第四章水环境系统模型第三节河口水质模型本章内容河口水质模型的基本方程其他模型案例分析河口水质模型的基本方程第四章第三节河口水质模型河口是指入海河流受到潮汐作用的一段水体。与一般河流的最大差别在于受到潮汐的影响后，水质显现出明显的时变特性。潮汐对于河口水质的影响主要表现为：随着海潮的涌入，大量的Cl－及携带的泥沙进入河口段，使河水相对密度增大而Cl－及泥沙吸附污染物发生沉降作用；海水进入带入大量的溶解氧，增强了河口段的同化能力（新水与原河流水体的融合速度）。由于潮汐的顶托作用，使得污水上溯，从而扩大了污染范围，延长了污染物在河口的停留时间，有机物的降解会进一步降低水体中的溶解氧，使水质下降。潮汐会使河口的含盐量增加。而在通航的河口，由于宽度较大，深度较深，在无组织排放条件下，可能有很多排放口伸入河口，因而污染物不仅要经过很长距离才能完成横向混合，其混合输移的过程也较河流复杂。污染物在河口潮流区的混合输移过程是在三维空间上进行的。其水质的基本方程为：（式（3.13）加上一个源汇项∑Si）：（4.3.1）式中ux、uy、uz分别为x、y、z方向的流速分量，取时间平均值；Et,x、Et,y、Et,z分别为x、y、z方向的湍流扩散系数。该式直接求解显然十分困难，但是我们知道，河口水质的预测主要是潮周平均、高潮平均和低潮平均水质。因此，可适当对上述方程式进行必要的简化。1.一维动态混合衰减模式假设污染物在横向和竖向的浓度分布是均匀的，那么可以用一维或二维模型来描述河口水质的变化规律。尽管在整个周期内净水流是向下游流动的，潮汐作用使得水流在涨潮时向上游运动。如果在潮汐的高平潮时在某处投放一种示踪剂，然后在以后每个高平潮时测量示踪剂的浓度，就可以得到如图（4.1）所示的分布。它说明在充分混合段的一维河口中，纵向弥散是主要的影响因素。图4.1潮汐河流中示踪剂的弥散如果取污染物浓度的潮周平均值，对于连续稳定排放情况，一维充分混合段的河口水质模型为：（4.3.2）其中Sp为系统外输入的污染物源强mg/L；若Sp=0，并且假设C(0)=C0，则有上式的解析解为：在排放点上游（x<0）有：（4.3.3a）在排放点下游（x>0）：（4.3.3b）C0为x=0处的污染物浓度，可用下式计算：（4.3.3c）其中W表示零点处污染物的排放源强(mg/s)；Q为海水的流量（m3/s）。纵向扩散系数Dx计算（1）经验公式法淡水含水量百分比法荷—哈—费法鲍登（Bowden）法狄齐逊（Diachishon）法海福林—欧康奈尔（Hefling-O’Connell）公式（2）示踪测定法示踪剂浓度的时间分布河口的弥散系数可采用经验公式计算：其中n为曼宁糙率系数；um表示最大潮汐速度（m/s）；R为河口的水力半径。河口弥散系数也可采用通过投放示踪剂
方法
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估算。可认为K=0,S=0，则式（3.5.16）的解析解为：其中x<0，表示海潮上溯的距离。因此可以得到：Dx的变化在10~100m2/s。2.BOD-DO耦合模型对于一维稳态条件，由河口的BOD-DO耦合模型（S-P模型）为：（4.3.4）可以写作D的形式：(即)（4.3.5）其解析解为：在排放点上游（x<0）有：（4.3.5a）在排放点下游（x>0）：（4.3.5b）其中，，，其余符号同前。《＝一维模型----BOD-DO耦合模型模型解析解一维模型----一维有限段模型BOD模型DO模型二维模型方程有限差分等数值解河口生态水质模型水生生态氮循环模型三维生态水质模型模型示意图模型变量溶解无机态氮、浮游植物态氮、浮游动物态氮、碎屑有机态氮、底栖态氮、溶解无机态磷、浮游植物态磷、浮游动物态磷、碎屑有机态磷、底栖态磷、溶解氧。其他模型第四章第三节河口水质模型其他河口水质模型CJK3D（南京水利科学研究员河港研究所开发）SWEDRI（上海水利设计研究院开发）POM（PrincetonOceanModel，普林斯顿大学开发）ECOM（Estuary，CoastandOceanModel，普林斯顿大学开发）MIKE（丹麦水力研究所开发）Delft3D（荷兰Delft水力研究所开发）Delft3D模型功能Delft3D模型是一个2D/3D建模软件，完全用于河流、河口和海岸区域三维水动力—水质模拟系统，支持曲面格式，能进行大尺度的水流、波浪、泥沙、水质和生态等计算，计算速度快而稳定，完全能保证质量、动量和能量守恒。模块包含水动力模块（FLOW）、波浪模块（WAVE）、泥沙模块（SED）、形态学模块（MOR）、水质模块（WAQ）、基于粒子追踪的水质模块（PART）和生态模块（ECO）等7个模块案例分析第四章第三节河口水质模型小清河河口水质进行模拟慕金波和侯克复（1994）采用一维河口有限段水质模型对小清河河口水质进行模拟。把小清河河口段划分为23个河段，每个河段3km。对模型参数首先使用经验公式带入一维河口有限段水质模型，模拟结果与实际监测值比较，求出相对误差，根据情况不断修正参数，直至误差达到满意。
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