陳 軍，吳 程，李 爽，王 穎，龔 毅

(1 中國(guó)電建集團(tuán)市政規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 珠海 519000； 2 中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650032；3 西安理工大學(xué) 水利水電學(xué)院，陜西 西安 710048)

我國(guó)水資源時(shí)空分布不均，隨著全球氣候變化的加劇，水資源短缺與水環(huán)境惡化問題愈顯突出。城市水系周邊人口密集、工企業(yè)聚集、污染源眾多，人口快速增長(zhǎng)與城市化進(jìn)程加快造成了一系列城市水環(huán)境問題[1-2]。城市水系承擔(dān)著調(diào)蓄防洪、維持區(qū)域生物多樣性、氣候微調(diào)和景觀文娛等功能[3]，是城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)平衡維系的重要依托。如何對(duì)城市水系水環(huán)境進(jìn)行高效管理是目前研究熱點(diǎn)之一[4-5]。

作為水環(huán)境問題快速識(shí)別與高效管理的重要技術(shù)手段之一，水環(huán)境模型得到了廣泛應(yīng)用[6-10]。水環(huán)境模型按照計(jì)算域尺度可分為水域模型與流域模型，其中水域模型最具代表性的有DHI MIKE21/MIKE3、EFDC(environmental fluid dynamics code)和Delft3D等，流域模型最具代表性的有SWAT(soil & water assessment tool)和HSPF(hydrological simulation program-fortran)[11-13]等。目前相關(guān)研究以水質(zhì)指標(biāo)空間分布與典型控制斷面(點(diǎn)位)的指標(biāo)變化特征以及水環(huán)境對(duì)各類工程響應(yīng)特性的研究為主[14-16]，但利用水環(huán)境模型對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行空間擴(kuò)展后再進(jìn)行綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)的研究較少。

灞河是西安市第二大河流，下游城區(qū)段受鄉(xiāng)村、城鎮(zhèn)等典型人類活動(dòng)的影響，在浐灞橡膠群壩工程實(shí)施后，河道內(nèi)形成了較為穩(wěn)定的水域面積，水體流速減緩，使得河道流態(tài)更加接近湖泊，形成了典型的兼具河道與湖泊特征的湖泊型城市河道。前期已有學(xué)者利用水環(huán)境模型針對(duì)灞河做了如下研究，Li等[17]利用SWAT模型研究了灞河流域非點(diǎn)源污染空間分布特征且識(shí)別了重點(diǎn)源區(qū)；胡勝等[18]基于數(shù)字濾波法和SWAT模型，借助空間分析與全局趨勢(shì)分析方法對(duì)灞河流域年均基流空間分布特征進(jìn)行了解析，為流域地下水資源開發(fā)與保護(hù)提供了決策依據(jù)。綜上，目前關(guān)于水環(huán)境模型在灞河層面的應(yīng)用研究多以灞河流域水文和非點(diǎn)源污染特征為主，較少涉及到灞河和浐河水域尺度。

本研究以灞河流域下游城區(qū)段灞河和浐河水域?yàn)閷?duì)象，利用DHI MIKE21FM模型中HD模塊耦合Ecolab模塊，選取溶解氧(dissolved oxygen,DO)、化學(xué)需氧量(chemical oxygen demand,COD)、葉綠素a(chlorophyll a,Chl-a)、氨氮(ammonia nitrogen,NH3-N)和總磷(total phosphorus,TP)5個(gè)水質(zhì)指標(biāo)作為狀態(tài)變量，參考WQ模板中各狀態(tài)變量的生化反應(yīng)方程對(duì)其修改后進(jìn)行水環(huán)境模型構(gòu)建，利用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型校準(zhǔn)后，開展灞河和浐河水環(huán)境數(shù)值模擬研究，分析灞河口水質(zhì)指標(biāo)變化特性。基于數(shù)值模擬結(jié)果利用BP(back propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)研究區(qū)時(shí)均綜合水質(zhì)類型進(jìn)行評(píng)價(jià)，解析基準(zhǔn)年、豐水年、平水年與枯水年研究區(qū)時(shí)均綜合水質(zhì)類型空間分布特征，利用主成分分析(principal component analysis,PCA)法識(shí)別了研究區(qū)水質(zhì)類型的主導(dǎo)性指標(biāo)，以期為湖泊型城市河道水環(huán)境數(shù)值模擬研究提供參考。

