三峡库区EFDC模型集成与应用

为满足三峡库区大尺度的水质预测需求,降低专业水质模型使用门槛,实现模型业务化运行,采用涵盖"模型封装-接口服务-系统集成"全过程的模型封装集成技术方法,开展了EFDC模型集成研究,并在三峡库区水质安全评估与预警系统中进行验证和应用.结果表明:(1)基于实例化模型建立的模型预置参数库,是模型业务化运行中参数简化的前提,可有效解决模型本地驯化及模型实例的基础数据复用问题;(2)依据参数识别结果,将模型参数识别为"必调参数、可调参数、默认参数"三类,并采用BS架构对输入文件、输出文件和主控文件中的不同参数进行分类封装,达到参数简化目的;(3)采用半紧密型方式建立的基于Web services的EFDC模型集成接口服务及标准,可为信息系统提供通用的EFDC模型计算服务;(4)该方法在EFDC模型与三峡库区水质安全评估与预警系统集成中得到验证,实现了全库区干流及主要支流CODCr、总磷、总氮等污染因子的长时间序列水动力水质预测联机在线运算,满足了用户在水质影响预测预警中低修改量、高运算效率和良好用户体验等需求,实现了模型的业务化运行.

基于EFDC和WASP的组合水处理生态工程数值模拟

结合"引新济太"工程"四串连法"的水质保障生态水处理系统工艺的野外现场试验,采用数值方法模拟试验场地水流和水质运移过程。基于环境流体动力学EFDC模型,利用试验场地高程、水文、大气和水量数据,模拟再现试验场地水深和流速时空变化过程,模型率定和验证的模拟水深和流速与实测水深和流速吻合度高。利用水质模型WASP模型进行泛氧化塘化学需氧量(COD)去除模拟,模拟结果平均相对误差小于12.14%,探究曝气对COD去除的影响,曝气单元、非曝气单元对COD的去除率分别为7.62%、6.30%。研究成果为"四串连法"应用于微污染水的去除提供参考。

基于EFDC和WASP模型的入河排污口污染物影响预测

基于EFDC和WASP模型,以COD_(Mn)、TP、TN为评价指标,对排污口下游的长江水质变化进行动态模拟。结果表明:排污口设置后,在正常排放的情况下,500 m外COD_(Mn)的质量浓度降至4 mg/L以下,300 m外TN的质量浓度降至3 mg/L以下,300 m外TP的质量浓度降至0.3 mg/L以下,不会对水功能区、水生态产生显著影响。

基于EFDC和WASP耦合模型的水库水质数值模拟研究

从工作实践中可以发现,仅依靠单一模型对水库水质数值模拟存在难以模拟真实水流形态的问题,导致模拟拟合度较差,研究基于EFDC和WASP耦合模型设计一种水库水质数值模拟方法。在笛卡尔坐标系下建立水库坐标,确定EFDC水动力模型配置。划分网格结构,利用WASP计算水质模型的相关参数,默认污染物在水平和垂直方向无浓度梯度变化,网格单元浓度使用中心浓度表示。将EFDC的输出变量与WASP进行耦合,建立等效网格空间,两种模型的输出通过“.hyd”文件形式进行耦合,包括流量、速度和扩散参数等水体组分信息,利用COSMIC程序进行求解。仿真实验结果表明,TP浓度模拟值与实际监测值的变化情况比较贴合,其平均相对误差不超过20%,符合预期设定并具有较高的模拟拟合度。

WASP水质模型及其研究进展

WASP(The water quality analysis simulation program,水质分析模拟程序)是EPA推荐使用的水质模型软件,使用较为广泛,能够模拟河流、湖泊、水库、河口等多种水体的稳态和非稳态的水质过程。介绍了WASP的组成模块(DYNHYD、EUTRO、TOXI)、基本原理及EUTRO中8个指标之间的相互转化,最后介绍了该模型在国内外的应用和发展前景、方向。

