國際水協會河流水質模型1號(RWQM1)述評

李 哲，李 翀，陳永柏，劉 靜，郭勁松

國際水協會河流水質模型1號(RWQM1)述評

李 哲1，2，3，李 翀1，陳永柏1，劉 靜2，3，郭勁松2，3

(1.中國長江三峽集團公司,北京 100038；2.中國科學院重慶綠色智能技術研究院,重慶 400714；3.中國科學院水庫水環境重點實驗室,重慶 400714)

剖析河流水質模型1號(RWQM1)的建模背景、設計思路、基本框架與建模方法,認為RWQM1從技術層面和建模方法上對當前水質模型進行了重大調整,提供了全新的水質模型框架,作為未來水質建模的科學標準,RWQM1的標準化設計思路包括：①較全面地劃分水質組分,統一水質組分的表述方式；①基于嚴格的化學計量方程實現對水質轉化過程及其動力學的數學描述,確保反應物、產物的物質守恒；③將各種水質過程通過化學計量矩陣的形式實現模型的結構化表達。結構化的思路使得RWQM1水質模型具有靈活、適用性廣等特點,但過于復雜的狀態變量、缺乏強大的軟件平臺等問題,在一定程度上限制了RWQM1水質模型的推廣。

河流水質模型1號；水質模型；模型設計；模型應用；綜述

河流水質模型1號(river water quality model no.1,RWQM1)是國際水協會(International Water Association,IWA)于2001年頒布的新型河流水質模型。RWQM1既沒有固定的模型結構和明確的模型方程組,也沒有成型的求解算法和相應的軟件平臺,其設計目標是在對當前水質模型的發展現狀進行總結的基礎上,提出標準化水質模型框架及其使用準則,建立一套未來水質建模的科學標準[1]。RWQM1自頒布后在國外得到了廣泛的重視。基于RWQM1的水質過程模擬研究已成為當前該領域的主要方向。10余年來,歐洲環境管理部門已在RWQM1框架上構建新型水質管理模式[2],但國內對RWQM1的關注仍未受到廣泛重視,一些研究處于初步分析探討階段,相關研究報道也較為零散[3]。在IWA出版的《技術研究報告No.12:河流水質模型1號》[1]基礎上,筆者剖析RWQM1的研發背景、模型框架、建模方法,梳理其研究進展,對RWQM1進行較為全面的述評,探討當前水質模型研究與應用的新思路、新動向。

1 問題的提出與RWQM1誕生

水質模型是對水體中污染物隨空間和時間遷移轉化規律的數學描述。1925年,Streeter和Phelps建立的BOD-DO雙線性模型[4]成為此后各種水質模型的鼻祖。在近百年的發展中,水質模型圍繞著BOD-DO這一核心,在滿足物質守恒的前提下增加對水質過程的描述,并通過不斷更新、優化與升級,以應對諸如富營養化和化學品污染等新的環境問題。從起初對表觀水質現象的方程求解到對環境系統復雜過程的機理描述,從早期建立一維穩態水質模型到今天對多尺度高維動態過程的模擬仿真,水質模型研究應用得到了長足的發展。但是,當前水質模型自身仍存在一些普遍性的問題,影響了其對水環境變化的描述和預測,限制了水質模型在水質管理中的應用,這些問題亟待解決[1]。

1.1 模型結構的合理性與物質守恒

以丹麥DHI公司MIKE系列[5]、美國USEPA開發的WASP系列[6]和QUAL系列[7-9]為代表的當前主流通用水質模型(軟件),對水質過程的認識不同,所設置的模型變量、概化的水質過程亦存在顯著差別。一些模型變量、過程設置的合理性存在問題。如,BOD是水質模型中常見的變量,MIKE系列[5]模型將BOD分成了5類,QUAL2K[7]則分成了2類(Fast CBOD與Slow CBOD)等。但通常BOD指標僅為生化實驗的測試結果,難以涵蓋所有的有機污染物,也不能囊括水體中藻類等生物有機體自身所含的BOD；以DO變化作為反映水體總體污染狀況的核心指標,忽略了水體中可能存在的局部缺氧或厭氧條件下硝態氮作為電子受體而發生的水質變化,因此,以BOD-DO過程為核心的水質模型難以體現嚴格意義上的物質守恒原則[10-11]。

