河流水质数学模型.ppt

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1、河流水质数学模型一、河流概况二、河流水环境容量模型三、河流水质模型四、河流水质数学模型的发展趋势一、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、河流中有机污染物概况1、地表水环境质量标准依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类：Ⅰ类主要适用于源头水、国家自然保护区；Ⅱ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产场、仔稚幼鱼的索饵场等；Ⅲ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；Ⅳ类主

2、要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；Ⅴ类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。对应地表水上述五类水域功能，将地表水环境质量标准基本项目标准值分为五类，不同功能类别分别执行相应类别的标准值。水域功能类别高的标准值严于水域功能类别低的标准值。同一水域兼有多类使用功能的，执行最高功能类别对应的标准值。实现水域功能与达功能类别标准为同一含义。2、2011年十大水系水质类别比例长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河、浙闽片河流、西南诸河和内陆诸河十大水系监测的469个国控断面中Ⅰ~Ⅲ类、Ⅳ~Ⅴ类和劣Ⅴ类水质

3、断面比例分别为61.0%、25.3%和13.7%。主要污染指标为化学需氧量、五日生化需氧量和总磷。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

4、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

5、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

6、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.可概化为零维的河流水环境容量模型2.一维情况下河流水环境容量模型3.二维情况下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(

7、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)。弥散：两种流体接触时，某种物质从含量较高的流体中向含量较低的流体迁移，使两种流体分界面处形成过度混合带，混合带不断发展扩大，趋向于成为均质的混合物质，即为弥散现象。一维模型：对于较长河流，当污染物在横向和垂向的浓度分布不均衡性可以忽略时，可用一维模型来模拟河水的

8、水质和计算水环境容量。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