《水质模型》PPT课件.ppt

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1、第一节污染物扩散规律第二节水质数学模型第三节水质预测αΑalpha[’ælfa]阿拉法βΒbeta[’bi:tə/’beitə]北塔γΓgamma[’gæmə]咖吗δΔdelta[’deltə]德儿塔εΕepsilon[ep’sailən]易普塞龙ζΖzeta[’zi:tə]贼塔ηΗeta[’i:tə/’eitə]姨塔θΘtheta[’θitə]习塔ιΙiota[ai’outə]哎欧塔κΚkappa[’kæpə]卡怕λΛlamda[’læmdə]兰姆达μΜmu[mju:]缪νΝnu[nju:]拗ξΞxi[ksai/gza

2、i/zai]克晒οΟomicron[ou’maikrən]欧麦克轮πΠpi[pai]派ρΡrho[rou]柔σΣsigma[’sigmə]西格玛τΤtau[tau]套υΥupsilon[’ju:psilon]优普西龙φΦphi[fai]费χΧchi[kai]开ψΨpsi[psi:]普赛ωΩomega[’oumigə/ou’mi:gə]欧米嘎第一节污染物扩散规律静水环境中的分子扩散规律动态水环境中的移流扩散规律扩散方程的解析静止的水体中存在分子的不规则运动，从而使在水中的微粒也作不规则的运动，这个现象早已在1826年为布朗

3、的著名实验证实。除了在静水中，分子扩散是使污染物质发生扩散的唯一原因外，它还存在于一切流动的水体中。一、静水环境中的分子扩散规律费克（Fick）扩散（分子扩散）：由于水的分子运动而使水中的污染物质发生扩散费克第一定律：1855年德国生理学家费克（Fick）提出静水中的污染物由于分子扩散作用，在单位时间内按一定方向通过一定面积的污染物质量与该方向的浓度梯度成正比。式中：q是单位时间通过单位面积的污染物质量，也称为质量通量；c—溶质浓度（单位体积流体中的溶质质量D是比例系数，称为分子扩散系数，量纲为[L2T-1]一般约为10

4、-6~10-5cm2·s-1x用等号一维费克扩散示意图对一维扩散，费克定律可表示为：费克第二定律一维设c(x,t)是时刻t位于x点上单位体积的质量。在该体积内保守的污染物质量对时间的变化率为：设在x处的通量为q(x,t)，则在(x+△x)处的通量为:一维输移的控制体：两个具有单位面积的平行面与x轴垂直根据质量守恒定律有：单位时间流入的污染物质量-流出的污染物质=污染物质量对时间的变化率相等，即:Fick定律：二阶线性抛物型偏微分方程费克第二定律式中：溶质浓度随时间的变化率。为溶质在x,y,z方向上的通量三维分子扩散方程式

5、中：Dx，Dy，Dz沿x，y，z方向的分子扩散系数Dx=Dy=Dz时，即在各项同性情况下，三维分子扩散方程某些物质在水中的分子扩散系数（cm2·s-1，水温为20℃）物质扩散系数D物质扩散系数D氧1.80×10-5醋酸0.88×10-5二氧化碳1.50×10-5甲醇1.28×10-5一氧化氮1.51×10-5乙醇1.00×10-5氨1.76×10-5酚0.84×10-5氯1.22×10-5甘汕0.72×10-5氢5.13×10-5尿素1.06×10-5氮1.64×10-5葡萄糖0.60×10-5氯化氢2.64×10-5蔗

6、糖0.45×10-5硫化氢1.80×10-5食盐1.35×10-5硫酸1.73×10-5氢氧化钠1.51×10-5D值由实验确定，D值大，扩散快；反之，扩散慢。污染物的浓度变化主要是由紊动扩散和随流输移引起的初始稀释阶段主要发生在污染源附近区域，沿水深的垂向浓度逐渐均匀化一维纵向离散阶段横断面浓度均匀混合以后的下游均匀移流扩散阶段污染扩散阶段污染物在过水断面上，由于存在浓度梯度，污染由垂向均匀化向过水断面均匀化发展二、动水环境中的移流扩散规律移流扩散：由于时均流速使污染物质发生输移的现象紊动扩散：由于脉动流速使污染物质发

7、生输移对层流:u′、v′、w′为零x，uy，vz，w设流体质点具有瞬时流速矢量在x、y、z直角坐标上的分量分别为u、v、w：图直角坐标系下的瞬时流速分量一、移流扩散方程1.一维随流扩散方程设v=w=0，只有u分量（沿x轴）Fick定律：污染物随流输移的通量：在随流作用和分子扩散作用下，单位时间内通过直角坐标系yz平面上单位面积的示踪物质质量：xqfqs图随流和分子扩散示意图质量守恒式：根据不可压缩流体的一维连续性方程一维随流扩散方程为了求得在一定的初始条件和边界条件下该方程的解析解,一般都补充假定¶u/¶t=0，亦即认为

8、u也不随t而变。一维输移的控制体示意对三维情形，用直角坐标表示随流扩散方程与分子扩散方程不同点是多了一些随流项，共同点是两者都是质量守恒定律在扩散问题中的体现。随流输移项，表示在三维水环境中污染物浓度的随流输移量紊动扩散项，表示在三维水环境中污染物浓度的紊动扩散量脉动性：各种流动参量如流速、压力等的值呈现强烈的脉动现