本文關(guān)鍵詞：基于QUAL2K水質(zhì)模型參數(shù)靈敏度研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：污染物進(jìn)入河流,在河流水動力的作用下發(fā)生稀釋、擴(kuò)散、沉降、降解,這一過程的模擬和預(yù)測,需要根據(jù)河流水文特點(diǎn)、污染物的性質(zhì)建立相應(yīng)水質(zhì)響應(yīng)模型,來描述水體中污染物隨時間和空間遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。參數(shù)率定和優(yōu)化為水質(zhì)模型應(yīng)用過程中必不可少的環(huán)節(jié)。但目前國際常用的QUAL2K、WASP、MIKE、 OTIS等水質(zhì)模型,大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、參數(shù)眾多,并且很多參數(shù)獲取困難,在發(fā)展中國家與地區(qū)使用不便。對此,可以考慮參數(shù)和參數(shù)之間的相互關(guān)聯(lián)對模型輸出的影響以及貢獻(xiàn)程度,利用敏感性分析識別模型輸出響應(yīng)的重要影響參數(shù),來減少模型的參數(shù)獲取工作,提高校核精度。本文以QUAL2K水質(zhì)模型的動力學(xué)過程為切入點(diǎn),結(jié)合QUAL2K水質(zhì)模型在我國的應(yīng)用情況以及我國河流污染的實(shí)際情況,選取DO、NH4+-N、CBODu(總碳質(zhì)生化需氧量)、水溫T等作為研究指標(biāo)進(jìn)行其參數(shù)靈敏度分析研究。通過理論分析得到模型中指標(biāo)之間的相關(guān)性,運(yùn)用局部靈敏度分析和全局靈敏度分析相結(jié)合的方法,全面而系統(tǒng)的了解QUAL2K水質(zhì)模型各個參數(shù)及參數(shù)組合對選取指標(biāo)的靈敏程度。通過靈敏度研究,得到以下結(jié)論：(1)對于DO而言,高靈敏參數(shù)為復(fù)氧溫度校正系數(shù)θα靈敏參數(shù)為河段復(fù)氧系數(shù)r、氨氮硝化溫度校正系數(shù)θnα、有機(jī)碳氧化系數(shù)roc、CBODf氧化溫度校正系數(shù)edc、河流曼寧系數(shù)n、氨氮硝化速率系數(shù)Kna、氨氮硝化耗氧系數(shù)ron、 CBODf氧化速率kdc、河流水深斷面系數(shù)α、河流流速斷面系數(shù)a；并有下列順序：S(θa) S(r) S(θna) S(roc) S(θdc) S(n) S(Kna)＞S(ron) S(kdc) S(a) S(a)弱靈敏參數(shù)的大�。篠(Cgb) S(q0N) S(krb) S(KLb) S(Ksocf) S(Ksona) S(kdt)從靈敏度的分析結(jié)果可以看出,QUAL2K水質(zhì)模型中,影響DO最主要的過程為河流復(fù)氧、CBOD氧化、氨氮硝化耗氧等過程,底藻的光合作用對DO的增加也有一定的影響,而底藻呼吸作用對溶解氧的影響相對較小。(2)對于NH4+-N而言,高靈敏參數(shù)為氨氮硝化溫度校正系數(shù)θnα；靈敏參數(shù)為河流源頭流量Q0、河流水深斷面系數(shù)α、B點(diǎn)源排污口的流量QB、河流流速斷面系數(shù)a、氨氮硝化速率系數(shù)Knq；弱靈敏參數(shù)為有機(jī)氮水解速率khn、B點(diǎn)源排污口的平均NH4+-N濃度CNH4-N、復(fù)氧溫度校正系數(shù)θα；并有下列大小順序：S(μna)S(Q0) S(a) S(QB) S(a) S(Kna) S(khn) S(CB(NH4-N)) S(θa);在QUAL2K水質(zhì)模型中,影響NH4+-N最主要的過程為有機(jī)氮的水解、氨氮硝化過程,而底藻和浮游植物的死亡、排泄、光合作用(以NH4+作為基質(zhì)對氮的吸收)和浮游植物、底藻生長對氮的吸收作用對NH4+-N的影響很小(3)在QUAL2K水質(zhì)模型中,對CBODU (總碳質(zhì)生化需氧量)濃度影響的靈敏參數(shù)為有機(jī)碳氧化系數(shù)roc、CBODf氧化速率kdc、河流源頭流量Q0、復(fù)氧溫度校正系數(shù)θα,靈敏度大小順序：S(roc)S(kdc)S(Qo)S(θa);弱靈敏參數(shù)為B點(diǎn)源排污口入流流量QB、底部藻類的最大生長率Cgb、Ksocf、氨氮硝化溫度校正系數(shù)θnα、河流曼寧系數(shù)n、底部藻類的呼吸速率krb、底部藻類死亡速率kdb、碎屑溶解速率kdt、B點(diǎn)源CBODs濃度。