一种河道水质模型的构建方法与流程

1.本技术涉及水环境分析技术领域，尤其涉及一种河道水质模型的构建方法。


背景技术：

2.随着工业的大力发展，河道污染情况越来越严重，各类人为性、事故性水质突发污染事件爆发频率不断攀升，传统的人工定时、定点检测水质的方法已经不足以应对各种突发情况，因此各类自动化监测设备相继投入使用。
3.现如今很多河道中都设置有水质监测设备，能够对河道中水质等进行监测，虽然获得了大量实时数据，但发明人认为，相关技术对水质序列的常规变化规律及受污染时的特定变化范围缺少定量模型，当发生突发类水质污染时，无法快速判别污染程度和扩散速度等，对河道水质监测预警与突发应急不完善，容易导致因对突发河道水质事件处理不够及时而造成较大的污染和损失。


技术实现要素：

4.为了更加及时、准确地处理河道突发水质事件，本技术提供一种河道水质模型的构建方法。
5.获取研究区域的河网水系信息、水利工程信息、管网布置信息、水质监测数据、水位数据以及降雨预报数据，基于所述研究区域的河网水系信息、水利工程信息、管网布置信息、水质监测数据、水位数据以及降雨预报数据，得到基础资料；基于所述基础资料，计算水环境容量和水体污染物运移数据；获取所述水环境容量和所述水体污染物运移数据，并基于所述水环境容量和所述水体污染物运移数据，对突发水污染事件进行模拟与应急响应并生成模拟结果；对所述模拟结果进行可视化。
6.通过采用上述技术方案，针对城市水环境，建立河道水质模型，将流域的污染物指数、水文数据、环境数据间的相互作用的关系用数学表达式建立起量化的关系，从而获得污染物的迁移转化数据，对水污染突发事故进行动态时空模拟，预报并动态展示污染物到达地点、时间、范围、浓度与历时，争取到应急措施应对的时间，有助于及时、精准地处理污染物，对事故发生后采取的各类应急措施进行模拟, 并对措施效果进行动态展示、分析和比较，有助于为水环境风险管理提供决策支持。
7.可选的，在所述计算水环境容量之前还包括获取水体水质变化信息，所述水体水质变化信息满足公式一：
其中，v
x
，vy，vz分别为x，y，z方向的流速分量；d
x
，dy，dz分别为x，y，z方向的扩散系数；c为污染物浓度；t为时间；s为其他源汇项。
8.通过采用上述技术方案，通过公式，可以计算出水体水质的变化信息，根据该变化信息有助于判断污染物的迁移和转换速度，从而有助于更加及时、精准地处理污染物。
9.可选的，计算水环境容量的具体步骤包括：获取污染物扩散信息；基于所述污染物扩散信息判断污染物扩散维度，并基于所述判断结果搭建水环境容量计算模型；根据所述水环境容量计算模型，计算出水环境容量。
10.通过采用上述技术方案，计算得出水环境容量，从而得到河道对污染物的容纳能力，有助于计算污染物在水体中迁移、转化规律。
11.可选的，基于所述污染物扩散信息判断污染物扩散维度的具体步骤包括：当污染物进入水体后在各个方向上完全均匀混合，则判定污染物扩散维度为零维，并搭建零维水环境容量计算模型；当水体污染物浓度仅在一个方向上发生变化，而在其余两个方向上不变，则判定污染物扩散维度为一维，并搭建一维水环境容量计算模型；当水体污染物浓度仅在一个方向上不变，而在其余两个方向上发生变化，则判定污染物扩散维度为二维，并搭建二维水环境容量计算模型。
12.通过采用上述技术方案，采用不同维度的水环境容量计算模型，不仅有助于更加精确的计算出水环境容量，也有助于减少计算量。
13.可选的，当判定污染物扩散维度为零维时，计算水环境容量的具体步骤包括：获取河道稀释容量和自净容量；获取所述稀释容量和自净容量之和，得到零维水环境容量计算结果，具体计算满足公式二：式中，w为水环境容量，单位为kg/d；q为河段的设计流量，单位为m3/s；v为河段设计水体体积，单位为m3；k为污染物降解系数，单位为1/d；cs为下游控制断面处的污染物目标浓度，单位为mg/l；c0为河段初始断面处的污染物本底浓度，单位为mg/l。
