時(shí)間尺度對(duì)平原感潮河網(wǎng)水動(dòng)力水質(zhì)模擬精度的影響

朱曉琳，李一平，許益新，程一鑫，朱向宇

(1.河海大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210098； 2.廣東省環(huán)境科學(xué)研究院，廣東 廣州 510045；3.清水源(上海)環(huán)保科技有限公司，上海 200061)

隨著城市化的發(fā)展，平原河網(wǎng)地區(qū)水環(huán)境污染越來(lái)越嚴(yán)重，多地通過(guò)調(diào)水引流來(lái)增強(qiáng)河網(wǎng)內(nèi)部水流循環(huán)，改善水環(huán)境[1]。水動(dòng)力水質(zhì)模型可較好模擬調(diào)水引流過(guò)程，是分析引調(diào)水對(duì)區(qū)域水動(dòng)力水質(zhì)改善效果的良好工具[2-6]。模型不確定性是當(dāng)今數(shù)值模擬領(lǐng)域中的重要問(wèn)題，不確定性來(lái)源于模型結(jié)構(gòu)不確定性、參數(shù)不確定性和輸入條件不確定性[7]。輸入條件不確定性的研究主要集中在邊界輸入條件不確定性方面，Linden等[8]研究了進(jìn)水溫度、風(fēng)速和進(jìn)出水庫(kù)流量對(duì)水庫(kù)水動(dòng)力水質(zhì)模型模擬結(jié)果的影響；李一平等[9]研究了湖泊水動(dòng)力模型中出入湖流量、風(fēng)速、風(fēng)向3個(gè)邊界輸入條件和初始水位1個(gè)初始輸入條件對(duì)模型水位、水齡以及流場(chǎng)模擬結(jié)果的影響與貢獻(xiàn)；曹引等[10]分析了二維水動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)、邊界條件及兩者共同作用導(dǎo)致模型模擬水位的不確定性，并利用偏秩相關(guān)分析方法分析了模型參數(shù)和邊界條件對(duì)模擬水位的敏感性。目前對(duì)于模型邊界條件不確定性的研究多集中于水庫(kù)、湖泊或單條河流，由于這些區(qū)域多采用泵引，入流邊界受時(shí)間變化影響較小，這就造成在篩選入流邊界序列時(shí)，僅局限在最大和最小邊界值區(qū)間內(nèi)，并不適用于平原感潮河網(wǎng)地區(qū)，平原感潮河網(wǎng)地區(qū)受潮汐影響水動(dòng)力情況變化劇烈，多利用潮位和內(nèi)河水位差開閘引調(diào)水[11]，邊界輸入條件與引調(diào)水時(shí)間關(guān)聯(lián)性較為密切。在野外同步監(jiān)測(cè)過(guò)程中，除了關(guān)注監(jiān)測(cè)儀器的精度，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)方案時(shí)還需要考慮監(jiān)測(cè)頻率的選取，監(jiān)測(cè)頻率選取過(guò)小會(huì)增加工作量且對(duì)后期的運(yùn)算數(shù)據(jù)處理造成麻煩，選取過(guò)大會(huì)導(dǎo)致實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)失真，故對(duì)平原感潮河網(wǎng)地區(qū)來(lái)說(shuō)，不同時(shí)間尺度邊界入流條件對(duì)模型水動(dòng)力水質(zhì)模擬精度的影響不能忽略。

本文以典型平原感潮河網(wǎng)地區(qū)的張家港市中部為研究區(qū)域，利用野外同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、自動(dòng)高頻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、常規(guī)監(jiān)測(cè)資料以及數(shù)值模擬技術(shù)，構(gòu)建水動(dòng)力水質(zhì)模型，研究不同時(shí)間尺度邊界入流條件對(duì)水動(dòng)力水質(zhì)數(shù)學(xué)模型模擬精度的影響，以期為平原河網(wǎng)地區(qū)實(shí)地監(jiān)測(cè)和河道管理提供參考。

