水质模型概述

郑灿　刘强　李延林　杨子超

（宁夏大学土木与水利工程学院　宁夏银川　750001）

1　前言

水环境是指环绕在人类周围并影响人类一切活动的水体，包括自然因素与社会因素。水环境的好坏直接或间接影响社会经济的发展。近年来，随着经济社会的快速发展，污染物种类及途径逐渐增多，水环境的安全受到严重威胁。所以，对水环境治理与保护成为亟待解决的重要问题之一。水质数学模型的引入为水环境保护与治理提供有力的理论依据。

2　水质模型的发展历程

第一阶段（1925～1980），这一阶段出现了最早的水质模型-氧平衡模型（S-P模型），它是由美国的两位工程师斯重托尔（Streeter）和菲尔甫斯（Phelps）提出，之后，在其基础上运用BOD－DO模型于水质预测等方面。这一阶段把对氧平衡的研究作为要点，而其他因素作为外部输入，主要是一维稳态模型，且以BOD-DO、QUAL-I、QUAL-II等模型作为代表模型。

第二阶段（1980-1995），由于计算机的发展，水质模型也有了突飞猛进的发展。这一阶段，主要把底泥、面源污染等因素的影响进行了研究，并且向多维的、动态的、以及多介质的模型发展，其中以WASP、一维动态模型MIKE系列等模型为代表。

第三阶段（1995-至今），此阶段把大气污染沉降输入模型，各种多维的、动态的以及多介质的模型也逐步趋于完善，其中以QUAL2K、QUAL2E模型、QUASAR系列模型为代表，同时也把多种新技术和方法，如3S技术、人工神经网络等，应用到水质模型中。

3　水质模型应用

随着对水质模型的不断研究，现今的水质模型主要用于：模拟和预测污染物运动、水质管理规划与评价、水环境容量的计算等方面。

3.1　在模拟和预测污染物运动规律中的应用

一般通用的思路是：先进行圣维南方程组的求解，得到流速场；然后再进行水质方程的求解，得到浓度场。Salterain等运用IWA水质模型，模拟了西班牙Ebro河；赵棣华等运用有限体积法及黎曼近似解建立了水流-水质模型，且进行模型率定检验，并分析模型计算污染带的合理性。

3.2　在水质评价中的应用

水质评价是水质规划的基本程式。万金保等建立了地表水环境质量模糊综合评价模型，运用该模型对江西省的乐安河进行了水质评价。李平衡等利用生态动力学模型求解叶绿素a的分布，模拟了温排水对陡河水库的富营养化影响。

3.3　在水质管理规划和水环境容量计算中的应用

在水质管理规划中，根据河流的最大允许污染物排入总量，通过水质模型与系统工程相结合，用最小的成本使水质达到预定目标。汪常青等通过建立水质模型，指导污水处理厂的建立及运行。

在水环境容量的计算中，要求动态水质模型与线性规划相结合进行计算。周刚等提出了动态水文条件下基于WESC2D模型水质模拟和粒子群算法中RPSM非线性优化的河流水环境容量计算方法。

4　总结与展望

从水质模型的发展历程及应用情况，可以看出研究成果巨大，应用前景广阔。但目前，由于影响水环境的因素较多，涉及参数也较多，因此，对于模型参数的对比率定较为困难，且应用范围和准确性也有待提高。但随着科学不断发展，研究人员的不断努力，相信水质模型会有更高的层次，更大的应用。