14.通过采用上述技术方案，当污染物进入水体后在各个方向上完全均匀混合，污染物的指标均按节点平衡原理来推求，不用考虑扩散不均匀的情况，直接采用零维水容量环境计算模型计算水容量环境，不仅有助于更加精确的计算出水环境容量，也有助于减少计算量。
15.可选的，当判定污染物扩散维度为一维时，计算水环境容量的具体步骤包括：获取一维均匀水体水质变化信息，所述一维均匀水体水质变化信息满足公式三：其中，u为河流断面平均流速，单位为m/s；a为扩散方向沿程距离，单位为km；k为综合降解系数，单位为1/d；c为扩散方向沿程污染物浓度，单位为mg/l；
当均匀河流处于定常排污条件，而河流流速和河水中污染物浓度处于稳定状态时，所述一维均匀水体水质变化信息满足公式四：其中，e为扩散方向弥散系数，单位为m2/s；设置初始条件和边界条件，所述计算结果满足公式五：其中，c0为初始断面处的污染物本底浓度，单位为mg/l；基于所述管网布置信息，对各污染源排放口位置进行概化，并根据不同概化的集中点位置，计算出一维水环境容量；当集中点为河段上边界，则概化后的一维水环境容量计算满足公式六：其中，w为水环境容量，单位为kg/d；q 为河段的设计流量，单位为m3/s；l 为计算河段总长度，单位为m；u 为河段设计平均流速，单位为m/s；k为污染物降解系数，单位为1/d；cs为下游控制断面处的污染物目标浓度，单位为mg/l；c0为河段初始断面处的污染物本底浓度，单位为mg/l。
16.当集中点为河段中点，则概化后的一维水环境容量计算满足公式七：当概化为均匀分布时，则均匀分布概化后的一维水环境容量计算满足以式八：其中，v为河段设计水体体积，单位为m3。
17.通过采用上述技术方案，将排污口进行概化，大大减少了计算量，有助于更快得到水环境容量，从而及时地处于突发水质污染事件。
18.可选的，当判定污染物扩散维度为二维时，计算水环境容量的具体步骤包括：分别获取二维浅水信息和对流-扩散信息，所述二维浅水信息和所述对流-扩散信息满足公式九至十二：息满足公式九至十二：
其中，h为水深；u、v分别为a、b方向垂线平均水平流速分量；ci为污染物的垂线平均浓度；g为重力加速度；s
0a
、s
fa
分别为a方向的水底底坡、摩阻坡度；s
0b
、s
fb
分别为b方向的水底底坡、摩阻坡度；d
ia
、d
ib
分别为a、b方向各污染物的扩散系数；k为各污染物综合降解系数；si为各污染物源汇项；基于所述二维浅水信息和所述二维对流-扩散信息，获取二维对流扩散水质变化信息，所述二维对流扩散水质变化信息满足公式十三：；基于所述二维对流扩散水质变化信息，获取二维水环境容量，所述二维水环境容量满足公式十四：；其中，w为水环境容量，单位为t/a；c(a, b)为控制断面(混合区下边界)的水质标准，单位为mg/l；c0为排污口上游污染物浓度，单位为mg/l；u为设计流量下污染带内的b方向平均流速，单位为m/s；h为设计流量下污染区域起始断面平均水深，单位为m；eb为b方向混合系数，单位为m2/s；a为计算点到排污口a方向距离，单位为m；b为计算点到排污口所在岸边的b方向距离，单位为m；k为污染物综合降解系数，单位为1/d；π为圆周率。
19.通过采用上述技术方案，当污染物浓度在两个方向上发生变化，使用该公式能够更加精准的得到水环境容量，有助于避免因计算误差大而导致未能及时、准确的处理河道突发水质事件，造成更大的污染和损失。