1.2 模型結構的一致性與可擴展性

目前常見的水質模型通常情況下其結構(變量與過程)均已相對固定。各種水質模型采用各不相同的組分表達方式、缺乏統一的術語表達,造成了模型接口不標準,使用中存在諸多麻煩,用戶必須根據已有的監測數據選擇特定的水質模型,或根據水質模型重新進行水質監測和參數估值。而且對特定水質過程的模擬,通常需要人為設定某些初始濃度值或參數值,以“屏蔽”或忽略其他過程的影響。如,如果僅有BOD的監測數據,在QUAL2K[7]中通常需要將Slow CBOD降解速率值設置成較大的值(如10d-1),以“屏蔽”原模型中描述的從Slow CBOD到Fast CBOD的降解過程。這種所謂的“簡化”破壞了原模型的物質守恒原則,降低了模型的精度,也限制了模型的應用范圍。

不僅如此,因模型結構已相對固定,所以模型后續升級拓展受到影響。如,QUAL2E是QUAL-Ⅱ的升級版本,相對于QUAL-Ⅱ,QUAL2E增加了TP組分,認為水中TN和TP均來自于顆粒態有機物的水解,這一過程實際上是同時發生的,但二者的轉化速率在QUAL2E中并不相同[10-11]。這樣的升級與拓展不僅在一定程度上破壞了物質守恒原則,而且也使得各個層面上的水質過程雜糅在一起,有時甚至出現內部矛盾。

上述問題給未來水質模型的構建提出了新的要求。一方面,有必要通過實現水質組分與過程描述的標準化與模塊化來解決水質模型種類繁雜但結構單一的問題；另一方面,解決當前水質模型內在的矛盾與建模步驟中存在的缺陷,需要建立一套相對完整的水質模型體系和建模方法論,形成一套具有普適性的水質建模方案。不僅如此,Rauch等[11-12]還認為加強對水環境生態響應的描述、水質過程的辨識以及建立水質預報與決策支持方案將成為未來10年水質模型發展的主導方向,而建立水質建模科學標準將是指導未來水質模型發展的關鍵。水質建模科學標準包括3個方面:①水質建模方案的總體框架；①標準化的水質模型；③模型辨識、驗證、校正和不確定性分析的基本方法。

IWA河流水質模型任務組于20世紀90年代中期成立。任務組提出了建立RWQM1的基本目標[1]:①開發一系列從簡單到復雜的水質生物轉化過程子模型,包括:重新評估過去30年水質建模的發展,消除內在矛盾；優化天然水體水質生物轉化過程,保證轉化過程子模型同IWA活性污泥模型(activated sludgemodel,ASM)系列相互兼容；采用活性污泥模型中結構化建模思路,構建河流水質模型,并兼顧不同專業領域知識背景的差異。①確立水質模型的科學標準以指導實際運用與結果評估。③提供案例分析以說明子模型的應用方法。IWA河流水質模型任務組于2001年出版了《技術研究報告No.12:河流水質模型1號》[1],RWQM1宣告誕生。

2 RWQM1的設計思路

2.1 活性污泥模型與結構化建模思路

“結構化”思想[13]可以概括為:自頂向下、逐步求精、分而治之,即將系統按照功能分解成為若干個模塊,自頂向下,將一個復雜的系統分成若干個易于控制和處理的子系統,子系統又可以分解成更小的子模塊,模塊之間功能相對獨立,模塊接口簡明、界面清晰。通過調用特定的模塊并對各個模塊進行優化組合,可以適應復雜的情況。結構化思想以模塊化的模型體系和開放性、系統性的模型結構為主要特征,強調對系統的結構分析、功能的抽象和模塊的分解,是一種非常有用的處理方式。

