同点位的水体交换完成时间，确定了2 条引水渠道的引水流量和引水周期; 通过人工湖“新”、“老”水体的对流扩散模拟，确定了湖体重污染潜在区域和富营养化高发区，为湖体形态和水体流态的优化提供了重要技术支撑; 通过对风场叠加方案的模拟，为工程运行期间换水时机的选择提供了关键的参考依据。

关键词: 水环境; MIKE 水动力-水质耦合模型; 人工湖; 优化设计

中图分类号: TV213．9 文献标志码: A doi: 10．3969/j．issn．1000-1379．2013．11．020 Application of Hydrodynamic Water Quality Model in the Artificial Lake Optimization Design

HA Jia1 ，GU Shuang-mei2 ，MENG Xiao1 ，XUE Hai3

Abs

河流水质模型及其发展趋势

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. 运用系统分析技术进行水污染控制系统的规划是现代水质管理的基础和依据, 水质模型对整个规划过程起着至关重要的作用。 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；控制方程; 应用

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.

水质采样（水和废水）

一、填空题

1．水系的背景断面须能反映水系未受污染时的背景值，原则上应设在水系源头处 或 未受污染的上游河段 。 2．湖(库)区若无明显功能区别，可用 网格 法均匀设置监测垂线。

3．在采样(水)断面同一条垂线上，水深5-10m时，设2个采样点，即 水面下0.5 m处和 河底上0.5 m处；若水深≤5m时，采样点在水面 下0.5 m处。

4．沉积物采样点位通常为水质采样垂线的 正下方 ，沉积物采样点应避开 河床冲刷 、沉积物沉积不稳定及水草茂盛、 表层沉积物易受扰动 之处。

5．测 溶解氧 、 生化需氧量 和 有机污染 等项目时，采样时水样必须注满容器，上部不留空间，并有水封口。

6．在建设项目竣工环境保护验收监测中，对生产稳定且污染物排放有规律的排放源，应以 生产周期 为采样周期，采样不得少于 2 个周期，每个采样周期内采样次数一般应为3～5次，但不得少于 3 次。

7．污染源 的分布和污染物在地下水中 扩散形式 是布设污染控制监测井的首要考虑因素。

8．当工业废水和生活污水等污染物沿河渠排放或渗漏以带状污染扩散时，地下水污染控制监测点(井)采用 网格 布点法布设垂直于河渠的监测线。

9．地下水监测井应设明显标识

《水质模型》教学大纲

一、课程编号：0102004

二、课程名称：水质模型 （Water Quality Models） 三、学分、学时：1.5学分； 24学时 四、教学对象：水文与水资源工程专业本科生 五、开课单位：水资源环境学院水文系 六、先修课程

高等数学、工程数学、物理学、水力学、水文学原理、水环境化学、生态学概论等课程

七、课程性质、作用、教学目标

该课程为“水文与水资源工程专业”的必修课，课程的主要任务是使学生了解污染物在水体中的混合迁移机制，掌握各种不同水体的主要水质数学模型，及模型参数率定、水质预测等内容，为未来从事水资源与水环境领域的工作打下扎实的基础。 八、教学内容基本要求

通过课堂教学、课外做练习与查看文献等教学环节，使学生： 1.弄清水体污染的基本概念；

2.掌握污染物在水体中的混合迁移机制及水质模型的基本方程； 3.掌握河流水质模型；

4.掌握湖泊与水库的水质模型； 5.熟悉水质模型的差分解法 6.掌握模型参数估计方法； 7.了解面污染源水质模型； 8.掌握水质预测方法。 课程主要内容如下： 第一章 绪论

