河流水质数学模型.ppt

河流水质数学模型;;一、河流概况;1、地表水环境质量标准;2、2011年十大水系水质类别比例;3. 河流中有机污染物的相关情况 3.1氧平衡指标 氧平衡指标是影响水体水质变化的一个关键性指标，它表示水体中溶解氧的情况，水体中有机物的含量不易直接测定，一般以有机物在氧化过程中所消耗的溶解氧或氧化剂的含量来间接反映有机物的数量和危害程度。 常用的氧平衡指标有溶解氧(DO)、生化需氧量(BOD)、化学需氧量(COD)、总需氧量(TOD)。 (1)溶解氧 溶解氧是指溶解于水中的游离氧，常以DO来表示，是反映水体中存在氧的数量指标。天然水体中溶解氧数量一般以5~10mg/L，受到严重污染的水体，溶解氧含量几乎接近于零，水质将严重恶化，因为当好氧有机物排入水体后，会被好氧微生物分解，使水体中溶解氧急剧下降，造成水体中溶解氧的缺乏，如果水体中溶解氧耗尽，有机物又会被厌氧微生物分解，发生腐败现象，产生甲烷、硫化氢等恶臭物质，因此掌握水体中溶解氧的含量对分析水质污染、自净能力都有重要意义。 (2)生化需氧量 生化需氧量(BOD)是水样中的有机物在生物化学分解过程中所消耗氧的量。它是以水样在一定温度(20℃)下，在密闭容器中保存一定时间(一般为五日)后溶解氧的减少量来表示，五日的BOD值记为BOD5 。;3.2耗氧有机物及来源 耗氧有机物主要是指溶解性和颗粒性碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸、酯类等有机物。这类有机物在水中可被微生物利用和分解，转化为二氧化碳、水和氮。由于在被微生物分解的过程中消耗水体中大量的溶解氧，因此被称为耗氧有机物。;3.3水体的耗氧和复氧 (1)影响水体中氧消耗的主要因素 ①水中有机物在微生物作用下发生碳化分解和硝化分解； ②底泥有机物耗氧； ③水生生物的呼吸作用； ④其他还原性物质的氧化作用。 (2)影响复氧和增氧的因素 ①水流中的氧； ②大气复氧，即大气中的氧在水体中的溶解与扩散； ③自养型水生植物光合作用产生的氧。;二、河流水环境容量模型;1.可概化为零维的河水完全混合基本方程 在河流是稳态，排污一定，污染物在河段内均匀混合，污染物为持久性、不分解、不沉淀，河流无支流和其它排污口时，通常采用完全混合模型，模型公式 如下： 式中：C一污水与河水混合后的浓度(mg／L)； cp一河流上游某污染物浓度(mg／L)； Qp一河流上游流量(m ／s)； Qh一排放口处污水量(m ／s)； ch一排放口污染物浓度(mg／L)。 ; 2.一维情况下河流水环境容量模型 设河流中污染物一维对流弥散方程为 (1) 式中ks为弥散系数(表征流动水体中污染物在沿水流方向弥散的速率系数)；k1为污染物的降解系数；C为排污口下游处的浓度解(mg／L) ； X为沿河段的纵向距离m；u为河水流速(m/s)。;2.1稳态解 稳态是指均匀河段定常排污条件，即过水断面、流速、流量等都不随时间变化， 此时(1)式变化为 通过解析得稳态解为 当x≥0时， 当x＜0时， C0为污染物进入河水完全混合的初始浓度(mg／L)； ;2.2不考虑弥散作用的稳态解 当不考虑弥散作用，即弥散系数ks=0时，(1)式变化为 解上述方程得 ; 3.二维情况下河流水环境容量模型 一个均匀河段的起始断面，从排污口连续稳定的向河流排放污水，由于河流水深相对很浅，近似假定污水排入后即刻在水深方向均匀混合，这种情况下， 二维稳态污染物质弥散方程为 均匀河段，在水深变化不大的情况下，横向流速v=0，纵向弥散项远小于对流项，可以忽略，则上式可简化为 ;三、河流水质模型; 1、河段划分 河流作为地球上分布最广泛的一种水体，其最显著的特点就是其在三维空间尺度上存在着巨大的差异，并且其沿程的水文条件一般变化都较大。上述环境质量基本模型都是建立在均匀流场这一基本假设基础上的，而从河流全程这一宏观角度上看，几乎没有一条河流可称得上是均匀流场，因此，只能通过将河流分段，使每一河段尽量满足流态稳定这一基本条件，分别建立单一河