HydroPol2D——分布式水动力与水质模型：在监测匮乏流域中的挑战与机遇

洪水是最致命的自然灾害之一，并因过度城市化而加剧。城市开发通过减少透水面积降低下渗，并在干旱天气期间增加污染物累积。在湿润天气事件中，污染浓度与暴雨径流水平上升，最终汇入溪流与河流。受污染的暴雨径流可能成为供水水源。对暴雨径流的量与质动态进行建模，需要一个能够估算污染物输移与归趋的耦合水动力模块。本文中，我们评估了分布式水动力模型与水质模型（HydroPol2D）耦合的适用性。首先，在 V 型倾斜流域中将模型与 GSSHA 和 WCA2D 比较，并研究了 WCA2D 临界流速的局限性。我们还将模型应用于实验室木板流域，重点验证模拟水质动态的数值方法。随后，我们将 HydroPol2D 应用于巴西圣卡洛斯的 Tijuco Preto 流域，并将建模结果与水文工程中心—河流系统分析（HEC-RAS）的全动量求解器进行比较。文中讨论了模型实现、控制方程与输入数据估算，指出了在监测匮乏流域应用分布式模型的挑战与机遇。对于 1 年一遇降雨与前期干日，并假设水质参数存在 $40\%$ 的不确定性，结果表明总悬浮固体（TSS）最大浓度、最大负荷及在 $30\%$ 体积内冲刷的污染物质量分别为 $456~\pm~260~\mathrm{mg.L^{-1}.km^{-2}}$、$\mathrm{2.56 \pm 0.4~kg.s^{-1}.km^{-2}}$ 和 $\mathrm{89\%~\pm~10\%}$。