可持续水资源管理PP.doc

可持续水资源管理—理论 方法 应用（P65—P85） 2．2 水质模型 建立反映水环境污染客观规律的数学模型是对是对水环境进行预测评价、规划和科学管理的基础，也是建立社会资源管理的基础，也是建立可持续水资源管理量化模型的基础模型之一，本文首先简介水环境的模型化过程，然后重点描述各类水体的水质模型。 2．2．1水环境模型化过程 所谓水环境的模型化，就是把与水环境有关的变量之间的关系及其影响规律抽象成一系列反映水环境性能和机理的数学方程式形式，并利用数学手段对其进行求解，已解决实际的水环境问题。它的建立是在对水环境进行反复地考察研究，通过实验或实地监测取得大里的有关信息和数据，进而对所研究的系统行为和变化规律有了深刻认识的基础上，经过简化和数学演绎而得出的一系列数学表达式.因此，建立水环境的数学棋型一直是从事水资源和水环境研究的一项重要基础工作。 水环境的数学模型，主要是指各类水体的水质模型、水质评价模型和水环境规划模型等。一般而言，建立的水环境模型应具有如下特性。 ①现实性即所建一立的模型在一定程度上要能够反映和符合系统客观实体的情况和规律，应把系统本质的东西和系统内外部不阅组分之间的主要关系反映出来，把非本质或次要的东西省略，而又不影响对现实模拟的真实程度。 ②准确性 由于任何一个水环境系统都是作常复杂的，其自然规律目前人类还没有完全掌握，因此在实际建模过程中不得不忽一些难以用数学公式表达的关系，但这种忽略要建立在满足解决问题所必需的精度要求之上。在确认模型参数的过程中，也要致力于保证参数的真实性和可靠性，从而保证模型的准确性。 ③简单性 在保证模型的现实性和准确性的基础上，要尽可能地使所建立的模型简单化，以节省建模和运用的费用和时间，并增强其可应用性。如果一个简单的模型能使实际问题得以满意的解决，那它就优先于一个复杂的模型。 在水环境评价和规划中!模型化也起着十分重要的作用。其原因在于，在没有或难以建立实体系统以供观测和试验的条件下，为了求得系统的参数和确定各种制约条件下系统的变化趋势，模型方法确实是一种有效的科学手段。目前!水环境评价和规划工作，几乎都是借助模型来完成的。一般做法是利用建立的模型!给出不同的输入参数和基础数据，观察系统的输出，然后根据最后的结果评价环境影响，并选择最佳的系统设计方案。 2.2.1.2 水环境模型的分类 水环境的数学模型可从不同的方面进行分类。 按照水环境模型研究对象的水体特征，可以分为河流河口水质模型、湖泊水库水质模型、海洋水质模型和地下水水质模型等。河流模型的开发已经比较成熟，能够较好地反映实际情况。湖、海模型都比较复杂，可靠性较差。 按照水环境模型中的水质组分，可以分为单组分、耦合组分、多组分和水生生态模型等，其BOD-DO耦合模型是应用最多的一种水质模型。 按照水环境数学模型与时间的关系，可以分为稳态模型和非稳态模型两类。稳态是指污染物的浓度不随时间变化，然而天然河流实际上并不存在这种理想状态，但我们可以把河流某一段时间内相对稳定的流量和排污情况作为稳态来处理。动态是指污染物的浓度随时间变化而变化，它可用来估算暴雨径流和污染事故泄漏等瞬时变化的情况。 按照模型的空间维数，可以分为零维模型、一维模型、二维模型和多维模型。在实际应用中!选用几维模型应根据研究区域的空间范围及其水体中污染物的混合情况而定。例如，如果仅是对区域性水质进行粗略的模拟计算!采用零维模型即可；如果对一个较长的河段或河流进行水质模拟计算，可以采用一维模型；如果要研究河流局部河段范围内的水质状况，排污口或入海口附近的污染物分布以及污染带等类似间题时，就要考虑采用二维模型或三维模型。 按照所建模型的物质的反应特性，水环境模型可以分为保守性物质模型和非保守性物质模型。前者指像重金属、农药等类的物质，其在水环境中不(或不易)发生生物氧化分解；后者指可（易）降解的一类有机污染物。 2.2.1.2水环境系统建模过程 建立水环境模型的过程一般可分为如下几个步骤。 ①分析模型的使用目的和要求，确定模型的功能。在建立模型之前，首先必须明确以下几个问题：为什么样的对象建立模型?需要建立什么样的模型？如何保证使建立的模型符合使用要求? ②进行科学的系统分析，并根据目的和要求从时间和空间等角度确定研究系统的边界条件，确认系统的输入、输出和状态等变量及其性质。 ③在对系统的变化机制有了初步分析、推断的基础上，对系统进行调研、监测，取得建模所必需的数据和资料。 ④识别模型的结构，在理解系统各要素之间的作用关系的前提下，建立起相应的函数关系。 ⑤根据监测得到的数据，使用适当的数学技术估算出模型中的各个参数值。 ⑥将几组在参数估值时未使用过的数据代入模型，并计算模型的精度，了解是否符合模型的精度要求和