生态环境学报 ›› 2026, Vol. 35 ›› Issue (1): 124-133.DOI: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2026.01.011
王頔1(
), 李阳1, 石峰1, 郝松泽2,3, 卢超1,*(
)
收稿日期:2025-04-27
修回日期:2025-10-01
接受日期:2025-10-30
出版日期:2026-01-18
发布日期:2026-01-05
通讯作者:
* E-mail: 作者简介:王頔(1988年生),女,讲师,硕士研究生,研究方向为模型预测与智能控制。E-mail: yidi11@163.com
基金资助:
WANG Di1(
), LI Yang1, SHI Feng1, HAO Songze2,3, LU Chao1,*(
)
Received:2025-04-27
Revised:2025-10-01
Accepted:2025-10-30
Online:2026-01-18
Published:2026-01-05
摘要:
伴随人类活动的加剧,大量污染物进入水环境,对生态环境造成了巨大的威胁。针对伊洛河流域支流德亭河与北沟河频发的突发性水污染问题,基于河道水力分析模型(HEC-RAS)构建一维水动力-水质耦合模型,模拟特征污染物的扩散迁移规律,并提出应急策略。通过实测水文数据与地形数据构建河道断面,设置曼宁糙率系数和收缩/扩张系数,并利用示踪试验率定纵向离散系数进行模型验证,结果显示水位和流速模拟平均相对误差分别低于2.38%和8.29%,水质模拟结果与实测值高度吻合。通过情景模拟分析可知德亭河六价铬(Cr6+)在丰水期泄漏6×103 m3泥浆,5 h后形成7.6 km污染带,670 min后污染物汇入伊河干流,最大质量浓度达3.35 mg∙L−1(超标1380 min),建议通过生态流量调控或投加沉淀剂应急;北沟河在5 t柴油泄漏后形成3 km污染带并持续扩散,950 min后影响伊河干流,最大质量浓度达6.53 mg∙L−1(超标850 min),推荐采取围堵吸附和化学降解措施。研究表明HEC-RAS模型能有效预测污染物的时空分布特征,结合地形、流量与污染物特性的差异,提出了分级应急策略。该研究可为中小河流突发污染事故的快速响应以及降低其生态与公共安全风险提供科学依据。
中图分类号:
王頔, 李阳, 石峰, 郝松泽, 卢超. 基于HEC-RAS模型的伊洛河流域主要支流水体污染物迁移模拟及应用[J]. 生态环境学报, 2026, 35(1): 124-133.
WANG Di, LI Yang, SHI Feng, HAO Songze, LU Chao. Simulation and Application of Pollutant Transport in Water Bodies of Major Tributaries of Yiluo River Basin Based on HEC-RAS Model[J]. Ecology and Environmental Sciences, 2026, 35(1): 124-133.
| 编号 | 河道名称 | 河段名称 | 断面编号 | 边界条件类型 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 德亭河 | 上游 | 922 | 水位条件 |
| 2 | 德亭河 | 中游1 | 15176 | 控制水位 |
| 3 | 德亭河 | 中游2 | 13343 | 控制水位 |
| 4 | 德亭河 | 中游3 | 10097 | 控制水位 |
| 5 | 德亭河 | 中游4 | 3868 | 控制水位 |
| 6 | 德亭河 | 下游 | 3020 | 控制水位 |
| 7 | 德亭河 | 下游 | 19 | 水位条件 |
| 8 | 德亭河-支流1 | 支流 | 148 | 控制水位 |
| 9 | 德亭河-支流2 | 支流 | 631 | 控制水位 |
| 10 | 德亭河-支流3 | 支流 | 469 | 控制水位 |
| 11 | 德亭河-支流4 | 支流 | 637 | 控制水位 |
| 12 | 德亭河-支流5 | 支流 | 392 | 控制水位 |
| 13 | 北沟河 | 上游 | 6020 | 水位条件 |
| 14 | 北沟河 | 中游 | 11444 | 控制水位 |
| 15 | 北沟河 | 中游2 | 10119 | 控制水位 |
| 16 | 北沟河 | 下游 | 5619 | 控制水位 |
| 17 | 北沟河 | 下游 | 36 | 水位条件 |
| 18 | 北沟河-支流1 | 支流 | 167 | 控制水位 |
| 19 | 北沟河-支流2 | 支流 | 175 | 控制水位 |
| 20 | 北沟河-支流3 | 支流 | 488 | 控制水位 |
表1 模型边界条件类型
Table 1 Types of model boundary conditions