ASM模型借鑒了化工反應器的結構化建模方法,將曝氣池中的活性污泥過程分解成若干個子過程與組分(模塊),用化學計量關系(接口)建立過程與組分之間的變化關系,利用Peterson矩陣將這系列復雜的反應過程加以整合,以嚴格滿足曝氣池內的物質守恒原則[10]。在方程描述中,ASM模型將開關函數引入單一過程的方程描述中,使之能根據底物濃度自動“啟閉”某些過程的產生而不改變物質守恒原則,消除由于速率方程“開”或“關”的不連續性而產生的數值的不穩定性[10]。由于使用開放性和模塊化的模型框架,后續發展的ASM模型均只在ASM1的框架下增加模型中生化轉化子過程和水質組分,或者調整模型組分與過程的相互關系以升級原有模型,保證了模型體系的完整、統一與延續。

20世紀90年代中期開始,有研究嘗試將ASM模型應用到水質建模中,搭建類似于ASM模型體系的水質模型平臺。Masliev等[14]認為ASM模型結構緊湊且內在的組分與過程相互一致,而傳統水質模型則結構多層次而相對松散。Maryns等[15]在ASM1中增加了顆粒態磷、溶解態磷、葉綠素a等組分進行水質建模,認為基于ASM1模型的水質過程模擬比傳統模型更貼近實際情況。上述研究成為RWQM1研發前奏。

2.2 河流連續統概念

河流連續統概念(river continuum concept, RCC)是由Vannote等[16]于1980年提出的,他認為河流由源頭集水區的第一級溪流起,向下流經各級河流流域,形成一個連續的、流動的、獨特而完整的系統。它不僅指地理空間上的連續,更重要的是生物學過程及其物理環境的連續[17]。RWQM1將RCC引入了河流水質建模的科學標準中,強調應根據不同河段生態系統的特征及其主要的影響區帶,確立不同水質模型的時空尺度與過程描述。RWQM1還較為完整地融合了包括沉積層過程(缺氧狀態)在內的所有可能發生的水質過程,要求用戶根據不同河段特征對模型進行簡化并選擇關鍵的水質過程進行建模。

2.3 生態化學計量學的研究

20世紀五六十年代,Redfield等[18]認為海洋浮游植物生長的元素組成特征受到各生源要素(O、C、N、P)地球化學循環的影響,并提出了浮游植物的化學組成(碳、氮、磷之比為100∶16∶1)。該比率被廣泛應用到了許多水質模型。20世紀90年代后, Sterner[19]較早研究了生源要素在生產者與消費者之間的傳遞過程。Elser等[20]完善并提出了消費者驅使下的營養鹽循環過程(Consumer-driven Nutrient Recycling),強調生源要素在生產者與初級消費者之間轉移的比例關系。RWQM1的生態動力學模擬延續了生態化學計量學的基本理論,強調在生源要素的層面上實現嚴格的物質守恒,而且引入消費者作為模型的狀態變量,完善了水體中消費者和生產者之間的元素層面上生態動力學關系。

2.4 水質建模中科學術語與方法論的標準化

在水質建模中,研究人員來自于不同的學科領域,使用著各自領域的科學術語闡釋水質過程,造成了在水質建模中常用科學術語和建模過程描述上的混亂,也成為各領域學術交流的障礙。RWQM1大量引用了Castensen等[21]提出的科學術語來闡釋模型的基本框架與方程,借鑒活性污泥模型的符號表述法對水質組分進行標準化的描述,建立了水質模型描述與模型建立中通用的科學術語詞匯表,提出了水質建模中統一模型組分的符號表達,從術語學角度統一了水質建模基本步驟和表述方法。

3 RWQM1的基本框架與建模方法

3.1 水質模型總方程

天然水體中的水質變化可以歸納為隨流輸移、擴散/彌散、生化轉化過程和沉積層-水相-大氣之間的界面交換4個部分。RWQM1采用1986年Som lyódy等[22]所總結的水質模型基本方程作為河流水質變化的總方程:

