| 模型率定使用递次求近法。博士论文，ECOM模型。通过比较模型结果与观测数据来评估与改善模型参数。模型的验证是律定工作的延伸，用于保证律定后的模型可以表现更长时间段内变量与条件。虽然相互关联，这两个步骤可以被分成两个过程。可用数据中的一部分被用于率定，剩下的被用于验证。水动力模型的模型数据比较工作将由可获得的数据来决定，但可以包括水流、水速以及垂直温度图。
图3-3是ECOM模型所需要收集的数据资料。
 
图3-3 ECOM模型所需数据资料
3.3 RCA水质模型
RCA模型是美国HydroQual公司的第三代水质模型，可用于大型河流、湖泊、河口及海岸的水质模拟，全称（ROW-Column AESOP）。RCA模型可以直接与水动力计算模型ECOM和ECOMSED相兼容，直接利用与水动力模型相同的网格、几何信息，以及水动力计算输出的流场信息。RCA可以直接从水动力模型中获得平流和散流的流场
RCA模型以研究区域中所有进入和离开所研究水体的二维变量和状态变量的质量平衡为基础，构建质量平衡方程式进行计算。质量平衡方程式中考虑的参数包括：各模型网格片断间平流和散流的横向、竖向和侧向分量；各模网格型片断中二元变量的生物、化学、物理转化；以及通过点源、面源、支流、大气影响水体的水质变量。
整个模型的框架包括两个部分组成：（1）潮汐、气象、生系统以及密度梯度对物质传输的影响；（2）在变量和外部输入之间的动力学相互作用。淡水流密度梯度、潮汐以及风引起的混合是水体中水质要素流动的主要原因。
外部进入成分以及污染物都有多种来源，包括：市政和工业污水排放，加上污水外溢（CSOs）、下水道污水外溢（SSOs）、天然地表径流和大气沉降到水体的水面。
RCA直接利用水动力模型提供的干湿网格、几何信息、流场信息、流量等数据。如图3-4所示，水动力模型输出文件经过“10-test”测试水动力是否流量守衡，如果测试显示错误则对水动力模型进行“10-test”错误检查，如果测试通过则结合已准备好的数据输入文件，合并运行RCA模型。模型结果将与实际监测数据相对比，然后对参数反复率定，以取得最佳参数组合。
图3-45RCA模型的构建
图3-5 RCA模型的结构框架
图3-5是RCA模型的结构框架，主要描述了RCA模型所需的数据输入文件构成。RCA模型除需要水动力模型提供的文件外，还需要用根据实际监测准备边界条件文件、点源负荷文件、面源负荷文件、支流文件、初始条件文件、参数函数文件以及底泥文件，另外还需要一个文本格式的主控制文件。博士论文，ECOM模型。模型结果可以通过H4D程序直观形象的看到某水体的水质变化情况（如图3-6所示），也提取某观测点数据直接观察该点的水质变量随时间的变化趋势（如图3-7所示）。
图3-6 H4D可视化结果显示
 
图3-7 某观测点随时间变化趋势图
4．水质模型在国内外的研究和应用情况
4.1起源与发展
水质模型起源于1925年美国工程师Streeter和Phelps的氧平衡模型，即Streeter-Phelps（S-P）水质模型，该模型最初被应用于城市排水工程的设计和简单水体自净作用研究。S-P水质模型原理相当合理，因此至今仍使用其某些修正形式。自S-P水质模型建立以来，水质模型的研究越来越深入和广泛。随着污染物水环境行为和水质标准制定工作研究的不断深入，而后另一种模型即形态模型，逐步代替了氧平衡模型。所谓形态模型即同一个污染物由于它在水体中的存在状态和化学形态不同而表现出完全不同的环境行为和生态效应。该模型对化学反应、污染物形态识别和输入数据的准确性及可靠性要求更高。
上世纪八十年代以来，由于全球性的水污染日趋严重，各国对水质模型的研究也加快了步伐，一些国家如美国、加拿大、丹麦、澳大利亚德国、荷兰等走在了世界水质模型研究的前沿，建立了多种水质模型，广泛地应用在水质规划及环境治理中，并将其软件化，提高了模型的通用性。
4.2国外水质模型的应用。有关资料表明：
（1）深入了解水质现象的变化机制，其中包括：水质评估、富营养化课题研究、有毒有害物质迁移及变化趋势摸拟、法定混合区分析、受污染底泥的管理、点源及非点源影响评估、生态系统危机摸拟分析、水质标准的研发及水质工程评价等。（2）预测及评估各种污染整治措施的效益:废水处理升级的效益、点源及非点源消减方案、集水区最佳管理操作方案、排放设施规划、综合排水系统暴雨整治方案、流域污水系统综合管理方案。
Ø （3）流域系统整体水质综合整治-总量控制(TMDL):水质目标的确定及水体使用目的划分、最大日负荷量分析、污染负荷的重新分配、负荷消减方案的制定、排放口重新选址的评估、排放量交易行为的评估、操作方案执行成效的追踪、估算何时达到一定的水质指标。比如美国弗罗里达州圣约翰河营养盐总量控制案例
 