1 研究區(qū)域概況

張家港市隸屬于江蘇省蘇州市，共河網(wǎng)水系屬太湖流域澄錫虞水系，為典型的平原感潮河網(wǎng)地區(qū)，利用長(zhǎng)江和內(nèi)河水位差控制沿江閘站啟閉，引水量和引水時(shí)間受長(zhǎng)江潮位影響。天生港站為長(zhǎng)江張家港段潮位代表站，水位高低主要受上游大通來(lái)水量和沿海潮汐雙重影響，其潮位屬不規(guī)則半日周期潮，每日有2次高潮和2次低潮，連續(xù)2次高潮差別較大，2次低潮則差別較小[12]，大潮主要出現(xiàn)農(nóng)歷初三和十八前后[13]。張家港市利用下午的高潮引水，引水時(shí)間一般在14：00～20：00之間，經(jīng)1 h左右達(dá)到最大值，引水過(guò)程持續(xù)2～3 h。

選取張家港市中部水系構(gòu)建一維非穩(wěn)態(tài)模型，中部水系主要的引水河道為朝東圩港和一干河，排水河道主要為二干河，9個(gè)水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位置如圖1所示，實(shí)時(shí)輸出頻率為1 min的流量、水位和流速數(shù)據(jù)為模型邊界條件、初始條件設(shè)置以及參數(shù)率定驗(yàn)證提供良好的數(shù)據(jù)支撐。

2 分析方法

時(shí)間尺度即流量的監(jiān)測(cè)頻率，研究基于朝東圩港老閘站流量自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，以0.5 h、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、12 h、24 h為時(shí)間尺度，選取不同開始取值時(shí)刻，得到多組模型邊界入流序列。采用相對(duì)誤差、決定系數(shù)和納什效率系數(shù)描述模型水動(dòng)力(流量、水位)和水質(zhì)(COD、氨氮)模擬精度，用3個(gè)指標(biāo)的變化曲線來(lái)評(píng)價(jià)影響程度。

一般認(rèn)為，相對(duì)誤差在[-20%,20%]以內(nèi)，決定系數(shù)大于0.6，模擬效果可接受[14]；納什效率系數(shù)在(0.75,1]之間表示模擬效果非常好，在(0.65,0.75]之間表示模擬效果較好，在(0.50,0.65]之間表示模擬效果一般，在(-∞,0.5]之間表示模擬效果不好[15]。相對(duì)誤差越小、決定系數(shù)和納什效率系數(shù)越大，表明模擬精度越高。

圖1 張家港市水循環(huán)體系及中部水系水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)站分布

3 模型構(gòu)建與率定

基于野外同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、自動(dòng)高頻監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、常規(guī)監(jiān)測(cè)資料構(gòu)建張家港市中部水系一維非穩(wěn)態(tài)水動(dòng)力水質(zhì)模型，水動(dòng)力模型計(jì)算采用圣維南方程組[16-18]，主要依據(jù)動(dòng)量守恒和質(zhì)量守恒原理，以水位和流量為未知變量，同時(shí)考慮了旁側(cè)入流和漫灘的影響，水質(zhì)模型計(jì)算采用污染物對(duì)流擴(kuò)散方程[19]。

根據(jù)概化后河網(wǎng)、湖泊在輸水能力和調(diào)蓄能力與實(shí)際河網(wǎng)、湖泊相近或基本一致的原則[20]，將張家港市鎮(zhèn)級(jí)以上河道、沿江水利樞紐、內(nèi)河節(jié)制閘進(jìn)行概化，共概化得到368條河流、151個(gè)閘站。中部水系朝東圩港、一干河與長(zhǎng)江交匯處的進(jìn)水口為模型上邊界，根據(jù)沿江水文監(jiān)測(cè)站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定流量邊界，太字圩港、二干河與長(zhǎng)江交匯處為模型下邊界，根據(jù)同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定水位邊界；水質(zhì)數(shù)據(jù)參考張家港市水功能區(qū)常規(guī)斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)確定，模型初始水位的設(shè)定參考同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及往年水文資料，設(shè)置常水位為3.69 m。

