摘 要

水质模型是研究和解决水体污染的一种常用模型，同时也是水环境污染治理及分析的重要应用工具。本文中详细介绍了目前国内外对水质模型的研究应用和发展前景，以及运用广泛的几个主要水质模型。在讨论水质模型存在缺陷的同时，研究GIS与其结合来弥补短处。此次实验的研究对象是武汉市长江河流某一区段，首先通过在ArcMap中绘制武汉市长江周边区域的面状图，并在上游设立排污口，然后对排污口下游的河段进行网格化，结合污染物的二维对流扩散方程从而搭建二维水质模型，最后将河流二维水质模型与地理信息系统相结合，利用GIS对数据的有效采集、处理、分析等功能特点，通过在VS平台上的二次开发实现对河流二维水质模型中各个监测点的污染物浓度的水质分析，以达到污染物随时间变化扩散的动态显示效果图。

关键词：水质模型；水质分析；地理信息系统；系统集成

ABSTRACT

Water quality model is a commonly used model to study and solve water pollution, water pollution is also an important tool for application management and analysis. This article describes in detail the current domestic and foreign research applications and development prospects of the water quality model, and the use of a wide range of several major water quality model. In the discussion of water quality model flawed, while its combination of GIS to make up for weaknesses. The experimental study of the Yangtze River in Wuhan City is a zone, first by drawing a diagram of the planar peripheral region of the Yangtze River in Wuhan City in ArcMap, and the establishment of sewage outfall upstream and downstream of the outfall of the river were grid of the combined two-dimensional convection-diffusion equation of pollutants in order to build a two-dimensional water quality model, and finally the two-dimensional river water quality model and GIS combined use of GIS data features and effective collection, processing, analysis, by VS quality secondary development platform to achieve the concentration of pollutants on river water quality in the two-dimensional model of the analysis of the various monitoring points, to achieve dynamic display effect drawing time-varying contaminant diffusion.

Key Words: Water Quality Model；Water Quality Analysis；Geographic Information Systems；System Integration

目录

第1章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 基本内容和技术方案 2

1.3.1 研究内容 2

1.3.2 技术方案 3

1.4 论文结构与技术路线 3

第二章 水质模型与GIS的集成研究 4

2.1 河流水质模型的概念 4

2.2 河流水质模型的研究和应用 5

2.2.1 水质模型的研究进展 5

2.2.2 Streeter-Phelps模型及其修正式 6

2.2.3 QUAL模型 6

2.2.4 WASP模型 7

2.2.5 MIKE模型 7

2.3 水质模型的缺陷 7

2.4 GIS对研究水质的意义 8

第三章 水质模型的分析与设计 9

3.1需求分析 9

3.2 系统可行性研究 9

3.2.1技术可行性 9

3.2.2 经济可行性 9

3.2.3 法律可行性 9

3.2.4 系统适用性 10

3.3 系统总体设计 10

3.4 系统功能设计 10

3.4.1 GIS的通用功能 10

3.4.2 属性查询功能 10

3.4.3 水质模型功能 10

3.5 系统的软件技术 10

第四章 系统的开发与实现 12

4.1 基础数据的采集 12

4.2 二维河流的概化 12

4.3 界面与窗口设计 12

4.4 系统实现及功能 14

4.4.1 系统实现的方式 14

第五章 总结与展望 22

5.1 总结与结论 22

5.2 不足之处与后期工作展望 22

5.2.1 系统的不足之处 22

5.2.2 后期工作展望 22

参考文献 24

致谢 26

绪论

1.1 目的及意义

水是生命的源泉，然而水资源在地球上的分布是极其不均匀的，外加上自然环境和气候变化等因素的影响，使许多国家和地区的可用量紧缺，淡水资源则更是匮乏。目前，工业高速发展，对水的需求量特别大，世界范围内的各个城市和工业园区的用水已很大程度上超过了当地的供水能力。同时，城市生活和工业用水存在着大量的浪费和盲目开采的现象，这也造成了水资源的不足。另外，加上水体污染日趋严重，这让原本地球上极其丰富水资源面临严重的危机^[1]。据相关资料统计, 目前全世界每年约420多亿立方米的污水排入江河湖海, 有550亿立方米的淡水受到了污染, 约占全球径流量的14%以上。由此可见，河流污染已经影响着人类的正常的生活和生存, 水资源是人类最重要的自然资源，是人类赖以生存和发展的基本条件，水资源的可持续利用，是社会、经济可持续发展极为重要的保证。

因此，对河流湖泊水质的监测以及控制污染物的排放量是保护水资源的一项重要举措。本文将通过河流水质模型与GIS的集成与应用的方法对武汉市的部分长江流域进行污染物的浓度监测，模拟污染物随河流往下游扩散的流动图，这对河流水质的监测以及水资源的合理应用有着重要的意义。

1.2 国内外研究现状

欧美国家对水质模型的研究比国内的研究要早, 他们已经建立了多种水质模型,并在水质规划及环境治理中得到了广泛地应用, 通过对模型进行软件化, 从而提高了模型的通用性。其中相对比较成熟的水质模型有MIKE Ecolab模型、WASP模型、QUALⅡ模型、QUASAR模型、CE-QUAL-RI模型等。目前应用最广泛的是WASP模型(The water quality analysis simulation program，即水质分析模拟程序)，它是由美国环境保护局提出的水质模型系统, 不仅能够分析用于不同环境污染的决策系统，还能预测由于自然和人为污染造成的各种水质状况, 以及模拟水文动力学、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, 可称之为万能水质模型^[2]。