小白入门水质模型，看这篇就够了

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水质模型入门指北

·[520]|1000天行动计划

读书笔记/热点跟踪/论文研读/水质教程

这篇为教程的番外篇。之前经常有童鞋问，做为一名小白，怎样学习水质模型，快速上手水质模型？自己始终想写这篇的来介绍自己的经验，然则自己之前的教程还始终处在第零章，前几天刚才完成为了，进入正式的水质模型的正篇，亦是时候写一篇相关水质模型的入门指北了。为啥叫指北呢，由于自己仅按照自己有限的几年上下的水质模型学习经验，此刻还在门口徘徊，因此本文面向对水质模型完全无基本的三没人员，旨在叙述怎样快速认识及入门水质模型。

本文更新于：==2020/3/28 #E91E63==

基本功？捷径？

入门实质很简单

框架学习

底-上？顶-下？

理论基本

湖沼学:内陆水生态系统

湖沼学导论

Surface Water Quality Modeling

水动力和水质

应用办法

地表水环境数值模拟与预测——EFDC建模技术及案例实训

Delft3D模型理论及应用

模型工具

地表水环境影响评估数值模拟办法及应用

Delft3D

WASP

CE-QUAL-W2

EFDC

其他参考资料

微X文案限制，所有外链失效，请点击阅读原文查看。

基本功？捷径？

在起始详细介绍模型的学习路径之前，先扯扯淡，谈谈近年来刷新我学习观的两个理念，几乎颠覆了我自己过去的学习技能的模式。分别是：

从零入门一个新的行业，20小时就够了。离开学校后，针对技能的学习，登山式的阶梯的学并不必定是最优的。

入门实质很简单

以上两者都与在学校所形成的习惯相关，先说第1点，你觉得入门一个行业到底必须多久？

在学校，咱们学习一门课程，可能必须长达一个学期，每周都必须上几次课，而后花费海量的时间去完成作业，最后还必须去准备考试，没形中让咱们觉得学习一门技能必须很长的时间。

另一，近年知识行业尤其的流行一个观点便是『一万个小时理论』，作为一个行业的专家必要有10000个小时的累积，换算下倘若每日学习进步10小时，亦必须大约3年的时间，况且这还是在每日的进步状况下，倘若学习打了折扣，时间直接就必须10年以上了。

相信，不管是谁听到这么长的时间，都直接弃疗了，我不学了还不行吗。然则，请仔细想仔细看，那是作为行业的顶尖，成为这个行业的能手中的能手。然则，你真的必须作为那1%的人吗？

不是的，并不是所有人都能作为将军，可能我仅仅必须入门，能够做出点东西来。或现实点说，针对本科生或科研生来讲，能够让我毕业论文完成。乃至针对某些项目来讲，模型做为一个其中辅助部分，我要的是快速的上手，好与模型团队能够同频交流，仅此罢了。这个必须多久？可能几个月就能上手了（但你要清醒，入门不等于能够飘，请下来踩到地上先）。

亦便是说入门20小时足够了，这个观念似乎听起来不痛不痒，然则确实让我重新审视了我对未知行业的看法，针对生活、工作中的所需的新技能，可能咱们只必须花费很少的时间就能快速的上手，能够运用起来。例如花费20小时，学习PPT技术，让我有一个比较酷炫的报告；花费20小时，学会PS的技能，来给自己的模型原理来个润色；花费20小时，认识下水体模型，好能赶上此刻的时髦，都是能够做到的，相信自己。

入门仅仅需求咱们学会基本的概念和思路，而后能够以此做为基本进行后续的精进学习，举个例子，拿学习吉他来讲，入门可能便是你学会看乐谱，5、6种和弦和若干的节奏型。在你遇到新的曲子时，能够经过搜索引擎等自我的去进行进一步的学习深造训练，这便是入门的标准。

相关以上的思想，仔细的能够瞧瞧这个TED演讲：The First 20 Hours -How to Learn Anything Josh Kaufman[1]

还有知乎上的一个问题的回答：学习一个新行业的知识的最佳办法和最快时间各是什么？[2]

