第三章水质模型分析PPT文档格式.ppt
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(4)含含高高浓浓度度的的磷磷的的废废物物排排入入某某一一湖湖泊泊,使使湖湖泊泊(或或水水库库)产产生生富富营营养养化化,必必须须除除去去多多少少磷磷才才能使湖泊不产生富营养化能使湖泊不产生富营养化?
(5)国国家家需需要要建建立立一一个个核核能能基基地地,在在什什么么情情况况下对人类环境产生什么程度的影响。
下对人类环境产生什么程度的影响。
00水质模型水质模型水质模型水质模型二、二、分类分类按按不不同同的的观观察察角角度度可可有有如如下下不不同同的的水水质质模模型型分类:
分类:
(1)按按水水质质组组分分的的空空间间分分布布特特性性,可可分分为为一一维维、二二维维和和三三维维模模型型。
沿沿某某一一坐坐标标方方向向,水水质质组组分分有有变变化化,而而沿沿其其他他坐坐标标方方向向浓浓度度梯梯度度为为零零,称称为为一一维维模模型型。
二二维维模模型型和和三三维维模模型型则则分分别别是是沿沿两两个个坐坐标标方方向向和和三三个个坐坐标标方方向向浓浓度度梯梯度度均不为零的情况。
均不为零的情况。
00水质模型水质模型水质模型水质模型当当三三个个坐坐标标方方向向浓浓度度梯梯度度均均为为零零,水水质质组组分分处处于于均均匀匀混混合合状状态态时时,称称为为均均匀匀混混合合模模型型或或零零维维模模型型,亦亦称称黑黑箱箱模模型型,它它经经常常是是一一种种概概化化复复杂杂问问题题的的手手段段,着着眼眼于于建建立立输输入入与与输输出出的的关关系系,而而忽忽略略水水质质组组分分在在空空间间分分布布上上的的差差异异。
模模型型维维数数的的选选择择主主要要取取决决于于模模型型应应用用的的目的和条件目的和条件,并不是维数越多就越好。
,并不是维数越多就越好。
00水质模型水质模型水质模型水质模型
(2)按按水水质质组组分分的的时时间间变变化化的的特特性性,可可分分为为稳稳态态模模型型和和动动态态模模型型。
水水质质组组分分不不随随时时间间变变化化时时为为稳稳态态模模型型,反反之之则则为为动动态态模模型型。
当当水水流流运运动动为为非非恒恒定定状状态态时时,水水质质组组分分是是随随时时间间变变化化的的;
而而当当水水流流运运动动为为恒恒定定状状态态时时,水水质质组组分分则则可可能能是是不不随随时时间间变变化化的的,也也可可能能是是随随时时间间变变化化的的。
在在水水污污染染控控制制规规划划中中,常常应应用用相相应应于于一一定定设设计计条条件件下下的的稳稳态态模模型型,而而当当分分析析污染事故,预测水质时。
常应用动态模型。
污染事故,预测水质时。
00水质模型水质模型水质模型水质模型(3)按按模模型型变变量量的的多多寡寡,即即按按模模型型所所表表述述的的水水质质组组分分的的数数目目,可可有有单单组组分分水水质质模模型型和和多多组组分分模模型型。
当当模模型型变变量量为为BOD或或COD时时,有有时时称称有有机机污污染染水水质质模模型型。
当当模模型型变变量量为为BOD和和DO时时,称称BOD-DO耦耦合合模模型型。
当当模模型型变变量量扩扩大大到到水水生生生生物物时时,称称水水生生生生态态模模型型。
生生态态模模型型是是一一个个非非常常综综合合的的模模型型,它它不不仅仅包包括括化化学学、生生物物的的过过程程,而而且且亦亦包包括括水水质质输输运运以以及及各各种种水水质质因因素素的的变变化化过过程程。
模模型型变变量量及及其其数数目目的的选选择择,主主要要取取决决于于模模型型应应用用的的目目的的以以及及对对于于实际资料和实际资料和实测数据实测数据拥有的程度。
拥有的程度。
00水质模型水质模型水质模型水质模型(4)按水质组分是否作为随机变量,可分为按水质组分是否作为随机变量,可分为随随机模型机模型和和确定性模型确定性模型。
水质模型还可以按模型的其他特征分类。
如水质模型还可以按模型的其他特征分类。
如按水质组分的迁移特性,可分为按水质组分的迁移特性,可分为对流模型对流模型,扩散模型扩散模型和和对流扩散模型对流扩散模型。
按水质组分的。
按水质组分的转化特性可分为转化特性可分为纯迁移模型纯迁移模型,纯反应模型纯反应模型和和迁移反应模型迁移反应模型等。
等。
00水质模型水质模型水质模型水质模型1.2水质模型的发展及建立步骤水质模型的发展及建立步骤一、水质模型的发展过程一、水质模型的发展过程第一阶段第一阶段(1925-1965年年):
开发了比较简单的生:
开发了比较简单的生物化学需氧量物化学需氧量(BOD)和溶解氧和溶解氧(DO)的双线性系的双线性系统模型,对河流和河口的水质问题采用了一统模型,对河流和河口的水质问题采用了一维计算方法进行模拟。
维计算方法进行模拟。
第二阶段第二阶段(1965-1970年年):
研究发展:
研究发展BODDO模型的多维参数估值,将水质模型扩展为六模型的多维参数估值,将水质模型扩展为六个线性系统模型。
发展河流、河口、湖泊及个线性系统模型。
发展河流、河口、湖泊及海湾的水质模拟,方法从一维发展到二维。
海湾的水质模拟,方法从一维发展到二维。
00水质模型水质模型水质模型水质模型第三阶段第三阶段(19701975年年):
研究发展了相互作:
研究发展了相互作用的非线性系统水质模型,涉及到营养物质用的非线性系统水质模型,涉及到营养物质磷、氮的循环系统,浮游植物和浮游动物系磷、氮的循环系统,浮游植物和浮游动物系统,以及生物生长率同这些营养物质、阳光、统,以及生物生长率同这些营养物质、阳光、温度的关系,浮游植物与浮游动物生长率之温度的关系,浮游植物与浮游动物生长率之间的关系。
其相互关系都是非线性的,一般间的关系。
其相互关系都是非线性的,一般只能用数值法求解,空间上用一维及二维方只能用数值法求解,空间上用一维及二维方法进行模拟。
法进行模拟。
00水质模型水质模型水质模型水质模型第第四四阶阶段段(1975年年以以后后):
发发展展了了多多种种相相互互作作用用系系统统,涉涉及及到到与与有有毒毒物物质质的的相相互互作作用用。
空空间间尺尺度度发发展展到到了了三三维维。
目目前前对对环环境境的的污污染染问问题题的的研研究究,已已发发展展到到将将地地面面水水、地地下下水水的的水水质质水水量量与与大大气气污污染染相相互互结结合合,建建立立综综合合模模型型的的研研究究阶阶段段。
同同时时,由由于于水水环环境境问问题题的的复复杂杂性性和和不不确确定定性性,在在水水质质预预测测中中,已已经经开开始始水水质质的的非非确确定定性性模模拟拟与与预预测测,为为水水质质控控制制与与规规划划,提供更为丰富的信息。
提供更为丰富的信息。
00水质模型水质模型水质模型水质模型2022/10/24122022/10/2413常用的河流水质模型常用的河流水质模型河流水质模型简介河流水质模型简介河流的混合稀释模型河流的混合稀释模型河流水质零维模型河流水质零维模型河流水质一维模型河流水质一维模型河流水质二维模型河流水质二维模型S-PS-P模型模型重点重点难点难点.重点重点了解了解了解了解水质模型是一个用于描述物质在水中混合、迁移等变水质模型是一个用于描述物质在水中混合、迁移等变化过程的数学方程,即描述水体中污染物与时间、空化过程的数学方程,即描述水体中污染物与时间、空间的定量关系。
间的定量关系。
水质模型的分类:
1、按水域类按水域类型:
型:
河流、河口、河网、湖泊河流、河口、河网、湖泊2、按水质组分:
按水质组分:
单一组分、耦合组分(单一组分、耦合组分(BOD-DO模型)、模型)、多重组分(比较复杂,如综合水生态模型)多重组分(比较复杂,如综合水生态模型)3、按水力学和排放条件:
按水力学和排放条件:
稳态模型、非稳态模型稳态模型、非稳态模型水质模型分类水质模型分类2022/10/2415水质模型按水质模型按空间维数分类空间维数分类零维水质模型一维水质模型二维水质模型三维水质模型2022/10/2416水质模型维数的选择水质模型维数的选择零维:
零维:
3个方向都不考虑个方向都不考虑一维:
仅考虑纵向一维:
仅考虑纵向二维:
考虑纵向、横向二维:
考虑纵向、横向三维:
三维:
3个方向都考虑个方向都考虑2022/10/2417均匀混合段均匀混合段混合段混合段背景段背景段污水注入点污水注入点完全混合点完全混合点L混合段总长度混合段总长度均匀混合段均匀混合段背景段背景段污水注入点污水注入点瞬间完全混合瞬间完全混合既是污水注入点,也是完全混合点既是污水注入点,也是完全混合点混合段混合段背景段背景段污水注入点污水注入点没有完全混合点没有完全混合点L混合段总长度混合段总长度2022/10/2418河流的混合稀释模型河流的混合稀释模型在最早出现的水质完全混合断面,有:
在最早出现的水质完全混合断面,有:
式中:
QQhh河水流量,河水流量,mm33/s/s;
CChh河水背景断的污染物浓度,河水背景断的污染物浓度,mg/Lmg/L;
CCPP废水中污染物的浓度,废水中污染物的浓度,mg/Lmg/L;
QQPP废水的流量,废水的流量,mm33/s/s;
CC完全混合的水质浓度,完全混合的水质浓度,mg/Lmg/L。
2022/10/2419完全混合模型适用条件完全混合模型适用条件稳态:
河流;
排污稳态:
排污下游某点废水和河水在整个断面上达到了均下游某点废水和河水在整个断面上达到了均匀混合匀混合持久性的污染物持久性的污染物该河流无支流和其他排污口进入该河流无支流和其他排污口进入2022/10/2420例题例题1:
完全混合模型:
完全混合模型计划在河边建一座工厂,该厂将以计划在河边建一座工厂,该厂将以2.832.83mm33/s/s的流量排放的流量排放废水,废水中总溶解固体(总可滤残渣和总不可滤残废水,废水中总溶解固体(总可滤残渣和总不可滤残渣)浓度为渣)浓度为13001300mg/Lmg/L,该河流平均流速为该河流平均流速为0.40.457m/57m/ss,平均河宽为平均河宽为13.713.72m2m,平均水深为平均水深为0.610.61mm,总溶解固体浓总溶解固体浓度为度为310mg/L310mg/L,如果该工厂的废水排入河中能与河水迅如果该工厂的废水排入河中能与河水迅速混合速混合,那么总溶解固体的浓度是否超标(设标准为,那么总溶解固体的浓度是否超标(设标准为500mg/L500mg/L)?
)?
答案:
731mg/L,超标0.46倍2022/10/
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- 第三 水质 模型 分析