水環(huán)境數(shù)學(xué)模型與人工濕地模擬07

發(fā)布時(shí)間：2016-10-19 20:15

本文關(guān)鍵詞：人工濕地?cái)?shù)學(xué)模型模擬與應(yīng)用，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第9卷??第3期2011年6；南水北調(diào)與水利科技；South-to-NorthWaterDiver；Jun.2011；doi:10.3724/SP.J.1201.20；水環(huán)境數(shù)學(xué)模型與人工濕地模擬；趙小利1,李文奇2,周懷東2；(1.西安水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院,西安710054;；摘要:水環(huán)境數(shù)學(xué)模型這種高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的模擬工；關(guān)鍵詞:水環(huán)境數(shù)學(xué)模型;模擬軟件

第9卷??第3期2011年6

月

南水北調(diào)與水利科技

South-to-NorthWaterDiversionandWaterScience&TechnologyVol.9No.3

Jun.2011

doi:10.3724/SP.J.1201.2011.03084

水環(huán)境數(shù)學(xué)模型與人工濕地模擬

趙小利1,李文奇2,周懷東2

(1.西安水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院,西安710054;2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院,北京100038)

摘要:水環(huán)境數(shù)學(xué)模型這種高效、經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便的模擬工具有了長(zhǎng)足的發(fā)展,歐美國(guó)家開發(fā)出QUAL,MIKE,WASP,SWM,FEFLOW等多種水環(huán)境模擬軟件,并在河流、湖泊、河口、海岸等水環(huán)境預(yù)測(cè)和水污染控制中得到廣泛應(yīng)用。人工濕地是一種借鑒天然濕地凈化污水功能的生態(tài)技術(shù)措施,近年來在世界各地逐漸得到廣泛研究與應(yīng)用;人工濕地?cái)?shù)學(xué)模型與數(shù)值模擬也正在成為一項(xiàng)重要的研究?jī)?nèi)容。由于人工濕地處理污水技術(shù)內(nèi)在機(jī)理復(fù)雜,目前尚未形成通用的人工濕地?cái)?shù)學(xué)模型與應(yīng)用程序。鑒于水環(huán)境模擬軟件的廣泛成功應(yīng)用及模型結(jié)構(gòu)的開放性,利用成熟的水環(huán)境模型工具進(jìn)行人工濕地?cái)?shù)值模擬是一種有效途徑;模擬應(yīng)用時(shí)需結(jié)合濕地特性對(duì)模型程序進(jìn)行適用性分析、并作必要的前后處理。

關(guān)鍵詞:水環(huán)境數(shù)學(xué)模型;模擬軟件;模型工具;人工濕地;污水處理;反應(yīng)機(jī)理;數(shù)值模擬中圖分類號(hào):TV214;X143????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A????文章編號(hào):1672-1683(2011)03-0084-04

ResearchAdvancesinWaterEnvironmentalMathematicalModels

andConstructedWetlandSimulation

ZHAOXiao-li1,LIWen-qi2,ZHOUHua-idong2

(1.Xi'anDesigningInstituteofWaterResourcesPlanandSurvey,Xi'an710054,China;2.ChinaInstituteofWaterResourcesandHydropowerResearch,Beijing100038,China)

Abstract:Thewaterenvironmentalmathematicalmodels,asefficient,economicalandconvenienttools,havemadeaconsiderableprogressinthewaterenvironmentsimulation.InEuropeandAmerica,manykindsofwaterenvironmentalmodelingsoftwareshavebeendevelopedincludingQUAL,MIKE,WASP,SMS,FEFLOW,andsoon.Thesemodelshavebeenwidelyusedforsimu-lationofwaterenvironmentalpredictionandpollutioncontrolinrivers,lakes,estuariesandseashores.Theconstructedwetlandisanecologicalengineeringtechnologyforwastewatertreatment,whichislearnedfromnaturalwetlands.Inrecentyears,thetechnologyforwastewatertreatmentbyconstructedwetlandshavebeenwidelyresearchedandappliedworldwide.Mathematicalmodelsandnumericalsimulationhavebecomeimportantsectionsoftheresearchforconstructedwetlands.Thegeneralmodelandprogramspecifiedforconstructedwetlandshavenotbeendevelopedbecauseofitscomplexreactionmechanismsforwastewatertreatment.Intheviewofsuccessfulapplicationandopenstructureofwaterenvironmentsimulationsoftwares,itcouldbeusedformodelingconstructedwetlands.Itisimportanttoanalyzetheapplicabilityofwaterenvironmentalmodelsbe-foreusingittosimulateconstructedwetlands.Thepre-treatmentandpost-processingforsoftwaresarerequired.

