水环境数学模型的应用范文

水环境数学模型是依据质量守恒、能量守恒和动量守恒的基本原理，应用数学方法建立起来的模型。它可用来描述水体中有关的物质混合、输移和转化规律，目的是模拟污染物浓度在水体中的变化过程，这种变化过程包括物理过程、化学过程以及生物过程。水环境数学模型能给出正确的流域水动力状况分布情况，为与环境相关的水环境评价和论证工作提供流场背景，是环评工作的核心内容之一，在环评工作者的实际工作中有着广泛的应用需求。

1．水环境数学模型概述

1．1水动力学模型。20世纪50年代以前，数学模型基本理论已建成，同时将其应用于一些简单工程中。20世纪中期，水动力学模型再次受到重视，其模型功能也在增加。

1．2水质模型。最早的水质模型是于1925年由斯重托尔(Streefer)和菲利普斯(Phelps)开发的用于分析生活污水排入河流后对水中溶解氧的影响的BOD/DO模型。后来专家逐渐开发出稳态BOD/DO模型、动态BOD/DO模型、水体富营养化模型、反映有毒物质在水环境中迁移转化的模型。

1．3数学模型分类。按解的过程可分为确定性模型和随机模型;按时间变化情况可分为稳态模型和动态模型;按空间变化情况可分为零维模型、一维模型、二维模型和三维模型;按水体类型可分为湖泊及水库模型、河流模型、河口模型和海洋模型;按污染物在水体中的运动特性可分为对流模型、扩散模型、对流—扩散模型;按反应动力学性质可分为纯转移模型、纯反应模型、转移及反应模型、生态模型。

2．水环境数学模型的发展

水环境数学模型至今经历了三个发展阶段，首先是氧平衡阶段，然后是形态模型阶段，现今为多介质环境综合生态模型阶段。

2．1氧平衡模型阶段。这一阶段最早即是由斯重托尔(Streeter)和菲利普斯(Phelps)于1925年提出的BOD/DO模型。后来Grenney制作了QUAL－II水质模型，这一模型目前已被普遍应用在河流水质预警和水质管理规划工作中［3］。

2．2形态模型阶段。形态模型是在水环境数学模型中用以表征污染物在不同状态及形态下水环境行为的一种模型。目前形态模型尚不成熟，但前景光明。

2．3多介质环境综合生态模型阶段。由大气、土壤、水体、生物等组成的总环境体系即为多介质环境，其中水体是最重要的一单元。此模型可将总体系中不同单元的污染物变化过程与导致其跨界的过程相关联，组成能描述多介质环境体系中污染物质转化和各介质间物质转移的数学表达式。这类模型目前难以给出精准的状态预测。

3．水环境数学模型在环评中的应用

环境影响评价是在某一项目决策及开发建设过程中实现可持续发展的一种有效手段，对环境影响的准确评估、控制、修复、预测是环保工作者的首要课题［3］。对水环境的评价是环评中举足轻重的部分，一种好的评价方法必然会大大提高环评的准确性和效率，而水环境数学模型即是目前应用较广、效率较高、准确性较强的一种方法。根据实际情况我们所应用的数学模型会有所不同。

3．1零维水质模型。污染物进入水体后立即完全分散到这个体系中，其浓度不受时间变化的影响而发生变化。在环评中，符合下列二者之一的环境问题即可视为零维模型:(1)河水流量与污水流量之比大于10－20;(2)不考虑污水进入水体的混合距离。

3．2一维水质模型。若污染物进入水域后，在一定范围内充分混合后断面中的污染物浓度均匀或假定在排污口断面瞬时完成均匀混合，则可将此水体水质问题视为一维水质问题［4］。当计算出下式中L值时与河段长度进行对比后，小于河段长度时则可用此模型进行模。

3．3存在的问题。水环境数学模型在环评中的发展与应用有目共睹，但其也存在一定局限性:(1)数学模型不能完全反应自然现象，一个水域的环境问题往往受众多变化因素影响，这些因素间及其与周围环境间均存在着极其复杂的关系与影响，且任一变量的变化都存在瞬时性，这对建立模型非常不利，因此我们所建立的水环境数学模型并不能完全无误差的反映当前状态。(2)模拟所包含的变量毕竟是有限的，它只能对实际情况进行抽象化和简化，这会导致我们所得到的数学模型不够符合实际。(3)由于本身我们在进行环评时的水环境部分就是在一直变动的，其周边环境对水体也会产生不确定影响，导致所得到的误差会比较大。水环境数学模型简便且高效，相信随着现今科学技术的不断发展，它的精确程度也会越来越高，诸多缺点也会得到改善，未来其在环境影响评价领域也将得到更大发展。

作者：彭翠 赵亚冰 单位：青岛理工大学