基于EFDC水动力-水质模型的建立--以慈湖河为例

本文根据马鞍山市慈湖河流域水环境现状,结合当地政府对慈湖河的管理整治目标,选择EFDC水动力-水质模型作为慈湖河水环境模型。并根据慈湖河流域整体情况对时间空间进行概化。时间概化上,最终确定水动力学模拟时间步长为10s,水质模拟时间步长为20s;空间概化上,采用凸四边形网格概化,各网格之间为一维线性关系;通过CAD、GIS软件,将河道划分为106个网格,共计86行、24列,建立二维模型。通过研究参考文献及相似案例,最终确定本模型的参数和取值。将参数值输入程序中,对慈湖河流域2013年水质进行模拟计算。与马鞍山实际数据比对后发现,模型输出的水位、流速、水质结果在合理范围内。表明在慈湖河干流建立二维水质污染扩散模型,具有较高的拟合、预测精度和泛化能力,模型及方法可为相关水质预测研究提供参考。此外该模型可与web应用系统集成,应用于水质预警,模拟不同污染负荷情形下水质变化,模拟污染事故发生后不同应急措施对污染情况的改善效果,为污染控制和水环境管理工作提供科学依据。

基于EFDC模型的水质在线模拟系统

详细阐述了EFDC的模型原理和模型的数据结构,总结了模型的建模过程,提出了EFDC模型与GIS软件的集成的基本思路,基于B/S架构设计并实现了EFDC模型的水质在线模拟展示系统,将水质实时扩散过程以空间可视化的形式展示给用户,为水污染管理提供辅助决策。

基于EFDC模型的乌东德水库水质模拟推演系统

为实现对乌东德水库蓄水后水质演变过程的定量预测,研发乌东德水库水质模拟推演系统。采用半紧密式集成方式集成功能强大、源代码开放的EFDC模型,通过Java编程语言编制模型和推演系统之间的接口,将水质模拟推演核心计算模型和信息系统串连起来,实现乌东德水库水质模型的联机在线运算。模拟推演系统对EFDC模型输入参数进行抽象,简化输入条件,用户通过修改输入边界条件,可模拟平水、丰水、枯水期,乌东德水库化学需氧量、总磷、总氮等水质因子的沿程变化,在水质模拟推演结果的表达上以地图为主,采用地图加图表的方式展示,形象直观。研发成果实现专业模型软件的业务化运行,方便管理人员和决策者使用。

复杂水环境模拟研究与发展趋势

从水质变化过程、水体空间维度和边界条件三个方面简要回顾了水环境模拟的研究与发展进程。介绍了目前国内外广泛应用的综合性水质模型软件:QUAL2E/2K、CE-QUAL-RIV1、MIKE11、CE-QUAL-W2、MIKE21、Delft3D、WASP、EFDC、BASINS、WARMF、SMS的特点和适用范围,重点讨论了EFDC和WASP集成应用于复杂水环境模拟的优势。对复杂水环境模拟的发展趋势进行了展望。

基于EFDC和WASP模型的突发水污染事故影响的预测预警

近年来,我国突发水污染事故频发。长江作为我国最重要的水源地,其水质安全受到沿江众多化工企业可能突发污染事故的威胁。因此,开展南京化工园突发水污染事故影响的预测预警研究意义重大。基于EFDC和WASP模型,建立了南京化工园突发水污染事故影响的预测模型,并以龙翔甲苯罐区泄漏为例进行了事故情景模拟。研究表明:所建的预测模型能够对南京化工园突发水污染事故后污染物的水环境行为进行快速的模拟和预测,并且能够在地理信息系统的图层上以动画的形式实时展示事故影响的范围和程度,可以为南京化工园突发水污染事故的预警应急提供决策依据;基于EFDC构建的二维水动力模型能够较为准确地反映研究区的水动力情况;事故情景中排放的甲苯在研究江段能够较快地稀释扩散,挥发作用对甲苯的衰减过程影响显著,平水期比枯水期更有利于水体中甲苯的衰减。