式中:c為描述的n個水質組分的n維變量；u、v、w分別為水流在縱向、橫向、垂向上的速度場；εx、εy、εz分別為物質在縱向、橫向、垂向上的擴散系數；r(c,p)為水體中水質組分生化轉化過程的轉化速率。

表1 RWQM1水質組分一覽

懸浮態水質組分

上述方程中需增加水體與大氣之間、水體與沉積層之間的界面交換過程,以滿足完整的物質守恒原則[23]。水動力學研究的進步,使得水質建模中時間尺度、空間維度、混合狀態描述、隨流輸移等方面相對成熟,RWQM1對水質建模僅進行了初步的探討,提出了建模的基本步驟、準則、要領與運用策略,而針對水體中物質生化轉化過程的描述則成了RWQM1重點關注的方面。

3.2 生化轉化過程的描述

RWQM1選擇了24個水質組分與23個生化轉化過程作為水質模型的核心,并對模型進行了3個方面的假設[24]:①認為水質組分由C、H、O、N、P等5種化學元素組成(將其他元素合并為X)；①忽略生態系統不同層級上的差異,過程轉化速率不隨時間而變化；③假設水體中硝酸鹽質量濃度足夠。

為同ASM系列模型實現整體對接,實現對水質過程的標準化描述,RWQM1采用了與ASM相同的狀態變量和符號表示方式,以S作為溶解性組分的標識、X作為懸浮性組分的標識,將這24個水質組分分為溶解態組分15個,懸浮態組分9個(表1)。RWQM1將物質守恒的原則嚴格限定在了元素層次上,即根據模型假設,通過確定組分中的C、H、O、N、P這5種元素所占質量分數(αC,αH,αO,αN,αP)表述各水質組分的化學表達式:CαC/12,HαH,OαO/16, NαN/14,PαP/31。如,異養微生物化學表達式為CαC,XH/12HαH,XHOαH,XH/16NαN,XH/14 PαP,XH/31,而藻類的化學表達式

則為C HO N P[24]。

αC,ALG/12αH,ALGαH,ALG/16αN,ALG/14αP,ALG/31

在水質過程描述中,RWQM1幾乎囊括了目前水體中的可能發生的生化轉化過程(表2)。RWQM1中的每一個生化轉化過程均是單一的化學反應方程式,包括了組分的計量學參數、化學反應過程的動力學參數等,過程之間互相平等。因此, RWQM1對河流水質變化的模擬事實上已經從傳統模型對水質組分的關注(面向對象,Object-Oriented)變成了對水質生化轉化過程的描述(面向過程, Process-Oriented)。每一個生化轉化過程相當于是水質模型生化轉化部分的模塊,采用Peterson矩陣將組分聯系起來,形成了過程→組分的結構關系。用戶可以根據模型簡化的需要非常靈活地選擇(或合并)所關心的生化轉化過程進行模擬,而無須考慮其他組分對這一過程的影響。

3.3 建模過程與基本步驟

RWQM1提出了標準化的6個水質建模基本步驟:定義時間尺度→定義空間尺度→定義水體混合狀態的描述→定義平流輸移過程的描述→定義生化轉化過程的反應形式→定義邊界條件[1]。雖然這6個步驟給出了水質建模的基本過程,但以下兩個方面值得關注:①物理場對水質變化過程的影響。RWQM1強調了水體的物理場對水質變化過程的影響,認為在水質建模中首先需確認水動力條件下水質組分的輸移轉化規律,完善物理環境場的模擬,而后才是水質組分的生化轉化過程,從簡單到復雜逐步發展生化轉化模型。①生化轉化過程子模型的使用與簡化。RWQM1采用23個過程與24個組分,基本上涵蓋了當前水質建模中所需要考慮的所有問題,但實際使用中對全部過程實現模擬是相當困難的[25],因此通常情況下,在使用RWQM1時需簡化。RWQM1強調需首先對河流進行生態分區,就不同河段的生態特征選擇不同的生化轉化過程,或對狀態變量進行簡化[25]。如,通常情況下亞硝酸鹽在河流中的質量濃度低,不會對水質模擬與預測產生較大的影響,因此可將涉及亞硝酸鹽組分、亞硝化菌的生長刪除,以亞硝化菌為底物的消費者的生長則可合并到以硝化細菌為底物的消費者生長過程中[25]。

