4.2水质模型及应用.ppt

水质模型及应用 胡莺 水质数学模型分类 按上游来水和排污随时间的变化情况： 动态模式、稳态模式 按水质分布状况： 零维、一维、二维和三维 按模拟预测的水质组分： 单一组分、多组分耦合模式 水质数学模式的求解方法及方程形式 解析解模式、数值解模式 水质模式中坐标系的建立 以排放点为原点 Z轴铅直向上，X、Y轴为水平方向 X方向与主流方向一致 Y方向与主流垂直 河流水质模型 河流完全混合模式、一维稳态模式、S-P模式（适用于河流的充分混合段） 托马斯模式（适用于沉降作用明显河流的充分混合段） 二维稳态混合模式与二维稳态混合衰减模式（适用于平直河流的混合过程段） 弗罗模式与弗-罗衰减模式（适用于河流混合过程段以内断面的平均水质） 二维稳态累积流量模式与二维稳态混合衰减累积流量模式（适用于弯曲河流的混合过程段） 河流pH模式与一维日均水温模式 河流完全混合模式 P71 污染物与河水完全混合所需的距离－－混合过程段 充分混合：当断面上任意一点的浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度的5%时，可以认为达到充分混合。 混合过程段距离 xn 的计算 P73（式4-35、36） 一维稳态模式 P72 对于一般河流，由于推流导致的污染物迁移作用要比弥散作用大得多，可忽略弥散作用： BOD－DO耦合模型（S－P模型） 模型的假设条件： P73 BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应； 反应速率常数是定常的； 水体耗氧全部是由BOD衰减引起； 溶解氧完全来源于大气复氧。 模型的解析解 （教材公式4-40有误，修改） 适用条件：河流充分混合段，污染物为耗氧有机物，需要预测河流溶解氧状态；河流为恒定流动，污染物连续稳定排放 氧垂曲线与临界点(最大氧亏值处） 饱和溶解氧及氧亏的计算 S-P模式 作业 已知某均匀河段的平均水温为21℃，耗氧系数K1为0.7/d；大气复氧系数为1.4/d。河段始端排入的废水流量为80000m3/d；废水中BOD为600mg/L，DO浓度为0。河流上游的河水流量为40m3/s，河水中BOD浓度为0，DO达到饱和。河水与污水混合后河段的平均流速为28km/d。 1、利用S-P模型算出DO浓度为饱和值80％的位置（即距始端的距离）和该点相应的BOD浓度值。 2、计算最大氧亏处的临界DO浓度和临界点位置 3、利用EXCEL求解并绘制出BOD、DO的浓度沿程变化曲线（选作） 托马斯模式 P75 二维稳态混合衰减模式 弗-罗衰减模式 稳态混合衰减累积流量模式 河流pH模式 适用于河流充分混合段 河流一维日均水温模式 适用于河流充分混合段 河口水质模型 欧康那河口模式与欧康那河口衰减模式（适用于中小河口的潮周平均、高潮平均和低潮平均水质） BOD-DO河口耦合模式（与河流S-P模式类似） 河口一维动态混合数值模式（一维流场方程和一维水质方程。适用于一维潮汐河口，得到任意时刻浓度分布） 河口二维数值模式（适用于潮汐河口混合过程段，得出任意时刻断面不同位置的浓度） 欧康那河口衰减模式 P77 BOD-DO河口耦合模式 河口一维动态数值模式 河口二维动态混合衰减数值模式 湖泊（水库）水质模型 湖泊完全混合平衡模式与湖泊完全混合衰减模式（适用于小湖库，可求稳定的平衡出水浓度） 卡拉乌舍夫模式与湖泊推流衰减模式（适用于无风大湖库的点源排放，计算离排放口径向距离r处的平衡浓度） 湖泊环流二维稳态混合模式与湖泊环流二维稳态混合衰减模式（适用于近岸环流显著的大湖库） 分层湖（库）集总参数模式与分层湖集总参数衰减模式（适用于有规律的分层湖库，得到预测时间的湖库浓度） 湖泊完全混合衰减模式 P79 湖泊推流衰减模式 P81 湖泊环流二维稳态混合衰减模式（环流显著的大湖库） 分层湖集总参数衰减模式 海湾水质模型 约-新模式（适用于计算持久性污染物点源排放下离排放口径向距离r处浓度） 二维潮流混合模型（先用特征理论潮流模式计算流场，再用特征理论混合模式计算浓度场） 二维潮流温度模型（先用特征理论潮流模式计算流场，再用特征理论温度模式计算温度场） 约-新模式 水质模型涉及的主要参数 水力学参数 耗氧系数 K1 复氧系数 K2 污染物的衰减系数 K 混合系数 MX MY MZ 重要参数的确定方法 混合系数 MX MY MZ的确定： 经验公式；示踪试验；经验数据 耗氧系数K1系数的估值： 实验室测定值修正；两点法 复氧系数K2系数的估值： 奥多公式；欧文斯等人的经验式；丘吉尔经验式 混合系数的估值 P81 1. 经验公式 流量恒定、河宽大、水较浅、无河湾的顺直河流： 混合系数的估值 P82 示踪实验 向水体中投放示踪物