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第三章 河流水质模型PPT课件

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水质模型精品PPT课件

水质模型精品PPT课件

C
C0
exp[
u 2D
(1
m)
x]
m 1 4k1D 86400u 2
2021/1/23
• 式中：C－下游某一点的污染物浓度， mg/L ； C0－完全混合断面的污染物浓度， mg/L； u－河水的流速，m/s； D－x方向上的扩散系数， m2/s ； k1－污染物降解的速率常数（1/d）； x－下游某一点到排放点的距离，m。
当河段长度大 于L，可采用0 维或一维模型
u－河流断面平均流速； H－平均水深； g－重力加速度， 9.81 m/s2 ； I－河流坡度。
2021/1/23
18
例题
某河流预测河段平均宽度50.0米，平均水深＝1.2 米，河底坡度0.90/00，平均流速0.1m/S，排放口 到岸边距离0米，混合过程段长度是多少米？
L＝
(0.4 50 0.6 0) 50 0.1
2463（米）
(0.0581.2 0.0065 50) 9.81.2 0.0009
2021/1/23
19
河流的一维模型
可根据河流水流特点分两种情况，即不 考虑弥散作用和考虑弥散作用。
2021/1/23
20
河流的一维模型 [考虑弥散的一维稳态模型]
2、一维模型
适用于符合一维动力学降解规律 的一般污染物，如氰、酚、有机毒 物、重金属、BOD、COD等单项 指标的污染物。
2021/1/23
14
一维模型适用条件
一维模型适用的假设条件是横向和 垂直方向混合相当快，认为断面中的 污染物的浓度是均匀的。或者是根据 水质管理的精确度要求允许不考虑混 合过程而假设在排污口断面瞬时完成 充分混合。
2021/1/23

3 河流水质模型

3 河流水质模型

c t
0
，因此得到
数学模型
2 c c ux Kc 0 D x 2 x x c x x c0 0 c x 0
运用数学物理方程的求解方法，可以求得其解析解：
污染源
u x
Dx
K
x 0 c c0
0
x
图2.1 河流中一维扩散示例图
由式（2.27）和（2.28）可得到断面任一点浓度与断面 平均浓度的比值：
c c 1 4 {exp( y
2 2
4 B
) exp[
(B y) 4 B
2
2
] exp[
(B y) 4 B
2
2
]} ( 2 . 29 )
式中 :

Dxx uxB
2
根据定义，当污染物达到岸边时，c
t0 c max
1
c max
2
t1
t2
x m 2 x
c max
n
tn
x0
x1
xm
x m 2 x
xn
x
图2.６扩散过程态图
例题1：一项扩建工程向河流排放废水，废水量
为 Q2=0.15m3/s ，主要污染物苯酚浓度为30 ug/L ， 河流量 Q1=5.5 m3/s，流速0.3m/s，纵向弥散系数为 Dx=10m2/s 。苯酚在原河流中监测浓度为 0.5 ug/L， 它的降解系数K=0.2d-1（如图）。求：下游10km处苯 酚浓度 ？ 解： (1)计算起始处完全混合后的初始浓度
0 . 0137
x 0 . 0137 u x B Dy
2
c
0 . 05
可以求出

第三章水质模型

第三章水质模型

水质模型
1.1 水质模型的主要问题和分类
一、 问题 (1)为了避免一条河流产生厌氧而使水质保持 在给定的条件，应当在何处建立污水处理厂? 多大规模、什么样的处理效率才能保证溶解 氧浓度不低于水质标准? (2)为了合理地利用某一区域的水资源，该区 域应当发展何种工业以及多大规模的工业才 能使该地区的水资源得以充分利用并保证水 资源不至于受污染。
C0 1 k1x
Q
u
2019/11/25
25
例题2：河流的零维模型
• 有一条比较浅而窄的河流，有一段长1km的河段，稳 定排放含酚废水1.0m3/s;含酚浓度为200mg/L，上游 河水流量为9m3/s，河水含酚浓度为0，河流的平均流 速为40km/d，酚的衰减速率常数k＝2 1/d，求河段出 口处的河水含酚浓度为多少？
• 水质模型的分类：
1、按水域类型：河流、河口、河网、湖泊 2、按水质组分：单一组分、耦合组分（BOD-DO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：稳态模型、非稳态模型
水质模型按 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
2019/11/25
0
水质模型
(4)按水质组分是否作为随机变量，可分为随 机模型和确定性模型。
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，可分为对流模型， 扩散模型和对流－扩散模型。按水质组分的 转化特性可分为纯迁移模型，纯反应模型和 迁移－反应模型等。
0
水质模型
1.2 水质模型的发展及建立步骤
一、水质模型的发展过程 第一阶段(1925-1965年)：开发了比较简单的 生物化学需氧量(BOD)和溶解氧(DO)的双线 性系统模型，对河流和河口的水质问题采用 了一维计算方法进行模拟。 第二阶段(1965-1970年)：研究发展BOD—DO 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 海湾的水质模拟，方法从一维发展到二维。