1 研究區(qū)域概況

灞河流域位于陜西省中部，西安市東南部，發(fā)源于秦嶺北麓藍(lán)田縣灞源鄉(xiāng)九道溝，自東南流向西北，最終于灞橋區(qū)三郎村附近匯入渭河。灞河總長(zhǎng)104.1 km，河床平均比降6.2‰，流域面積2 581 km2，流域內(nèi)現(xiàn)有羅李村和馬渡王2座水文站[19]。灞河主要支流有浐河、藍(lán)橋河與輞峪河。浐河系灞河下游最大支流，全長(zhǎng)64 km，河床平均比降8.9‰，流域面積752.8 km2。灞河流域?qū)贉貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫13.3 ℃，多年平均降水量720 mm，多年平均蒸發(fā)量946.6 mm，降水時(shí)空分布不均，降水量由南向北遞減，降水主要集中在6-10月。灞河流域內(nèi)有5區(qū)1縣，分別為商州區(qū)、長(zhǎng)安區(qū)、雁塔區(qū)、灞橋區(qū)、浐灞生態(tài)區(qū)和藍(lán)田縣[20]。流域上游地類以林地為主，中游以耕地為主，下游以建設(shè)用地為主。灞河是西安市重要的飲用水源地之一[19]，也是西安市經(jīng)濟(jì)與生態(tài)發(fā)展的重要載體。研究區(qū)以灞河流域下游城區(qū)段內(nèi)灞河和浐河為主，南起隴海線北至灞河入渭河口，沿水流方向自東南向西北貫穿浐灞生態(tài)區(qū)核心區(qū)。灞河流域及研究區(qū)域位置如圖1所示。

圖1 灞河流域位置及各監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的分布Fig.1 Distribution of Ba River basin and monitoring point

2 研究數(shù)據(jù)來源

(1)水文數(shù)據(jù)。1958-2012年水文數(shù)據(jù)由西安理工大學(xué)圖書館館藏《黃河流域水文資料》(紙質(zhì)版)整理得到。(2)氣象數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)由中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn)獲取。(3)水陸邊界數(shù)據(jù)。利用2016年Sentinel-2兩景影像(影像數(shù)據(jù)來源于美國(guó)地質(zhì)勘探局USGS網(wǎng)站https://earthexplorer.usgs.gov，影像ID：S2A_OPER_MSI_L1C_TL_SGS__20160429T034347_20160429T084621_A004448_T49SCT_N02_01_01、S2A_OPER_MSI_L1C_TL_SGS__20160429T034347_20160429T084621_A004448_T49SCU_N02_01_01)，采用開源GIS工具中最大似然法解譯后再根據(jù)Google衛(wèi)片調(diào)整后獲取。(4)水下地形數(shù)據(jù)。將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)水深、水位數(shù)據(jù)導(dǎo)入GIS軟件后，將水深與水位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成河底高程數(shù)據(jù)，再與河道岸線高程數(shù)據(jù)合并后，得到整個(gè)研究區(qū)水下地形數(shù)據(jù)。(5)水工建筑物數(shù)據(jù)。來源于文獻(xiàn)[21]。(6)水質(zhì)數(shù)據(jù)。于2012年7-10月開展了5期水質(zhì)監(jiān)測(cè)(2012-07-10，2012-07-25，2012-08-24，2012-09-25和2012-10-15)，其中DO與水溫2項(xiàng)指標(biāo)由便攜式多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀進(jìn)行檢測(cè)，COD、NH3-N、TP和Chl-a 4項(xiàng)指標(biāo)均參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第4版)》[22]進(jìn)行檢測(cè)。(7)點(diǎn)源污染數(shù)據(jù)。研究區(qū)共有6個(gè)污染點(diǎn)源，其流量(于研究點(diǎn)源處多次測(cè)量10 L容器注滿點(diǎn)源廢水所需時(shí)間，對(duì)時(shí)間取算術(shù)平均值后換算得到流量數(shù)據(jù))和水質(zhì)(DO、水溫、COD、NH3-N、TP和Chl-a)與水質(zhì)數(shù)據(jù)(6)同期檢測(cè)。(8)水深數(shù)據(jù)。由便攜式超深波水深儀測(cè)定，與水質(zhì)數(shù)據(jù)(6)同期測(cè)定。