20.可选的，计算水体污染物运移的具体步骤包括：建立水动力学方程并对所述水动力学方程进行离散处理；对离散后的所述水动力学方程进行线性化处理，获得线性方程后求解所述线性方程，得到任意时刻各断面的流量和水深；建立水质控制方程并对所述水质控制方程进行离散处理；对离散后的所述水质控制方程进行求解，得到任意时刻各断面的水质浓度；基于任意时刻各断面的流量和水深以及水质浓度，将所述水力学方程与所述水质方程进行耦合处理，得到任意时刻各断面的水体污染物浓度。
21.通过采用上述技术方案，计算出任意时刻各断面的水体污染物浓度，有助于计算出污染物的扩散以及转换速度，从而更加及时、精准的处理河道突发水质事件。
22.可选的，对突发水污染事件进行模拟与应急响应并生成模拟结果的具体步骤包括：构建模拟事故；
基于所述水环境容量和所述水体污染物运移数据生成模拟结果；对模拟结果进行预警分析。
23.通过采用上述技术方案，对模拟结果进行预警分析，有助于根据污染物衰减变化过程，计算出不同水期条件下，各主要控制断面预警时间以及不可取水时间，保障了人们用水安全。
24.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：针对城市水环境，建立河道水质模型，将流域的污染物指数、水文数据、环境数据间的相互作用的关系用数学表达式建立起量化的关系，从而获得污染物的迁移转化数据，对水污染突发事故进行动态时空模拟，预报并动态展示污染物到达地点、时间、范围、浓度与历时，争取到应急措施应对的时间，有助于及时、精准地处理污染物，对事故发生后采取的各类应急措施进行模拟, 并对措施效果进行动态展示、分析和比较，有助于为水环境风险管理提供决策支持。
附图说明
25.图1是本技术实施例一种河道水质模型的构建方法的主要流程框图；图2是本技术实施例一种河道水质模型的构建方法中构建方法中n点概化一维河段示意图；图3是本技术实施例一种河道水质模型的构建方法中四点隐式差分计算单元示意图；图4是本技术实施例一种河道水质模型的构建方法中均衡域示意图；图5是本技术实施例一种河道水质模型的构建方法中河段水力、水质模型网格匹配示意图。
具体实施方式
26.本技术实施例公开一种河道水质模型的构建方法。
27.参照图1，一种河道水质模型的构建方法，包括步骤s100~s400，步骤s100：获取研究区域的河网水系信息、水利工程信息、管网布置信息、水质监测数据、水位数据以及降雨预报数据，基于研究区域的河网水系信息、水利工程信息、管网布置信息、水质监测数据、水位数据以及降雨预报数据，得到基础资料；其中，基础资料即河网水系信息、水利工程信息、管网布置信息、水质监测数据、水位数据以及降雨预报数据的总称；河网水系信息包括河网水系、工程布置图件；水利工程信息包括水库、闸、坝、泵站等工程现状调度规则；管网布置信息包括排污口位置、管网布置相关数据；水质监测数据包括外源污染物、河源污染物及关键断面水质监测数据；水位数据包括河道关键断面流量水位数据。
28.在步骤s200之前还包括获取水体水质变化信息，污染物进入水体后，其浓度的变化是各种物理、化学和生物化学过程综合作用的结果，其中包括迁移、扩散、沉降、降解或转化，以及其它源和汇。严格地说，河流、湖泊、水库等水体的污染问题都是三维问题。水体水质变化信息满足公式一：
其中，v
x
，vy，vz分别为x，y，z方向的流速分量；d
x
，dy，dz分别为x，y，z方向的扩散系数；c为污染物浓度；t为时间；s为其他源汇项（除对流与水动力弥散作用外，凡存在于研究区域内部，能引起微元六面体内部某种溶质质量变化的其他一切因素，都称为源汇因素，均需要补充到弥散方程中去，而包含源汇因素的项则称为源汇项）。