Keywords:waterenvironmentalmathematicalmodel;modelsoftware;simulationtool;constructedwetland;wastewatertreat-ment;reactionmechanism;numericalsimulation

????數(shù)值模擬在水環(huán)境問題的研究中發(fā)揮著越來越重要的作用,這種方法通過對(duì)水環(huán)境變化內(nèi)在機(jī)理的研究,建立數(shù)學(xué)模型,經(jīng)過一定的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模型的驗(yàn)證,將其應(yīng)用于對(duì)水流流場(chǎng)、水質(zhì)濃度場(chǎng)等的模擬,并分析污染物隨時(shí)空變化的規(guī)律,實(shí)現(xiàn)對(duì)水環(huán)境的規(guī)劃管理和污染控制。水環(huán)境數(shù)學(xué)模

型是一種將水環(huán)境內(nèi)在機(jī)理或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)呈現(xiàn)的變化規(guī)律用數(shù)學(xué)語言(理論或經(jīng)驗(yàn)公式)加以表述,并能夠用來指導(dǎo)水環(huán)境工程實(shí)踐的工具。將模型工具應(yīng)用于水環(huán)境量化、優(yōu)化、決策、控制的數(shù)值模擬方法已成為水環(huán)境研究、管理、工程實(shí)踐的一種重要手段。歐美一些發(fā)達(dá)國(guó)家研發(fā)了多種具有廣

收稿日期:2011-01-06????修回日期:2011-04-21????網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:2011-05-2916:16

網(wǎng)絡(luò)出版地址:基金項(xiàng)目:水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)(200901071)作者簡(jiǎn)介:趙小利(1970-),女,陜西西安人,高級(jí)工程師,主要從事水利工程設(shè)計(jì)和水環(huán)境研究工作。E-mail:ssrs168@qq.com

趙小利等??水環(huán)境數(shù)學(xué)模型與人工濕地模擬

泛影響力的計(jì)算機(jī)模擬軟件,成為水環(huán)境研究的有效工具[1]。水污染控制和水污染處理是水環(huán)境問題的重要內(nèi)容,人工濕地(英文稱為ConstructedWetland,ArtificialWetland或TreatmentWetland)是近幾十年來發(fā)展的一種借鑒天然濕地凈化污水的能力、人工建設(shè)的應(yīng)用生物和水力等共同作用,進(jìn)行水污染物處理的生態(tài)工程措施。人工濕地通常按照水流流態(tài)可分為3種類型:表面流人工濕地(SurfaceFlowWetland,簡(jiǎn)稱SFW)、水平潛流人工濕地(SubsurfaceFlowWetland,簡(jiǎn)稱SSFW)和垂直潛流人工濕地(VerticalFlowWetland,簡(jiǎn)稱VFW)究手段。

[2-3]

算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等人工智能的結(jié)合。

1.2??幾種常用的水環(huán)境模擬程序1.2.1??QUAL2K河流水質(zhì)綜合模型

QUAL2K是由美國(guó)環(huán)保局(USEPA)開發(fā)并不斷修訂和增強(qiáng)的河流綜合水質(zhì)模型。是一種一維穩(wěn)態(tài)模型,適用于枝狀河流模擬,沿程可有多個(gè)支流匯入和多個(gè)排污口,還可模擬河道水工建筑物對(duì)水質(zhì)的影響�？赏瑫r(shí)模擬組合15種水質(zhì)變量:BOD、DO、溫度、葉綠素a、有機(jī)氮、氨氮、亞硝酸氮、硝氮、有機(jī)磷、溶解性磷、大腸桿菌、任意1種非守恒物質(zhì)、任意3種守恒物質(zhì)[8-9]。國(guó)內(nèi)戴凌全、李華等以新安江大壩附近河段為例討論了該模型主要參數(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的確定方法[10]。