3 水環(huán)境模型構(gòu)建與數(shù)據(jù)處理

3.1 水環(huán)境模型構(gòu)建

利用DHI MIKE21FM模型中的HD模塊耦合Ecolab模塊，選取DO、COD、Chl-a、NH3-N和TP共5個(gè)水質(zhì)指標(biāo)作為狀態(tài)變量，參考WQ模板中各狀態(tài)變量的生化反應(yīng)方程并對(duì)其修改后進(jìn)行水環(huán)境模型構(gòu)建，修改后各狀態(tài)變量的生化反應(yīng)控制方程為[23]：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：C1表示DO的質(zhì)量濃度；A表示大氣富氧率；S表示光合作用富氧率；B表示呼吸作用耗氧率；CSC2表示COD降解過程中耗氧率；CSC4表示NH3-N降解過程中耗氧率；C2表示COD的質(zhì)量濃度；DC2表示COD降解率；C3表示Chl-a的質(zhì)量濃度；PC3表示Chl-a凈產(chǎn)率；DEC3表示Chl-a死亡率；C4表示NH3-N的質(zhì)量濃度；PC2-C4表示COD降解過程中NH3-N產(chǎn)率；DC4表示NH3-N降解率；C5表示TP的質(zhì)量濃度；PC2-C5表示COD降解過程中TP產(chǎn)率；DC5表示TP降解率。

3.2 水環(huán)境模型設(shè)置

研究區(qū)計(jì)算域2個(gè)起點(diǎn)分別為灞河6號(hào)壩下游100 m處和浐河4號(hào)壩下游50 m處，終點(diǎn)為灞河1號(hào)壩下游10 m處(圖1)。采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算域網(wǎng)格劃分，經(jīng)網(wǎng)格無關(guān)性分析后，本次數(shù)值模擬最優(yōu)網(wǎng)格數(shù)量為9 254個(gè)。模擬時(shí)間設(shè)置為2012-07-10-10-15，時(shí)間步長(zhǎng)取10 s。上游水動(dòng)力邊界統(tǒng)一采用流量邊界，下游采用水位邊界。上游水質(zhì)邊界均采用各指標(biāo)實(shí)測(cè)濃度輸入，下游水質(zhì)邊界采用第二類邊界條件(諾依曼邊界條件)。模型中點(diǎn)源均以簡(jiǎn)單源進(jìn)行概化，水動(dòng)力輸入條件統(tǒng)一采用流量輸入，水質(zhì)輸入條件統(tǒng)一采用濃度輸入。由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)期數(shù)限制，故本研究未將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分為率定與驗(yàn)證兩個(gè)階段，而是將率定與驗(yàn)證階段進(jìn)行合并。

3.3 計(jì)算工況設(shè)置

本研究共設(shè)置基準(zhǔn)年、豐水年、平水年與枯水年4個(gè)計(jì)算工況，基準(zhǔn)年水動(dòng)力邊界條件采用2012年《黃河流域水文資料》(紙質(zhì)版)中灞河和浐河的流量與水位數(shù)據(jù)，水質(zhì)邊界條件采用2012年DO、COD、Chl-a、NH3-N和TP質(zhì)量濃度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，豐水年、平水年與枯水年的水質(zhì)邊界條件與基準(zhǔn)年保持一致，水動(dòng)力邊界條件分別為豐水年、平水年與枯水年相應(yīng)流量。豐水年、平水年和枯水年相應(yīng)流量由以下步驟計(jì)算：對(duì)馬渡王水文站1958-2012年的年平均流量進(jìn)行P-Ⅲ曲線擬合后，選取Cs=2Cv(其中Cs表示偏態(tài)系數(shù)，Cv表示變差系數(shù))曲線確定豐水年(保證率P=10%)、平水年(保證率P=50%)和枯水年(保證率P=90%)年平均流量，選取典型年后對(duì)年平均流量進(jìn)行年內(nèi)分配，分別得到豐水年、平水年與枯水年的水動(dòng)力邊界條件。

