摘 要

随着环境污染问题的加剧，水资源已遭受到不同程度的污染，保护和改善水环境问题已愈发受到各界的高度重视。水质模型是描述污染物在水体中发生物理、化学等复杂变化的过程。本文在一维河流水质模型的基本方程求解的基础上，基于ArcGIS模型构建器，利用ArcToolbox工具依次有序的组合构建一个对河流中污染物进行模拟的一维河流水质模型。该模型可以模拟河流中的污染物浓度沿流程的分布情况，通过与ArcGIS的相关技术结合，对模拟结果以分级渲染的图像来表达，实现河流水质的可视化模拟，可以进一步的对水质预测、控制、改善、调节、管理提供科学的依据和决策方案。利用该模型的自动化、流程化的工作流特点，有效减少了大量河流水质数据处理和分析的复杂过程。因此，基于ArcGIS模型构建器的一维河流水质模型的构建研究具有极大的现实意义。

关键词：ArcGIS 模型构建器；一维河流水质模型；污染物浓度；可视化模拟

Abstract

With the intensification of environmental pollution problems, water resources have been subject to different levels of pollution, protection and improvement of water environment has become more and more attention from all walks of life. Water quality model is a process that describes the complex changes in physical and chemical properties of pollutants in water. Based on the basic equations of one-dimensional river water quality model, this paper constructs a one-dimensional river water quality model which simulates the pollutants in the river based on the ArcGIS model builder and the ArcToolbox tool. The model can simulate the distribution of pollutant concentration along the river. Through the combination of ArcGIS technology, the simulation results are expressed in graded render images, and the visual simulation of river water quality can be realized, and the water quality prediction and control , Improve, adjust, manage to provide scientific basis and decision-making program. The use of the model of automation, process workflow characteristics, effectively reducing the large number of river water quality data processing and analysis of the complex process. Therefore, the construction of one-dimensional river water quality model based on ArcGIS model builder has great practical significance.

Key words: ArcGIS ModelBuilder；One-dimensional River Water Quality Model；Contaminant concentration；Visual simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究意义和目的 1

1.1.1研究意义 1

1.1.2 研究目的 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 2

1.3研究内容及技术路线 3

1.3.1 研究内容 3

1.3.2 技术路线 4

1.4 论文组织安排 5

第2章 研究理论与方法 6

2.1 ArcGIS 模型构建器简介 6

2.1.1模型构建器介绍 6

2.1.2模型构建器的基本要素 6

2.1.3构建模型的方法介绍 7

2.1.4模型构建器的特点 8

2.2 一维河流水质模型 9

2.2.1 一维河流水质模型基本方程 9

2.2.2 一维河流基本方程的稳态解 10

2.3 一维河流水质模型与构建器的集成 11

第3章 数据准备与模型设计 13

3．1 数据准备 13

3.1.1 研究河流概况 13

3.1.2 数据的来源与预处理 13

3.1.3 河流水质模拟数据 14

3．2 模型功能设计 15

第四章 一维河流水质模型的构建 16

4．1 ArcGIS模型构建器使用简介 16

4.1.1 变量 16

4.1.2 工具 17

4.1.3 连接符 17

4．2 模型的构建过程 17

4．3 模型运行结果 22

第5章 总结 24

5.1研究内容总结 24

5.2 不足与展望 24

5.2.1 不足 24

5.2.2 展望 25

参考文献 26

致 谢 26

第1章 绪论

1.1研究意义和目的

1.1.1研究意义

水乃生命之源，是人类以及地球上一切生物得以生存和繁衍的重要条件^[1]。人类社会的进步、科技的发展与水资源有着十分密切的联系。从某种程度上来说，保护水资源是人类进步发展的重要前提条件。然而，随着现代社会的发展，越来越多的传统企业不惜以牺牲环境为代价来谋求其发展，工业废水通过一系列手段排放到江河、湖泊之中，浪费资源的现象的层出不穷，造成我国大部分江河，湖泊遭到各种不同程度的污染^[2]。水资源污染已成为抑制我国可持续发展战略的一大阻碍问题，解决水污染问题已成为当今社会所要面对的迫在眉睫的问题之一^[3]。对于河流污染的研究，河流水质数学模型已经成为治理水环境污染一个不可或缺的重要工具之一，它可以科学、有效地对河流的污染进行分析、预测，以数学的方式对河流污染物的各种物理、化学、生物等变化进行模型构建。而水质模型的传统方法往往过于复杂，需要大量的计算，而且消耗大量的人力、财力、物力，结果的表达缺少清晰性和直观性。因此，为了方便研究者的运用，降低计算量，基于ArcGISModelBuilder构建一个通用的一维河流水质模型具有极其重要的现实意义。

近年来，地理信息系统(即GIS)已越来越获得研究者的高度重视，它在处理具有地理位置的空间数据方面具有明显的优势，运用数据库功能、各种空间分析方法，以及构建相应模型等手段，使其应用领域十分广泛，尤其在处理水资源水质模拟问题，对水污染区域管理规划方面起到了十分重要的作用。地理信息系统技术在一维河流水质模型的构建的应用，在于使用其在数据处理与模型构建方面的功能。由于现今的水质数学模型普遍具有地域上的局限性，它只适用于当地的水体情况，达不到较好的模拟效果，而且结果往往是一组单纯的数据，如果能够把它和GIS技术相结合，可以使结果以形象化的图形、图像展示出来，对河流水质变化有了更加直观、方便的观察，对相关流域水环境的预测、规划提供直观、可靠的依据。

1.1.2 研究目的

本文以美国环境研究所公司（简称Esri）开发的ArcGIS为处理平台，利用其数据建模工具ArcGIS模型构建器结合ArcToolbox工具箱，通过利用ArcGIS模型构建器的建模环境，流程化、自动化地构建一个简便易行的一维河流水质模型，使用者可以根据相应的河流水质数据，利用该模型，通过简单的参数设置等操作，运行便可以得到河流的污染物浓度随整条河流距离的分布情况图，通过分级渲染的方式表达，为对河流水质模拟、评价、预报和预警预测提供依据，为制定相关决策具有重要意义。

1.2国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

国外对于水质模型的研究起步较早，各个国家都有一些不错的研究成果，其中主要有S-P模型、WASP模型体系、QUAL模型体系等。以下为简要介绍。