河流水质模型及适用范围概述

1925年斯特里特—菲尔普斯(Streeter-Phelps)第一次建立了水质模型，到目前为止，有许多水质模型被提出并应用。现将它们按不同的方法进行分类。

1.河流水质模型分类

(1)按时间特性分类。按时间特性分类，水质模型可分为动态模型和静态模型。描写水体中水质组分的浓度随时间变化的模型称为动态模型。描述水体中水质组分的浓度不随时间变化的模型称为静态模型。

(2)按空间维数分类。按水质模型的空间维数分类；水质模型可分为零维、一维、二维、三维水质模型。当把所考察的水体看成是一个完全混合的反应器时，即水体中水质组分的浓度是均匀分布的，反映这种情况的水质模型称为零维水质模型。当水质组分的迁移主要在一个坐标方向上变化，而在另外两个坐标方向上是均匀分布的，此时的水质模型称为一维水质模型。当水质组分主要在两个坐标方向上迁移变化，在另外的一个坐标方向上是均匀分布的，这种水质模型称为二维水质模型。描述水质组分，迁移变化在三个坐标方向同时进行的水质模型称为三维水质模型。

(3)按描述水质组分的多少分类。按描述水质组分的多少分类，水质模型可分为单一组分和多组分的水质模型。水体中某一组分的迁移转化与其他组分没有关系，描述这种组分迁移转化的水质模型称为单一组分的水质模型。描述水体中某一组分的迁移转化与另一组分(或几个组分)的迁移转化相互联系、相互影响的水质模型，为多组分的水质模型。

(4)按水体的类型分类。按描述的水体类型不同，水质模型可分为河流水质模型、河口水质模型(受潮汐影响)、湖泊水质模型、水库水质模型和海湾水质模型等。河流、河口水质模型比较成熟，湖泊、海湾水质模型比较复杂，且准确程度较低。

(5)按水质组分分类。按水质组分分类，水质模型可分为：耗氧有机物模型(BOD—DO模型)；无机盐、悬浮物、放射性物质等的单一组分的水质模型；难降解有机物水质模型；重金属迁移转化水质模型等。

(6)按其他方法分类。水质模型还可以按其他方法分类，比如：可把水质模型分为水质—生态模型；确定性模型和随机模型；集中参数模型和分布参数模型；线性模型和非线性模型等。就不在此一一列举了。(www.xing528.com)

2.水质模型的坐标系

习惯上，河流数学模型的坐标系一般均是以排放点为原点，Z轴铅直向上，X轴和Y轴为水平方向，X方向与主流方向一致，Y方向与主流方向垂直。

3.河流水质模型的选择

对于一个实际问题，如何选择水质模型是一个需要十分谨慎对待的问题。《环境影响评价技术导则地面水环境》(HJ/T 2.3—93)中提出了关于模型选择的一般原则，这里仅强调以下几点。

(1)所研究的河段属于上游河段，还是属于混合过程段、充分混合段。上游河段是指污水排放口上游的河段，又称为初始段或背景河段；充分混合段(又称为均匀混合段)是指污染物浓度在断面上均匀分布的河段(当断面上任意一点的浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度的5%时，则认为达到均匀分布了)，混合过程段是指排放口到均匀分布断面之间的河段，又称为非均匀混合河段。充分混合段可以采用一维或零维模型预测断面平均水质。大、中河流一、二级评价，且排放口下游3～5km以内有取水点或特别重要的环保目标时，均应采用二维模型。

(2)了解所研究的污染物的迁移转化特点。由于水质组分的迁移取决于水体的水文特性和水动力学特性。在河道中，移流迁移往往占主导地位，对某些组分可以忽略扩散项。在受潮汐影响的河口中，扩散项必须考虑而不能忽略。为了减少模型的复杂性和减少所需的资料，对河床规整，断面不变、污染物排入量不变的河流系统，水质模型可选用静态的(但应注意到这种选择不能充分评价随时间变化的污染物输入对河流系统的影响)。

(3)选择的水质模型必须反映所研究的水质组分，而且应用条件必须和现实条件接近。有的水质模型是研究持久性污染物的，有的水质模型是研究非持久性污染物的，还有的水质模型是研究酸碱污染物的，而有的水质模型是研究废热的。目前，在水质模型的研究中，比较多地关注河流中的生化需氧量和溶解氧之间关系的模型，碳和氮形态的模型，热污染模型，细菌自净模型等，因此，这些模型相对比较成熟。对重金属、复杂的有机毒物的水质模型研究得较少。对营养物的非线性和时变的交互反应研究得更少，而且这些模型比较复杂，下面的介绍仅限于一些比较常见和相对成熟水质模型。