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第27卷3期安徽师范大学学报(自然科学版)Vol.27No.3
2004年9月JournalofAnhuiNormalUniversity(NaturalScience)Sep.2004
河流水质模型及其发展趋势

汪家权,陈众,武君
(合肥工业大学资源与环境工程学院,安徽合肥230009)

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.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;综合水质模型;虚拟现实技术
中图分类号:X143文献标识码:A文章编号:1001-2443(2004)03-0242-06

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.
1水质模型研究的发展阶段

第一个水质模型是1925年由美国的工程师Streeter和Phelps提出的氧平衡模型[1],由Phelps在1944
年总结和公布,即经典的Streeter-Phelps水质模型。这个模型的基本原理是相当合理的,所以模型及其某
些修正形式至今仍被用于模拟水质[2-5].
表1水质模型发展阶段划分

研究者阶段划分内容特点
A/ProfS.①(1925-1960年):应用S-P模型;②(1960-1970年):使用计算机模拟;③(1970以主要研究问题、污染物
4
Jeyaseelan[6]-1977年):生态研究;④(1977至今):有毒物质研究.为基础划分.
①(1925-1965年):开发了比较简单的BOD-DO双线性系统模型;②(1955-1970
以水质组分相互作用为
年):发展水质模型为六个线性系统;③(1670-1975年):研究发展了相互作用的非
傅国伟[7]4基础划分,并考虑相关水
线性系统的作用模型;④(1975年以后):发展了多种相互作用系统,涉及到与有毒
质模型计算方法.
物质的相互作用.

叶常明[8]3①简单的氧平衡模型;②形态模型;③多介质环境综合生态模型.通过模型复杂度划分

①(1925-1960年):提出了Streeter-Phelps水质模型;②(1960-1965年):引进
了空间变量、物理的、动力学系数;③(1965-1970年):不连续一维模型扩展到其他以水质组分及被纳入模
谢永明[9]5输入源和漏源;④(1970-1975年):发展成相互作用的线性化体系;⑤(1975至型的相关因素为基础划
今):转移到改善模型的可靠性和评价能力的研究上,水质模型研究由单一组分模型分.
向较综合的模型发展.

①(1925-1980年):研究对象仅为水体水质本身,开始主要研究受点污染源严重污
染的河流系统,面源污染仅作为背景负荷;②(1980-1995年):水质组分数量有所
以模型面向对象为基础
徐祖信[10]3增长,水动力模型被纳入多维模型系统,面污染源被连入初始输入;③(1995年至
划分.
今):增加了大气污染模型,能对来自流域的负荷进行评估,对将边界条件连接到水
体外部负荷的工作处于研究中.

收稿日期:2004-06-22
基金项目:国家自然科学基金(50379003),安徽省自然科学基金(03045306)资助.
作者简介:汪家权(1957-),男,安徽太湖人,博士,教授,博士研究生导师.从事水污染控制与环境系统仿真的教学与科研.
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很多学者对水质模型发展阶段给出了不同的分类方法,表1综合现有的参考文献,对水质模型的发展阶
段划分进行了简要介绍.
2河流水质模型

任何水质模型都是依据物质质量守恒和能量守恒原理,通过流体力学中的连续方程、运动方程、能量方
程推导得出;如考虑水质组分间的相互作用及其自身生化作用影响,可以得出更加全面、综合的水质模型。
以下分体系对目前比较流行的水质模型作一介绍.
2.1Streeter2Phelps模型体系[8-9]
2.1.1Streeter2Phelps模型Street