3.4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練

為對(duì)研究區(qū)水質(zhì)類型進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，引入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法算法，依據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838-2002)選取DO、COD、NH3-N和TP的標(biāo)準(zhǔn)限值，利用python3語言numpy包中的random模塊下的uniform函數(shù)生成4×300的數(shù)組作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層，并將1～6的十進(jìn)制數(shù)值進(jìn)行二進(jìn)制轉(zhuǎn)化后生成1×300的數(shù)組，作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸出層，進(jìn)行BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，其中隱藏層層數(shù)采用黃金分割法[24]最終確定為13，輸入層與隱藏層之間的激勵(lì)函數(shù)采用tansig函數(shù)(雙曲正切S型傳輸函數(shù))，隱藏層與輸出層之間的激勵(lì)函數(shù)采用purelin函數(shù)(線性傳輸函數(shù))，樣本訓(xùn)練過程中DO中Ⅰ類水標(biāo)準(zhǔn)限值定為0 ℃下的水體飽和溶解氧質(zhì)量濃度(14.64 mg/L)。

3.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、圖形可視化表達(dá)以及BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練均采用python3語言。計(jì)算結(jié)果云圖采用DHI MIKE自帶的Plot Composer進(jìn)行處理。

4 結(jié)果與分析

4.1 模型精度驗(yàn)證

由于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)完整性的限制，因此選取圖1中的S1、S4點(diǎn)位的水深及S1、S2、S3和S4點(diǎn)位的DO、COD、NH3-N、TP與Chl-a數(shù)據(jù)對(duì)水環(huán)境模型模擬值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，為方便后續(xù)統(tǒng)計(jì)，本研究將研究時(shí)段2012-07-10-10-15轉(zhuǎn)化為以天計(jì)數(shù)，即2012-07-10為第1天，共98 d，水環(huán)境模型模擬值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比結(jié)果見圖2。從圖2可以觀察到，各指標(biāo)的實(shí)測(cè)值基本分布于模擬值兩側(cè)，且模擬值的變化趨勢(shì)與實(shí)測(cè)值基本保持一致。

圖2 灞河流域S1、S2、S3和S4監(jiān)測(cè)點(diǎn)位水環(huán)境模型模擬值與實(shí)測(cè)值的對(duì)比Fig.2 Comparison of simulated and measured values of water environment model at S1,S2,S3 and S4 monitoring points of Ba River basin

為了對(duì)灞河流域水環(huán)境模型精度進(jìn)行量化分析，引入百分比偏差系數(shù)(PBIAS)[25]。當(dāng)PBIAS<0時(shí)表示模擬值較實(shí)測(cè)值偏大，PBIAS>0時(shí)表示模擬值較實(shí)測(cè)值偏小。PBIAS的計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 灞河流域水環(huán)境模型百分比偏差系數(shù)(PBIAS)的計(jì)算結(jié)果Table 1 Percent bias of water environment model at Ba River basin %

表1顯示，除了S1點(diǎn)位的NH3-N(-25.41%)和S3點(diǎn)位的TP(25.06%)外，各項(xiàng)指標(biāo)的PBIAS絕對(duì)值均小于25%，這表明模型模擬值與實(shí)測(cè)值擬合趨勢(shì)良好[26]，已建立的模型較好地反映了研究區(qū)水質(zhì)指標(biāo)的變化情況，可用于該區(qū)域不同工況下水質(zhì)指標(biāo)的模擬計(jì)算。

4.2 灞河口水質(zhì)分析

根據(jù)《陜西省水功能區(qū)劃》[27]規(guī)定，研究區(qū)水質(zhì)目標(biāo)為地表水Ⅳ類(GB 3838-2002)，相對(duì)渭河而言，灞河口水質(zhì)需滿足Ⅳ類目標(biāo)。本研究計(jì)算域未包含灞河1號(hào)壩下游至灞河口段，考慮到未納入計(jì)算域的河段長(zhǎng)度僅約為1.7 km，且該河段基本無外源污染擾動(dòng)，因此選取該區(qū)域出口斷面水質(zhì)代表灞河口水質(zhì)進(jìn)行分析。不同工況下灞河口水質(zhì)指標(biāo)變化趨勢(shì)如圖3所示。

圖3 不同工況下灞河口斷面DO、COD、NH3-N和TP質(zhì)量濃度的變化Fig.3 Variation of DO,COD,NH3-N and TP concentrations at the Bahekou section for different scenarios

