湖泊-河网耦合水动力水质模型研究

赵琰鑫，张万顺，汤 怡，吴 静

（武汉大学 资源与环境科学学院，湖北 武汉 430079）

1 研究背景

河网水动力水质模型是描述河道水体中污染物迁移转化规律的数学模型，是进行河流水质模拟和水污染控制的有力工具。近几年，河网水质模型得到长足的发展，如国外应用较多的美国的QUAL-2E，WASP模型等［1］。国内的彭虹等［2］建立了河流综合水质模型，李锦秀等［3］建立了三峡水库整体一维水质模型，储君达［4］、韩龙喜等［5］建立了河网水质模型并对模型求解方法进行了改进。但是以上研究仍存在一些不足，如其模型仅仅用于树状河网和单一河道，对于环状的河网有限制。其次，其模型考虑的水质变量及各个变量间的迁移转化不够全面。另外，针对复杂湖泊-河网区河道纵横、水系呈网状的特点建立的数值模型尚未见报道。

本文采用有限控制体积法对求解一、二维水动力学和水质模型控制方程，在一维、二维模型连接断面处，采用一维模型模拟河道水位、流量变化，并作为隐式变量带入二维湖泊模型进行求解，实现了一、二维模型的耦合，并根据太湖典型流域河网区实测水文和水质资料对耦合模型进行率定和验证。

2 湖泊-河网区的一/二维水动力水质耦合模型

2.1 一维河网水动力水质模型

连续性方程：

动量方程：

式中：uj为河网河道j的断面平均流速；Qj为河网河道j的流量；Aj为河道j的过水面积；t为时间；qj为河段j的侧流汇流流量；g为重力加速度；zj为河网河道j的水位；n为河道糙率；……