。隨著人工濕地污水處理技術(shù)的廣

泛研究與應(yīng)用,對(duì)濕地進(jìn)行數(shù)值模擬正在成為一種重要的研

1??水環(huán)境數(shù)學(xué)模型的發(fā)展研究狀況

1.1??水環(huán)境數(shù)學(xué)模型的分類與發(fā)展

水環(huán)境數(shù)學(xué)模型按不同的分類方法有多種類型。按照模型變量是否為隨機(jī)分為確定與非確定模型;按照隨時(shí)間變化情況分為穩(wěn)態(tài)與動(dòng)態(tài)模型;按照模型空間維數(shù)分為一維、二維和三維模型;按照物質(zhì)輸移特性分為移流模型、擴(kuò)散模型和移流擴(kuò)散模型;按反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)分為純輸移模型、純反應(yīng)模型、輸移反應(yīng)模型及生態(tài)模型[1];按照研究對(duì)象可分為地表水模型與地下水模型;按水體研究?jī)?nèi)容分為水動(dòng)力學(xué)模型與水質(zhì)模型。

水環(huán)境模型的核心是研究污染物隨水流的遷移、轉(zhuǎn)化與水質(zhì)在時(shí)間和空間上的變化過程,因此水環(huán)境模型的重點(diǎn)是水質(zhì)模型。第一個(gè)水質(zhì)模型是美國(guó)工程師Streeter和Phelps于1925年在研究Ohio河污染時(shí)建立的模型,簡(jiǎn)稱S-P模型,該模型是一個(gè)氧平衡模型。其后Thomas(1948)、O??Connor(1967)、Camp-Dobbins(1963、1964)在該模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)[4-5]。

水環(huán)境數(shù)學(xué)模型發(fā)展可分為三個(gè)階段[6-8],第一階段(1925年-1980年),初級(jí)發(fā)展階段,以受點(diǎn)源污染的河流水體本身為主要研究對(duì)象,將底泥作為外部輸入,面源污染作為背景負(fù)荷,其核心是Streeter-Phelps模型,該階段經(jīng)歷了從最初的一維BOD-DO雙線性模型發(fā)展到三維多參數(shù)多線性及非線性的復(fù)雜模型。第二階段(1980年-1995年),快速發(fā)展階段,本階段水質(zhì)參數(shù)數(shù)量增加,底泥進(jìn)入模型內(nèi)部,水動(dòng)力模型被納入多維模型系統(tǒng),面源污染由流域模型進(jìn)入初始輸入。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,數(shù)值計(jì)算在模型應(yīng)用中發(fā)揮越來越重要的作用。第三階段(1995年至今),深入發(fā)展階段,模型考慮多介質(zhì)因素,增加了大氣污染模型,有毒污染物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)成為重要負(fù)荷要素。人機(jī)交互、計(jì)算機(jī)圖像學(xué)與可視化技術(shù)的運(yùn)用為模型發(fā)展提供了更大的發(fā)展空間。

水環(huán)境模型的發(fā)展趨勢(shì)[6-7]主要呈現(xiàn)為:??從單一介質(zhì)向多介質(zhì)模型的發(fā)展,研究對(duì)象擴(kuò)展到大氣、土壤等多介質(zhì);??加入生態(tài)因子的多環(huán)境變量模型,水生食物鏈對(duì)水質(zhì)作用的深入研究;??應(yīng)用隨機(jī)方法、模糊數(shù)學(xué)、灰色系統(tǒng)理論等方法的不確定性水質(zhì)模型;??地表水與地下水相互作用的綜合模型;??更易于應(yīng)用的人機(jī)交互功能強(qiáng)的工具模型;??水質(zhì)模型與地理信息系統(tǒng)(GIS)結(jié)合以及與遺傳算法、模擬退火

1.2.2??MIKE水動(dòng)力與水質(zhì)模型

MIKE是丹麥DHI公司開發(fā)的水動(dòng)力學(xué)與水質(zhì)模型,MIKE11用于一維水動(dòng)力、水質(zhì)、富營(yíng)養(yǎng)化和泥沙輸移計(jì)算及洪水預(yù)報(bào)等,適用于河流湖庫及灌溉渠等。MIKE21用于二維水動(dòng)力學(xué)、水質(zhì)、富營(yíng)養(yǎng)化、石油泄漏等計(jì)算,適用于河流、湖庫、河口及海灣等。MIKE31用于三維水動(dòng)力和水質(zhì)模擬,適用于河流、湖庫、河口、海洋等[11]。國(guó)內(nèi)有用該模型進(jìn)行漢江、太湖等水體富營(yíng)養(yǎng)化的研究[12]。