圖3表明，TP與DO在研究時(shí)段內(nèi)均滿足Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，COD與NH3-N部分時(shí)段未達(dá)Ⅳ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，這與文獻(xiàn)[28]的論述一致。COD和NH3-N的超標(biāo)時(shí)段主要集中在1～31 d(7月至8月初)。

對(duì)灞河口斷面COD與NH3-N 2項(xiàng)指標(biāo)超標(biāo)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2。

表2 不同工況下灞河口斷面COD和NH3-N質(zhì)量濃度超標(biāo)情況統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 2 Statistics of COD and NH3-N concentrations exceeding standard at the Bahekou section for different scenarios

從表2可以觀察到，2012-07-10-10-15共計(jì)98 d內(nèi)，豐水年與平水年COD超標(biāo)時(shí)間少于基準(zhǔn)年與枯水年。豐水年與平水年NH3-N超標(biāo)時(shí)間分別為22和27 d，也小于基準(zhǔn)年與枯水年。豐水年COD與NH3-N最大超標(biāo)率大于平水年與基準(zhǔn)年，這是因?yàn)樵谒|(zhì)邊界條件相同時(shí)，由于豐水年水動(dòng)力邊界的流量在部分時(shí)段小于基準(zhǔn)年與平水年，且該時(shí)段點(diǎn)源流量相對(duì)較入口流量大?；鶞?zhǔn)年NH3-N的超標(biāo)時(shí)間明顯大于COD。分別對(duì)基準(zhǔn)年計(jì)算時(shí)段內(nèi)研究區(qū)域的COD與NH3-N取算術(shù)平均值，由這2項(xiàng)指標(biāo)的均值明確的水質(zhì)類型與西安市生態(tài)環(huán)境局公布的《2012年第三季度環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)分析》中的水質(zhì)類型一致。

4.3 水質(zhì)類型空間特性分析

研究水質(zhì)空間分布特性是識(shí)別水域重點(diǎn)保護(hù)區(qū)的重要途徑之一。鑒于上述原因，提取水環(huán)境模型計(jì)算結(jié)果中DO、COD、NH3-N和TP共4項(xiàng)指標(biāo)后，對(duì)各指標(biāo)在時(shí)間尺度(2012-07-10-10-15)上取算術(shù)平均值，然后利用前期訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)研究區(qū)綜合水質(zhì)類型進(jìn)行計(jì)算，該計(jì)算結(jié)果稱為時(shí)均綜合水質(zhì)類型。不同工況下研究區(qū)時(shí)均綜合水質(zhì)類型的空間分布如圖4所示。從圖4可以看出，浐河和灞河在交匯前，灞河水質(zhì)整體優(yōu)于浐河水質(zhì)，灞河水質(zhì)類型主要為Ⅱ類，部分區(qū)域?yàn)棰箢悾粵汉铀|(zhì)類型主要為Ⅳ類，部分區(qū)域?yàn)棰箢悺ｅ焙?號(hào)壩下游水質(zhì)類型除豐水年為Ⅲ類外，其余工況下均為Ⅳ類。不同工況下，盡管2012年7-10月灞河4號(hào)壩下游部分區(qū)域時(shí)均綜合水質(zhì)類型超過Ⅳ類，鑒于其影響范圍較小，且該范圍內(nèi)水質(zhì)下降的主要原因在于河道左岸點(diǎn)源污染的影響，西安浐灞生態(tài)區(qū)水生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)與修試點(diǎn)工作中的污水治理與中水回用工程實(shí)施后，已消除了該范圍內(nèi)的點(diǎn)源影響，因此認(rèn)為研究區(qū)時(shí)均綜合水質(zhì)類型在空間范圍內(nèi)于基準(zhǔn)年、豐水年、平水年和枯水年基本都滿足Ⅳ類水質(zhì)目標(biāo)要求。

圖4 不同工況下灞河時(shí)均綜合水質(zhì)類型的空間分布Fig.4 Spatial distribution of time-average comprehensive water quality at Ba River