第三章 第四节_水质模型

第三章 第四节_水质模型

式中：Ki----第i过程的速率常数 Ei----对于第i过程在动力学上起重要作用的环境参数（如水体pH，光强， 细菌总数等） c----化合物的浓度。
19Βιβλιοθήκη 2. 吸着作用的影响除了转化和挥发会使有机物消失外，在颗粒物上的吸着也能降低有机物在水 中的浓度。
c S (颗粒物) KP cW （水）
RT c Ki KT c
假设: 有机毒物输入水体的速率为 RI, 有机毒物在水环境中消失的速率为 RL 当 RI = RL 时，有机毒物就达到稳态浓度 其中 RI = RL = RT (水解、光解、生物降解、挥发消失总速率) + RD (稀释） + RO（输出）
21
本章作业
P260 5，7
22
描述环境污染物在水中的运动和迁移转化规律，为水 资源保护服务。它可用于实现水质模拟和评价，进行水质 预报和预测，制订污染物排放标准和水质规划以及进行水 域的水质管理等，是实现水污染控制的有力工具。
2
水质模型的类型
1、从空间维数上分 零维、一维、二维和三维模型 2、是否含有时间变量（上游来水和排污随时间的变化情况） 可分为动态和稳态模型 3、从模型的数学特征 随机性、确定性模型和线性、非线性模型 4、从描述的水体、对象、现象、物质迁移和反应动力学性质可分为

RT Ri c(Ki Ei )
如果环境中有机物浓度很低，不对环境产生影响，那么环境参数在一定环境 地区和时间内保持不变，这样 Ki(Ei) 就可以用准一级反应速率常数来表示，则：
RT c Ki KT c
t1
2
ln 2 KT
其中： KT Ki = Kvm (挥发) Kb (生物降解) KP (光降解) Kh (水解)

第三节河流水质模型-PPT

第三节河流水质模型-PPT
放口处得纵向坐标x＝0、
S-P模型—描述河流水质得第一个模型,由斯特里特(H • Streeter) 与菲而普斯(E • Phelps)在1925年建立。
基本假设:河流中得BOD得衰减与溶解氧得复氧都就是一级反应,反 应速度为常数;河流中得耗氧就是由BOD衰减引起得,而河流中 得溶解氧来源则就是大气复氧。
S-P氧垂公式
O= Os-D = Os-
Kd L0 Ka - Kd
[e-Kd t - e-Ka t] - D0 e-Ka t
污水排放点 河流BOD＝L0
饱和溶解氧浓度Cs
O—河流中得溶解氧值
溶解氧
D0 Dc
氧垂曲线
Os —饱与溶解氧值
DO
L0－河流起始点得BOD值
D0－河流起始点得氧亏值
Dc－临界点得氧亏值
KL = C
uxn Hm
饱与溶解氧浓度Cs就是温度、盐度与大气压力得函数。在
760mmHg压力下,淡水中得饱与溶解氧浓度为
T为0c
468 Cs =
31.6 + T
四、光合作用
水生植物得光合作用就是河流溶解氧得另一个重要来源。
欧康奈尔假定光合作用得速度随着光照强度得变化而变 化。中午光照强度最大时,产氧速度最快,夜晚没有光照时,产 氧速度化
水质模型得解析解就是在均匀与稳定得水流条件 下取得得,划分断面得原则:
a)河流断面形状发生剧烈变化处 b)支流或污水得输入处 c) 河流取水口处 d)其她需要设立断面得地方
二、多河段BOD模型及DO模型得建立
1、 BOD模型 河流水质得特点之一就是上游每一个排放口排放得
Kc＝ Kd + Ks
3、 1966年, K·Bosko研究了河流中生化作用得BOD衰减速度 常数Kd与实验室得数值Kc之间得关系:

《水质模型》课件

《水质模型》课件

确保数据质量
实际监测的水质数据质量直接影 响验证与评估的结果，因此要确 保数据的准确性和可靠性。
多种方法综合评估
单一的验证与评估方法可能存在 局限性，应采用多种方法进行综 合评估。
误差的可接受范围
应根据实际情况确定误差的可接 受范围，判断模型是否满足实际 应用的需求。
PART 06
水质模型的应用案例
总结词
预测不同水文条件下的水质变化
详细描述
通过建立水质模型，可以预测在不同水文条件下的水质变 化，为水资源管理和调度提供决策依据，确保供水安全。
水质模型在湖泊中的应用案例
总结词
模拟湖泊中污染物的分布、迁移和归宿
详细描述
水质模型在湖泊中的应用主要集中在模拟湖泊中污染物的 分布、迁移和归宿，探究不同污染物在湖泊中的扩散、转 化和归宿规律，为湖泊污染治理提供科学依据。
总结词
模拟地下水与地表水的相互关系
详细描述
地下水与地表水之间存在密切的相互关系，水质模型可以 模拟地下水与地表水的相互关系，探究不同因素之间的相 互作用和影响机制，为水资源管理和保护提供决策支持。
建立水质模型的常用软件和工具
MATLAB
01
一款功能强大的数学计算软件，可用于水质模型的建立、模拟
和数据分析。
MIKE
02
一款专业的水质模拟软件，具有强大的三维模拟功能和可视化
界面。
HYDSIM
03
一款针对河流、湖泊等水体的水质模拟软件，适用于一维和二
维模型的建立。
PART 04
水质模型的参数估计
水质模型在地下水中的应用案例
总结词
预测地下水中污染物的扩散和迁移
详细描述
地下水是重要的水资源之一，水质模型在地下水中的应用 主要集中在预测地下水中污染物的扩散和迁移，评估地下 水水质状况和变化趋势，为地下水保护提供科学依据。

河流水质模型PPT课件


x1 x1
C 0 Q q —河段起始端旁侧入流(支流或排污口)的i流1 量； x1
Q—上i 游1 来水的污染物浓度；
q—x 旁1侧入流的污染物浓度。
均匀混合模型适用于均匀河段，要求 足够小，否则会造成较大误差。
C i 1
C x1
x
第10页/共74页
李光炽
水质模型
5.3 一维BOD-DO水质模型
第27页/共74页
李光炽
水质模型
5.4 一维河流水质模拟
对于一条实际河流应用水质模型进行水质模拟和水质预测时，首先应对河流水量水 质的基本数据和资料进行如下分析和整理。 (1)河流的径流量。河流的径流量对稀释作用和自净能力有重要影响。天然河流的 径流量一般变化幅度较大，而污水流量变化幅度小，因而在河道的枯水季节，河流 的水质状况较差。
第4页/共74页
李光炽
水质模型
5.2 均匀混合水质模型(零维水质模型)
均匀混合水质模型是把一个水体，如一个河段，看作是一个均匀混合的反应器。假 定入流进入反应器后立即均匀分散，各水团完全均匀混合。其质量平衡方程为
V
C t
QC0
QC
S
r(C)V
式中 V — 反应器内水的体积；Q — 反应器入
流及出流流量；C0、C － 入流及反应器内污染物浓 度；r(C) － 反应器内过程的反应速率，与C有关；
F2 exp[ K 2 x / ux ]
第23页/共74页
李光炽
水质模型
上述式称Dobbins-Camp修正式。如果R＝O，P=O，则成为Thomas修正式；如果只 R=0，P=O，K3=O，则成为Streeter-Phelps基本模型。 同样可求解溶解氧的临界 距离xc：

流域水质模型与模拟课件第三章


模型形式
u
dL dx
Ks
d2L dx2
K1L
u
dC dx
Ks
d 2C dx2
K1L
K2 Cs
C
L( x) |x0 L0 , L() 0 C ( x) |x0 C0 , C ( ) Cs
（1）考虑弥散作用，解析解为
L
L0e 1x
C
Cs
(Cs
1
u 2E
1
C0 )e2x
（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
CCPQp CE QE Qp QE
第三章 河流水质模型
一维水质模型
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
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 .3m 76 g/L
多宾斯—康布（Dobbins-Camp）模型
模型形式
u
dL dx
(K1
K 3)L
R
u
dC dx
K1L
K 2 (Cs C ) P
L x0 L0
C
x0 C0
解析解
LL0F1K1 RK3(1F1) CCs(CsC0)F2K1K K3 1K2L0K1 RK3(F1F2)K P2K2(K K11R K3)(1F2)