29.步骤s200：基于基础资料，计算水环境容量和水体污染物运移数据；其中，水环境容量是指特定区域的水体在规定的水功能和环境目标要求下，对排放于其中的污染物所具有的容纳能力，即该水体对污染物的最大容许负荷量；水体污染物运移数据是指水体污染物在水中的移动、扩散方向和速度；步骤s200的具体操作步骤包括步骤s210-s280：步骤s210：获取污染物扩散信息；其中，污染物扩散信息包括污染物扩散方向；步骤s220：基于污染物扩散信息判断污染物扩散维度，并基于判断结果搭建水环境容量计算模型；当污染物进入水体后在各个方向上完全均匀混合，则判定污染物扩散维度为零维，并搭建零维水环境容量计算模型；当水体污染物浓度仅在一个方向上发生变化，而在其余两个方向上不变，则判定污染物扩散维度为一维，并搭建一维水环境容量计算模型；当水体污染物浓度仅在一个方向上不变，而在其余两个方向上发生变化，则判定污染物扩散维度为二维，并搭建二维水环境容量计算模型；本实施例中当污染物浓度仅在一个方向上发生变化时，指在x轴方向发生变化，当污染物浓度在两个方向上发生变化时，指在x轴方向和y方向轴发生变化。
30.步骤s230：根据水环境容量计算模型，计算出水环境容量；当判定污染物扩散维度为零维时，计算水环境容量的具体步骤包括sa231-sa232：步骤sa231：获取河道稀释容量和自净容量；步骤sa232：获取稀释容量和自净容量之和，得到零维水环境容量计算结果，具体计算满足公式二：式中，w为水环境容量，单位为kg/d；q为河段的设计流量，单位为m3/s；v为河段设计水体体积，单位为m3；k为污染物降解系数，单位为1/d；cs为下游控制断面处的污染物目标浓度，单位为mg/l；c0为河段初始断面处的污染物本底浓度，单位为mg/l；稀释容量主要反映水体的物理作用,由污染浓度差和稀释水量所决定；自净容量指在满足水环境质量标准的条件下，水体通过正常生物循环能够同化有机废物的最大数量；若污染物进入水体后在各个方向上完全均匀混合，污染物的指标均可按节点平衡
原理来推求，水环境容量等于稀释容量与自净容量之和。
31.参照图1和图2，当判定污染物扩散维度为一维时，计算水环境容量的具体步骤包括步骤sb231-sb233：步骤sb231：获取一维均匀水体水质变化信息，一维均匀水体水质变化信息满足公式三：其中，u为河流断面平均流速，单位为m/s；a为扩散方向沿程距离，本实施例中指x轴沿程距离，单位为km；k为综合降解系数，单位为1/d；c为扩散方向沿程污染物浓度，单位为mg/l；当均匀河流处于定常排污条件，而河流流速和河水中污染物浓度处于稳定状态时，一维均匀水体水质变化信息满足公式四：其中，e为扩散方向弥散系数，本实施例中指纵向弥散系数，单位为m2/s；步骤sb232：稳态条件下，水体推移形成的污染物迁移作用要比弥散作用大的多，因此弥散作用可以忽略，确定初始条件和边界条件，对上式进行求解可得公式五：其中，c0为初始断面处的污染物本底浓度，单位为mg/l；初始条件包括：河道的流量由概化后主河道的设计流量贡献，与其它小支支流渠道的水量交换忽略不计；点源污染物排放量直接放入计算单元，面源污染物排放量集中折算后再放入相应的计算单元；底泥、泥沙吸附等作用不考虑，蒸发、降雨过程对模型的影响可暂不考虑。
32.边界条件包括流量边界条件和水质边界条件；流量边界条件包括：以河道上游主要控制断面的入流量边界，包括丰水期、平水期、枯水期设计流量；水质边界条件包括：确定上游边界codcr（codcr是采用重铬酸钾(k2cr2o7)作为氧化剂测定出的化学耗氧量，即重铬酸盐指数）等的初始浓度以及区间点源汇入的污染物浓度。
