EufoRiA：一种用于河网的新型多组分营养盐与有害藻华模型及其在线数据同化研究

《Environmental Modelling & Software》：EufoRiA: A new multi-constituent nutrient and harmful algal blooms model for river networks with online data assimilation

本文推荐一款新型河网水动力学-水质耦合模型EufoRiA，其集成非恒定水力学、23种富营养化组分（氮、磷、藻类等）反应动力学与扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filtering）在线数据同化技术，实现了对有害藻华（HABs）的实时模拟与预报。模型在韩国洛东江的验证表明，其数据同化能力显著提升无测站区域的水质估算精度，为流域尺度水质安全决策提供创新工具。

　　

亮点

新型大型河网多组分水质模型开发

EufoRiA模型作为一款开源物理基础模型，专为大型调控河流流域的在线营养盐和有害藻华（HABs）模拟而设计。其核心包含基于圣维南方程（Saint-Venant equations）的水力学模块、基于非恒定对流-扩散方程（advection-diffusion equation）的污染物传输模块、耦合23种水质组分的反应动力学模型，以及基于扩展卡尔曼滤波（Extended Kalman Filtering）的高效数据同化方案。EufoRiA旨在实现河网尺度的实时模拟与预报，为应对日益严峻的水质威胁提供决策支持。

模型率定与验证

为评估模型性能，未使用数据同化（DA）的模拟结果首先与流域尺度水质模型的NSE（纳什-苏特克利夫效率系数）、KGE（科林根-古普塔效率系数）和PBIAS（百分比偏差）标准进行对比。表4展示了不同组分对应的满意与不满意性能范围（参考Moriasi等，2015）。具体而言，我们对氮（日尺度）和磷（月尺度）应用NSE和KGE标准，对营养盐（月尺度）应用PBIAS标准。图12与图13进一步展示了模型在关键指标上的拟合效果。

基于开源技术的河网水质在线应用创新

为提升河流系统水质与有害藻华（HABs）的管理效能，水管理者与研究人员亟需具备数据同化能力的在线模型。本研究提出的EufoRiA，据我们所知，是首个结合完整非恒定水力学、复杂营养盐与HABs动力学以及数据同化功能的大型河网综合性在线水质模型。该框架实现了河网尺度有害藻华（HABs）的在线建模与预报，尤其通过数据同化显著提升了无测站位置的水质估算精度。

结论

本研究介绍了EufoRiA，一款专为大型调控河流流域在线营养盐和有害藻华（HABs）建模设计的开源物理基础模型。