| 编号 | 河道名称 | 河段名称 | 断面编号 | 边界条件类型 |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 德亭河 | 上游 | 922 | 水位条件 |
| 2 | 德亭河 | 中游1 | 15176 | 控制水位 |
| 3 | 德亭河 | 中游2 | 13343 | 控制水位 |
| 4 | 德亭河 | 中游3 | 10097 | 控制水位 |
| 5 | 德亭河 | 中游4 | 3868 | 控制水位 |
| 6 | 德亭河 | 下游 | 3020 | 控制水位 |
| 7 | 德亭河 | 下游 | 19 | 水位条件 |
| 8 | 德亭河-支流1 | 支流 | 148 | 控制水位 |
| 9 | 德亭河-支流2 | 支流 | 631 | 控制水位 |
| 10 | 德亭河-支流3 | 支流 | 469 | 控制水位 |
| 11 | 德亭河-支流4 | 支流 | 637 | 控制水位 |
| 12 | 德亭河-支流5 | 支流 | 392 | 控制水位 |
| 13 | 北沟河 | 上游 | 6020 | 水位条件 |
| 14 | 北沟河 | 中游 | 11444 | 控制水位 |
| 15 | 北沟河 | 中游2 | 10119 | 控制水位 |
| 16 | 北沟河 | 下游 | 5619 | 控制水位 |
| 17 | 北沟河 | 下游 | 36 | 水位条件 |
| 18 | 北沟河-支流1 | 支流 | 167 | 控制水位 |
| 19 | 北沟河-支流2 | 支流 | 175 | 控制水位 |
| 20 | 北沟河-支流3 | 支流 | 488 | 控制水位 |
图4 丰水期德亭河和北沟河流速模拟值与实测值对比图
Figure 4 Comparison of simulated and measured flow velocities in the Deting and Beigou Rivers during the abundant water period
| 河流名称 | 实测值范围 | 模拟值范围 | 平均相对误差值/% | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 水位/m | 流速/(m∙s−1) | 水位/m | 流速/(m∙s−1) | 水位 | 流速 | |||
| 德亭河 | (428.40,677.08) | (0.30,1.17) | (438.58,661.01) | (0.18,1.59) | 2.38 | 4.65 | ||
| 北沟河 | (777.40,1077.05) | (0.45,1.07) | (799.08,1093.95) | (0.46,1.25) | 2.13 | 8.29 | ||
表2 断面模拟值与实测值的相对误差
Table 2 Relative error between simulated and measured values of section
| 河流名称 | 实测值范围 | 模拟值范围 | 平均相对误差值/% | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 水位/m | 流速/(m∙s−1) | 水位/m | 流速/(m∙s−1) | 水位 | 流速 | |||
| 德亭河 | (428.40,677.08) | (0.30,1.17) | (438.58,661.01) | (0.18,1.59) | 2.38 | 4.65 | ||
| 北沟河 | (777.40,1077.05) | (0.45,1.07) | (799.08,1093.95) | (0.46,1.25) | 2.13 | 8.29 | ||
图5 德亭河和北沟河丰水期氯化钠质量浓度模拟前后对比图
Figure 5 Comparison between before and after simulation of mass concentration of sodium chloride in the Deiting and Beigou Rivers during the abundant water period
图6 德亭河最下游断面Cr6+污染带长度和峰值移动距离变化过程
Figure 6 The process of change in the length of the contaminated zone and peak travel distance in the lowermost section of Deting River
图8 北沟河最下游断面柴油污染带长度和峰值移动距离变化过程
Figure 8 The process of change in the length of the contaminated zone and peak travel distance in the lowermost section of Beigou River
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