由圖4可知，受浐河水體擾動(dòng)，灞河水體在與浐河水體交匯后，交匯區(qū)水質(zhì)類型出現(xiàn)平面梯度分區(qū)，水質(zhì)類型梯度分區(qū)從左岸到右岸依次為Ⅳ類-Ⅲ類-Ⅱ類。交匯區(qū)水質(zhì)類型分布特征主要受灞河與浐河交匯前的動(dòng)量比率以及兩水體各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)影響。交匯區(qū)水質(zhì)類型分布特征在不同工況下表現(xiàn)出明顯差異，灞河入交匯區(qū)前，豐水年動(dòng)量大于基準(zhǔn)年，因此豐水年條件下交匯區(qū)Ⅲ類水的帶狀面積較基準(zhǔn)年條件下有所增加，且Ⅲ類水的條帶明顯向左岸推進(jìn)?？菟陾l件下灞河入交匯區(qū)前動(dòng)量比率小于基準(zhǔn)年條件下，交匯區(qū)Ⅲ類水條帶明顯向右岸推進(jìn)。

為分析不同工況下研究區(qū)內(nèi)水質(zhì)類型的主導(dǎo)性指標(biāo)，提取研究區(qū)內(nèi)DO、COD、NH3-N和TP共4項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)各指標(biāo)在時(shí)間尺度(2012-07-10-10-15)上取算術(shù)平均值，分別對(duì)不同工況進(jìn)行PCA分析。由于KMO(Kaiser-Meyer-Olkin)值均大于0.5且Bartlett顯著性概率均為0.000，滿足PCA分析條件。根據(jù)特征值λi>1的原則提取的1個(gè)主成分反映了原始4個(gè)指標(biāo)57%以上的信息。該結(jié)果表明，不同工況下COD與NH3-N對(duì)第一主成分的貢獻(xiàn)率為63%～64%，可以認(rèn)為不同工況下研究區(qū)時(shí)均綜合水質(zhì)類型的主導(dǎo)性指標(biāo)主要為COD與NH3-N。

5 結(jié) 論

將DHI MIKE21FM中HD模塊與Ecolab模塊耦合后構(gòu)建了適用于灞河流域的水環(huán)境模型，研究了灞河口水質(zhì)指標(biāo)的變化情況，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法結(jié)合模擬結(jié)果對(duì)研究區(qū)時(shí)均綜合水質(zhì)類型進(jìn)行了評(píng)價(jià)，借助PCA識(shí)別了研究區(qū)時(shí)均綜合水質(zhì)類型的主導(dǎo)性指標(biāo)，得到的研究結(jié)論如下：

1)灞河口水質(zhì)超標(biāo)因子主要為COD與NH3-N，2012年7-10月NH3-N的超標(biāo)時(shí)間與最大超標(biāo)率明顯大于COD。豐水年與平水年COD與NH3-N的超標(biāo)時(shí)間較基準(zhǔn)年明顯下降，但最大超標(biāo)率增加。

2)灞河和浐河交匯前，灞河水質(zhì)整體優(yōu)于浐河，灞河水質(zhì)類型主要為Ⅱ類，部分區(qū)域?yàn)棰箢?；浐河水質(zhì)類型主要為Ⅳ類，部分區(qū)域?yàn)棰箢?。除豐水年灞河3號(hào)壩下游水質(zhì)類型為Ⅲ類外，基準(zhǔn)年、平水年與枯水年該區(qū)域水質(zhì)類型均為Ⅳ類。研究區(qū)時(shí)均綜合水質(zhì)類型基本滿足Ⅳ類水質(zhì)目標(biāo)，水質(zhì)類型主要受COD與NH3-N 2項(xiàng)指標(biāo)影響。

3)所構(gòu)建的水環(huán)境模型，經(jīng)驗(yàn)證后具有較高的精度，可適用于類似區(qū)域的水質(zhì)預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià)。

需要指出的是，由于水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)長(zhǎng)限制，基準(zhǔn)年僅計(jì)算了7-10月水質(zhì)指標(biāo)的變化情況，計(jì)算時(shí)段并未覆蓋1個(gè)水文年。因此，本研究得出的結(jié)論主要適用于灞河流域雨季的水環(huán)境特征，時(shí)均綜合水質(zhì)類型并不能代表全年平均的綜合水質(zhì)類型。水環(huán)境數(shù)值模擬是一個(gè)多情境與多維度的過程，本研究在水質(zhì)模型構(gòu)建過程中，以實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表征了上游的點(diǎn)源與非點(diǎn)源的污染特征，但同時(shí)也忽略了下游非點(diǎn)源輸入，后續(xù)還需進(jìn)一步研究。