33.步骤sb233：基于管网布置信息，对各污染源排放口位置进行概化，并根据不同概化的集中点位置，计算出一维水环境容量；概化（generalization）是指将某一情境中获得的研究结论或测验结果推广到另外的情境。通常情况下，污染物排放口不规则地分布于河段的不同断面，控制断面的污染物浓度将由各排污口产生的浓度叠加得到，故需要对各污染源排放口位置进行概化。概化为集中点即认为污染物排放集中在一个点上，所有污染物由这个点源排入。
34.当集中点为河段上边界，则概化后的一维水环境容量计算满足公式六：
其中，w为水环境容量，单位为kg/d；q 为河段的设计流量，单位为m3/s；l 为计算河段总长度，单位为m；u 为河段设计平均流速，单位为m/s；k为污染物降解系数，单位为1/d；cs为下游控制断面处的污染物目标浓度，单位为mg/l；c0为河段初始断面处的污染物本底浓度，单位为mg/l。
35.当集中点为河段中点，则概化后的一维水环境容量计算满足公式七：当概化为均匀分布时，即认为污染物排放位置在同一河段内沿河长均匀分布，并认为污染源源强沿河长均匀分布则均匀分布概化后的一维水环境容量计算满足以式八：其中，v为河段设计水体体积，单位为m3；水环境容量的大小受多种因素的影响，其中包括水体特征、污染物特性及水质目标等，在实际计算中又受污染源排放方式选取、设计流量和流速、上游本底浓度、污染物综合衰减系数等设计条件和参数的影响。
36.通常情况下，污染物排放口不规则地分布于河段的不同断面，故需要对河段排污口位置进行理想化概化，而概化方法的选择则会直接影响水环境容量的计算精度。目前已有的概化方法主要有集中点概化法、重心概化法及均匀分布概化法。
37.集中点概化方法假定计算河段内的多个排污口集中为一个理想化排污口，为了便于计算，通常将此排污口概化于河段上界或河段中点，概化位置不同，计算自净长度也随之改变；重心概化方法是指通过重心计算确定实际排污口的重心断面，进而重新确定入河污染物在河段中的有效自净长度；均匀分布概化方法假定计算河段内的所有排污口平均分散于整个计算河段，即将所有排污口平均地概化于计算河段内；前两种概化方法都是将河段排污口进行抽象概化为一个排污口，不同的是入河污染物的自净长度的有效取值。第三种概化方法基于数学微积分思想，综合反映了河段污染物排放形式的平均分布状况。这三种概化方法能够很大程度上简化水环境容量的计算过程，但实际计算结果往往或是偏大或是过于保守，仍然存在着不可忽略的误差。
38.实际情况中，虽然排污口在河段中的具体分布状况较为复杂，但部分河段的污染源是以若干个带状形式近似均匀地分布于河流沿岸的，将这些带状排污口群概化为相应数量的理想化排污口，然后将概化后的排污口等间距地置于整个计算河段中；设河段总长为l，水质目标为cs，设计流量为q，设计流速为u，入流设计水质为c0，污染物降解系数为k。又设水环境容量为w，则位于河段上界的排污口m1对河段上界浓度的贡
献值为c1，位于河段n等分点处的排污口m2对该等分点浓度的贡献值为c2，位于河段n等分点处的排污口m3对该等分点浓度的贡献值为c3，依次类推，位于河段n等分点处的排污口mn对该等分点浓度的贡献值为cn，且各点浓度贡献者相等，即当河流流速和水中污染物处于稳定状态时，排污口m1对河段下界浓度贡献值则为：排污口m2对河段下界浓度贡献值则为：排污m3对河段下界浓度贡献值则为，以此类推，排污口mn对河段下界浓度贡献值则为：入流水质c0对河段下界浓度贡献值则为：以上浓度贡献值之和应等于cs，即：整理得：其中，w为水环境容量，单位为kg/d；n 为概化排污口的个数；q为河段的设计流量，单位为m3/s；l 为计算河段总长度，单位为m；u为河段设计平均流速，单位为m/s；k为污染物降解系数，单位为1/d；cs为下游控制断面处的污染物目标浓度，单位为mg/l；c0为河段初始断面处的污染物本底浓度，单位为mg/l。
