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CE-QUAL-W2(无)
模型概述

      CE-QUAL-W2是二维纵向/垂直,横向均匀的水动力及水质模型。因为该模型假设横向均匀,它最适合比较长,狭窄的,具有纵向和垂直梯度的水体。该模型可以应用于河流,湖泊,水库和河口以及河流支流的模拟研究。

      该模型可容纳可变网格间距(长度和厚度),所以在需要时可以划分成高分辨率的网格。模型方程建立在稳态不变的基础上(忽略垂直加速度)。模型使用涡流系数模拟湍流。为确保数值稳定,模型用最大允许时间步长当做水动力学步长来计算。同时使用一个三阶精确平流等式(QUICKEST)来降低数值扩散。

      模型的水质部分包括对主要包括富营养化动力学过程和单一藻类生长主要过程的模拟。颗粒物沉降于底质,同时底泥向水体中释放营养元素,其需氧量基于用户提供的流量。关于沉积物的模型正在开发中。

模型介绍
1.模型特征
  • 水库和河流水动力和迁移转化考虑
  • 温度模拟
  • 水质模型
  • 富营养化
2.模型支持
  • 流域:        不支持
  • 受纳水体:高度支持
  • 生态:       低度支持
  • 大气:       不支持
  • 地下水:   不支持
3.模型功能
  • 简介

        在CE-QUAL-W2模型中,河流或水库是横向扇区被概化为垂直分层且横向均匀的二维模型。

  • 详细资料

       模型数学结构是建立在一系列微分方程组的基础上的,方程组则根据水平层中的质量和能量守恒定律而建立。方程组的解为物质和能量关系式,它是时间和水深的函数。一些关键模型特征如下:

  • 水体间每段的长度和每层的厚度是可变的,表层通过重合其他层扩展
  • 在同一个网格可以计算多个水体,包括多个水库和河口水库之间的陡坡河段
  • 各支流之间的动量转移
  • 附加垂直湍流算法的河流
  • 管道,溢洪道,堰和泵流量的数值算法
  • 堰内部或淹没堰算法
  • 水工建筑物对气体和溶解总气体的迁移影响
  • 计算最大允许时间步长以保证水利稳定性(自动选取时间步长)
  • 根据退水区出口流量,排水口几何形状,和上游的密度梯度的回流区的退水系数的数值计算
  • 高阶的输移模式(QUICKEST),降低数值扩散。增加ULTIMAT算法,以消除输移过程中过低或过高估计造成的影响。QUICKEST既可以单独使用或与ULTIMATE联合使用,这取决于计算结果的差异
  • 阶梯函数或线性插值来处理输入数据
  • 冰覆盖算法
  • 平衡温度和表面热交换系数的内部算法或者逐项计算表面热交换
  • 输入子程序的随时间变化的数据和任何频数下均可输入的数据
  • 泥沙/水热交换
  • 用户可以通过示踪剂,大肠菌群,水龄,污染物所决定的衰变率,迁移率、温度变化确定任何组分
  • 对于横向动量方程中垂直涡流粘度的影响有一个不明确的解决方法
  • 用户自定义的浮游植物,真菌、有机物生物需氧量和无机颗粒物组分
  • 溶解态或颗粒状生物硅
  • 衍生部分,如总COD,有机氮,有机磷等非状态变量
  • 能输出动力学流量数据
4.模型框架

      该模型可预测水体表面的高程、流速,水温。由于温度会对水体密度产生影响,故而将其列入动力的计算范畴。水质算法中除了温度以外,共包含了21个成分,包括养分-浮游植物-溶解氧在缺氧条件下的相互作用。任何成分组合均可模拟。只有用水质模块进行模拟时,盐度和总溶解固体/盐度对密度的影响,同样会影响水动力。水质算法模块允许添加各种成分因子作为其子程序。模型可应用在河口、河流或者确定上下游边界条件的部分水体。分支算法可以应用到地形复杂的水体,如树突状河口或水库。当需要规格更高的分辨率时,可以使用不同的水层长度和厚度数据。水质数据不必向水文数据那样经常更新,这样就降低了其计算时的数据需求。然而,水质动力学与水动力学是相关的,例如,水动力模拟后的输出数据储存于磁盘上,然后用来为水质计算提供水流流量。

5.尺度
6.假设
  • 每个物理、化学和生物成分的动态过程均遵守质量守恒原理
  • 水体横向均匀
7.模型优点
  • 能够模拟水库、河流、湖泊和各种水工建筑物在整个流域中的水动力特征和水质特征
  • 高阶传输模式求解(QUICKEST),可降低数值扩散
8.模型缺点
  • 在横向方向上充分混合
  • 垂直动量方程假定稳态
  • 需要考虑水动力学和富营养化/水质过程,应用于模型
  • 简化的沉积物需氧量计算过程,该模型没有考虑沉积物变化的模块
  • 没有考虑浮游动物或植物
  • 没有有毒物质
  • 模型处理器仅仅有助于创造主控文件和地形的可视化和编辑
  • 没有地形网格生成器或数据显示/或后处理能力
9.应用历史

        该模型已成功地应用于100处水体。除了用户指南提供的应用实例,还可以从下述网站中找到应用历史列表: http://www.ce.pdx.edu/w2/w2app.htm

10.模型评价

无。

11.模型输入
  • 初始条件
  • 时间序列的边界条件(排入流域的污染源和流量)
  • 地形
  • 物理参数
  • 生物和化学反应速率
  • 时间序列的水文气象条件
12.用户指南

     可以从下述网站下载模型的用户文件

13.硬件/软件要求
  • 硬件
    • 个人电脑
  • 操作系统
    • DOS系统或者Windows系统或者是UNIX系统
  • 程序语言
    • Fortran 90
  • 运行时间预估
    • 数分钟到1小时
14.链接支持
  • HSPF模型
15.相关系统
  • 流域模拟系统(WMS)
16.灵敏度/不确定性/校准

无。

17.模型界面功能
  • 图形预处理器
18.联系信息

19.下载信息