于2016年1月11—12日在張家港市中部水系開展野外水動(dòng)力水質(zhì)同步監(jiān)測(cè)，布設(shè)5個(gè)水文監(jiān)測(cè)斷面，采用流速儀人工測(cè)量流速，水尺、自動(dòng)水位計(jì)測(cè)量水位，監(jiān)測(cè)頻率為開閘引水后每0.5 h或1 h；布設(shè)17個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)斷面，采集水樣送實(shí)驗(yàn)室分析，監(jiān)測(cè)頻率為開閘前采集一次水樣用于本地濃度值測(cè)定，開閘后主要斷面每1 h采集水樣。

同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合水文站實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于模型率定，結(jié)果顯示：張家港市現(xiàn)狀河道糙率為 0.01～0.04，COD降解系數(shù)為0.04～0.08 d-1，氨氮降解系數(shù)為0.03～0.08 d-1；流量率定結(jié)果相對(duì)誤差均值在20%以內(nèi)，水位率定結(jié)果誤差在10 cm以內(nèi)，水質(zhì)率定結(jié)果相對(duì)誤差在30%以內(nèi)，表明該水動(dòng)力水質(zhì)模型模擬效果良好，可用于后續(xù)模擬計(jì)算。

4 模擬結(jié)果與分析

4.1 不同時(shí)間尺度邊界入流特性及代表性

平原感潮河網(wǎng)地區(qū)大多利用潮汐與內(nèi)河水位差控制閘門啟閉，引水流量變化與潮位變化具有相同的周期性。長(zhǎng)江潮位和張家港朝東圩港水利樞紐內(nèi)河水位、流量情況如圖2所示，長(zhǎng)江潮位基本高于朝東圩港水利樞紐內(nèi)河水位，滿足引水條件；朝東圩港實(shí)測(cè)流量與潮位變化一致，流量變幅受潮汐影響較大，最大流量可達(dá)180 m3/s左右。

圖2 長(zhǎng)江潮位、朝東圩港水位與流量變化

基于朝東圩港2016年2月6日引調(diào)水流量數(shù)據(jù)，以零點(diǎn)為開始取值時(shí)刻，以不同時(shí)間尺度篩選入流邊界序列進(jìn)行數(shù)據(jù)代表性分析。圖3(a)為全天時(shí)段入流序列曲線，理論上時(shí)間尺度越小越易取到更多數(shù)據(jù)，更具代表性，但時(shí)間尺度小于3 h和為5 h時(shí)有流量峰，而時(shí)間尺度為4 h和大于6 h時(shí)無(wú)流量峰，說(shuō)明是否有流量峰不僅與時(shí)間尺度有關(guān)，還與開始取值時(shí)刻相關(guān)；圖3(b)為引水時(shí)段入流序列曲線，時(shí)間尺度為0.5 h時(shí)，邊界入流流量序列取到原始流量峰數(shù)據(jù)上3個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，1 h時(shí)為2個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，2 h、3 h和5 h時(shí)為1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，時(shí)間尺度增大導(dǎo)致取到原始流量峰數(shù)據(jù)上數(shù)據(jù)點(diǎn)變少，對(duì)引水時(shí)段流量曲線的還原變差。由表1可知總水量誤差、相關(guān)系數(shù)以及流量峰值大小并不隨時(shí)間尺度變化呈規(guī)律性變化，時(shí)間尺度小于2 h時(shí)，隨著時(shí)間尺度的增大總水量誤差增大，相關(guān)系數(shù)減小，流量峰值減??；時(shí)間尺度大于2 h時(shí)，總水量誤差、相關(guān)系數(shù)、流量峰值變化無(wú)明顯規(guī)律；時(shí)間尺度小于1 h時(shí)，不論是在引水和非引水全天時(shí)段或單獨(dú)引水時(shí)段，總水量誤差小于20%，相關(guān)系數(shù)大于0.9，表明該時(shí)間尺度邊界入流數(shù)據(jù)具有代表性，能夠較為準(zhǔn)確描述實(shí)際情況。