39.这种多点概化水环境容量计算模型的优点是可以根据河段排污口的实际分布状况，确定不同数量的概化排污口，进而选择不同形式的计算公式。这一事实客观上是对传统水环境容量计算模型的修正，能在一定程度上提高水环境容量的计算精度。
40.当判定污染物扩散维度为二维时，计算水环境容量的具体步骤包括步骤sc231-sc233：步骤sc231：分别获取二维浅水信息和对流-扩散信息，二维浅水信息和对流-扩散信息满足公式九至十二：
其中，h为水深；u、v分别为a、b方向垂线平均水平流速分量；本实施例中a、b方向指x轴方向和y轴方向；ci为污染物的垂线平均浓度；g 为重力加速度；s
0a
、s
fa
分别为 a 方向的水底底坡、摩阻坡度；s
0b
、s
fb
分别为 b 方向的水底底坡、摩阻坡度； d
ia
、d
ib
分别为 a、b 方向各污染物的扩散系数；k为各污染物综合降解系数；si为各污染物源汇项；步骤sc232：基于二维浅水信息和二维对流-扩散信息，获取二维对流扩散水质变化信息，二维对流扩散水质变化信息满足公式十三：；步骤sc233：基于二维对流扩散水质变化信息，获取二维水环境容量，二维水环境容量满足公式十四：其中，w为水环境容量，单位为t/a；c(a, b)为控制断面(混合区下边界)的水质标准，单位为mg/l；c0为排污口上游污染物浓度，单位为mg/l；u为设计流量下污染带内的b方向平均流速，单位为m/s；h为设计流量下污染区域起始断面平均水深，单位为m；eb为b方向混合系数，单位为m2/s；a为计算点到排污口a方向距离，单位为m；b为计算点到排污口所在岸边的b方向距离，单位为m；k为污染物综合降解系数，单位为1/d；π为圆周率。
41.参照图1和图3，步骤s240：建立水动力学方程并对水动力学方程进行离散处理；水力学模型是在对明渠恒定流、非恒定流的客观现象进行概括、抽象、简化的基础上，并依据质量守恒、牛顿第二定律和能量守恒等基本原理而建立的。渠系非恒定流的水动力学控制方程可用圣维南(saint venant)偏微分方程组表示，包括连续性方程和动量方程。
42.连续性方程：动量方程：
其中，b为水面宽，单位为m；z为水位，单位为m；t为时间，单位为s；q为流量，单位为m3/s；s为断面的距离坐标，单位为m；q为区间入流量，单位为m3/s/m；g为重力加速度，单位为m/s2；a为过水断面面积，单位为m2；v为水流沿轴线方向的流速，单位为m/s；v
qs
为侧向入流在水流方向的平均流速，单位为m/s，常忽略不计；c为谢才系数；r为水力半径，单位为m；i为渠道底坡；m为明渠单宽、定深的断面沿程放宽率：。
43.对上述方程组的离散按时间离散方法分为显格式和隐格式两种，按空间离散方法分为有限差分法和有限体积法。有限差分法的基本思路是把描述连续变量（如流量、过水面积、水位等）的微分方程，在讨论域内化为有限差分方程（通常为代数方程）求近似解的方法，也就是在有限个网格节点上求微分方程近似解的一种方法。其中，四点隐式差分法因其具有较好的稳定性与适应性，成为解决一维非恒定流方程问题较为成功的方法。
44.这种四点偏心隐式格式主要是对因变量f及其一阶偏微商在相邻点和相邻时间层采用加权平均进行离散，即对时间t的偏微商分别取点i和i+1上的差商平均值，对空间x的偏微商则是分别取n
∆
t和(n+1)
∆
t时间层的差商加权平均值，因变量f采用同一网格周围四个相邻点的加权平均值进行逼近。
45.其中，θ为时间权系数，取值范围为0≤θ≤1，对于系数θ的任意值，具有对
∆
x的一阶精度，而θ=0.5时，则具有二阶精度，且当0.5《θ≤1时，差分格式是稳定的，一般取0.6≤θ≤0.75，空间权系数取值为0.5。