1.1 水污染概念 1.2 污染物来源 1.3 溶解氧与水体自净 1.4 水体自净能力影响因素 1.5

第七章 一维非恒定河流和河网水量水质模型

对于中小型河流，通常其宽度及水深相对于长度数量较小，扩散质（污染物质、热量）很容易在垂向及横向上达到均匀混合，即扩散质浓度在断面上基本达到均匀状态。这种情况下，我们只需要知道扩散质在断面内的平均分配状况，就可以把握整个河道的扩散质空间分布特征，这是我们可以采用一维圣维南方程描述河流水动力特征或水量特征（水位、流量、槽蓄量等）；用一维纵向分散方程描述扩散质在时间及河流纵向上的变化状况。特别地，对于稳态水流，可以采用常规水动力学方法推算水位、断面平均流速的沿程变化；采用分段解析解法计算扩散质浓度沿纵向的变化特征。但是，在非稳态情况下（水流随时间变化或扩散质源强随时间变化）解析解法将无能为力（水流非恒定）或十分繁琐（水流稳态、源强非恒定），这时通常采用数值解法求解河道水量、水质的时间、空间分布。在模拟方法上，无论是单一河道还是由众多单一河道构成的河网，若采用空间一维手段求解，描述水流、水质空间分布规律的控制方程是相同的，只不过在具体求解方法上有所差异而已。

7.1 单一河道的控制方程 7.1.1 水量控制方程

采用一维圣维南方程组描述水流的运动，基本控制方程为：

?Q?Z?BW?q

水质采样（水和废水）

一、填空题

1．水系的背景断面须能反映水系未受污染时的背景值，原则上应设在水系源头处 或 未受污染的上游河段 。 2．湖(库)区若无明显功能区别，可用 网格 法均匀设置监测垂线。

3．在采样(水)断面同一条垂线上，水深5-10m时，设2个采样点，即 水面下0.5 m处和 河底上0.5 m处；若水深≤5m时，采样点在水面 下0.5 m处。

4．沉积物采样点位通常为水质采样垂线的 正下方 ，沉积物采样点应避开 河床冲刷 、沉积物沉积不稳定及水草茂盛、 表层沉积物易受扰动 之处。

5．测 溶解氧 、 生化需氧量 和 有机污染 等项目时，采样时水样必须注满容器，上部不留空间，并有水封口。

6．在建设项目竣工环境保护验收监测中，对生产稳定且污染物排放有规律的排放源，应以 生产周期 为采样周期，采样不得少于 2 个周期，每个采样周期内采样次数一般应为3～5次，但不得少于 3 次。

7．污染源 的分布和污染物在地下水中 扩散形式 是布设污染控制监测井的首要考虑因素。

8．当工业废水和生活污水等污染物沿河渠排放或渗漏以带状污染扩散时，地下水污染控制监测点(井)采用 网格 布点法布设垂直于河渠的监测线。

9．地下水监测井应设明显标识

地表水水质自动监测

摘要 水质自动监测在获得实施的监测数据后，对水质的现状进行研究，对分析其变化趋势以及控制等方面起到了极大的作用，在我国，水质的自动监测工作也已经在不断的开展，而在实际的工作中还是遇到了很多的困难，出现了很多的问题，因此要对实践工作进行总结，在我国发展现状的基础上，结合理论，联系实际，运用水质自动监测系统，对我国江河湖泊遥一些断面及饮用水源进行监测和控制。保证我国环境的建设，促进我国尽早建成资源节约型、环境友好型社会。

关键词 地表水；水质自动监测；分析项目

随着三峡工程175水位蓄水成功，库区范围内地表水水质状况越来越受到世人关注。重庆市是三峡库区的经济政治中心，辖区内遍布长江、嘉陵江一、二级支流，其水质变化情况直接关系着库区内外群众健康和社会稳定。为提高各级政府辖区水环境质量管理水平，促进国家环境保护模范城市的成功创建，有必要在进一步加强地表水水质监测系统建设。

1 地表水水质自动检测系统简介

重庆市在1999年在长江省界断面建立了我国第一个水质自动监测站——朱沱水质自动监测站，2005年在乌江省界建成了万木水质自动监测站，2006年在嘉陵江省界断面建成了金子水质自动监测站，截止2010年，重庆市已建成水质自动监测站8个。重庆市长