表2 RWQM1中的生化轉化過程

3.4 模型辨識與參數估計

RWQM1以Brun等[26]的水質模型參數校正及不確定性分析方法為基礎,提出通過參數不確定度排序和敏感度計算,對水質模型進行參數辨識與估計,并解決這類模型因參數過多難以校正的問題[。

27]不同的監測方案對參數估計和模型可辨識性影響甚大,RWQM1建議通過蒙特卡洛(Monte Carlo)模擬實現模型預測的不確定性分析[28]。RWQM1亦建議使用基于Fisher信息矩陣(FIM)的參數估計、不確定性分析的另一套方法[26]。

4 RWQM1的研究進展與存在問題

自2001年RWQM1頒布后,RWQM1受到了廣泛的重視。根據RWQM1任務組的規劃,RWQM1的未來發展主要包括實例研究、敏感性綜合分析、與ASM模型結合、模型水質過程的改進與增加、軟件平臺的開發等5個研究方向[1]。但事實上,圍繞歐盟新的水質管理框架(EU Water Framework Directive,EUWFD)[29]對RWQM1與ASM進行對接以實現RWQM1在環境管理中的應用,成為了RWQM1頒布后的10余年來的主要研究方向。

EUWFD認為傳統的水質管理將排水管網、污水處理廠與受納水體分離獨立,不足以實現水污染排放控制系統中對所有子系統控污措施的優化,單獨的控污措施或對某單一排污系統(如污水處理廠、合流制排污管道等)進行調控,不足以實現真正意義上的水質改善[30-31]。以綜合水質模型(Integrated River Basin Modeling)為核心的具有整體意義的水質過程模擬的提出,成為了實現EU WFD目標的首要步驟[30]。同ASM進行整體對接的優勢使得RWQM1在綜合水質模型體系中的作用越顯突出,而IWA任務組原先設立的構建具有整體性的水質管理體系的目標正在逐步實現。

Huisman等[31-32]在ASM3-RWQM1基礎上建立了下水道水質、水量變化模型,并實現了由下水道→污水處理廠的綜合水質過程模擬。Erbe等[32]基于RWQM1、ASM模型的基本模型框架,提出了綜合水質模型的基本特征:①所有模型在開放的管理平臺SIMBA中,以Peterson矩陣為基礎實現ASM、RWQM1的整合。①綜合水質模型需實現動態的模擬,下水道與受納水體水質過程基于圣維南方程進行模擬,而降雨、廢水產生等水量平衡須在開放的水質平臺下方便實現對接。③所有的水質過程模擬應采用并行模式同時進行。