框架学习

在学校读书时期，常常按部就班的，一步一个脚印脚印的学习，例如高中的数学、理学，结构都是类似金字塔的模型，后面的必须做为前面的基本，从高一打基本，整整学了两年多，才完全学完全部大纲需求的知识，这没疑针对在学校是最优的策略。

在走出校门之后，倘若咱们还根据以前的学习办法，强调认识基本原理的学习方式，比较像是这般的轨迹：

像以前那样采取深挖基本的方式，务实基本，这般并非不行，问题在于出了校门之后，很难有海量的时间来进行学习，而只是一般爬塔底已然非常的辛苦了，非常多人到这儿就放弃了。

原由亦能够理解：这种阶梯式爬金字塔的方式，因为理论基本做为塔底，必须海量的时间。工作后因为无海量集中的时间学习，常常是零碎的碎片时间，引起学了后面忘了前面，永远看不到劲头，即便你奋斗挤出时间来学了非常多，但亦仅仅是理论的知识，看不到有些可见的成果，很打击人，特别有可能就直接放弃了。

那样针对无海量时间集中学习，更好的入门的思路是，先获取到全部学习内容的框架，直接从高空俯视金字塔模型，形象点说，之前你是蜗牛爬金字塔，一层一层的爬。此刻呢，你变身为一只鹰，能够任意方向去直接看全部金字塔，得到其的全部全貌和框架。

这般，你乃至能够在塔尖停留一段时间，能够照猫画虎的做出点东西来，虽然不必定对，然则会创立非常好的感性认识，这般能够相对容易的快速入门，后续你的就能够针对细节逐步完善。

底-上？顶-下？

此刻明白先把握框架的去学习技能。那样另一一个问题，到底自顶而下，还是选取自底而下呢？

所说的自顶向下，指学习一起始就玩酷炫的模型工具，便操作边学习，火速就能做出一个有结果的水质模型，然则无基本，针对模型的结果可能是一头雾水；

而自底向上，则是根据金字塔的模型的底端，开始系统学概念和理论，看论文，最后再上手学习模型工具，可能最后学习了大半年，不晓得自己学的有啥用，尤其容易失去兴趣和自信心，半途而废；

大学里的教育大都是自底向上式的，学概念、做题，虽然学生可能觉得枯燥，然则其有足够的时间去磨，最后做有些简单的模型交作业；而社会上的模型培训班大都是自顶向下式的，直接采用案例套出一个水体模型，培训完了似乎就会做模型了，但实质工作之后发掘缺少对模型的理解。

相关自上而下和自下而上仔细讨论学习编程的方式 - 简书[3] 。

自底而上，更加多的是科学科研模式，关注的是底层的规律，在完善自己的体系后，去探索性的发掘问题处理问题。而自顶而下，则更加多的是工程师思维，从问题出发，偏向于处理实际问题。

两种类型各有优劣，实质中比较好的方式便是两者结合起来，做项目与系统学习持续交替进行。亦能够按照实质状况，选取适合自己的方式。那样针对水质模型而言，倘若你是在校学生，并不着急做有些项目，有较多的时间打基本，那样就能够优先理论部分，趁着时间充足，狠狠的夯实基本，当然亦不忘找个模型工具玩起来；倘若你参与工作了，无那样多时间，处理问题第1优先，不妨经过详细的模型工具，项目入手，先上手做出点初步的成果，而后再抽空对基本知识补课。

那样，明道而后优术，有了上面的道，起始进入术。将根据金字塔的各个部分来举荐有些参考书和工具，各位课根据实质状况对号入座。

首要，从前有个人叫老王，爱卖瓜，我虽不姓王，然则亦想卖个瓜。这几年按照自己学习水质模型的有限经验，从水质模型的发展历史到水质模型的应用，写了一系列的文案，谈不上多好，然则亦是花了不少的时间，对完全零基本的朋友，能够瞧瞧。虽我亦是刚才入门，然则我相信倘若你认真看过后，必定会对水质模型有全面的认识。