(a) 全天時(shí)段

(b) 引水時(shí)段

基于朝東圩港2016年2月6日引調(diào)水流量數(shù)據(jù)，選取較小時(shí)間尺度0.5 h及較大時(shí)間尺度3 h，進(jìn)一步分析全天時(shí)段和引水時(shí)段開始取值時(shí)刻不同對(duì)邊界入流的影響。時(shí)間尺度為0.5 h時(shí)，全天時(shí)段開始取值時(shí)刻分別為0:00、0:05、0:10、0:15、0:20、0:25、0:30、0:40、0:50、1:00、1:10，得到11組流量序列，如圖4(a)所示；引水時(shí)段從下午13:45開始，14:23達(dá)到峰值，持續(xù)時(shí)間約2 h，從13:45每間隔 5 min 或10 min開始取值得到11組流量序列，如圖4(b)所示，前7組數(shù)據(jù)為流量峰曲線到達(dá)峰值前開始取值，后4組為曲線到達(dá)峰值后開始取值。由表2可知，全天時(shí)段總水量誤差最大為5.2%，流量峰值誤差在10%以內(nèi)，說(shuō)明時(shí)間尺度較小時(shí)開始取值時(shí)刻不同對(duì)邊界入流代表性影響較?。灰畷r(shí)段總水量誤差在9.0%～58.0%之間，流量峰值誤差在0.8%～13.0%，流量峰值前開始取值組別總水量和流量峰值的誤差小于流量峰值后開始取值組別，開始取值時(shí)刻不同造成的誤差主要體現(xiàn)在引水時(shí)段。時(shí)間尺度為3 h時(shí)，研究從零點(diǎn)每間隔15 min開始取值得到12組流量序列，如圖5(a)所示；從開始引水時(shí)刻13:45開始每間隔10 min取值，得到12組流量序列，如圖5(b)所示，前4組數(shù)據(jù)為流量峰曲線到達(dá)峰值前開始取值，后8組為曲線到達(dá)峰值后開始取值。由表3可知，全天時(shí)段總水量誤差在34.0%～99.0%之間，流量峰值誤差在2.0%～100.0%之間；引水時(shí)段總水量誤差在26.0%～94.0%之間，流量峰值誤差在1.0%～98.0%之間，時(shí)間尺度較大時(shí)取值開始時(shí)刻越靠近流量峰值誤差越小。

表1 不同時(shí)間尺度邊界入流總水量及曲線相關(guān)系數(shù)

(a) 全天時(shí)段

(b) 引水時(shí)段

表2 0.5 h時(shí)間尺度不同開始取值時(shí)刻總水量和流量峰值誤差

(a) 全天時(shí)段

(b) 引水時(shí)段

表3 3 h時(shí)間尺度不同開始取值時(shí)刻總水量和流量峰值誤差

Table 3 Deviation of the total water volume and peak flow at different starting time of whole day and diversion period in 3 h time scale

全天時(shí)段引水時(shí)段開始時(shí)刻總水量/m3總水量誤差/%流量峰值/(m3·s-1)流量峰值誤差/%開始時(shí)刻總水量/m3總水量誤差/%流量峰值/(m3·s-1)流量峰值誤差/%0:0075858091.058.0018.013:452132194.01.7198.00:1553316134.041.0042.013:5518246844.052.0025.00:307989880.02.4496.014:0518780542.054.0023.00:4511999570.02.3797.014:1523840327.068.003.01:007770580.02.3797.014:2524304426.069.001.01:156321584.02.3797.014:3523483328.067.004.11:306245684.02.37100.014:4521591434.062.0012.01:4511320571.02.3797.014:5521449034.061.0012.02:0066714368.054.0022.015:0519100842.055.0022.02:1577877297.068.003.015:1514106457.041.0042.02:3078842499.068.002.015:252489292.06.0092.02:4573174085.062.0012.015:351837494.01.7198.0