46.定义：定义：将上述公司变换为：因此，一般形式的隐式有限插分可表示为：时间离散：空间离散：计算得到函数值：根据以上三组公式，圣维南方程组可离散为以下形式：
连续方程：动量方程：步骤s250：对离散后的水动力学方程进行线性化处理，获得线性方程后求解线性方程，得到任意时刻各断面的流量和水深；步骤s240中得到的离散后的连续方程和动量方程并不是线性的，因此需要对其进行线性化处理。现采用求解
∆ℎ
水位增量和
∆
q流量增量的方法求解离散后的方程组。
47.面积和流量用增量可表示为：面积和流量用增量可表示为：其中：*为上一个循环步的变量值，
∆ai
为过流面积，
∆
zi为渠道水深，
∆
qi为流量的增量，b为水面宽度；求解该线性方程组可得到任意时刻、任意断面的流量和水深。
48.参照图1和图4，步骤s260：建立水质控制方程并对水质控制方程进行离散；水质模型即是用数学模型的方法来描述污染物质在排入河渠水体之后所产生的稀释，扩散与自净规律。对于某一单向渠系而言，其水体污染物运移控制方程可用一维对流扩散方程表示。水质基本方程如下：式中，c为污染物浓度，单位为mg/l；a为沿程河道空间坐标，单位为m；k 为综合衰减系数，单位为1/d；e 为纵向离散系数，单位为m2/s；u 为河道断面平均流速，单位为m/s，
푆
푐
为源汇项污染物浓度，单位为mg/l。
49.水质模型方程的离散格式可采用均衡域中物质质量守恒法则进行推导，在任意时刻均衡域的体积为：其中，a为渠道断面的横截面面积；x为渠道断面的桩号，
∆
xj为x
j + 1
与 xj的差值，j为渠道节点编号；ajꢀ‑ꢀ
1 /2
=( aj‑ꢀ1+ aj) /2；a
j + 1/2
= ( a
j + 1
+ aj) /2；
均衡域的体积公式可转化为：时间步长
∆
t内均衡域中污染物的变化量为：时间步长
∆
t内均衡域中污染物的变化量为：其中，t为前一计算时刻；t+1为后一计算时刻。
50.步骤s270：对离散后的水质控制方程进行求解，得到任意时刻各断面的水质浓度；若河道共有 n 个断面，则可列 n 个方程，这些方程形成一个封闭的代数方程组，其矩阵形式可表示为：ac=d，其中：为：ac=d，其中：为：ac=d，其中：对a、c、d中元素作归一化及消元处理，并进行回代，得到c
푛 =d
푛
/
퐴2푛
，
퐶
푗
= d
푗
−ꢀ
퐴3푗
×ꢀ
퐶
푗
+1
（其中 j 为 n-1，n-2，
…
，2，1），即可求得任意时刻各断面的水质浓度。
51.参照图1和图5，步骤s280：基于任意时刻各断面的流量和水深以及水质浓度，将水力学方程与水质方程进行耦合处理，得到任意时刻各断面的水体污染物浓度；根据所选水力学方程和水质方程的特点，建立水力数学模型的渠段和结点与水质数学模型渠段和结点之间的对应关系，首先利用水力数学模型可以计算出每一时刻各断面的水位和流量，然后将计算结果向水质数学模型相应结点进行传递，最后利用水质数学模
型计算出每一时刻各断面的水体污染物浓度；其中i-1，i，i+1是水力模型计算所选的渠道断面，j-1，j，j+1是相应水质模型计算的网格断面，用水力模型算得某一时刻i-1，i，i+1的流量和水位后，马上向水质模型相应结点j-1，j，j+1进行传递，阴影部分即是结点j的控制体积，水质变量在j点控制体积的求解系数j
α
、j
β
又与 i-1，i，i+1 这些点上的水力要素有关，利用插值函数即可表示。这样一来，水力要素和水质变量就共用了一套剖分网格，相应的变量输入也可设在同一节点，从而完成了两个模型之间的连接。
