数学模型在水环境影响评价、防洪评价与排污口论证项目中的应用

数学模型在水环境评价、防洪评价和排污口论证等领域中的重要作用，随着人类活动的不断增加和环境问题的日益突出，对水资源和水环境的保护与管理变得至关重要。为了更好地理解和应对这些挑战，数学模型成为一种强大的工具，能够提供量化的分析、预测和决策支持。

数学模型在水质、水量和水生态等方面发挥着重要作用。通过建立水质模型，我们可以模拟污染物的扩散和转移，评估水体的污染状况，并制定相应的水质改善方案。水量模型能够模拟流域的水循环过程，预测降雨-径流过程和地下水补给等，为水资源管理提供科学依据。此外，水生态模型可以帮助我们理解水生态系统的复杂性，预测物种分布和生态过程，为生态修复和保护提供决策支持。

在防洪评价领域，数学模型在洪水的模拟和风险评估中发挥着关键作用。洪水模型能够模拟洪水的形成、传播和演变过程，预测洪水的水位、流量和到达时间，从而为防洪设施的规划和管理提供科学依据。同时，洪水风险评估模型可以结合洪水模拟和脆弱性评估，量化洪水对区域的影响，帮助制定洪水风险管理策略。

排污口论证过程中，数学模型可以模拟污染物在水体中的传输和扩散过程，评估排放污染物对水环境的影响。这些模型能够帮助确定排污口的位置、数量和排放标准，优化排污策略，并提供水环境管理措施。水质评估模型则能够结合监测数据和水质指标，评估排污口对水体水质的影响程度，判断水体是否符合相关水质标准，并提供改善建议。

常用的数学模型软件，如HEC-RAS、MIKE系列软件、EFDC、DEFLT3D、FVCOM、SWAT+、SWMM、EFDC等等。这些数学模型软件涵盖了不同的领域和应用范围，提供了丰富的功能和算法，以支持水环境评价、防洪评价和排污口论证等工作。然而，需要注意的是，数学模型只是辅助决策的工具之一，其应用仍需结合实际情况、合理设置参数和输入数据，并与现场监测相结合。此外，模型的准确性和可靠性也需要不断验证和改进，以保证其应用的科学性和有效性。

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一维水动力模型模拟一河道水流的应用

通过实例操作、掌握简单河道或复杂河网MIKE一维水动力模型（HD）、水质模型（AD）和建筑物模型（SO）模块的建模方法，并掌握其在防洪影响评价、环境影响评价和入河排污口设置论证中的应用。

1.1 MIKE11模型的整体架构

                                                            图1 MIKE11模型家族文件

1.2 河网文件的制作

 

                                        图2 嘉陵江下游一维河网文件制作

1.3河道断面文件制作

                                                    图3 嘉陵江下游一维河网文件制作

1.4 边界条件文件制作

                                        图4 嘉陵江下游边界条件制作

1.5 模拟文件制作

                                            图5 嘉陵江下游模型集成与运算

1.6 计算结果分析

                                                图6 嘉陵江下游模型计算结果分析

一维复杂河网模型构建及建筑物设置

结合三峡库区河网模型为例：

2.1复杂河网文件的制作

                                                    图7  三峡水库河网结构图

2.2 复杂河网边界条件的设置

                                                  图8  三峡河网模型边界条件设置

2.3 建筑物设置及其在防洪影响评价中的应用

                                                        图9 一维模型建筑设置

一维水质模型在环境影响评价中的应用

以深圳某河流治理工程为例，结合施工期和运行期工程，讲解MIKE11一维水质模型在：

3.1 水质模型预测范围

3.2 模拟预测指标

COD、氨氮、SS等指标的模拟预测分析。

3.3 模拟预测工况

3.4 预测结果分析

 

                                            图10 深圳河治理工程模拟范围图

平面二维水动力模型的构建河验证

以长江马鞍山采石河段为例，讲解平面二维水动力模型网格剖分，边界条件设置，模型验证等内容。

4.1 确定模型预测范围

                                                 图11 根据工程现状确定模拟范围

4.2 利用MIKE21 Mesh Generator进行网格剖分

                                             图12 对模拟范围内的网格进行剖分

4.3 利用MIKE 21 Simulator构建模拟文件

包括设置计算时间、糙率参数、边界条件和输出文件格式设定。

                                                  图13 对模拟文件进行设置

4.4 模型验证

                                                    图14 对模拟进行验证

平面二维水动力模型在防洪影响评价中的应用

学习如何利用不同的方法在平面二维数学模型中概化码头、桥墩等建筑物，分析工程运行前后对上下游洪水位、流速、流向的影响。

5.1 如何在MIKE21模型中概化涉水工程

                                                图15 通过局部加糙的方式概化码头

                                                        图16 通过网格排除法方式概化码头

                                          图17 直接在计算文件中添加一个引桥墩

5.2 分析工程运行前后洪水水位变化

                                       图18 工程前后洪水位变化

                                                 图19 工程前后洪流速变化

平面二维水动力水质模型在入河排污口论证中的应用

以典型案例为教材，讲解基于二维水质模型的大型河流入河排污口的水环境影响预测。

6.1 利用MIKE Mesh Generator剖分四边形网格

6.2 地形插值

    

                                            图20  水质模型网格剖分与地形插值

 

6.3 计算工况设计

6.4 边界条件取值

皮尔逊III型曲线绘制，水位流量关系曲线选取设计水位。

  

6.5 计算结果展示与数据处理

6.6 入河排污口设置影响分析与评价

                                                 图23  水质模型计算结果展示

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