南沙河水系的水质模拟及月变化研究

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：根据南沙河水系情况和水质模拟的需求，结合国内外模型的新进展，综合考虑了模型实用程度、数据可获取性、模型先进性以及模型的可获得性。图2为水质模块反应动力学关系图。考虑到上述概化原则和水文、水质实际数据的可获得性，确定本次模拟工作以水文、水质的月变化作为基础数据和研究对象对南沙河水系的水位和水质变化进行模拟。

（1）模型选择。根据南沙河水系情况和水质模拟的需求，结合国内外模型的新进展，综合考虑了模型实用程度、数据可获取性、模型先进性以及模型的可获得性。水动力学模型选择了EFDC模型，水质模型选择了WASP模型进行水质模拟，并将EFDC和WASP进行耦合。图2为水质模块反应动力学关系图。

（2）时空概化。时间概化要从实际问题的性质出发，考虑水体水质和输入条件的时间变化。一般来说，概化的时间步长要小于重要变量的变化周期。输入条件的变化周期太小时，可以通过输入变量在一定变化周期内平均的方式来放松此项限制；同时应注意平均有可能将重要的非线性交互作用掩盖起来，这是应避免的；时间步长的确定还要考虑实际数据的详尽程度。考虑到上述概化原则和水文、水质实际数据的可获得性，确定本次模拟工作以水文、水质的月变化作为基础数据和研究对象对南沙河水系的水位和水质变化进行模拟。水动力学模拟和水质模拟计算时间步长的选择是在考虑计算稳定性、精确性和运行时间耗费的基础上，采用参数率定的方式分别确定为0.25d和0.01d。

图2　水质模块反应动力学关系图［1］

空间概化需要考虑的因素包括：① 单元格类型；②单元格大小；③垂直分层需考虑温度分层影响和水库特征等因素；④空间概化时必须考虑水质模拟网格和水动力学计算网格间的兼容性；⑤为保证模拟结果的准确性，概化的单元格容积尽量接近。考虑到南沙河水系的面积、干支流连接关系、地形、水文特征等具体情况，将该水系概化为62个单元网格的系统，垂直方向不再分层。

（3）参数选择。WASP模型系统的参数包括扩散系数、生物化学反应常数、悬浮物沉降速度等。由于南沙河现状水质监测数据量较小，并且按规划治理后河道状况与现状有明显的区别，因此，未使用现有的水质监测数据对模型进行参数率定，而使用研究者前期在其他北京市河流水质模拟中的研究成果及经验数据作为水质参数。

南沙河水系的水质模拟及月变化研究

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