此外,Reuter等[33]則基于RWQM1模型建立了結構化的流域綜合水質管理軟件平臺RIONET,并以德國Bode河流域為范例,介紹了RIONET在河網綜合水質模擬中的應用。Meirlean等[34]將RWQM1與ASM模型整合,通過串聯CSTR方式將RWQM1應用到了意大利Lambro河的水質建模中,探討了下水道→污水處理廠→受納水體過程的模擬,完善了基于RWQM1的綜合水質模型的實時控制系統的構建,確定了適合仿真與實時控制的簡化的動態河流水質模型[35]。Martìn等[36]根據RWQM1采用串聯完全混合連續流反應器(Continuous Stirred Tank Reactor,CSTR)方式建立了西班牙Tajo河水質模型,考慮了水沙兩相流的輸移過程,并在RWQM1的基礎上增加了泥沙停留參數,在其自主開發軟件平臺CalHidra2.0上實現了RWQM1對氨氮、硝態氮以及溶解氧在不同季節下變化過程的模擬。van Grienseven等[37]對以QUAL2E為核心的ESWAT (Extended Soil and Water Assessment)模型進行了改進,形成了以RWQM1為核心的ESWAT模型,通過比利時Dender河的案例研究,認為就單純水質過程模擬而言,QUAL2E和RWQM1的模擬精度無顯著差異,但RWQM1更適宜于對面源污染過程的描述以及綜合水質模擬,但模型參數估值與校正卻更為復雜[37-38]。在國內,樊立萍等[3]建立了一個以河流為核心的集成化城市廢水系統的簡單仿真環境,表明排水管網組合下水溢流和污水處理廠排放物的處理程度對河流水質會產生直接影響。

在富營養化和藻類生態動力學研究領域,Omlin等[39-40]參照RWQM1建立了瑞士蘇黎世湖生源要素生物地化循環模型。通過對模型不同組分的計量學與不同生化過程的化學平衡描述,建立了磷元素內循環過程的生態動力學模型,重點探討了由于季節的變化而導致的磷元素在生命體和非生命環境中的比例變化及其限制性作用。Mieleitner等[41]將上述模型應用到瑞士Walensee湖和Greifensee湖的生態動力學模擬,探討了RWQM1在模型辨識和敏感性分析等方面的問題,并給出了不同營養狀態湖泊生物地化過程的敏感性環節,揭示了不同營養狀態下湖泊生源要素生物地化循環中關鍵過程的異同及其本因。Wichern等[42]則研究了德國Wupper河底棲沉積層與生物膜在河流水質過程的重要影響,模擬了氮平衡過程。

近年來,RWQM1也應用到了其他領域,如藻類生物塘、水中農藥及其他化學品等。de Schepper等[43]開發了用于農藥和有毒有害化學品模擬的RWQM1模塊,增加了相應的組分與過程。Hoque等[44]基于RWQM1模擬了污水穩定塘中個人日用化學品的降解去除過程。Jupsin等[45]將RWQM1應用到了高效藻類生物塘HRAPs(High-Rate Algal Ponds)的水質模擬。Broekhuizen等[46]認為RWQM1對高濃度藻類生物塘的模擬精度不高,主要原因是RWQM1以生化反應動力學方程(如M-M方程、Monod方程)為基礎建立起來的水質生物轉化動力學模型并不太適用于高濃度藻類聚集環境中,應予以修正。

可以看出,目前RWQM1已不僅僅只是一個相對全面的河流水質過程模型,更重要的是,RWQM1已作為水質生物轉化過程建模的科學標準,其開放性、結構化建模思想已滲透進水環境科學研究與工程應用等相關領域,發揮著指導性的作用。

盡管如此,RWQM1在當前的研究與應用中仍存在一些問題,包括以下幾個方面:

a.RWQM1雖然強調了水動力條件對水質變化過程的影響,但在目前的研究中通常的做法是將河流視為一維的串聯CSTR對水質變化過程進行模擬,雖然這有利于同污水處理廠的活性污泥模型相對接,實現在模型算法、系統辨識等方面的互通,但卻在很大程度上簡化了水動力條件對水質組分時空分布及其生化反應過程的影響。在真實的物理場上實現RWQM1生化轉化過程的模擬,尤其是二維、三維的RWQM1,至今仍鮮有報道。

b.為實現同ASM的整體對接,RWQM1采用了ASM中的許多狀態變量和參數,但RWQM1專家組無法提供ASM中提供的典型參數值,造成了RWQM1的使用需要進行繁雜的參數估計和模型校正,如RWQM1將細菌生物量XH作為獨立的狀態變量,但在天然水體中常規監測難以確定這一狀態變量的濃度值,也難以采用類似ASM中的呼吸計量方式確定XH的濃度值。RWQM1的參數估計和模型校正也因此成了RWQM1實際應用的最大障礙,同時這也造成了在模擬精度差異不大的情況下, RWQM1的模型使用效率不如傳統水質模型,如QUAL2E和WASP等。

