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《水环境数学模型在水环境监测断面布设中的应用研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
1、、第七章环境监测新技术新工艺·3291·水环境数学模型在水环境监测断面布设中的应用研究’2’孙强梁德星董林杨剑(l.环境保护部华南环境科学研究所广东广州51065;2.广州市索格利环保咨询有限公司广东广州510130)摘要借助水环境数学模型,根据重点污染源的水污染物排放量及河道的水文状况,模拟关注断面上水污染物浓度的分布情况,运用断面污染物分布均匀度的概念,对监测断面布设的合理性进行判断。关键词数学模型水质监测断面布设、一glj青,地面水环境监测是环境保护工作的一项重要任务断面的合理布设则是地面水监测中的首要工作。因此,水质监测断面
2、位置的选择,特别在城镇污染河段,断面布设是否合理,将直接影响到水质监测成果的代表性。合理的布设监测断面,才能保证监测数据的代表性,才能正确反映水体环境质量、污染物的时空分布及变化规律,为相关部门及课题研究提供可靠的依据。污染物在,、河流水体中随空间和时间的迁移转化是一个物理和化学的过程受到河流水文特征污染物浓度及组成、污染物排放方式等因素的影响。在水质监测特别是自动监测中,采样断面的污染物浓度,、。是否分布均匀是所采水样是否具备可靠性合理性和代表性的关键[1],、在水环境监测采样质量控制与保证措施方面的研究主要是针对样品的贮存和运输
3、分析测、,,试方法分析测试数据的审核及处理等而所采水样能否满足监测采样要求从根本上保证样品、,。,的代表性可靠性和合理性方面的研究尚需进一步深入断面污染物分布均匀度[2]的引入可、。以作为所采水样对采样断面水质状况能否满足其代表性合理性及可靠性的判断依据根据监测,,采样断面要求污染物完全均匀混合的特点本文主要借助水环境数学模型根据重点污染源的水,,污染物排放量及河道的水文状况模拟关注断面上水污染物浓度的分布情况从定量和预测的角,,、、度对监测断面布设的合理性进行研究讨论其对河流的水质交接流域水环境质量管理排污总量控制、水环境监测断面
4、设置等方面的应用具有指导和借鉴意义。二、水环境数学模型选择、、,水环境数学模型是通过求解特定的水流水质微分方程来模拟水流水质的运动分布它是、。,一门与流体动力学数值计算理论及计算技术密切相关的技术I3]与物理模型比较数学模型具有快速、通用性好、修改灵活、不受模型场地限制以及相似定理制约等优点。它从基本的物理方,,,,程入手在一些条件下可以模拟出物理模型不能精确测量和观察到的现象具有丰富的创造性并进而成为一种揭示某些流体运动内在机理的重要研讨手段。,,从水流模型的空间维数来说虽然所有物体在空间上都是三维的但水流模型可以简化为、、。,、
5、零维一维二维和三维的数学模型通常情况下对于宽而浅的河流或河口港湾来说平面,,,二维模型就已经可以获得足够精度的流场了如果不切合实际地使用三维模型不但工作量大,。,具体紊动参数难以确定而且也没有必要[4l所以本文从实际应用出发主要讨论平面二维的数值模拟。(一)控制方程对于一般河流的水流运动可以采用平面二维浅水方程进行描述。其基本方程由水流连续性方J·3292·中国环境科学学会学术年会论文集(2011)程和水流运动方程组成。:水流连续性方程击=0卫卫十塑黔(1)—at粤黔:水流运动方程。uZ+,,,日uauauaz丫.+Zu+爪一:~e
6、sv二,十“二十v万=尸一g育一g点(2)cZz+h)z+dtdx即d无((h)Pv,,,,u,+v,,一。vaaa玉_:丫下甲+u二,+v戈一二一一一一g一v十下一一~,厂一声g育一下下一丫一不尸+‘Jv下(3)dt欲即即c一L之+九)‘(之+九)P:水质模型采用二维对流扩散方程,,+“+,__,一(:。)十(E。)1一+、。(4)鲤坦奥奥与具奥旦卑。dtdx办H一dx一欲dy’办一,,,,式中xy为水平和垂直坐标轴;“V为xy方向的流速分量;t为时间变量;g为垂向加,速度;z为水位基准面到水面的距离;h为水位基准面到水底的距离;
7、H为水深即z+h;p为水,,,体的密度;f为柯氏力系数Zosin切。为地球自转角速度p为纬度);氛;价苟为紊动赫性系数。、。;;;为污染物浓度Ex马为方向上的混合系数K为降解系数so为外源项(二)方程的求解,对水流水质方程采用交错格点显示差分法进行离散求解差分法的基本思想是将求解区域分,,为差分网格用有限个网格结点(或称为离散点)来代替连续的求解区域然后将偏微分方程的,。导数用差商来代替推导出含有离散点上的有限个未知数的差分方程组(即代数方程组)求出代,。数方程组的解将其作为微分方程定解问题的数值近似解它是一种直接将微分问题转化为代
8、数,,。问题的近似解法但是从原则上说这种方法仍然可以达到满意的计算精度因为方程的连续数,。值解可以通过减小独立变量离散取值的间格或者通过离散点上的函数值插值计算来近似得到这种方法是随着计算机的诞生和应用而发展起来的。其计算格式和程序的
