WASP水质模型在河流

世界地质第30卷第2期2011年6月

杨平1，王童2，陶占盛1，王新民1文章编号：1004—55(2011)02一0265～05

WASP 应用实例背景前言WASP 模型概述结论展望

目录

WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用

WASP模型体系Steete-Phelps 模型体系

QUAL模型体系最初80年代

3种随着经济发展，水污染日益加剧，水体污染最突出的问题是富营养化。对于富营养化问题，数学模型可以综合反映其系统特征。1 前言WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用70年代

WASP全称为Water Quality Analysis Simulation Program，即水质分析模拟程序．由美国国家环保局环境研究实验室开发模拟水文动力学、河流一维不稳定流、湖泊和河口三维不稳定流、常规污染物(包括溶解氧、生物耗氧量、营养物质以及海藻污染)和有毒污染物(包括有机化学物质、金属和沉积物)在水中的迁移和转化规律。

描述水质现状，提供一般性水质预测和提供特定位置水质预测．

WASP由有毒化学物模型TOXI和富营养化模型EUTRO两个子模块组成。TOXI是有机化合物和重金属在各类水体中迁移积累的动态模型，可预测溶解态和吸附态化学物质在河流中的变化情况；EUTRO模块采用OTOMAC富营养动力学模型，可预测DO、COD、碳、叶绿素a、盐、有机氮和正磷酸盐等在河流中的变化情况.

WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用2.1 WASP模型的原理

水质指标C

（TP，BOD,DO,COD等）

质量平衡式Ux，Uy，Uz分别为河流的

横向、纵向、垂向的流速

C溶质浓度

横向、纵向、垂向的扩散系数点源，非点

源负荷

边界负荷

动力转换项

2.2 应用WASP 模拟河流水质运移的基本过程河网模型的概化：

将河流分为若干

个→设置参数采集数据

输入模型参数信息：①设置环境参数；②设置传输参数③设置边界参④设置转化参利用WASP软件进行模拟

结果输出并分析

①生成被模拟物质在各段上

每个时刻的浓度值；

②对生成的．cSV数据文件

进行统计分析；③对生成

的．BMD文件进行结果的图

形化显示。

以辽宁省浑河的一条支流细河为例，应用WASP对该条河流的BOD和DO指标

进行模拟。

3.1 WASP模拟河流污染状况的案例过程

将实际河流分段，将实际水体分为3段，并设置每段的水体体积、相邻

分区间的距离、每段河流的剖面面积。

第一段：河流附近有

一个仙女河污水处理

厂

第二段：河流附近是

工业园区和居民生活

区，有三一重工、辽

鞍集团等企业，还有

杨士乡等居民聚集区；

第三段：河流附近有

少量居民居住。

3 WASP模拟河流污染状况的案例

采集数据：①各段的河流长度、宽度、深度和水流速；②边界浓度；

③每段河流中在某些时间点测得的污染质浓度值；④水温和光照的时

间序列值。

建立模拟并输人参数:选用的模型为EUTRO(富营养化模型)，时间步长设置为1。用来模拟的指标为BOD和DO，依次录入河段的初始浓度、边界浓度值、光照和水温等其他相关参数信息。

段)的污染质浓度值;CSV的数据文件;BMD文件进行结果的图形。

二段很多时刻超100mg/L，河流污染较严重,河段附近有工业园区和居民生活区,不能被微生物降解的有机物大于能被微生物降解的有机物,施行减排措施.一段河流中的BOD含量低5mg/L,有污水处理厂

5~7月期间BOD>140mg/L

居民用水增加，生活污水工业废水排放多→河中有机物质剧增→BOD增加

10月后期，排污量的减少，污染程度减缓。5~9月水温高→排污的增加→有

机物含量高→水中溶解氧被消耗（DO下降）→水体处于厌氧状态，厌氧微生物繁殖，有机物发生，生成NH,HS等→使水发臭发黑。

4 结论

✓采用WASP模型对浑河支流细河的各河段水质变化进行模拟显示：7月，靠近居民生活区和工业区附近河段，BOD值过大，DO 值过小。说明该期间该河段中有机污染物含量高，河流污染严重。这个模拟与实际情况基本吻合，表明基于生态系统动力学模型的WASP能很好地反映河流富营养化问题的动态变化规律。

