河流湖泊水库湿地水环境容量计算模型_精品文档.doc
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水环境容量计算模型
1)河流水环境容量模型
水环境容量是在水资源利用水域内,在给定的水质目标、设计流量和水质条件的情况下,水体所能容纳污染物的最大数量。
按照污染物降解机理,水环境容量可划分为稀释容量和自净容量两部分,即:
稀释容量是指在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时,依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量。
自净容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用,给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。
河段污染物混合概化图如图11.4-1。
根据水环境容量定义,可以给出该河段水环境容量的计算公式:
图11.4-1完全混合型河段概化图
即:
考虑量纲时,上式整理成:
其中:
当上方河段水质目标要求低于本河段时:
当上方河段水质目标要求高于或等于本河段时:
式中:
—第河段水环境容量(kg/d);
—第河段设计流量(m3/s);
—第河段设计水体体积(m3);
—第河段污染物降解系数(d-1);
—第河段所在水功能区水质目标值(mg/L);
—第河段上方河段所在水功能区水质背景值(mg/L),取上游来水浓度。
若所研究水功能区被划分为个河段,则该水功能区的水环境容量是个河段水环境容量的叠加,即:
式中:
—水功能区水环境容量(t/a);
其他符合意义和量纲同上。
2)湖泊、水库水环境容量计算模型
有机物COD、氨氮的水环境容量模型:
在目前国内外的研究中,多采用完全均匀混合箱体水质模型来预测水库水体长期的动态变化,即将水库视为一个完全混合反应器时,有机物的容量计算模型可以用水体质量平衡基本方程计算。
水库中有机物容量模型如下:
假设条件:
水量为稳态,出流水质混合均匀。
式中:
——箱体在t时刻的水量,m3;
——箱体水质参数COD、氨氮的变化率;
——t时刻水库的入流水量,m3/a;
——t时刻水库的出流水量,m3/a;
——t时刻水库的COD、氨氮入流浓度值,mg/L;
——t时刻水库的COD、氨氮出流浓度值,mg/L;
——其他未计入的外部源和漏污染量;
——COD、氨氮的综合降解系数。
由此模型推导出的COD、氨氮环境容量的计算公式如下:
转换量纲后公式为:
——水库环境容量,t/a;
——水库功能区目标值,mg/L;
——水库的出流水量,m3/a;
——COD、氨氮的综合降解系数;
——水库死库容,m3。
总氮总磷的水环境容量计算模型
水库中氮和磷等营养盐物质随时间的变化率,是输入、输出和在水库内沉积的该种污染物的量的函数,因此营养盐物质容量计算可采用沃伦威得尔模型(Vollen—welder),即可以用质量平衡方程表示。
总氮总磷的水环境容量模型可采用吉柯奈尔-迪龙(Kirchner-Dillon)水库营养物浓度预测模型,其形式如下:
式中:
C—总氮总磷的浓度(g/m3);
I—总氮总磷的总负荷(g/a);
R—总氮总磷在水库中的滞留系数;
V—水库的容积;(m3);
—冲刷速度常数(a-1);
=Qout/V,式中Qout为水库输出流量。
给定初始条件:
当t=0时,C=Co,可以求得上式的解析解:
假设水库的入流、出流与污染物的输入处于稳定状态,当,可得上式的平衡浓度Cp:
式中Cp—总氮总磷的平衡浓度(mg/L)。
用总氮总磷的水环境质量标准来衡量。
滞留系数R可以根据流入和流出支流的流量和营养物浓度近似计算:
式中Qi、Qout—水库输入和输出流量(m3/a);
Pi、Pout—水库输入和输出总氮总磷浓度(g/m);
Wi、Wout—水库输入和输出总氮总磷量(g/a)。
3)人工湿地水环境容量计算模型
湿地水环境容量计算模式如下:
(出水达标情况下)
W净化=86.4Q净化C进
式中:
-人工湿地工程净化量,kg/d;
-人工湿地工程净化的废水量,m3/s;
-排入人工湿地工程的污染物浓度,mg/L。
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