点击链接，选取教程就可：教程[4] ，或点击公众号菜单查看。

接着，下面的教材和资料是陪同我路途的伙伴，这些是会持续的更新，有兴趣的可去我的网站跟踪，或在公众号菜单中进行保藏查看。

理论基本

水质模型的理论基本的初始，可能要从数学起始，由于数学是一切学科的基石嘛，然则通常相信接触水质模型的大都数都有了数学基本，并且有水环境的基本背景知识，如水力学、流体力学等。倘若无，能够先任意选取一个大学的环境科学的教育大纲认识下。

湖沼学:内陆水生态系统

译者：古滨河 / 刘正文 / 李宽意

Limnology:Inland Water Ecosystems （中英文均有售）

《湖沼学:内陆水生态系统》从生态系统方向讨论了湖泊、水库和湿地的结构、功能，以及这些水体与流域、上覆大气和气候的关系。讨论了湖沼学基本科研在环境管理和保育中的应用，目的是告诉读者基本科学能够为处理环境问题作出要紧贡献。描述的湖沼学模式是按照从世界各地搜集的数据和照片推导出来的。书中讨论了流域、气体、污染物、天气和气候在决定水生态系统功能中的功效。还讨论了空间、时间和间隔尺度对湖沼学科研及其得出的结论的要紧性，以及对延伸科学发掘的困难。

本书是比较好的科普读物，从宏观的方向阐述了湖泊科学。从时间和空间的宏观尺度出发，逐步的深入到局部的细节机理。空间上，从海陆空的大尺度起始，旨在把握影响水体的各个原因。时间尺度，不认识学科历史就没法真正的理解这门学科，因此则从远古起源起始，跟随时间的脚步来看全部水体的演变。书中的第1章和第2章涵盖了湖沼学的背景和发展历史，非常精彩，这种切入的方向能够使得读者很好的把握全局，在头脑中创立很好的图景，分析处理关联问题，能够代入到这般的大的森林画面之中，并在头脑中认识学科发展的指点思想。这本书虽然和水质模型并不关联，然则水质模型模拟的对象便是这个呀，尤其是非环境行业的，经过其会对湖泊科学的发展有一个非常好的认识。

湖沼学导论

译者：韩博平 王洪铸 陆开宏 （Introduction to Limnology） Stanley I Dodson 著 （中英文均有售）

本书从生态学的方向对湖沼学的历史和重点内容进行了系统性介绍，重点包含水的化学与理学学，从淡水微生物到大型生物中平常的生物类群，种群与种群动态，生物群落中的多样性、物种间相互功效与群落的变化，淡水生态系统中的物质循环与能量流动，区别空间尺度上的湖泊和河流景观结构，湖泊与河流的形成、生长与消亡，最后讨论了公共湖沼学工作者怎样参与水与人类的相互功效，在最后一章中为本科生设计了野外生态调查与室内实验，并给出实验湖沼学的操作实例和办法。

虽然本书名字叫湖沼学导论，然则跟上一本湖沼学并无太大的相关，相针对《湖沼学》而言，反而我觉得上一本更像是导论，这本书里描述了非常多的生物细节的内容，适合做为水质模型的研发者进行深入的认识原理的参考书，当然泛读亦对理解自然系统有好处。

Surface Water Quality Modeling

by Steven C. Chapra (ISBN 978-1-57766-605-9), 2008. 日前仅有英文版，亚马逊有售纸质版，Google play有售电子版。

我认为其是水质模型的圣经，本书亦是北师大水质模型课程的指定教材，重点围绕地表水水质模型基本的原理展开，介绍水质模型的基本知识和水质模型的底层方程。从简单的理学变化如扩散和对流，到化学变化中的降解、硝化反应等，生物行业中的呼气、光合功效、捕食行径都做了介绍，并且对影响这些过程的参数、原因等亦进行了分析。例如，光合功效分了的光的影响，而光的影响从太阳起始终跟踪到植物吸收这所有的过程的辐射的定量，魔鬼在细节，这本书就有非常多的细节。本书的定位更像是介于纯环境理论和纯模型工具之间的桥梁。纯理论如《湖沼学》，里面基本介绍的是自然界中存在的全部过程，如水文循环等，而模型工具的大都数手册其仅仅告诉你模型怎样运用，模型的参数含义，而本书则是告诉了模型和理论是怎样连接的，模型为了更好的应用是怎样简化处理有些实质问题的。