從誤差變化區(qū)間分析可知，當(dāng)時(shí)間尺度較大時(shí)，開始取值時(shí)刻對(duì)全天和引水時(shí)段流量序列影響較為明顯，可能是當(dāng)時(shí)間尺度大于引水時(shí)間時(shí)，在引水時(shí)段內(nèi)最多只能取到原始流量數(shù)據(jù)序列上的1個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，故需保證盡量取到流量峰值附近的數(shù)據(jù)點(diǎn)以減小誤差。開始取值時(shí)刻對(duì)邊界入流條件代表性的影響程度隨時(shí)間尺度的增大而變大，在實(shí)際監(jiān)測(cè)過(guò)程中，未知引調(diào)水開始時(shí)刻情況下應(yīng)盡量選取較小的時(shí)間尺度進(jìn)行監(jiān)測(cè)；已知引調(diào)水開始時(shí)刻情況下可以在非引調(diào)水過(guò)程選取較大時(shí)間尺度測(cè)量少量數(shù)據(jù)點(diǎn)，引調(diào)水過(guò)程中減小時(shí)間尺度、增大取樣頻率并保證流量峰值附近采集到較多的數(shù)據(jù)點(diǎn)。

基于朝東圩港2016年2月6—15日的引調(diào)水?dāng)?shù)據(jù)，綜合比較9個(gè)不同時(shí)間尺度、12個(gè)開始取值時(shí)刻邊界入流代表性?？偹勘戎怠⑾嚓P(guān)系數(shù)、流量峰數(shù)量和峰值情況見表4，總水量比值和相關(guān)系數(shù)變化趨勢(shì)見圖6，隨時(shí)間尺度增大，總水量比值均值增大，相關(guān)系數(shù)均值減小，說(shuō)明邊界入流代表性變差，變化區(qū)間增大說(shuō)明開始取值時(shí)刻不同造成的影響增大。時(shí)間尺度小于1 h時(shí)，流量峰為9個(gè)，可較為準(zhǔn)確地反映引水次數(shù)，不受開始取值時(shí)刻的影響；時(shí)間尺度大于2 h時(shí)，峰數(shù)量明顯減少；時(shí)間尺度為24 h時(shí)，流量序列失去流量峰，失真嚴(yán)重。流量峰值波動(dòng)隨著時(shí)間尺度的增大而增大，時(shí)間尺度小于1 h時(shí)，總水量比值上下邊界誤差小于5%，相關(guān)系數(shù)大于0.9，峰數(shù)量為9個(gè)，流量峰值變化幅度在10%以內(nèi)，說(shuō)明此邊界條件可信。該時(shí)間尺度小于張家港引水時(shí)間，可能是由于較小的時(shí)間尺度能夠大概率地覆蓋引水?dāng)?shù)據(jù)，時(shí)間尺度過(guò)大容易錯(cuò)過(guò)或取到少量引水?dāng)?shù)據(jù)點(diǎn)，導(dǎo)致模型邊界入流失真，影響模擬精度。平原感潮河網(wǎng)地區(qū)進(jìn)行水文野外同步監(jiān)測(cè)時(shí)需關(guān)心相關(guān)地區(qū)的潮位情況、引調(diào)水開始時(shí)刻，選取合適的時(shí)間尺度。