1.2.3??WASP水質(zhì)模型

WASP(WaterQualityAnalysisSimulationProgram)是由美國(guó)環(huán)保局開發(fā)的水質(zhì)模型程序,能夠用于分析預(yù)測(cè)自然和人為污染的各種水質(zhì)狀況,可模擬水文動(dòng)力學(xué)、河流一維不穩(wěn)定流、湖泊和河口三維不穩(wěn)定流、常規(guī)污染和有毒污染物的遷移轉(zhuǎn)化,被稱為萬能水質(zhì)模型。該模型由水動(dòng)力模型程序DYNHYD和水質(zhì)模型WASP兩個(gè)獨(dú)立程序組成,能夠獨(dú)立運(yùn)行,也能連接運(yùn)行。水動(dòng)力模型為水質(zhì)模型提供水力參數(shù)。水質(zhì)模型WASP由EURO和TOXI兩個(gè)模塊組成,EURO模塊用來模擬8種常規(guī)水質(zhì)指標(biāo):CBOD、DO、NH3-N、NO3-N、有機(jī)氮、無機(jī)磷、有機(jī)磷、浮游植物;TOXI模塊模擬有毒物質(zhì),可考慮1~3種化學(xué)物質(zhì)和1~3種顆粒物質(zhì),包括有機(jī)化合物和金屬等[1,13]。國(guó)內(nèi)王建平,蘇保林,賈海峰等利用WASP對(duì)密云水庫及其流域營(yíng)養(yǎng)物進(jìn)行了模擬研究[14]。

1.2.4??SMS綜合性模型

SMS(SurfaceWaterModelingSystem)是由美國(guó)BrighamYoung大學(xué)環(huán)境模型研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的一個(gè)綜合性模型。它包含一、二維有限單元模型、有限差分模型以及三維水動(dòng)力學(xué)模型�？捎脕磉M(jìn)行河流、河口、湖泊、海岸水動(dòng)力和水質(zhì)模擬。該軟件集成了美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)水道試驗(yàn)站和美國(guó)聯(lián)邦公路管理局開發(fā)的多個(gè)計(jì)算模塊,其中RMA2為二維水動(dòng)力學(xué)模塊;RMA4為二維水質(zhì)模塊;RMAl0為三維水動(dòng)力和水質(zhì)模塊。在美國(guó)RAM2、RAM4和RAM10主要用于河口和河流的水動(dòng)力和水質(zhì)模擬。國(guó)內(nèi)將該模型用于工程實(shí)踐的有五里湖調(diào)水模擬[11]、黃河口水流數(shù)值模擬等。

1.2.5??FEFLOW地下水?dāng)?shù)值模型

FEFLOW是由加拿大Waterloo水文地質(zhì)公司開發(fā)的基于Galerkin三維有限元的可視化地下水模擬軟件。該模型

第9卷總第54期??南水北調(diào)與水利科技??2011年第3期??

可解決的地下水模擬問題,包括穩(wěn)態(tài)與瞬時(shí)地下水流動(dòng)與溶質(zhì)運(yùn)移,邊界條件和實(shí)體屬性隨時(shí)間變化的模擬,飽和與非飽和流動(dòng),承壓與非承壓含水層,非線性吸附作用、衰變、對(duì)流、彌散的化學(xué)質(zhì)量運(yùn)移,密度變化流動(dòng)等。該模型因其強(qiáng)大的可視化功能和使用范圍廣而成為具有影響力的水環(huán)境模擬平臺(tái)[1]。潘俊、高維春等利用該模型軟件以沈陽輝山明渠河口潛流人工濕地為例進(jìn)行了數(shù)值模擬研究[15]。

多的人工濕地反應(yīng)機(jī)理數(shù)值模型,主要集中在對(duì)水平潛流濕地(SSF)的模擬,少數(shù)是對(duì)垂直潛流濕地(VSF)的模擬,少有關(guān)于表流人工濕地(SF)模型的開發(fā)研究。這些數(shù)值模型的開發(fā)向兩個(gè)方面發(fā)展:一方面是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)理模型,力求明確闡述濕地內(nèi)發(fā)生的控制性生物和化學(xué)轉(zhuǎn)化與降解過程。如奧地利的Langergraber等開發(fā)的多成分反應(yīng)輸移模型CW2D,適用于SSF和VSF濕地模擬。另一方面是簡(jiǎn)化機(jī)理設(shè)計(jì)模型,數(shù)值模型開發(fā)致力于服務(wù)濕地工程優(yōu)化設(shè)計(jì),將復(fù)雜機(jī)理模型進(jìn)行簡(jiǎn)化,作為對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化濕地結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)提高處理效率的模擬工具[27]。