因为不达标的溶解氧水平及过度负荷的营养盐(C,N,P)导致富营养化问题，要解决这个问题通过模型通过总量控制，计算要达到目标需要采取的措施及执行方案。
在武汉水质模型中应用的三个子模型SWMM模型、ECOM模型、RCA模型在国外也得到广泛的应用的验证：
SWMM模型是由美国环保局开发，在世界范围内广泛应用于城市水域和排水系统。
ECOM模型是普林斯顿海洋模型(POM)的扩展，目前世界上有50多个国家的650个政府部门、学术机构和研究团体使用这个模型，并取得成功经验，如印尼、阿联酋、哈得逊河、密西西比河、Housatonic河、下帕塞克河、波拖马可河等河流区域以及纽约州Onondaga湖、新泽西州Wanaque水库、明尼苏达州Pepin湖、威斯康星州绿湾、麻萨诸塞州Waban湖等湖泊区域。
RCA模型已被应用于许多湖泊系流中，如东非维多利亚湖、Champlain湖、Pepin湖和Wanaque水库等，同时也被应用许多河流系统中，包括哈得逊河、密西西比河、Housatonic河、下帕赛克河和波拖马可河等。
4.3武汉水质模型的初步应用情况
与国外相比，我国对水质模型的研究和应用起步都比较晚，目前，主要是借鉴美国WASP系列以及Qual系列的水质模型对国内水体、水质进行研究和管理。近年来，国内的水质模型自主研究，特别是在湖泊生态系统动力学模型的研究上取得了长足的发展，但是，由于模拟和验证数据缺乏，对形态模型的研究相当有限，对于一些对底泥和上覆水等关键过程考虑也不够。
在对湖泊的治理上，可以通过水质模型的计算确定面源、点源以及内源对各子湖区的影响，再根据计算结果规划治理方案，对污源的消减量进行客观和科学的评估，以面源污染为主的区域则对湖区周边进行规划整治，以点源污染为主的区域则对点源进行截污，以内源污染为主的区域则进行湖底清淤。同时可以通过以初期雨水水量和污染负荷的数据为依据，计算初期雨水对东湖水体的水质影响。并以此为根据对城市排水系统和暴雨排洪系统进行规划或整治。
饮用水安全预警是武汉水质模型的重点应用和亮点。通过饮用水安全预警系统的计算可以评价日常及事故情况下自来水厂的安全性。如当长江某点出现污染事故，通过水质模型的计算可以预知长江武汉段任一时刻任一区域污染物的迁移情况，也可以知道污染物在什么时候经过各取水口，什么时候浓度达到峰值，自来水厂什么时候采取什么程度的处理可以输出安全的饮水，什么时候可以放心取水等等。又如当长江某地发生偷排，通过实时监测的水质数据可以大概估计偷排的工厂类型和偷排位置，利用水质模型的计算则可以推断出上游偷排的时间和浓度。为了保护母亲河，保护饮用水的安全需要尽可能的截污，然而，整个长江武汉段全部截污显然不可能，也不尽合理，我们需要找出一个科学的控制方案。利用水质模型的计算，可以知道取水口附近合理排污位置以及合理的排污浓度，从而创造发展经济与饮用水安全的双盈局面。扭转母亲河污染日趋严重的趋势。武汉水质模型饮用水安全预警系统无疑是给武汉人民的饮用水安全加上了一道的保护锁，也是顺应自然、科学发展的有利工具。
另外,水质模型可以对现有的污水处理厂进行评估，如厂址是否合理，规模是否需要改进，重新选择排污口能否改善水体污染状况，现有污水厂能否满足减污的需要等。通过水质模型科学的评估，然后结合实际情况，对现有的污水处理厂进行有针对性的改造，对拟新建的污水处理厂及收集管网能找出性价比最优和最适应发展的方案。避免或最大程度减少了因为规划设计的失误和考虑不周而引起的后续改扩建花费。
5． 结语
武汉水质模型目前已经通过了亚行组织的验收。在验收会议上，来自中国环科院、中国水科院、长江水利委员会等组成的专家一致认为：武汉水质模型能将试点区域的流域模型、水动力模型及水质模型有机结合，成功实现无缝连接，具有一定的集成创新性，达到了国内领先水平；所构建的水质预警应急网络系统达到了国际先进水平。随着武汉水质模型的更深入和更广泛的研究及应用必将为今后的水环境管理工作提供更灵敏的决策支持及更科学的计算依据。
参考文献:
[1]刘永，郭怀成，范英英，王丽婧.湖泊生态系统动力学模型研究进展.应用生态学报,2005,16(6):1169-1175
[2]李云生、刘伟江，吴悦颖、王东.美国水质模型研究进展综述
[3]徐祖信，廖振良.水质数学模型研究的发展阶段与空间层次上海环境科学，2003，22（2）：79-852003
[4]谢永明。环境水质模型概论.北京：中国科学技术出版社，1996
[5]Water Quality Modeling Proceedings of theInternational Symposium
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