河流水质模型课件.ppt

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1、第2章河流水质模型华南师范大学化学与环境学院河流水质模型1河流水质模型简介2河流的混合稀释模型3守恒污染物在均匀流场中的扩散模型4非守恒污染物在均匀河流中的水质模型5Streeter-Phelps（S-P）模型1.河流水质模型简介为了选择使用的方便，可以把它们按不同的方法进行分类。按时间特性分类，分动态模型和静态模型。按空间维数分类；分为零维、一维、二维、三维水质模型。当把所考察的水体看成是一个完全混合反应器时，即水体中水质组分的浓度是均匀分布的，描述这种情况的水质模型称为零维的水质模型。描述水质组分的迕

2、移变化在一个方向上是重要的，—另外两个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为一维水质模型。描述水质组分的迁移变化在两个方向上是重要的，在另外的一个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为二维水质模型。描述水质组分，迁移变化在三个方向进行的水质模型称为三维水质模型。按描述水质组分分类，分为单一组分和多组分的水质模型。水体中一组分的迁移转化与另一组分(或几个组分)的迁移转化是相互联系、相互影响的，描述这种情况的水质模型称为多组分的水质模型.2河流的混合稀释模型均匀混合段混合段背景段河水Q(m3/s)，污染物浓度为C

3、1(mg/L)污染物浓度为C2(mg/L)废水流量为q(m3/s)混合系数a，稀释比n定义混合过程段的污染物浓度Ci及混合段总长度L混合过程段的混合系数a是河流沿程距离x的函数，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

4、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。3守恒污染物在均匀流场中的扩散模型2．湍流扩散当河流做湍流运动时，随机的湍流作用引起污染物的扩散，称为湍流扩散。湍流扩散所引起的污染物质量通量与浓度梯度成正比。湍流扩散系数比分子扩散系数大7～8个数量级。3．剪切分散当垂直于流动方向的横断面上流速分布不均匀或者说有流速

5、梯度存在的流动称为剪切流。剪切流离散又称弥散，它是由于横断面上各点的实际流速不等而引起的。剪切流离散同样可以类比分子扩散，其引起的质量通量可用下式表示：式中：Dx——剪切流离散系数，或称弥散系数，m2/s剪切分散系数比湍流扩散系数大3～5个数量级。均匀流场中的扩散方程在均匀流场中的一维扩散方程成为：水深方向(z方向)均匀混合，x方向和y方向存在浓度梯度时，二维扩散方程：Dx——x坐标方向的弥散系数；ux——x方向的流速分量；Dy——y坐标方向的弥散系数；uy——y方向的流速分量。2无限大均匀流场中移流扩散

6、方程的解（6-13）若在无限大均匀流场中，坐标原点设在污染物排放点，污染物浓度的分布呈高斯分布，则方程式的解为。式中Q是连续点源的源强(g/s)，结果C的单位为(g/m3=mg/L)。河宽为B，只计河岸一次反射时的二维静态河流岸边排放连续点源水质模型的解为考虑河岸反射时移流扩散方程的解2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，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

7、混合距离。中心排放情况，岸边排放情况，4非守恒污染物在均匀河流中的水质模型dC/dt=0，1.零维水质模型图6-2由多个零维静态单元河段组成的顺直河流水质模型ΔxΔxΔxC0C3C1C5C4C2C3C1C5C4C22.一维水质模型一维河流静态水质模型基本方程忽略扩散项，沿程的坐标x=ut,dC/dt=-k1C,这是一个二阶线性常微分方程代入初始条件x=0,C=C0方程的解为。5Streeter-Phelps（S-P）模型1．S-P模型基本方程及其解S-P模型的建立基于两项假设：只考虑好氧微生物参加的BOD

8、衰减反应，并认为该反应为一级反应。河流中的耗氧只是BOD衰减反应引起的。BOD的衰减反应速率与河水中溶解氧(DO)的减少速率相同，复氧速率与河水中的亏氧量D成正比。S-P模型的基本方程为：式中:L—河水中的BOD值，mg/L；D—河水中的亏氧值，mg/L,是饱和溶解氧浓度Cs（mg/L）与河水中的实际溶解氧浓度C（mg/L）的差值；k1—河水中BOD衰减(耗氧)速度常数，1/d；k2—河水中的复氧速度常数，1/d；t—河水中的