环境质量基本模型ppt课件.pptx

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1、零维模型一维模型二维模型三维模型污染物的运动特征1模型的推导与求解2模型的应用3污染物的运动特征1环境介质：在环境中能够传递物质和能量的物质水、空气、土壤是最基本的环境介质水和空气都是流体，污染物在其中的运动具有相似的特征污染物在介质中运动的基本形式随着介质的迁移运动污染物在介质中的分散运动污染物的衰减与转化环境介质1指污染物在气流或水流作用下产生的空间位置上的转移单纯的推流作用不能降低污染物的质量和浓度推流作用下，单位时间内通过单位面积的推流迁移通量为：fx=uxC,fy=uyC,fz=uzCfx,fy,fz

2、分别为x,y,z三个方向上的污染物推流迁移通量ux,uy,uz分别为x,y,z三个方向上环境介质的流量分量C表示污染物在环境介质中的浓度推流迁移Advection1假定污染物质点的动力学特性与介质质点完全一致对于多数溶解性污染物都可以满足污染物在环境介质中的分散作用包括分子扩散moleculardiffusion湍流扩散turbulentdiffusion弥散dispersion分散运动Diffusion1由分子随机运动引起的质点的分散现象服从Fick第一定律，即分子扩散的质量通量与扩散物质的浓度梯度成正比等式

3、右边的负号表示污染物质点的运动指向浓度梯度的负方向(由浓度高的地方向浓度低的地方扩散)分子扩散系数Em在各个方向上相同，表示分子扩散是各向同性的河流中分子扩散系数一般为10-5~10-4m2/s分子扩散分散运动1是湍流流场中质点的各种状态（流速、压力、浓度等）的瞬时值相对于其时间平均值的随机脉动而导致的分散现象湍流扩散分散运动1是湍流流场中质点的各种状态（流速、压力、浓度等）的瞬时值相对于其时间平均值的随机脉动而导致的分散现象可以看成是对流速/浓度取时间平均值后所形成的误差的一种补偿使用Fick第一定律进行描述

4、等式右边的负号表示湍流扩散的方向是污染物浓度梯度的负方向湍流扩散系数ExEyEz在各个方向上不相同，表示湍流扩散是各向异性的湍流扩散分散运动1时间平均浓度由于横断面上实际的状态（如流速）分布不均匀与实际计算中采用断面平均状态（如流速）之间的差别引起的分散现象弥补由于采用状态的空间平均值所形成的计算误差使用Fick第一定律进行描述等式右边的负号表示弥散的方向是污染物浓度梯度的负方向弥散系数DxDyDz在各个方向上不相同，表示弥散也是各向异性的弥散分散运动1时间平均浓度的空间平均值在实际计算中，都采用时间平均值的空

5、间平均值，为了修正这一简化带来的误差，引入了湍流扩散项和弥散扩散项，分子扩散项在任何时候都存在分散运动Diffusion1分散运动Diffusion1弥散项的影响最大，分子扩散则往往可以忽略。守恒物质可以长时间在环境中存在随着介质的运动和分散作用，它们的位置和浓度会不断改变但是，守恒物质在介质中的总量不会改变，所以可以在环境中积累非守恒物质在环境中能够降解有两种降解方式，一种是由污染物自身的运动变化规律决定的，例如放射性物质的衰减；另一种是在环境因素的作用下，由于化学或生物反应而不断衰减，例如有机物的生物化学氧

6、化过程细菌转化作用（BacterialConversions），是地表水和多数地下水环境中最重要的反应过程：将含碳有机物转化为二氧化碳和水；含氮物质的转化，基本上是从氨氮到硝酸盐；有毒有机物有时也会被转化衰减与转化1很多试验和观测数据表明，污染物在环境中的降解过程基本符合一级反应（firstorder）动力学规律微分形式积分形式k称为降解速度常数、衰减速度常数，单位d-1衰减与转化1污染物的运动特征1模型的推导与求解2环境质量基本模型：反映污染物质在环境介质中运动的基本规律的数学模型模型表征了污染物在介质中运动

7、的基本规律随着介质的迁移运动污染物在介质中的分散运动污染物的衰减与转化基本假设污染物能够与环境介质相互融合，污染物质点与介质质点具有相同的流体力学特征，可以将污染物质点当做介质质点进行研究环境质量基本模型2推导环境质量基本模型的理论基础——质量守恒推导环境质量基本模型的基本单元——流体微元环境质量基本模型2源Source汇Sink累积Accumulation任意时刻“累积=源-汇”推导环境质量基本模型的理论基础——质量守恒推导环境质量基本模型的基本单元——流体微元环境质量基本模型的求解环境质量基本模型2推导环境

8、质量基本模型的理论基础——质量守恒推导环境质量基本模型的基本单元——流体微元环境质量基本模型的求解解析解：C=f(x,y,z,t)，可以表述为数学公式稳态解、非稳态解数值解有限差分法有限单元法环境质量基本模型2特殊的情景/条件普适的情景/条件微元中反应的量微元的源和汇流出微元的量流入微元的量微元中的累积量在研究空间范围内不产生环境质量差异的模型空间范围内类似于一个连续流完全混合的反应器