表4 不同時(shí)間尺度邊界入流流量序列特征值

(a) 總水量比值

(b) 流量序列相關(guān)性

4.2 不同時(shí)間尺度邊界入流條件對(duì)水動(dòng)力模擬精度的影響

水動(dòng)力模擬結(jié)果的相對(duì)誤差、決定系數(shù)和納什效率系數(shù)變化情況如圖7所示。由圖7(a)可知，流量的相對(duì)誤差隨時(shí)間尺度增大而增大，時(shí)間尺度小于4 h時(shí)小于20%，模擬精度較高，時(shí)間尺度為24 h時(shí)增大到600%，曲線在時(shí)間尺度大于6 h時(shí)上升幅度變大表明時(shí)間尺度對(duì)模擬精度影響變大；水位的相對(duì)誤差幾乎不受時(shí)間尺度變化影響，一直維持在0.15%～1.78%之間，誤差在10 cm以內(nèi)，模擬精度較高。由圖7(b)可知，流量的決定系數(shù)隨時(shí)間尺度增大而減小，時(shí)間尺度小于1 h時(shí)大于0.6，模擬精度較高，時(shí)間尺度為24 h時(shí)下降到0.01，曲線在時(shí)間尺度大于6 h時(shí)下降幅度變小表明時(shí)間尺度對(duì)模擬精度影響變??；水位的決定系數(shù)在時(shí)間尺度小于2 h時(shí)大于0.6，模擬精度較高，時(shí)間尺度為24 h時(shí)降低到0.01，其曲線變化趨勢(shì)與流量的決定系數(shù)相近，時(shí)間尺度變化對(duì)模擬精度影響由大變小。由圖7(c)可知，流量的納什效率系數(shù)隨時(shí)間尺度增大而減小，時(shí)間尺度小于1 h時(shí)大于0.65，模擬精度較高，時(shí)間尺度為24 h時(shí)下降到-6.86，曲線在時(shí)間尺度大于1 h時(shí)下降幅度變大表明時(shí)間尺度對(duì)模擬精度的影響變大；水位的納什效率系數(shù)在時(shí)間尺度小于2 h時(shí)大于0.65，模擬精度較高，時(shí)間尺度為 24 h 時(shí)降低到-61.23，其曲線變化趨勢(shì)與流量的納什效率系數(shù)相近，時(shí)間尺度變化對(duì)模擬精度影響由小變大。

(a) 相對(duì)誤差

(b) 決定系數(shù)

(c) 納什效率系數(shù)

各項(xiàng)指標(biāo)變化曲線在6 h左右發(fā)生突變可能與朝東圩港邊界入流條件在該時(shí)間尺度下流量峰數(shù)量迅速減少有關(guān)；時(shí)間尺度小于1 h時(shí)流量、水位模擬結(jié)果相對(duì)誤差在[-20%,20%]以內(nèi)，決定系數(shù)大于0.6，納什效率系數(shù)大于0.6，模擬精度較高，故研究區(qū)域水動(dòng)力模擬結(jié)果可信的最大時(shí)間尺度為1 h；其中水位的相對(duì)誤差小于流量，水位的決定系數(shù)、納什效率系數(shù)大于流量的決定系數(shù)和納什效率，水位模擬精度優(yōu)于流量模擬精度。

4.3 不同時(shí)間尺度邊界入流條件對(duì)水質(zhì)模擬精度的影響

水質(zhì)模擬結(jié)果的相對(duì)誤差、決定系數(shù)和納什效率系數(shù)變化情況如圖8所示。由圖8(a)可知，COD的相對(duì)誤差隨著時(shí)間尺度增大一直小于20%，模擬精度較好；氨氮的相對(duì)誤差隨時(shí)間尺度增大而增大，時(shí)間尺度小于6 h時(shí)小于20%，模擬精度較高，時(shí)間尺度為24 h時(shí)增大到27.2%，曲線在時(shí)間尺度大于6 h時(shí)上升幅度變小表明時(shí)間尺度對(duì)模擬精度影響變小，氨氮的曲線變化趨勢(shì)與COD相近，時(shí)間尺度對(duì)模擬精度影響由大變小。由圖8(b)可知，COD的決定系數(shù)隨時(shí)間尺度增大而減小，時(shí)間尺度小于2 h時(shí)大于0.6，模擬精度較高，時(shí)間尺度為24 h時(shí)降低到0.30，曲線在時(shí)間尺度大于6 h時(shí)下降幅度變小表明時(shí)間尺度對(duì)模擬精度影響變?。话钡臎Q定系數(shù)在時(shí)間尺度小于2 h時(shí)大于0.6，時(shí)間尺度為24 h時(shí)降低到0.33，變化趨勢(shì)與COD相近，時(shí)間尺度變化對(duì)模擬精度影響由大變小。由圖8(c)可知，COD的納什效率系數(shù)隨時(shí)間尺度增大而減小，時(shí)間尺度小于2 h時(shí)大于0.65，模擬精度較高，時(shí)間尺度為 24 h 時(shí)降低到-13.07，曲線在時(shí)間尺度大于4 h時(shí)下降幅度變大表明時(shí)間尺度對(duì)模擬精度影響變大；氨氮的納什效率系數(shù)在時(shí)間尺度小于2 h時(shí)大于0.65，時(shí)間尺度為24 h時(shí)降低到-7.8，變化趨勢(shì)與COD相近，時(shí)間尺度變化對(duì)模擬精度影響由小變大。