【2019年整理】第三节河流水质模型3


注： 直道中，主要动力为横向弥散作用; 弯道中，横向环流大大加速了横向扩散
竖向混合：三维混合问题 横向混合：二维混合问题 完成两种混合后混合问题位移为混合问题 保守物质将一直保持断面浓度； 非保守性物质由于生物化学等作用产生浓度变化， 但在整个断面分布始终是均匀的。
二、生物化学分解
1. 河流中的有机物经过生物降解所产生的浓度变化，可 由一级反应式表示： L=L0 e
-Kc*t
L－t时刻有机物的剩余生物化学需氧量
L －初始时刻有机物的总生物化学需氧量 0 Kc —含碳有机物的降解速度常数，为温度的函数
实验室测定Kc值：通过实验室中测定生化需氧量（BOD）和时间的关系
2. 1961年，托马斯（H· Thomas）提出了河流中BOD衰减的 另一个原因—沉淀，如果反映生化作用和沉淀作用的BOD衰减 速度常数分别为Kd和Ks，则 Kc＝ Kd + Ks
2. DO模型
3.4 其他河流水质模型
一.综合水质模型
BOD和DO只反映河流中最简单的水质关系。为了较详尽的描 述河流的水质状态，需要引进更多的变量。综合水质模型就是 在BOD－DO耦合模型的基础上发展起来的多组分水质模型。 QUAL-II模型是美国EPA1973年组织开发的，可以描述河流 的动态和稳态特征。
Dc=
Kd L0 e-Kd tc Ka
S-P模型的修正型 – 卡普修正式 上游来量及旁侧入流叠加 – 托马斯修正式 考虑泥沙、悬浮固体对有机物的吸附沉降，化学 絮凝沉降及水流冲刷再悬浮。 – 托曼修正式 考虑断面流速和浓度分布不均匀而引起的剪切 流纵向分散。 – 杜宾斯修正式 考虑底泥释放或沿程地表径流加入的BOD浓度 – 沃康纳修正式 认为BOD5不能反映有机污染物BOD的总量

