水環境數學模型的應用范文

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水環境數學模型是依據質量守恒、能量守恒和動量守恒的基本原理，應用數學方法建立起來的模型。它可用來描述水體中有關的物質混合、輸移和轉化規律，目的是模擬污染物濃度在水體中的變化過程，這種變化過程包括物理過程、化學過程以及生物過程。水環境數學模型能給出正確的流域水動力狀況分布情況，為與環境相關的水環境評價和論證工作提供流場背景，是環評工作的核心內容之一，在環評工作者的實際工作中有著廣泛的應用需求。

1．水環境數學模型概述

1．1水動力學模型。20世紀50年代以前，數學模型基本理論已建成，同時將其應用于一些簡單工程中。20世紀中期，水動力學模型再次受到重視，其模型功能也在增加。

1．2水質模型。最早的水質模型是于1925年由斯重托爾(Streefer)和菲利普斯(Phelps)開發的用于分析生活污水排入河流后對水中溶解氧的影響的BOD/DO模型。后來專家逐漸開發出穩態BOD/DO模型、動態BOD/DO模型、水體富營養化模型、反映有毒物質在水環境中遷移轉化的模型。

1．3數學模型分類。按解的過程可分為確定性模型和隨機模型;按時間變化情況可分為穩態模型和動態模型;按空間變化情況可分為零維模型、一維模型、二維模型和三維模型;按水體類型可分為湖泊及水庫模型、河流模型、河口模型和海洋模型;按污染物在水體中的運動特性可分為對流模型、擴散模型、對流—擴散模型;按反應動力學性質可分為純轉移模型、純反應模型、轉移及反應模型、生態模型。

2．水環境數學模型的發展

水環境數學模型至今經歷了三個發展階段，首先是氧平衡階段，然后是形態模型階段，現今為多介質環境綜合生態模型階段。

2．1氧平衡模型階段。這一階段最早即是由斯重托爾(Streeter)和菲利普斯(Phelps)于1925年提出的BOD/DO模型。后來Grenney制作了QUAL－II水質模型，這一模型目前已被普遍應用在河流水質預警和水質管理規劃工作中［3］。

2．2形態模型階段。形態模型是在水環境數學模型中用以表征污染物在不同狀態及形態下水環境行為的一種模型。目前形態模型尚不成熟，但前景光明。

2．3多介質環境綜合生態模型階段。由大氣、土壤、水體、生物等組成的總環境體系即為多介質環境，其中水體是最重要的一單元。此模型可將總體系中不同單元的污染物變化過程與導致其跨界的過程相關聯，組成能描述多介質環境體系中污染物質轉化和各介質間物質轉移的數學表達式。這類模型目前難以給出精準的狀態預測。

3．水環境數學模型在環評中的應用

環境影響評價是在某一項目決策及開發建設過程中實現可持續發展的一種有效手段，對環境影響的準確評估、控制、修復、預測是環保工作者的首要課題［3］。對水環境的評價是環評中舉足輕重的部分，一種好的評價方法必然會大大提高環評的準確性和效率，而水環境數學模型即是目前應用較廣、效率較高、準確性較強的一種方法。根據實際情況我們所應用的數學模型會有所不同。

3．1零維水質模型。污染物進入水體后立即完全分散到這個體系中，其濃度不受時間變化的影響而發生變化。在環評中，符合下列二者之一的環境問題即可視為零維模型:(1)河水流量與污水流量之比大于10－20;(2)不考慮污水進入水體的混合距離。

3．2一維水質模型。若污染物進入水域后，在一定范圍內充分混合后斷面中的污染物濃度均勻或假定在排污口斷面瞬時完成均勻混合，則可將此水體水質問題視為一維水質問題［4］。當計算出下式中L值時與河段長度進行對比后，小于河段長度時則可用此模型進行模。

3．3存在的問題。水環境數學模型在環評中的發展與應用有目共睹，但其也存在一定局限性:(1)數學模型不能完全反應自然現象，一個水域的環境問題往往受眾多變化因素影響，這些因素間及其與周圍環境間均存在著極其復雜的關系與影響，且任一變量的變化都存在瞬時性，這對建立模型非常不利，因此我們所建立的水環境數學模型并不能完全無誤差的反映當前狀態。(2)模擬所包含的變量畢竟是有限的，它只能對實際情況進行抽象化和簡化，這會導致我們所得到的數學模型不夠符合實際。(3)由于本身我們在進行環評時的水環境部分就是在一直變動的，其周邊環境對水體也會產生不確定影響，導致所得到的誤差會比較大。水環境數學模型簡便且高效，相信隨著現今科學技術的不斷發展，它的精確程度也會越來越高，諸多缺點也會得到改善，未來其在環境影響評價領域也將得到更大發展。

作者：彭翠 趙亞冰 單位：青島理工大學