✓可根据不同季节灵活地对河流附近工厂制定减排方案，或者通过建立污水处理厂对污水进行净化，从而改善河流的水质状况，保护水环境。

WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用在L管理上应用Rodriguez等选用了WASP构建了布伦瑞克港耗氧物质L管理系统。莫比尔湾、密西根湖的L管理模式研究中均用了WASP作为水质的模拟工具。

在湖库富营养化过程中应用Hoybye等通过校验Kakhovka 水库实测数据与WASP计算结果，认为水质量的影响因素是水库周围营养物质的增长速率与入库量。Rough River生态修复项目中采用WASP进行了DO模拟。Jae在Yeongrang Lake降雨-径流污染负荷研究中分析了径流污染对湖水的影响，WASP模拟结果与实测值相关性较好。Stow等字Neuse River Estuary藻类模拟研究中比较了NEEM、WASP、Neu-BERN3个模型的有效性，结果WASP在河流整体、上游、下游3项的有效性高于其他2个模型。

与其他模型耦合EPA技术中心提供给了多种水环境管理相关的技术模型，WASP的输入与输出均可以与其他模型相连接，如EFDC、PRZM HSPF SED3D等。BarrMileon Reservoir富营养化研究讲SWAT水动力和营养盐模拟结果作为边界条件输入WASP软件进行富营养化工程分析。与GIS结合应用：Sukanda 等江水质模拟和GIS技术结合构建了THA CHIN RIVER管理决策系统，采用WASP进行稳态一维模拟计算不同情境下的水质变化情况。

重金属有

毒物研究

应用

PA和ORD研究所选用WASP对Sudbury River中汞的迁移转化进行了二维模拟。

河流1992年汉江武汉段富营养化过程模拟，WASP具有较好的物理和数学理论基础，能从机理上分析水质成分和各项间转化的规律。廖振良等应用WASP对苏州河环境综合整治一期工程和方案实施了有关模拟。杨家宽等采用了WASP6模拟了汉

江襄樊BOD、DO等并进一步模拟了南水北调中线工程队汉江襄樊地区水质的影

响。于顺东等通过模拟美国的Brandwine Rivers水体中的DO的浓度变化来分析了WSAP的灵敏度。

河网唐迎洲等通过C++语言编程讲三级联解平原河网水动力模型与WASP5软件耦合，模拟分析引调水工程中不同实施方案的环境效益。史铁锤等以WASP估算了太湖河网的COD的水环境容量，建立了点源和非点源的管理模式。

湖库三峡库区水质仿真研究使用了WASP6模拟了TP、DO、BOD等结果与实测值的相对误差在15%以下的占92%，验证额WASP的可靠性。欧阳丽等讲WASP应用与三峡水库回水区香溪河库湾P、N水环境容量。孙文章等在东昌湖用WASP模拟了BOD、

DO、TN、TP4项指标，验证了WASP的有效性。王文杰等以WASP氮磷循环为基础，次用了有限体积法配合通量向量格式建立了而为水质耦合数学模型，结果证明了耦合模型较高的可靠性和实用性。

其他贾海峰等以密云水库为背景研究了GIS（地理信息系统用于全球环境变化动态监测）与WASP半紧密内嵌的集合模式，实现密云水库长时序水质模拟和水环境管理的情景分析。郭羽等以EFDC-WASP为核心模型构建了白河水污染预警决策

支持系统，模拟分析了氰化物水污染事故过程。张永祥等选择长河流域进行了WASP适用性检验，叶绿素、TN、TP模拟值与实测值偏差较小。

5 应用与展望

✓作为一个结构灵活、普适性较好的水质模型WASP在国内外均得到了广泛且有效的应用。国内的WASP研究和应用多在较大的流域范围上进行，多为河流和湖库的一二维模拟、较少的针对河口或者海湾。对重金属等特殊物质的研究也不多，wasp后处理功能的使用稍显薄弱。

✓以国际研究的现状来看，在“小尺度、高精度”的研究中，使用其他二、三维水动力模型可有效提高精度。在有毒物、浮游生物、细菌等物质的研究中，WASP的应用仍有出色地表现。随着非点源的研究普及，WASP模拟中增加非点源输入的考量，提升水环境问题的判定能力。WASP的应用不仅仅局限在单一水质的模拟，而是将其作为大型流域管理模型或者综合管理模式的核心部分，支持流域水环境的综合研究和管理。

WASP水质模型在河流富营养化问题中的应用

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