湖泊-河网耦合水动力水质模型研究 - 中国水利水电科学研究院学报.pdfVIP

第9卷 第1期 中国水利水电科学研究院学报 Vol.9 No.1 2011年3月 JournalofChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch March，2011 文章编号：1672-3031（2011）01-0053-06 湖泊-河网耦合水动力水质模型研究 赵琰鑫，张万顺，汤 怡，吴 静 （武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079） 摘要：根据太湖地区水系复杂、湖泊众多、河道水流方向复杂多变且受到人为干扰的特征，基于一维河网水质 模型，二维湖泊水质模型，采用有限控制体积法获得离散的水动力学和水质模型控制方程，通过河网与湖泊连接 断面上河流的流量、水位、水质与湖泊的流速、水位和水质耦合求解，解决了河网湖泊水质模型的耦合，并将闸 站控制对河流湖泊水动力水质影响过程进行了时间空间的线性化处理，以边界条件方式将闸站控制带入模型代数 方程中进行统一求解，建立了适合于太湖流域的湖泊河网耦合水动力水质模型。采用太湖典型流域河网区2007 年实测水文水质资料对耦合模型进行率定和验证。结果表明，模型计算值与实测资料吻合较好，该模型适用于复 杂湖泊-河网区的水动力和水质变化的模拟和研究。 关键词：河网水质模型；模型耦合；太湖 中图分类号：X824 文献标识码：A 1 研究背景 河网水动力水质模型是描述河道水体中污染物迁移转化规律的数学模型，是进行河流水质模拟 和水污染控制的有力工具。近几年，河网水质模型得到长足的发展，如国外应用较多的美国的 ［1］ ［2］ ［3］ QUAL-2E，WASP模型等 。国内的彭虹等 建立了河流综合水质模型，李锦秀等 建立了三峡水库 ［4］ ［5］ 整体一维水质模型，储君达 、韩龙喜等 建立了河网水质模型并对模型求解方法进行了改进。但是 以上研究仍存在一些不足，如其模型仅仅用于树状河网和单一河道，对于环状的河网有限制。其 次，其模型考虑的水质变量及各个变量间的迁移转化不够全面。另外，针对复杂湖泊-河网区河道纵 横、水系呈网状的特点建立的数值模型尚未见报道。 本文采用有限控制体积法对求解一、二维水动力学和水质模型控制方程，在一维、二维模型连 接断面处，采用一维模型模拟河道水位、流量变化，并作为隐式变量带入二维湖泊模型进行求解， 实现了一、二维模型的耦合，并根据太湖典型流域河网区实测水文和水质资料对耦合模型进行率定 和验证。 2 湖泊-河网区的一/二维水动力水质耦合模型 2.1 一维河网水动力水质模型 连续性方程： ∂Aj ∂Qj ∂t + ∂x =qj （1） 动量方程： 收稿日期：2011-01-11 基金项目：流域水生态功能分区与质量目标管理技术研究与示范项目（2008ZX07526-004） 作者简介：赵琰鑫，（1983-），男，河南郑州人，博士生，主要从事水环境保护和水资源管理研究。 E-mail：zhao_yanxin@163.com — 53 — 湖泊-河网耦合水动力水质模型研究 赵琰鑫 张万顺 汤 怡 吴 静 2 ∂Q ∂u Q ∂z gn u Q |