河流水模型

3
Qi a Q Qi aQ n q q
混合过程段的混合系数a 是河 流沿程距离 x 的函数，
2.3 aQ q Ln lg ( 1 a ) q
1 exp(b) a( x) 1 (Q / q) exp(b)
3 守恒污染物在均匀流场中的扩散模型
[例1] 一个改扩建工程拟向河流排放废水，废水 量q＝0.15m3／s，苯酚浓度为30μg／L，河流流 量Q＝5.5m3／s，流速u＝0.3m／s，苯酚背景浓 度为 0.5 μg ／L，苯酚的降解（衰减）系数K＝ 0.2d-1，纵向分散系数Ex＝10m2/s，横向剪切分 散系数Ey＝1 m2/s，河道宽100m。求排放点下 游10km处的苯酚浓度。
污染物质在河流中的扩散 污染物质在河流中的迁移总起来可分为两类，即推流和扩 散。推流也称平流、随流输移。推流是指污染物质随水质点的 流动一起移到新的位置。扩散可分为分子扩散、湍流扩散、剪 切分散（弥散）和对流扩散。 1．分子扩散 分子扩散是指物质分子的随机运动（即布朗运动）而引起 的物质迁移或分散现象。当水体中污染物质浓度分布不均匀时， 污染物质将会从浓度高的地方向浓度低的地方移动。分子扩散 过程服从费克第一定律。即以扩散方式通过单位截面积的质量 流量与扩散物质的浓度梯度成正比。 分子扩散系数一般很小。分子扩散引起的物质迁移与其它 因素引起物质迁移相比，分子扩散在水环境影响评价中往往被 忽略。
2Q
完成横向均匀混合的距离
断面上河对岸浓度达到同一断面最 大浓度的5％，定义为污染物到达对岸。 这一距离称为污染物到达对岸的纵向 距离，
0.0675 uB Lb Dy
2
若断面上最大浓度与最小浓度之差不超过5％，认为达到均匀混合。 完成横向均匀混合的断面的距离称为完全混合距离。
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5
二、生物化学分解
1. 河流中的有机物经过生物降解所产生的浓度变化，可 由一级反应式表示：
L=L0 e -Kc*t
L－t时刻有机物的剩余生物化学需氧量 L －初始时刻有机物的总生物化学需氧量
0 Kc —含碳有机物的降解速度常数，为温度的函数
实验室测定Kc值：通过实验室中测定生化需氧量（BOD）和时间的关系
五、藻类的呼吸作用
藻类的呼吸作用要消耗河水中的溶解氧，通常把藻类呼 吸耗氧速度看作是常数.
六、底栖动物和沉淀物的耗氧
底泥耗氧的主要原因是由于底泥中的耗氧物返回到水中 和底泥顶层耗氧物质的氧化分解.
10
3.2 单一河段水质模型
定义：在所研究的河段内只有一个排放口时称该河段为单一河段 坐标：在研究单一河段时，一般把排放口置于河段的起点，即定
解
Dc
氧
DO
氧垂曲线 复氧曲线 耗氧曲线
tc—由起始点到临界点的流经时间
tc 溶解氧氧垂曲线
时间t
12
临界点氧亏值:
dD 0 dt
Dc=
Kd L0 Ka
e-Kd tc
13
S-P模型的修正型 – 卡普修正式 上游来量及旁侧入流叠加 – 托马斯修正式 考虑泥沙、悬浮固体对有机物的吸附沉降，化学 絮凝沉降及水流冲刷再悬浮。 – 托曼修正式 考虑断面流速和浓度分布不均匀而引起的剪切 流纵向分散。 – 杜宾斯修正式 考虑底泥释放或沿程地表径流加入的BOD浓度 – 沃康纳修正式 认为BOD5不能反映有机污染物BOD的总量
义排放口处的纵向坐标x＝0.
S-P模型—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：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；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。
11
S-P氧垂公式
O= Os-D = Os-
Kd L0 Ka - Kd
[e-Kd t - e-Ka t] - D0 e-Ka t
污水排放点 河流BOD＝L0
饱和溶解氧浓度Cs
O—河流中的溶解氧值 Os —饱和溶解氧值 L0－河流起始点的BOD值 D0－河流起始点的氧亏值 Dc－临界点的氧亏值
溶
D0
dC dt =
KLA V
(Cs - C)
C-河流水中溶解氧的浓度
Cs-河流水中饱和溶解氧的浓度 KL-质量传递系数 A-气体扩散的表面积
V-水的体积
8
欧康奈尔 （ D.O’·Conner ）和多宾斯（W·Dobbins）在
1958年提出根据河流的流速、水深计算大气复氧速度常数
的方法：
KL = C
uxn Hm
饱和溶解氧浓度Cs是温度、盐度和大气压力的函数。在 760mmHg压力下，淡水中的饱和溶解氧浓度为
T为0c
468 Cs =
31.6 + T
9
四、光合作用
水生植物的光合作用是河流溶解氧的另一个重要来源。 欧康奈尔假定光合作用的速度随着光照强度的变化而变 化。中午光照强度最大时，产氧速度最快，夜晚没有光照时， 产氧速度为零。
第三章 河流水质模型
1
1．河流中的基本水质问题 2．单一河段水质模型 3．多河段水质模型 4．其它河流水质模型 5．河口水质模型
2
3.1 河流中的水质问题
一、污染物与河水的混合
污染物排入河流后，从污水排放口 到污染物在河流横断面上达到均匀分布， 通常需经历竖向混合和横向混合两个阶 段。
3
竖向混合——污染物进入河流后，在较短距离内 即达到竖向的均匀分布
ux
H
η为河床活度常数，综合反映河流对有机物生化降解作 用的影响。
4. 稳态河流中BOD的变化规律满足下式：
Lc=L0〔exp（-Kc
x ux
）〕
5. 含氮有机物排入河流后，同样发生生物化学氧化过程：
LN =LN0〔exp（-KN
x ）〕
ux
7
三、大气复氧
水中溶解氧的主要来源是大气。氧气由大气进入 水中的质量传递速度：
14
3.3 多河段水质模型
一、多河段水质模型的概化
水质模型的解析解是在均匀和稳定的水流条件下 取得的，划分断面的原则：
a）河流断面形状发生剧烈变化处 b）支流或污水的输入处 c） 河流取水口处 d）其他需要设立断面的地方
15
提问与解答环节
Questions And Answers
16
谢谢聆听
·学习就是为了达到一定目的而努力去干, 是为一个目标去 战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折
横向混合——污染物达到竖向均匀分布到污染物 在整个断面上达到均匀分布的过程
注： 直道中，主要动力为横向弥散作用; 弯道中，横向环流大大加速了横向扩散
4
竖向混合：三维混合问题 横向混合：二维混合问题 ห้องสมุดไป่ตู้成两种混合后混合问题位移为混合问题
保守物质将一直保持断面浓度； 非保守性物质由于生物化学等作用产生浓度变化， 但在整个断面分布始终是均匀的。
Learning Is To Achieve A Certain Goal And Work Hard, Is A Process To Overcome Various Difficulties For A Goal
17
2. 1961年，托马斯（H·Thomas）提出了河流中BOD衰减 的另一个原因—沉淀，如果反映生化作用和沉淀作用的BOD衰 减速度常数分别为Kd和Ks，则
Kc＝ Kd + Ks
6
3. 1966年， K·Bosko研究了河流中生化作用的BOD衰减速 度常数Kd和实验室的数值Kc之间的关系：
Kd＝ Kc +