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水是一种特殊的资源,支撑着所有的生命。从当前和未来经济社会发展的趋势来看,我国水资源形势不容乐观,水资源的短缺和污染等问题已经成为我国可持续发展的瓶颈,更是未来20年我国实现全面建设小康社会目标所面临的重大挑战之一。
太湖流域是长江下游以太湖为中心,以黄浦江为主要排水河道的一个支流水系。以“水乡”著称的太湖流域,自古以来因水而兴,这里经济发达、物产丰饶。然而,随着经济社会的快速发展,太湖流域水污染问题比较突出。水利部太湖流域管理局提供的数据显示,2004年太湖富营养化面积达到77%,流域河流水质评价为Ⅰ至Ⅲ类的仅占9.4%,超标河长占到了90.6%。水质型缺水问题突出,水资源、水环境的承载能力不堪重负,已经成为太湖流域经济社会全面、协调、可持续发展的主要制约因素之一。为着力解决新时期水资源的开发、利用、保护和治理等重大问题,加强水资源科学管理,2002年3月国家发改委和水利部联合部署开展全国水资源综合规划编制工作。太湖流域水资源综合规划是全国水资源综合规划编制工作的重要组成部分,太湖流域河网水质一维模型又是太湖流域水资源综合规划的重要内容之一。
本文以河道一维水质扩散模型和相关理论为基础,结合本次水资源规划的具体要求,旨在研制、率定出一个覆盖全流域河流、湖泊(太湖除外)的水质模型,对太湖流域河网水质变化进行模拟,为当地环境规划以及工程措施提供定量依据。
本模拟工作把全流域概化成16个模拟分区,平原水网区按骨干河道、较大湖泊以及资料状况概化成1499条河道、4446个断面、1240个节点(其中调蓄节点60个,太湖除外)、240个闸、42个潮位边界。从模拟计算结果和实际监测结果的比较来看,在全部的20个断面中,平均相对误差小于50%的断面所占比例CODMn为95.0%,NH3-N为55.0%;20个断面的平均误差CODMn为27.4%,NH3-N为47.3%:对所有测次而言,相对误差小于30%的断面测次占总测次的比例CODMn为58.8%,
NH3-N为31.4%:相对误差小于50%的断面测次占总测次的比例CODMn为82.9%,NH3-N为51.0%;模拟计算的年平均值较实际监测数据的年平均值误差CODMn为24.2%,NH3-N为39.5%。由模拟结果可见,模型能基本反映流域污染空间的分布特点和水质状况,适用性较强;相对于对NH3-N水质过程的模拟,对CODMn水质过程的模拟计算更为准确。模型的特色是研究范围广,对CODCr和CODMn的转换方法独特,得到的二者相关关系较强。 对模拟结果进行误差分析可以发现,本模拟过程中存在以下方面的误差,导致模型的精确性不足:
①水量计算的误差水量数据由水量模型模拟计算所得,由于水量模型本身存在一定误差,尤其是节点水量的细小不平衡差异,会导致水质模拟的较大误差。
②污染源的误差 由于点源污染来源于调查数据,数据量有限且部分点源不能确定精确排放位置,只作为面源处理,会导致模拟误差
③水质参数的误差 本模型的水质参数借鉴了已有的经验成果,没有进行实验研究,因此不可避免地会存在误差,从而影响水质精度。
④CODCr和CODMn转换带来的误差 二者的相关关系会因时间和地区的不同而不同,本模型采用统一的转换关系,会给模拟结果带来误差。
⑤边界条件的误差 本模型对太湖作为零维边界处理,即整个太湖水质全年一直不变,保持在Ⅲ类水质,虽然简化了计算,但会带来较大的模拟误差。
⑥水质监测数据也有一定的误差,也会影响到模型的率定。
在未来的研究中,本模型有不断扩充和完善的空间,可以在克服上述给模型带来较大误差的7个方面对模型进行改进。同时,本模型因资料原因,目前只模拟了CODCr和氨氮两种水质指标,在条件允许时应增加总磷(TP)和总氮(TN)的模拟。涵盖多项水质指标的2维、3维太湖流域河网水质模型是作者未来研究的努力方向。