闸控河网水文水动力水质耦合数学模型.PDFVIP

第２５卷 第４期 水 科 学 进 展 Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．４ ２０１４年７月　 　 ＡＤＶＡＮＣＥＳ ＩＮ ＷＡＴＥＲ ＳＣＩＥＮＣＥ Ｊｕｌ．，２０１４ 闸控河网水文⁃水动力⁃水质耦合数学模型 ———Ｉ 理论 １ １ ２ １ １ 陈炼钢 ， 施　 勇 ， 钱　 新 ， 栾震宇 ， 金　 秋 （１． 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室， 江苏 南京　 ２１００２９； ２． 南京大学环境学院污染控制与资源化研究国家重点实验室， 江苏 南京　 ２１００２３） 摘要： 针对流域级闸控大型河网水环境日常管理的应用需求与实际特点， 将资料适应性强的水文学方法与数据要 求相对严苛的水动力⁃水质数值模型相融合， 构建了一维与二维嵌套、 分块组合的闸控大型河网水文⁃水动力⁃水质 耦合数学模型ＤＨＱＭ（Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ，Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ａｎｄ Ｗａｔｅｒ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ Ｉｍｐｏｕｎｄｅｄ Ｒｉｖｅｒｓ）。 模型由河道径流模 拟、 闸坝调度过程模拟、 河道水质模拟、 区间入流及入河污染负荷估算和水质预警实时校正等５个模块组成。 模型 可服务于水环境实时预警和调度， 也可为闸坝水文环境效应的量化提供基础工具。 关键词： 环境水利； 水量水质耦合模拟； 模型集成； 多闸坝河网 中图分类号： Ｘ５２２； ＴＶ２１３４　 　 　 文献标志码： Ａ　 　 　 文章编号： １００１⁃６７９１（２０１４）０４⁃０５３４⁃０８ 第一次全国水利普查成果显示： 截至２０１１年， 中国共有水库９８００２ 座、 水电站４６７５８座、 过闸流量 ３ ［１］ １ｍ ／ ｓ及以上水闸２６８４７６座 。 闸坝等水利工程在发挥防洪、 供水、 灌溉、 发电和航运等巨大社会经济效 益的同时， 由于其调蓄功能对河流水文情势的改变， 进而驱动物质输移、 生境及生物群落发生演变， 导致河 ［２⁃３］ 流生态环境系统出现一系列的负面效应 。 为实现闸坝等水利工程的低环境影响利用， 迫切需要科学量化 ［４］ 闸坝的胁迫效应； 而构建闸控河流水量水质耦合数学模型则是量化闸坝水文环境效应的基础工具 ， 可为 ［５］ 进一步制定闸坝生态调度方案提供科学依据， 同时也是进行河流水质预警预报的核心手段 。 然而， 纵观目前国际通用的河流水量水质耦合数学模型如ＥＦＤＣ、 ＷＡＳＰ、 ＭＩＫＥ、 ＤＥＬＦＥＴ３Ｄ、 ＭＯＨＩＤ、 ＱＵＡＬ２Ｋ、 ＥＰＤ⁃ＲＩＶ１、 ＣＥ⁃ＱＵＡＬ⁃ＩＣＭ等， 方法上以水动力⁃水质为主， 缺乏资料适应性更强的水文学方法的 参与， 流域级大型河网的模拟通常难以满足其严苛的数据要求； 此外， 这些模型的研发以服务于科研、 规划 和设计为目标， 通常没有考虑水环境日常管理的特点， 导致其无法直接应用到水环境实时预警和调度中。 因 此， 非常有必要交叉集成与河流水量水质模拟相关的水文、 水动力、 水质等多学科的多模型和多方法， 构建 一个能服务于水环境日常管理、 资料适应性强、 可用于流域级大型闸控河网水量水质耦合模拟的数学模型。 １　 模型框架 模型理论框架如图１所示， 分为水量模拟模型和水质模拟模型两部分， 采用单向松散耦合结构， 即水量 模拟模型为水质模拟模型提供流场数据。 水量模拟模型包括３个模块： 河道径流模拟模块、 闸坝调度过程模 拟模块和区间入流过程估算模块； 其中河道径流模拟是核心模块， 闸坝调度过程模拟和区间入流过程估算均 为河道径流模拟服务。