c.RWQM1的生物轉化過程以天然水體中低濃度底物下水質生物(藻類、細菌)轉化過程為基礎。對于某些特殊情況,如藻類生物塘或水華期間,藻類并不單純以無機營養物為底物進行生長等,RWQM1的模擬精度大為下降[46],需要對其反應動力學方程進行修正或調整。但作為開放性、結構化的模型框架,在滿足既有的組分和方程表達基礎上,亦不難對RWQM1具體過程進行修正或升級。

d.同目前的主流商業軟件相比,RWQM1至今仍沒有成型的通用軟件平臺。而已有的商業模型軟件已能在相對成熟的軟件界面上實現通用模擬。雖然瑞士EAWAG開發的Aquasim[47]以及丹麥DHI開發的WEST○R商用軟件均能夠實現RWQM1的使用,但如前所述,二者均將河流視為一維串聯CSTR并在原有活性污泥模型平臺的基礎上實現RWQM1的模擬,對不同時空尺度下RWQM1的通用模擬軟件平臺仍十分緊缺。這在一定程度上限制了RWQM1的推廣與使用。

5 結 語

RWQM1從技術層面和建模方法上對當前水質模型進行了重大調整,提供了全新的水質模型框架。作為未來水質建模的科學標準,RWQM1的標準化設計思路包括以下幾個方面:①較全面地劃分了水質組分,統一了水質組分的表述方式；①基于嚴格的化學計量方程實現對水質轉化過程及其動力學的數學描述,確保反應物、產物的物質守恒；將各種水質過程通過化學計量矩陣的形式實現了模型的結構化表達。故在模型使用中,可根據實際需求在統一的模型構架下,選擇水質組分與水質轉化過程進行建模,體現RWQM1的靈活性和開放性。

在近10年的研究中,RWQM1不僅實現了同ASM的整體對接,在水環境管理中發揮重要的基礎性作用；更重要的是,RWQM1完成了一套全新的標準化水質模型體系,其開放性、結構化的模型框架與建模思想在水環境科學研究與工程應用中具有重要的指導意義。

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Review on internationalwater association river water quality model no.1

LIZhe1,2,3,LIChong1,CHEN Yongbai1,LIU Jing2,3,GUO Jinsong2,3
(1.China Three Gorges Corporation,Beijing 100038,China；2.Chongqing Institute ofGreen and Intelligent Technology,Chinese Academy of Sciences, Chongqing 400714,China；3.Key Lab on ReservoirWater Environment,Chinese Academy of Sciences,Chongqing 400714,China)

:Through systematic analysis over the background,theories,framework and modeling approach of river water qualitymodel no.1(RWQM1),it is believed that RWQM1 has a great adjustment on the current water qualitymodel from the aspects of technology level and modeling method,providing a new standard for future water qualitymodeling.As the scientific standard for future water quality modeling,the standardized design routine of RWQM1 includes:①defining a wide range water quality variables and standardizing the terminology of these variables；①providing stoichiometric formulas with strictly mass balance among water quality variables；③using Peterson matrix among water quality processes to structuralize water quality models.The structuralized routine makes RWQM1 model flexible and applicable.However,problems including the complexity of variables and processes and lacking software platforms powerful enough for RWQM1 potentially limited its further popularization.

:RiverWater Quality Model No.1；water qualitymodel；model design；model application；review

2014 12 13 編輯:彭桃英)

國家自然科學基金(51179215,51509233)；中國長江三峽集團公司科研項目

李哲(1981—),男,副研究員,博士,主要從事水庫生態學研究。E-mail:lizhe@cigit.ac.cn

TV121+.2

：A

：1004 6933(2015)06 0086 08

10.3880/j.issn.1004 6933.2015.06.014