水动力和水质

《水动力学和水质:河流湖泊及河口数值模拟》 译者：李建平、冯立成、赵万星 著者：[美]季振刚 （中英文均有售）

原书名为“Hydrodynamics and Water Quality: Modeling Rivers, Lakes, and Estuaries”，是美国著名出版商John Wiley&Sons在机构成立200周年之际尤其推出的一部表率性著作。《水动力学和水质:河流湖泊及河口数值模拟》反映了当代地表水环境数值模拟的前沿理念和最新成果，一出版即获美国专业界的高度评估，并作为美国该科研行业的必须参考书。作者季振刚博士是美国纽约州和佛罗里达州认证的专业工程师，数年从事水动力学、流体力学、底泥疏浚和水质方面的科研。书中全面而系统阐述了水环境及其模拟的原理、基本理学过程、数学描述和工程应用，是一部地表水环境模拟的专著。

这本书能够做为EFDC模型的圣经，倘若你想学习EFDC模型，这本书是必看的。当然，倘若你不学EFDC模型，我亦剧烈意见你学习下，由于EFDC的水质模块，能够说是日前最繁杂全面的水质过程，这本书以EFDC为基本介绍了水质模型的内在机理和方程，倘若你能够理解透彻这本书里内容，其他的水质模型亦易如反掌。因为本书已然绝版，鬼市已然炒到500多，好在出版社还有电子版，想学习的赶紧去支持购买吧。另一，本书的第二版亦即将上市，到时候能够关注下，做为保藏亦不错，毕竟好书是要反复读的。

电子版购买位置：http://www.oceanpress.com.cn/front/book/detail?book_id=4876

以上的书堪叫作经典，意见有英文版读英文版。

应用办法

准确的说，严格的归类非常的难，例如上节最后两本书，里面便是有有些模型的应用办法的内容，因此归类仅是以重点内容进行的，反正你所有都会看的不是吗(●◡●)。下面的书虽然从理论内容无以上几本多，然则从应用方向来讲，能够去认识模型的详细形态，近距离接触认识模型应用过程。

地表水环境数值模拟与预测——EFDC建模技术及案例实训

地表水数值模拟

本书针对地表水环境数值模拟与预测的应用展开，全面介绍环境流体动力学模型（environmental fluid dynami cscode,EFDC）的基本原理、建模技术和案例实训。全书重点描述了可视化工具EFDC_Explorer（EE）的基本功能和建模操作办法，并供给6个模型案例做为实训素材，涵盖河流、浅水湖泊、深水湖泊（水库）和河口区域等；同期还将EE用户运用过程中最常遇到的各样疑难问题进行归纳和总结。

这本书是基于EE的，EE亦便是EFDC的界面工具（不认识界面是啥，见这篇文案模型工具），虽然表面上看起来像是操作手册，然则案例部分有非常多干货的，尤其是整体的建模思路比较全面，包含绘制网格、敏锐性分析，模拟对象包含了湖泊、河流、河口，尤其是学习EFDC的伴侣，千万别错失，建模的思路是非常要紧的。

Delft3D模型理论及应用

Delft3D模型理论及应用

随着计算机技术的快速发展，数值模拟已作为科研河流、河口及近岸区域的防洪、水污染、泥沙冲淤等问题的重点办法，另外对河流、河口及近岸地区的水动力、水环境、泥沙输移等问题的科研亦越来越广泛。Delft3D软件是日前最先进的水动力－水质模型之一。Delft3D模型的体系庞大，功能齐全，本书重点系统的介绍了Delft3D模型的原理和应用办法，期望帮忙读者全面、快速地把握Delft3D模型的原理，运用办法以及二次研发办法，并将模型正确地应用到实质问题的处理其中。