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§6.3水动力弥散系数

一、基本概念

在研究地下水溶质运移问题中，水动力弥散系数是一个很重要的参数。水动力弥散系数是表征在一定流速下，多孔介质对某种污染物质弥散能力的参数，它在宏观上反映了多孔介质中地下水流动过程和空隙结构特征对溶质运移过程的影响。水动力弥散系数是一个与流速及多孔介质有关的张量，即使几何上均质，且有均匀的水力传导系数的多孔介质，就弥散而论，仍然是有方向性的，即使在各向同性介质中，沿水流方向的纵向弥散和与水流方向垂直的横向弥散不同。一般地说，水动力弥散系数包括机械弥散系数与分子扩散系数。当地下水流速较大以致于可以忽略分子扩散系数，同时假设弥散系数与孔隙平均流速呈线性关系，这样可先求出弥散系数再除以孔隙平均流速便可获取弥散度。

分子扩散系数D?与介质的性质有关。经验证明：

D??Dd?T (6-25)

式中 Dd——溶质在静水中的分子扩散系数，它主要取决于溶质分子的特性和温度；

T——多孔介质的弯曲度。

机械弥散系数D??是一个与地下水流速有关的量。在各向同性介质中，经试验证明为：

3、某水平管路直径d1=7.5cm，末端连接一渐缩喷嘴通大气(如题图)，喷嘴出口直径d2=2.0cm。用压力表测得管路与喷嘴接头处的压强p=49kN?m2，管路内流速v1=0.706m/s。求水流对喷嘴的水平作用力F (可取动量校正系数为1)

d1

v1

解：列喷嘴进口断面1—1和喷嘴出口断面2—2的连续方程：

得喷嘴流量和出口流速为：

Q?vA311?0.0031m4s vQ2?A?9.9m

2s对于喷嘴建立x方向的动量方程

p1A1?R???Q(v2x?v1x) R?p3A3??Q(v2?v3)?187.8N

水流对喷嘴冲击力:F与R, 等值反向。

1 R P2 2 1 x

五、如题图所示，一盛水的密闭容器，液面恒定，其上相对压强P0为4.9?104N/m2 .

如在容器底部接一段管路，管长为4m,与水平夹角30?，出口断面直径d?0.05m。管路进口断面中心位于水下深度H?5m处，水出流时总的水头损失为2.3m ，取?1??2?1 ，求出水流量。（15

中水回用水质标准

1 总则

为统一城市污水再生后回用做生活杂用水的水质，以便做到既利用污水资源，又能切实保证生活杂用水的安全和适用，特制订本标准。

本标准适用于厕所便器冲洗、城市绿化、洗车、扫除等生活杂用水，也适用于有同样水质要求的其他用途的水。

本标准由城市规划、设计和生活杂用水供水运行管理等有关单位负责执行。生活杂用水供水单位的主管部门负责监督和检查执行情况。

本标准是制订地方城市污水再生回用作生活杂用水水质标准的依据，地方可以本标准为基础，根据当地特点制订地方城市污水再生回用作生活杂用水的水质标准。地方标准不得宽于本标准或与本标准相抵触；如因特殊情况，宽于本标准时应报建设部批准。地方标准列入的项目指标，执行地方标准；地方标准未列入的项目指标，仍执行本标准。？

2 水质标准和要求

生活杂用水水质标准

项目厕所便器冲洗，城市绿化洗车，扫除浊度，度105溶解性固体，mg/l悬浮性固

，体，mg/l105色度，度3030臭无不快感觉无不快感觉ph值~9.06.5~，mg/l1010cod

cr mg/l5050氨氮（以n计），mg/l2010总硬度（以caco

计），mg/l450450氯化物，mg/l350300

3

阴离子合成洗涤剂，mg/铁，mg/锰，mg/游离余