人工濕地?cái)?shù)學(xué)模型研究開發(fā)與數(shù)值模擬工程應(yīng)用目前仍處于初級(jí)階段,簡(jiǎn)單的??黑箱??輸移衰減模型或部分反應(yīng)機(jī)理模型較多,目前工程實(shí)踐中多應(yīng)用此類模型;多參數(shù)多介質(zhì)的綜合機(jī)理模型開發(fā)的較少,工程應(yīng)用限于個(gè)案研究。對(duì)水平潛流人工濕地展開的模型研究較多,針對(duì)表流濕地和垂直潛流濕地的模型較少。目前少有得到廣泛認(rèn)可和實(shí)踐應(yīng)用的濕地模擬專業(yè)應(yīng)用軟件。

2??人工濕地?cái)?shù)值模擬應(yīng)用

2.1??人工濕地的工程應(yīng)用

人工濕地處理污水技術(shù)20世紀(jì)70年代始于德國(guó),該工藝在歐洲得到推廣應(yīng)用,在美國(guó)和加拿大等國(guó)得到迅速發(fā)展。美國(guó)環(huán)保局于1992年建立了北美人工濕地?cái)?shù)據(jù)庫,收錄了100多座人工濕地運(yùn)行的試驗(yàn)數(shù)據(jù),并制定了人工濕地設(shè)計(jì)導(dǎo)則。在發(fā)達(dá)國(guó)家的幫助下,人工濕地在發(fā)展中國(guó)家逐漸得到推廣應(yīng)用。我國(guó)人工濕地處理技術(shù)引進(jìn)較晚,1990年首座人工濕地處理污水工程在北京昌平建成,處理量為500t/d的生活污水和工業(yè)廢水[2]。人工濕地在世界各地除被廣泛應(yīng)用于生活和工業(yè)廢污水處理外,還被應(yīng)用于金屬礦廢水處理[16]、干旱地區(qū)油氣井廢水處理再利用[17]、奶牛場(chǎng)污水處理[18]及垃圾填埋場(chǎng)滲濾液處理[19]等。在國(guó)內(nèi),人工濕地還被用于景觀用水循環(huán)處理并兼具景觀功能,如北京奧林匹克公園水系人工濕地[20]。

與傳統(tǒng)的污水處理廠工藝相比,人工濕地具有利用水體自然凈化能力、水生物降解功能、土壤基質(zhì)吸附過濾功能等生態(tài)凈化效能,其占地面積較大;除具有儲(chǔ)存水體和改善水質(zhì)的主要功能外,還具有景觀娛樂和為野生生物提供棲息地等生態(tài)功能。人工濕地適用于污水的二級(jí)或強(qiáng)化處理,而不宜用于原污水的初級(jí)處理,其處理污染負(fù)荷能力和占地、生態(tài)等特征使其更適宜于居民區(qū)的污水處理。

2.3??水環(huán)境模型軟件在人工濕地?cái)?shù)值模擬的應(yīng)用

鑒于水環(huán)境數(shù)學(xué)模型與模擬軟件的廣泛應(yīng)用及人工濕地模型的匱乏與不成熟,現(xiàn)階段在人工濕地工程設(shè)計(jì)及研究中可利用現(xiàn)有的水環(huán)境數(shù)學(xué)模型工具進(jìn)行數(shù)值模擬。如前述的幾款通用水環(huán)境模擬軟件大多由多個(gè)相互獨(dú)立又有關(guān)聯(lián)的模塊集成,水力與水質(zhì)模型既能單獨(dú)運(yùn)行也能聯(lián)合順序運(yùn)行,模型參數(shù)率定也可由單獨(dú)的模塊來執(zhí)行。模型的開放性使軟件應(yīng)用更為靈活,可進(jìn)行適當(dāng)?shù)那昂筇幚?可在不同的軟件之間切換數(shù)據(jù)。這為現(xiàn)階段人工濕地的數(shù)值模擬研究應(yīng)用提供了一條較為有效的途徑。

由于表流人工濕地更接近自然水體形態(tài),表流人工濕地的模擬可利用已有的二維地表水環(huán)境模型進(jìn)行水動(dòng)力模擬或水質(zhì)模擬。焦璀玲、王昊等采用MlKE21模型對(duì)山東平陰濕地進(jìn)行濕地示范區(qū)二維水動(dòng)力、水質(zhì)模擬,給出了水體中污染物隨時(shí)間和空間遷移變化規(guī)律;研究濕地設(shè)計(jì)的兩種改進(jìn)方案,分別模擬了兩種方案的污染物降解率[28]。武周虎、張娜用SMS地表水軟件模擬了河灘濕地不同面積、寬度及不同植物糙率條件下對(duì)河流洪水位的影響[29]。潘俊、高維春等用地下水模擬程序?qū)摿鳚竦剡M(jìn)行三維模擬,取得了較好的模擬效果[15]。