这本书则是关于Delft3D的，这个模型亦是相对应用的比较多的，因为前几年内核代码开源了，因此此刻非常多人在用的一个模型工具。详细功能能够参考我之前的文案Delft3D介绍及资源，这本书我还没看，但小伙伴评论说相当于手册的翻译加上了案例，里面的案例参数设置亦不足仔细，适合完全无接触Delft3D的新手来看。因此，大众按需购买啦。

另一，针对应用办法这节，除了教材之外，非常多论文和报告中亦有针对水质模型的介绍，能够查询关联的论文，善用搜索引擎能够获取的非常多的资料。

这儿我就分享之前所保藏的有些，公众号内回复 报告就可获取。

模型工具

模型工具，日前主流在国内运用的水质模型实质上种类并不多模型类型介绍，一只手就能够数，其中有商场版的，亦有开源版本的。开源版本的好处是可以避免费运用，亦能够进行代码的二次研发和修改，适用于深入认识和特殊的应用场景。而商场版的好处是界面非常友好，亦有非常多的培训资料，能够非常快的上手，商场版贵如Mike系列上百万，亦有比较比较低的十万数量级。

针对入门而言，我的意见是优先运用商场软件，商家通常都会供给阉割版试用版，大部分只需去官网申请下载就可，利用此做为模型工具的切入点。有的商场版是完全的闭源的，亦便是全部模型包含前后处理都是必须付费才可运用的，如Mike；有的则是开源的内核，闭源的界面（前后处理工具，能够认为是模型的配置和结果处理工具），如IWIND、EE、Delft3D等，能够同期下载到开源的内核版本，对照界面来学习。

商场版本的软件：MIKE、SMS、EFDC-explorer（efdc内核）、IWIND-LR（efdc内核）、3ewater（Delft3D内核）、Delft3D（原版可免费试用1年，比较良心，1年之后你懂的）。商场的软件因为有机构运营守护，有较多的资料，这儿就不做介绍了，直接出门百度，官网申请下载试用。

而开源软件大都数是高校和政府负责守护，相针对商场软件，其的易用性可能无那样好，然则关键在于免费，且能够深入代码进行深入学习，是从科研方向来讲是学习的重点，主流的开源地表水水质模型软件如下图，均是水体模型，且更适用于内陆水体，虽然部分软件亦能够模拟大尺度的海洋，然则海洋的模拟能够专门去找海洋的模型：

模型工具的学习办法亦与大框架一致，不要急于细节，而是从大的框架起始。通常模型的工具都有原理手册和操作手册部分，原理部分实质上能够归到咱们上面的理论基本和应用办法一节， 最好从操作手册起始，进行模型的操作学习，而后抽时间同期的进行原理手册的学习理解，亦不要深入的学，先大致的看一遍，对其中的基本概念和原理有所认识就可，持续的两者并行前进。

详细的学习流程见这篇：软件|专业软件运用

地表水环境影响评估数值模拟办法及应用

地表水环境影响评估数值模拟办法及应用

本书从国内外选择5种常用数值模型软件，仔细介绍了各样模型的基本原理、建模技术和运行特征，并经过实质案例（10个案例）应用，对每一个模型怎样应用进行了系统展示剖析；另外，系统收集、归纳总结了国际上经典的模型验证案例（3大类17个案例），能够做为今后模型规范化应用的验证算例，结合实质工功效来检验模型计算的精度和准确性。

这本书是模型案例的概览，虽然并不是模型的工具，然则对水质模型的应用过程进行了汇总，能够做为初步的应用案例汇总。

Delft3D

Delft3D 这套软件虽然是商场的，然则内核计算代码已然在2016年上下开源了，其界面仍然是闭源的，然则能够免费试用，且试用期长达一年，非常良心，举荐运用。独一的阻碍可能便是其的文档所有是英文，另一，其原型是基于荷兰的海洋模拟，因此针对水动力、风浪、泥沙的模拟是强项，富营养化、水生态类的模拟运用起来可能稍微繁杂，国内水质模拟用的并不多，然则并不妨碍去学习。官网的案例和手册亦非常的仔细，能够直接对照案例进行学习操作运用。