弱靈敏參數(shù)對CBODu的靈敏度大小順序?yàn)椋篠(QB)S(Cgh)S(Ksocf)S(θna)S(n)S(krb)S(kdb)S(kdt)S(CB(CBODs));通過比較CBODs和CBODf氧化速率對CBODu濃度的影響,可以看出,CBODs氧化速率對CBODu濃度的影響有限。(4)對溫度影響的靈敏參數(shù)為大氣渾濁度系數(shù)nfac、B點(diǎn)源排污口的平均水溫TB：弱靈敏參數(shù)為大氣傳輸系數(shù)αtc、大氣溫度Tair、可流源頭流量Qo,并有S(nfac) S(TB) S(atc) S(Tair) S(Q0)。光合有效輻射、背景消光系數(shù)keb、線性葉綠素消光系數(shù)αp、非線性葉綠素消光系數(shù)αpn、ISS肖光系數(shù)as、碎屑消光系數(shù)αo、沉積層的有效厚度Hs、沉積物熱擴(kuò)散系數(shù)αs。等對河流的水溫幾乎沒有影響。通過靈敏度的結(jié)果表明,相對于底部沉積物與水之間的傳熱,在水面上的熱交換對河流水溫的影響更大。(5)通過對弱靈敏和不靈敏參數(shù)進(jìn)行全局靈敏度分析,應(yīng)用QUAL2K模型在模擬DO和CBODu兩個指標(biāo)時,多個弱靈敏參數(shù)組合起來會對結(jié)果產(chǎn)生較大的影響,因此在參數(shù)率定和校正過程中不能忽略弱靈敏參數(shù)。在對NH4+-N的不靈敏參數(shù)進(jìn)行全局靈敏度分析,可以忽略不靈敏參數(shù)對NH4+-N濃度的影響。(6)通過對氣象參數(shù)的全局靈敏度分析,當(dāng)國內(nèi)學(xué)者運(yùn)用QUAL2K水質(zhì)模型需要預(yù)測河流的平均水溫時,氣象參數(shù)中的大氣溫度是必須考慮的參數(shù),當(dāng)主要用于預(yù)測水質(zhì)時,則可以忽略氣象參數(shù)對水質(zhì)的影響。
【關(guān)鍵詞】：QUAL2K水質(zhì)模型 參數(shù)靈敏度 QUAL2K水質(zhì)模型動力學(xué)過程 指標(biāo)間相關(guān)性 局部靈敏度分析 全局靈敏度分析
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X522
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-13
• 第一章 緒論13-20
• 1.1 研究背景與意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析14-17
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀16-17
• 1.3 研究內(nèi)容、方法及技術(shù)路線17-20
• 1.3.1 研究內(nèi)容17-18
• 1.3.2 研究方法及技術(shù)路線18-20
• 第二章 QUAL2K水質(zhì)模型及參數(shù)靈敏度分析方法20-27
• 2.1 QUAL2K水質(zhì)模型20-21
• 2.2 參數(shù)靈敏度分析方法21-26
• 2.2.1 局部靈敏度分析22-23
• 2.2.2 全局靈敏度分析23-26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第三章 QUAL2K模型動力學(xué)過程及指標(biāo)相關(guān)性分析27-44
• 3.1 氨氮28-31
• 3.2 浮游植物31-34
• 3.3 底藻34-36
• 3.4 CBOD36-38
• 3.5 溶解氧38-43
• 3.6 本章小結(jié)43-44
• 第四章 QUAL2K水質(zhì)模型水質(zhì)及溫度指標(biāo)參數(shù)靈敏度分析44-83
• 4.1 算例分析44-47
• 4.1.1 河流概況44-46
• 4.1.2 河流的概化46-47
• 4.2 DO的參數(shù)靈敏度分析47-56
• 4.3 NH_4~+-N的參數(shù)靈敏度分析56-63
• 4.4 CBODu(總碳生化需氧量)的參數(shù)靈敏度分析63-71
• 4.5 溫度的參數(shù)靈敏度分析71-79
• 4.6 氣象參數(shù)的全局靈敏度分析79-82
• 4.7 本章小結(jié)82-83
• 結(jié)論與建議83-86
• 致謝86-87
• 參考文獻(xiàn)87-90

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：297716