WASP富营养化水质模型在GIS中的完全集成研究

模型与GIS的结合是水质模拟研究的发展趋势,但完全集成方式面临许多技术难点。通过分析WASP富营养化模型的原理,剖析其程序源代码的核心,并对其核心算法进行重新编程开发。把GIS擅长的工作完全交给GIS、把模型擅长的工作完全交给模型,模型从底层对GIS属性数据库进行直接读写,GIS对模型的起始和中间过程直接控制,实现了WASP富营养化水质模型在GIS中的完全集成。完全集成后,为WASP增加LH-OAT全局参数敏感性分析功能。LH-OAT全局参数敏感性分析方法集成了LH抽样与随机OAT方法的优点,在随机OAT的基础上融入LH抽样法,保证参数敏感性分析的强壮性及有效性。但LH-OAT方法必须依靠复杂的计算机程序来实现,因为没有通用程序而限制了其推广应用。为此我们设计了LH-OAT方法的通用程序,提高了水质模拟的性能和应用范围。这为模型与GIS的完全集成研究提供了成功案例和问题解决的新思路。

膜料防渗人工湖水质模拟试验研究

为防止西安世博园人工湖运营管理不当可能发生水质富营养化问题,选用EFDC水动力学模型和WASP水质模型对世博园79 hm2膜料防渗人工湖进行了变水质、变流量等4种情景下的模拟试验研究。研究表明:仅用于人工湖生态需水量而不考虑湖体循环用水量的最小直接补水时,水流速度缓慢,120 d即出现营养物质累积、湖体水质开始富营养化。循环直接补水控制在1 m3/s流量时,并不能有效地改变湖内水力条件不良"死区"的污染物累积现象。最小达标补水比最小直接补水效果明显,循环达标补水效果更好。研究认为,世博园人工湖水系经济安全运行最长时间为120 d,与此同时必须构建湖内水生态系统,提高湖体自净能力。

深圳河湾水质数值模拟研究

基于EFDC模型和WASP模型建立了深圳河湾水动力和水质模型,采用2011年实测数据对模型进行率定和验证,结果表明,计算值与实测值吻合较好,丰枯季高低潮位平均误差小于0.20 m,DO、BOD5平均误差小于20%,TN、TP和Chl a(叶绿素a)平均误差小于30%。在此基础上进行案例研究,研究结果表明,氮、磷营养盐负荷削减80%对藻类生长的影响不明显;削减95%负荷时,Chl a浓度下降40%。

景观水体水质模拟应用研究

针对景观水体的特点,以北京大兴滨河森林公园景观湖为研究对象,通过耦合EFDC水动力模型和WASP水质模型,建立适用于模拟景观水体富营养化的二维水动力—水质模型,并进行了模型的参数率定及适用性研究。研究结果可为景观水体的水质维护管理提供技术支持。

近岸海域水质模型研究现状及展望

为更好地了解和使用近岸海域水质模型,总结和比较了EFDC(environmental fluid dynamics code)、WASP(water quality analysis simulation program)和MIKE三种模型的概念、性能、优势和局限性,介绍了其在近岸海域的应用,强调了选用合适的模型和降低不确定性是减小模拟结果误差的重要保证,对近海水质模型进行了展望。分析表明, WASP和EFDC的扩展性和开发性较强, MIKE的选择性更大;虽然水质模型在近岸海域已有较多应用,但仍有较大的发展空间,可通过模型内部完善、新技术耦合以及应用范围拓宽等途径使近岸海域水质模型得到进一步发展。

