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1.2 Simulink环境下水质模型的构建
WASP自身并没有敏感性分析功能,只能借助其他的工具进行敏感性分析。同时,自WASP5后的版本不再提供源码,而且WASP本身是有界面的封装好的水质模拟软件,当需要多次批量修改参数运行调用时,操作十分不方便。最后,并没有专门针对WASP模型开发的敏感性分析工具,直接对WASP水质模型进行敏感性分析存在比较多的技术困难和操作不便性。
Simulink是MATLAB内部的可视化仿真工具,可用于实现动态系统的建模、仿真与分析。MATLAB/Simulink的主要优点有:(1)可视化的直观建模方式,简单明了,且各模块可以进行封装,大大增加了模型的可读性;(2)模型设计和模拟快速准确,还为用户提供了一个图形化的调试工具以辅助用户进行系统开发;(3)MATLAB/Simulink的仿真程序可以与MATLAB工具包实现良好的兼容,适于作为进一步研究和开发工艺控制程序的最佳平台。
为便于对模型进行敏感性分析,将WASP6.0模型按照模型手册中的内容在MATLAB/Simulink环境下重新建模.第一步,将EUTRO模块中4个子系统8个状态变量的所有子过程写入Simulink中,如图2-a,2-b。第二步,建立对流项、弥散项和源汇项的方程(图2-c)。因为本文关注于水质模型,所以水动力部分在EPDRiv1模型中算出后,直接在本模型中使用,具体的结果见黄静水的文章。第三步,将所有方程封装为一个“块”,使用者只能对每个“块”的参数进行修改,而无法直接修改内部方程,这样可以提供更为简洁的使用界面。最后,根据南淝河的实际情况,将研究河段划分为45个小段,每段长约200-500m,采用一个“块”来模拟,然后将45个“块”连接起来,建立南淝河水质模型(如图2-e)。水质模型构建完成后,为检查新模型的正确性,直接采用在WASP模型中手动率定的参数值,检验Simulink模型的正确性,部分参数值与WASP参数有区别。重建模型的模拟结果与WASP手动率定结果相关性见表2,各个指标的模拟结果相关性比较高,说明重构的南淝河水质模型结构上是准确的,可以在此基础上对模型敏感性进行分析。
图2 Simulink环境下建立南淝河水质模型
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