水質模型概述

鄭燦　劉強　李延林　楊子超

（寧夏大學土木與水利工程學院　寧夏銀川　750001）

1　前言

水環境是指環繞在人類周圍并影響人類一切活動的水體，包括自然因素與社會因素。水環境的好壞直接或間接影響社會經濟的發展。近年來，隨著經濟社會的快速發展，污染物種類及途徑逐漸增多，水環境的安全受到嚴重威脅。所以，對水環境治理與保護成為亟待解決的重要問題之一。水質數學模型的引入為水環境保護與治理提供有力的理論依據。

2　水質模型的發展歷程

第一階段（1925～1980），這一階段出現了最早的水質模型-氧平衡模型（S-P模型），它是由美國的兩位工程師斯重托爾（Streeter）和菲爾甫斯（Phelps）提出，之后，在其基礎上運用BOD－DO模型于水質預測等方面。這一階段把對氧平衡的研究作為要點，而其他因素作為外部輸入，主要是一維穩態模型，且以BOD-DO、QUAL-I、QUAL-II等模型作為代表模型。

第二階段（1980-1995），由于計算機的發展，水質模型也有了突飛猛進的發展。這一階段，主要把底泥、面源污染等因素的影響進行了研究，并且向多維的、動態的、以及多介質的模型發展，其中以WASP、一維動態模型MIKE系列等模型為代表。

第三階段（1995-至今），此階段把大氣污染沉降輸入模型，各種多維的、動態的以及多介質的模型也逐步趨于完善，其中以QUAL2K、QUAL2E模型、QUASAR系列模型為代表，同時也把多種新技術和方法，如3S技術、人工神經網絡等，應用到水質模型中。

3　水質模型應用

隨著對水質模型的不斷研究，現今的水質模型主要用于：模擬和預測污染物運動、水質管理規劃與評價、水環境容量的計算等方面。

3.1　在模擬和預測污染物運動規律中的應用

一般通用的思路是：先進行圣維南方程組的求解，得到流速場；然后再進行水質方程的求解，得到濃度場。Salterain等運用IWA水質模型，模擬了西班牙Ebro河；趙棣華等運用有限體積法及黎曼近似解建立了水流-水質模型，且進行模型率定檢驗，并分析模型計算污染帶的合理性。

3.2　在水質評價中的應用

水質評價是水質規劃的基本程式。萬金保等建立了地表水環境質量模糊綜合評價模型，運用該模型對江西省的樂安河進行了水質評價。李平衡等利用生態動力學模型求解葉綠素a的分布，模擬了溫排水對陡河水庫的富營養化影響。

3.3　在水質管理規劃和水環境容量計算中的應用

在水質管理規劃中，根據河流的最大允許污染物排入總量，通過水質模型與系統工程相結合，用最小的成本使水質達到預定目標。汪常青等通過建立水質模型，指導污水處理廠的建立及運行。

在水環境容量的計算中，要求動態水質模型與線性規劃相結合進行計算。周剛等提出了動態水文條件下基于WESC2D模型水質模擬和粒子群算法中RPSM非線性優化的河流水環境容量計算方法。

4　總結與展望

從水質模型的發展歷程及應用情況，可以看出研究成果巨大，應用前景廣闊。但目前，由于影響水環境的因素較多，涉及參數也較多，因此，對于模型參數的對比率定較為困難，且應用范圍和準確性也有待提高。但隨著科學不斷發展，研究人員的不斷努力，相信水質模型會有更高的層次，更大的應用。