52.步骤s300：获取水环境容量和水体污染物运移数据，并基于水环境容量和水体污染物运移数据，对突发水污染事件进行模拟与应急响应并生成模拟结果；城市河道沿线往往分布有许多的居民区及工厂企业，由于工业事故、交通事故等造成的突发性水体污染一旦发生，不仅会对河道沿线居民的正常生产生活构成一定威胁，而且会在一定程度影响河道取水，影响正常的生产活动。
53.因此，有必要开展城市河道沿线突发水污染事故的预警研究，对不同水文条件下不同突发性水污染事故进行模拟，利用预警模型分析污染带的迁移状况和污染物浓度的时空变化规律，进而确定目标断面的预警时间、不可取水时间以及污染物对该断面的影响时间等，以便能够采取及时有效的应急措施，将事故危害降到最低。
54.步骤s300的具体步骤包括：步骤s310~s330：步骤s310：构建模拟事故；其中包括设置初始设计条件和设置事故模拟内容步骤s320：基于水环境容量和水体污染物运移数据生成模拟结果；步骤s330：对模拟结果进行预警分析。
55.例如突发codcr水污染事故模拟及预警分析的具体步骤为：根据水期条件的不同，设定不同的初始水力条件：丰水期设计流量，平水期设计流量，枯水期设计流量。
56.设定水质本底设计条件：codcr初始浓度。
57.工厂排污管道发生破损，大量废水直接排入河道，选择废水中组分含量较高，生态效应明显的codcr作为目标污染物进行高浓度废水事故排放模拟，模拟事故爆发后污染带运移及衰减情况。
58.设定事故发生位置，废水排入河道的流量，废水中污染物的浓度，以及排污的持续时间。
59.根据《地表水环境质量标准》（gb3838-2002），v类水质是最低标准水质，主要适用于农业用水区及一般景观要求水域，水体中codcr浓度上限为 40mg/l。如果水体中codcr浓度高于40mg/l，就有可能威胁到人体生命健康。突发性水污染事故发生后，水体污染物浓度会大幅度增大，在断面污染物浓度高于最低标准值的这段时间内，应采取关闭取水口等措施，避免含高浓度codcr的超标水用于饮水、灌溉、生产等活动而造成更大范围的污染。定义从事故发生至水体codcr浓度升至40mg/l的这段时间为预警时间，水体codcr浓度超过40mg/l的时间段为不可取水时间。
60.步骤s400：对结果进行可视化。
61.模型可以得到如下计算结果：
模拟计算河道水环境容量；模拟不同水流条件下或者不同降雨条件下，河道沿程水质变化情况；模拟点源或者面源污染物入河导致河道水质沿程变化情况；模拟特定的应急措施，并进行动态展示、分析和比较。
62.模拟计算的结果中包括了不同时刻、不同位置的污染物浓度，利用gis（一种空间信息系统）技术根据污染物浓度值的大小以颜色的深浅动态显示各时刻的污染物扩散运移过程。模拟过程为：顺序读取模拟计算输出数据文件中标记有时间、浓度信息的点位数据，生成污染面；用arcgis engine（软件开发引擎）提供的方法将污染面制成地图元素element（一套为开发者、设计师和产品经理准备的基于 vue 2.0 的桌面端组件库）；将element集合添加到地图图面并不断刷新地图。
63.参照污染物种类和污染浓度分级标准，将污染物浓度划分为几个级别，不同浓度以不同颜色表示。
64.本技术实施例一种河道水质模型的构建方法的实施原理为：获取由研究区域的河网水系信息、水利工程信息、管网布置信息、水质监测数据、水位数据以及降雨预报数据组成的基础资料；基于该基础资料，计算水环境容量和水体污染物运移；获取水环境容量和水体污染物运移的结果，基于计算结果，对突发水污染事件进行模拟与应急响应并生成模拟结果；对结果进行可视化。
65.以上均为本技术的较佳实施例，并非依此限制本技术的保护范围，故：凡依本技术的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本技术的保护范围之内。