作者曾长期进行上海市河网水动力水质模型的研究，对黄浦江、苏州河及陆域河网进行过大量参数的率定，在黄浦江上游取水口论证、黄浦江环境综合整治方案研究、浦东调水研究、苏州河综合整治研究中取得了很好的应用，模型研究成果经专家评审已达到国际先进水平。故本书拟采用作者率定的水动力学水质模型作为模拟研究的工具。但考虑到各水利片河网在实施调度时水流基本为定向有序流动，其水质模拟可采用静态模型，计算更为稳定。故本书拟以上海市河网水动力水质模型作为外河水动力水质计算模型，并为各片的计算提供外部边界条件；采用静态水质模型计算分片调度方案的水质改善效果。

2.3.1　河网水动力水质模型

1.平原河网概化

考虑到太湖流域对上海的影响及水文水质边界控制条件的需要，概化河道以上海境内水系和太浦河为主，有太浦河、园泄泾、大泖港、拦路港、斜塘、黄浦江干流及其两岸敞开的淀南片河网、浦南片河网等，共有河段92个，节点72个，其中边界点25个。

2.水动力学数学模型

描述明渠非恒定流的基本方程式是圣维南方程组。其一维方程组形式为

式中　Q——流量，m3/s；

u——流速，m/s；

q——均匀旁侧入流，m3/s；

Z——水位，m；

A——过水断面面积，m2；

BT——河宽，m；

R——水力半径；

C——哲西系数。

方程采用四点线性隐式差分格式，可将上述方程组改写为

式中

水力学模型的边界条件：吴淞口的正点实测潮位过程线为下游边界；赵屯（苏州河）、淀峰（淀山湖）、太浦闸下（以平望站水位代替）等站的日平均水位过程线为上边界。

计算初始条件：水位2.6～2.8m，流速0m3/s。

计算距离步长为不等距，计算时间步长为15min。

3.水质模型

根据黄浦江的河流特性及现有水文、水质及污染源资料，建立COD及以CBOD、NBOD和DO三个组分联偶方程为基础的上海市河网动态水质模型。其基本方程组如下：

CODCr方程

式中　C、B、N、O——COD、CBOD、NBOD和DO的浓度值，mg/L；

K1C、K1B、K1N——COD、CBOD和NBOD的耗氧速率系数，1/d；

K3C、K3B、K3N——COD、CBOD和NBOD的沉降速率系数，1/d；

K2——大气复氧速率系数，1/d；

Ex——纵向扩散系数，m2/s；

OS——实测水温的饱和溶解氧浓度，%；

SOD——底泥耗氧速率，g/（m2·d）；

H——河段平均水深，m；

A——过水断面面积，m2；(www.daowen.com)

F——底泥覆盖系数；

V——断面平均流速，m/s；

Q′——河流单位长度内增加的流量，m3/s；

MC、MB、MN、MO——COD、CBOD、NBOD、DO的源（汇），g/s。

采用混合隐式差分格式求解。其差分方程可改写成如下形式：

式中

水质模型边界条件：吴淞口的COD、BOD5、NH3—N和DO的浓度过程线为上边界条件，赵屯、淀峰、太浦闸下等站的COD、BOD5、NH3—N和DO的浓度过程线为上边界条件。

计算初始条件：COD=20mg/L、BOD5=2.0～6.0mg/L、NH3—N=0.5～2.0mg/L、DO=2.0～4.0mg/L。

计算的距离步长和时间步长同水力学模型。

2.3.2　稳态水质模型

考虑到调水利用了潮汐周期性，涨潮引水，落潮排水，控制片内水流实现了定向有序的流动。本书的目的是了解片内水体经引水和排水后的改善效果，因此可以采用静态模型进行调水的拟合计算。

本模拟计算拟采用修正的O’Connor BOD—DO模型，其参数包括BOD衰减、BOD沉浮、大气复氧、NH3—N衰减等过程，其计算公式为

污染源影响

引水影响

BOD(xl)=BOD0exp[-(K1B+K3B)xl/u]

NH3—N(xl)=(NH3—N)0exp[-K1Nxl/u]

COD(xl)=COD0exp[-K1Cxl/u]

污染物浓度

式中　　K1B——BOD衰减系数，1/d；

K3B——BOD沉浮系数，1/d；

K1N——NH3-N衰减系数，1/d；

K1C——COD衰减系数，1/d；

Ex——纵向扩散系数，m2/s；

u——平均流速，m3/s；

BOD0、（NH3—N）0、COD0——河道初始的浓度值，mg/L；

BOD、（NH3—N）、COD——河道各断面的平均浓度值，mg/L。

水量的边界条件需进行相关的潮型设计，以平均高潮位和平均涨差序列作频率分析来选择，以长江口及黄浦江主要控制潮位站系列资料频率分析，然后作综合分析得到。根据已确定的各频率高潮位和涨潮差，区分汛期和非汛期，确定汛期和非汛期黄浦江径流量的典型过程（见表6.4）。邻近闸门的代表潮型作为闸外的潮型，再以每个水利控制片口门位置大小等信息，以内河水位为控制条件，通过水力计算求得代表潮型的引潮量。

表6.4　各保证率典型潮时段

水质条件采用1998～2000年实际水质资料作为分析计算的依据。