各項(xiàng)指標(biāo)變化曲線在6 h左右發(fā)生突變可能與朝東圩港邊界入流條件在該時(shí)間尺度下流量峰數(shù)量迅速減少有關(guān)；時(shí)間尺度小于2 h時(shí)，COD和氨氮模擬結(jié)果相對(duì)誤差在[-20%,20%]以內(nèi)，決定系數(shù)大于0.6，納什效率系數(shù)大于0.6，模擬精度較高，故研究區(qū)域水質(zhì)模擬結(jié)果可信的最大時(shí)間尺度為2 h；其中COD的相對(duì)誤差、決定系數(shù)、納什效率系數(shù)小于氨氮，氨氮模擬精度優(yōu)于COD。當(dāng)邊界入流能夠較好地模擬實(shí)際情況時(shí)，模型水動(dòng)力水質(zhì)模擬精度較高，總體水質(zhì)相對(duì)誤差小于水動(dòng)力相對(duì)誤差，水質(zhì)的決定系數(shù)、納什效率系數(shù)大于水動(dòng)力的決定系數(shù)和納什效率系數(shù)，水質(zhì)模擬精度更高。綜合來(lái)看張家港市平原感潮河網(wǎng)水動(dòng)力水質(zhì)模型可信的最大時(shí)間尺度為1 h。

(a) 相對(duì)誤差

(b) 決定系數(shù)

(c) 納什效率系數(shù)

5 結(jié) 論

a. 平原感潮河網(wǎng)水動(dòng)力水質(zhì)模型邊界入流受潮位控制，其代表性受時(shí)間尺度、開始取值時(shí)刻和調(diào)度情況影響，并非為單純的線性關(guān)系，張家港市全天時(shí)段和引水時(shí)段邊界入流條件可信的最大時(shí)間尺度為1 h。

b. 隨著時(shí)間尺度的增大，模擬結(jié)果的相對(duì)誤差增大，決定系數(shù)、納什效率系數(shù)減小，張家港市感潮河網(wǎng)水動(dòng)力、水質(zhì)模擬可信的最大時(shí)間尺度為 1 h；水質(zhì)模擬精度優(yōu)于水動(dòng)力模擬精度，水位模擬精度優(yōu)于流量模擬精度，氨氮模擬精度優(yōu)于COD模擬精度。

c. 平原感潮河網(wǎng)地區(qū)進(jìn)行野外同步監(jiān)測(cè)時(shí)，監(jiān)測(cè)時(shí)間尺度的選取需關(guān)心潮位情況、引調(diào)水開始時(shí)刻及引調(diào)水周期，未知引調(diào)水開始時(shí)刻情況下選擇較小時(shí)間尺度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，已知引調(diào)水開始時(shí)刻情況下可在非引調(diào)水過(guò)程選取較大時(shí)間尺度測(cè)量少量數(shù)據(jù)，引調(diào)水過(guò)程中減小時(shí)間尺度、增大取樣頻率并保證采集到較多的數(shù)據(jù)點(diǎn)。