慈湖河流域水质监测预警管理体系的构建与应用

慈湖河流域水质监测预警管理体系结合最新水质管理理论,明确管理目标,梳理现有生态环境监管业务,摸清现有信息资源,梳理环境管理数据,依据EFDC水动力-水质模型工具,在慈湖河流域实地调查、规划布点,根据干流建立二维水质污染扩散模型,与web应用系统集成,建立水质监测预警管理信息化平台。模拟不同污染负荷情形下水质变化情况,对慈湖河流域的水环境质量水污染问题进行模拟预测分析,以远程控制及自动化技术为依托对流域内的水环境质量要素、环境管理对象、整治工程等进行管理,最终形成基于物联网技术、大数据分析技术和模拟分析技术的监测预警体系,为慈湖河流域水质监测预警管理提供了一个效率高、实用性强的信息化平台。

Integration of USEPA WASP model in a GIS platform

The integration of water quality analysis simulation program (WASP) with a geographical information system (GIS) is presented.This integration was undertaken to enhance the data analysis and management ability of the widely used water quality model.Different types of data involved in WASP modeling were converted and integrated into GIS using a database method.The spatial data modeling and analysis capability of GIS were used in the operation of the model.The WASP water quality model was coupled with the environmental fluid dynamics code (EFDC) hydrodynamic model.A case study of the Lower Charles River Basin (Massachusetts,USA) water quality model system was conducted to demonstrate the integration process.The results showed that high efficiency of the data process and powerful function of data analysis could be achieved in the integrated model,which would significantly improve the application of WASP model in water quality management.

水环境决策支持系统框架下的密云水库水质模型

为了探讨环境决策支持系统(EDSS)中复杂模型的集成和应用,以北京市饮用水水源地密云水库为案例,针对水环境决策支持系统框架下水动力学与水质模拟模型的集成以及EDSS系统集成和应用中遇到的问题和解决方案进行研究,提出基于模型服务的密云水库水环境决策支持系统逻辑结构,并从系统集成开发的角度探讨模型的选择、设置和改进。最后建立基于EFDC(environmental fluid dynamics code)和WASP(water quality analysis simulation program modeling system)的密云水库水动力-水质耦合模型运算服务,实现长时间序列的连续模拟和水环境管理的情景分析。

水污染预警DSS系统框架下的白河水质预警模型研究

为了应对频发的水环境污染事故,在污染事故发生后快速有效地制定应急响应措施,保护水环境,有必要在水源保护区建立水污染预警DSS系统,重点对系统建立的核心与难点——水质预警模型进行研究.密云水库是北京市最重要的地表水源地,以密云水库上游的白河为研究区域建立水污染预警DSS系统,设计水污染预警DSS系统的三层结构框架,将控制端、核心预警模型、GIS空间数据库紧密联合起来;在此基础上对核心预警模型的建模过程、参数取值等进行研究;最后以典型污染物氰化钠为例,设置水污染事故情景以及应急措施预案情景,进行了情景模拟分析.实例研究表明,此水质预警模型能够较准确地对污染发展趋势进行分析预测,并对不同的应急处理方案的实施效果进行模拟分析,模拟结果能够支持应急方案的制定与优选决策,达到了DSS系统的功能需求.

基于水环境模型和数据库的潮汐河网突发水污染事件溯源

为快速准确地实现潮汐河网突发性水污染的溯源,提出了基于水环境模型和数据库的溯源方法。以西江、北江佛山段为案例,基于EFDC(environmental fluid dynamics code)和WASP(water quality analysis simulation program)模型建立了研究区域的水动力模型、常规污染物水质模型以及有毒污染物水质模型;识别和筛选了研究区域的水环境风险源,并以此建立有毒污染物溯源数据库和常规污染物溯源数据库;最后以研究案例区内禅城沙口站监测到Cr6+超标为假设情景案例,通过数据库查询,使用反向计算确定3种可能的污染源排放情况下污染物初始排放量,再通过试错法,应用模型正向计算得到最终可能的污染源位置及对应的排放量,快速准确地完成污染物溯源。