河流水质数学模型专题

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1、河流水质数学模型专题1国内外河流水质模型研究发展简介2污染物在河流中的迁移过程3河流水质模型方程介绍4如何选择河流水质模型1国内外河流水质模型研究简介国外关于水质数学模型的研究发展的比较早，自1925年斯特里特－费尔普（Streeter-Phelps）第一次建立水质模型以来，国际上对水质模型的研究快速发展。而自从上世纪90年代以来，研究的进一步深入，逐渐成熟。国内对水质模拟模型研究工作起步较晚，并且主要在确定性模型方面进行了比较深入的研究和应用。近年来，国内有关单位先后在长江、松花江、图门江、苏州河、浑河抚顺段

2、、小青河洛南段、汾河太原段等江河建立或应用了水质数学模型，取得了大量成果。2.污染物在河流中的迁移过程污染物质进入环境中的流体介质以后，可以进行三个方面的运动：随流体的推流平移运动；本身的分散运动；自身或在环境中其它物质作用下引起的衰减运动。污染物在河流中的迁移是一种物理的、化学的和生物学的联合过程。这些过程既与污染物本身的特性有关，也与外界的许多条件密切联系。（1）一般污染物在河流中的迁移（2）有机物在河流中的衰减变化（3）水体的好氧与复氧过程（1）一般污染物在河流中的迁移就污染物在河流中的物理迁移过程而言，

3、它可以包括：污染物随河水的推移，污染物与河水的混合，与泥沙悬浮颗粒的吸附和解析、沉淀和再悬浮，污染物的传热与蒸发以及底泥中污染物以泥沙为载体的输送等。对于一般污染物的溶解状态或胶体状颗粒来说，它们与河水的混合程度是十分重要的过程。因为废水排入河道后，废水中的污染物在水体中与河水相混的同时，污染物本身得到了分散和稀释，也就是“自净作用”。混合作用主要由河水的推移、湍流扩散或紊流扩散和弥散或离散所决定的。（2）有机物在河流中的衰减变化有机物在河流中迁移的同时发生衰减变化，是一种很有重要意义的过程。有机物的衰减变化根

4、据外部条件的不同，有两种过程：一是在河流溶解氧充足的条件下发生好氧分解;二是在河流溶解氧缺乏的时发生缺氧或厌氧分解。根据有关文献的实验和实际观测的数据证明，污染物在水体中的衰减过程符合一级反应动力学规律：式中：—污染物在水体中浓度的衰减量，[mg/L]；—污染物在水体中的浓度，[mg/L]；—污染物在水体中的反应时间，[s]；—反应速率系数，[s-1]。（3）水体的好氧与复氧过程废水进入水体后，随着污染物在水体中的迁移过程，由于以下几种原因，使河水中的溶解氧被消耗掉：①河水中含碳化合物被氧化而引起好氧。②河水中

5、含氮化合物被氧化而引起好氧。③河床底泥中的有机物在缺氧条件下，发生厌气分解，产生有机酸和甲烷、二氧化碳和氨等还原性气体，当这些物质释放到水体中时，消耗水中的氧。④晚间光合作用停止时，由于水生植物（如藻类）的呼吸作用而好氧。⑤废水中其它还原性物质引起水体的好氧。河水溶解氧供应的来源有：①上游河水或有潮汐河段海水所带来的溶解氧。②排入河水中的废水所带来的溶解氧。③河水流动时，由大气中的氧向水中扩散、溶解。④水体中繁殖的光合自养型水生植物（如藻类），白天通过光合作用放出氧气，溶于水中。3河流水质模型方程介绍①河流水质

6、模拟方法如果将天然河流按流向分成有限段单元（一维），或者按流向和横向分成有限个区域单元（二维），使得在每一个单元内能够基本满足水文、河床等条件的均匀，这样就可以对每一单元内部应用基本模型或常用模型，而对相邻单元之间建立质量平衡方程，这样就可以建立整个体系的反应方程。这种方法称为河流水质模拟方法。河流模拟方法对所有的参数都没有空间均匀性的要求，而只有时间稳定性的要求，即所有水力学参数、污染物降解有关的参数、污染源参数均可以随空间变化，但不随时间变化。在较为成熟的应用中，只考虑稳态的模拟计算，即各种参数都不随时间变

7、化（污染源也要稳定排放），最后计算结果为平衡状态的浓度分布。②常用河流水质数学模型Ⅰ零维水质模型（完全混合模型）零维是一种理想状态，把所研究的水体如一条河或一个水库看成一个完整的体系，当污染物进入这个体系后，立即完全均匀地分散到这个体系中，污染物的浓度不会随时间的变化而变化。河边拟建一工厂，排放含氯化物废水，流量2.83m3/s，含盐量1300mg/L。该河流平均流速0.46m/s，平均河宽13.7m，平均水深0.61m，上游来水含氯化物100mg/L，该厂废水如果排入河中能与河水迅速混合，问河水氯化物是否超标

8、？（设地方标准为200mg/L）。【解】首先列出公式数据：ρh=100mg/L，Qh=0.46×13.7×0.61=3.84m3/Lρp=1300mg/L,Qp=2.83m3/L将这些数据代入公式得609mg/L因此该厂废水如排入河中，则河水氯化物将超标约3倍。Ⅱ一维水质模型某一水团沿水流运动方向移动，同时存在于该水团中的污染物亦随之移动，在运动过程中，污染物由于降解或转化成其它形式而