相关Delft3D，过去亦写了有些基本的教程，可去网站上进行搜索，公众号内回复Delft3D 可见。

WASP

WASP(The water quality analysis simulation program,水质分析模拟程序)是EPA举荐运用的水质模型软件,运用较为广泛,能够模拟河流、湖泊、水库、河口等多种水体的稳态和非稳态的水质过程。这个模型业内叫作为万能水质模型，其的水质模拟能够说是最全面，最深入的。然则，缺陷在于其水动力部分较弱，必须外边耦合，可能这个原由使得其应用受到了限制。之前WASP6的版本守护停滞，但2018年上下，其静悄悄的又活过来了，此刻有EPA在守护更新，最新版本WASP8.32，是 2019年4月2日更新的，并且官网已然在规划WAPS8.4了，虽然持续更新不表率着好用，但起码有人守护总是好的。

公众号内回复 模型工具 获取位置。

CE-QUAL-W2

这个模型，我并不熟悉，然则亦是持续更新着的开源模型。针对狭长型的水库的模拟非常的给力，针对做水库的朋友不要错失。官网的手册和案例亦非常用心，包括模型源代码、实例、用户手册、模型前后处理软件等内容。小白能够结合这些手册，操作后对模型创立认识，模型手册亦比较友好，能够较快的进入状态。

公众号内回复 模型工具 获取位置。

EFDC

EFDC呢，这个模型应用亦是比较广泛的，功能亦是非常的强，然则不得不说其亦是最难的，加上开源的版本早在2007年已然基本停止了守护，这些因素叠加起来使得这个模型的学习曲线变的反常陡峭，不举荐初学者来跳坑，举荐运用其的加壳商场版入门（IWIND-LR或EE）。

之因此写在这儿，是由于我自己便是以它入门水质模型的，还是有点感情的，同期《水动力和水质》亦是以其为基本的。

公众号内回复 模型工具 获取位置。

当然其他的模型诸如QUAL2K(Surface water quality model配套模型)  ，用于一二维的河道模拟，详细我亦无详细用过，因此暂时就不做介绍了。

其他参考资料

后面还有有些其他地区看到的资料，比较古老，自己亦就略看过，一并列在这儿。

Fundamentals of Ecological Modelling by S.E. Jorgensen & G.Bendoricchio. (ISBN 0-08-044028-2), Elsevier Science B.V., UK, 2006.程声通主编 环境系统分析教程 北京化工出版社 2006郝芳华等编，《流域水质模型与模拟》，北京师范大学出版社，2008谢永明编著，《环境水质模型概论》， 北京：中国科学技术出版社,1996《水环境数学模型》 (联邦德国)金士博 著; 杨汝均 等编纂 北京 : 中国建筑工业出版社, 1987傅国伟 编著，《河流水质数学模型及其模拟计算》，北京：中国环境科学出版社, 1987〔英〕詹姆斯，埃里奥特 著; 陈祖明 译 《水质模拟导论》，成都：成都科技大学出版社, 1989USEPA流域和水质模拟技术支持中心：http://www.epa.gov/athens/wwqtsc/index.html

公众号的社群同步开启，学习模型孤独路上一块前行，公众号对话框回复社群。

微X公众号 | 水环境编Cheng长 网          站 | comieswater.com

2019-9-15

folder=/微X公众号/水环境编Cheng长/

参考资料

[1]

The First 20 Hours -How to Learn Anything Josh Kaufman: https://v.youku.com/v_show/id_XNTg2NzQyNTM2.html

[2]

学习一个新行业的知识的最佳办法和最快时间各是什么？: https://www.zhihu.com/question/19550362/answer/18044986

[3]

学习编程的方式 - 简书: https://www.jianshu.com/p/e75c4ec60d5e

[4]

教程: https://comieswater.com/

qzmjef

对于这个问题，我有不同的看法...

qzmjef

你的话语如春风拂面，温暖了我的心房，真的很感谢。