流域水质模型与模拟课件-第三章.ppt

本章内容 河流水质模型概述 一维水质模型 二维水质模型 其他河流水质模型 河流水质模型定义 用数学的语言和方法来描述河流水体污染过程中的物理、化学、生物及生态各方面的内在规律和相互关系，也就是将一个复杂的河流系统转化成一组适当的数学方程进行数学模拟。 河流水质变化过程 河流水质模型分类（按维数） 零维 一维 二维 三维 定义 污染物进入河流水体后，在污染物完全均匀混合断面上，污染物的指标无论是溶解态的、颗粒态的还是总浓度，其值均可按节点平衡原理来推求。对河流，零维模型常见的表现形式为河流稀释模型。 适用条件 符合下列两个条件之一的环境问题可概化为零维问题： （1）河水流量与污水流量之比大于10~20 （2）不需考虑污水进入水体的混合距离 解决问题 （1）不考虑混合距离的重金属污染物、部分有毒物质等其他保守物质的下游浓度预测与允许纳污量的估算。 （2）像有机物降解性物质的降解项可忽略时，可采用零维模型。 （3）对于有机物降解性物质，当需要考虑降解时，可采用零维模型分段模拟，但计算精度和实用性较差，最好用一维模型求解。 河流稀释混合方程 单一河段水质模型 单一河段涵义：只有一个排放口时称该河段为单一河段 坐标：一般把排放口置于河段的起点，即定义排放口处的纵向坐标 x＝0 指标：生化需氧量和溶解氧 单一河段水质模型——S-P模型 S-P模型基本假设 描述河流水质的第一个模型，由斯特里特（H. Streeter）和菲而普斯（E. Phelps）在1925年建立。 基本假设： （1）河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应，反应速度为常数。 （2）河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。 （3）BOD的衰减反应速率与河水中溶解氧（DO）的减少速率相同，复氧速率与河水中的亏氧量 D 成正比。 模型形式 （1）考虑弥散作用，解析解为 （2）忽略河流的弥散作用，则为 解析解 若用氧亏来描述溶解氧的变化 ，其解析解为 临界距离xc 临界溶解氧浓度Cc 氧垂曲线 溶解氧沿程变化曲线被称为氧垂曲线 案例分析——S-P模型 向一条河流稳定排放污水，污水排放量 Qp = 0.2 m3/s，BOD5 浓度为 30 mg/L，河流流量 Qh = 5.8 m3/s，河水平均流速 v = 0.3 m/s，BOD5 本底浓度为 0.5 mg/L，BOD5降解的速率常数 k1 = 0.2 d-1，纵向弥散系数 D = 10 m2/s，假定下游无支流汇入，也无其他排污口，试求排放点下游5 km处的 BOD5 浓度。 解答： 案例分析——氧垂曲线 单一河段水质模型——S-P模型的修正型 托马斯（Thomas）模型 模型形式 解析解 案例分析 某河段流量 Q = 216×104 m3/d，流速 u = 46 km/d，水温 T = 13.6 ℃，K1 = 0.94 d-1，K2 = 1.82 d-1，K3 = 0.17 d-1。河段始端排放废水 Q = 10×104 m3/d，BOD5为 500 mg/L，溶解氧为 0 mg/L，上游河水 BOD5 为 0 mg/L，溶解氧为 8 095，求该河段 x = 6 km 处河水的 BOD5 和氧亏值 D0 。 解答： 河段始端混合后河水的BOD5和DO为： 多宾斯—康布（Dobbins-Camp）模型 模型形式 解析解 临界距离xc 案例分析 某均匀河段，流速u = 0.5 m/s，K1 = 0.3 d-1，K2 = 0.8 d-1，K3 = 0.18 d-1，R = 1 mg/（L·d），P = 0.5 mg/（L·d）， L0 = 30 mg/L，Cs = 10 mg/L，C0 = 4 mg/L。 ① 计算 x = 30 km 处的 BOD 和 DO 的值。 ② 计算临界距离和临界溶解氧。 解答： 临界距离 xc 临界溶解氧 Cc 欧康纳尔（OConnor）模型 模型形式 解析解 单一河段水质模型----串联反应器模型 定义 把一个连续的一维空间划分成若干个子空间，每一个子空间都作为一个完整混合反应器，将上一个反应器的输出视为下一个反应器的输入 设 C1，C2，…，Ci 为相应河段的污染物浓度，每一个河段的浓度表达式 若沿程没有污染物输入，即 qi = 0 时，且令每一个河段的容积相等 案例