2.2??人工濕地?cái)?shù)學(xué)模型研究應(yīng)用情況

人工濕地是利用自然濕地生態(tài)過程的技術(shù),是一種高度復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng),其處理污水反應(yīng)機(jī)理復(fù)雜多樣,多種物理、化學(xué)、生物過程一并發(fā)生且相互作用,吸附、沉淀、絮凝、生物吸收、轉(zhuǎn)化、移流、擴(kuò)散等多種作用使污染物降解、轉(zhuǎn)化。由于人工濕地系統(tǒng)的高度復(fù)雜性,使量化處理工藝形成數(shù)學(xué)模型變得非常困難,污水的各成分特性和變化過程很難精確描述;通過經(jīng)驗(yàn)的方法建立的模型又存在缺乏長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和重復(fù)使用效力不高等問題。因此,目前還未開發(fā)出較為精確的人工濕地污水處理模型[2,21-22]。長(zhǎng)時(shí)間內(nèi),人工濕地?cái)?shù)學(xué)模型處于不明確反應(yīng)機(jī)理的??黑箱??和簡(jiǎn)單輸移衰減模型階段,主要是基于統(tǒng)計(jì)學(xué)原理、一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)及生態(tài)動(dòng)力學(xué)理論來進(jìn)行模擬[23]。幾種典型的人工濕地去污模型包括衰減模型、一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、零級(jí)動(dòng)力學(xué)模型、Monod模型和生態(tài)動(dòng)力學(xué)模型等[24-26]�？琢钤５确治霰容^了各種模型之間的關(guān)系,給出了各模型微分方程的統(tǒng)一表達(dá)形式[26]。

由于人工濕地污水凈化機(jī)理的不明確,現(xiàn)有的人工濕地設(shè)計(jì)導(dǎo)則,主要是由經(jīng)驗(yàn)方法估算濕地面積,或是應(yīng)用簡(jiǎn)單的一級(jí)動(dòng)力學(xué)衰減模型作為設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。為了明確濕地內(nèi)部反應(yīng)機(jī)理和優(yōu)化工程設(shè)計(jì),近幾年一些研究者開發(fā)出為數(shù)不

3??結(jié)語

??水環(huán)境模型已深入發(fā)展,多種通用模型軟件被廣泛應(yīng)用于水環(huán)境模擬;人工濕地?cái)?shù)值模擬是近年來新的研究方向,還處于初始階段,目前尚缺乏通用的專業(yè)模擬軟件。選擇適宜的水環(huán)境模型軟件進(jìn)行人工濕地?cái)?shù)值模擬,需考慮以下幾個(gè)問題:模型適宜的水流流態(tài),模擬的水質(zhì)參數(shù),輸入和輸出參數(shù),時(shí)間和空間尺度,數(shù)據(jù)的前后處理如何實(shí)現(xiàn)。

??數(shù)值模擬是一種有效的研究手段,數(shù)學(xué)模型是工程實(shí)踐的工具,因此模型軟件開發(fā)一方面要力求準(zhǔn)確表達(dá)復(fù)雜的反應(yīng)機(jī)理,另一方面,要滿足模型應(yīng)用者在工程實(shí)踐中方便簡(jiǎn)捷的需求。

??人工濕地是一種生態(tài)工程設(shè)施,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和生

趙小利等??水環(huán)境數(shù)學(xué)模型與人工濕地模擬

物作用是其凈化功能的關(guān)鍵影響因素,在濕地模型開發(fā)和應(yīng)用中,需特別關(guān)注設(shè)計(jì)參數(shù)和生物要素這些系統(tǒng)內(nèi)部變量。

??濕地模擬工具的研發(fā)可在充分利用現(xiàn)有的水環(huán)境模型模塊的基礎(chǔ)上,加入濕地特征參數(shù),集成開發(fā)能夠滿足各種類型濕地模擬的綜合濕地模擬軟件。參考文獻(xiàn)(References):

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水環(huán)境數(shù)學(xué)模型與人工濕地模擬07