流域水质模型与模拟课件-第三章.ppt

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1、第三章河流水质模型本章内容河流水质模型概述一维水质模型二维水质模型其他河流水质模型河流水质模型概述第三章河流水质模型河流水质模型定义用数学的语言和方法来描述河流水体污染过程中的物理、化学、生物及生态各方面的内在规律和相互关系，也就是将一个复杂的河流系统转化成一组适当的数学方程进行数学模拟。河流水质变化过程河流水质变化过程河流水质模型分类（按维数）零维一维二维三维零维水质模型第三章河流水质模型定义污染物进入河流水体后，在污染物完全均匀混合断面上，污染物的指标无论是溶解态的、颗粒态的还是总浓度，其值均可按节点平衡原理

2、来推求。对河流，零维模型常见的表现形式为河流稀释模型。适用条件符合下列两个条件之一的环境问题可概化为零维问题：（1）河水流量与污水流量之比大于10~20（2）不需考虑污水进入水体的混合距离解决问题（1）不考虑混合距离的重金属污染物、部分有毒物质等其他保守物质的下游浓度预测与允许纳污量的估算。（2）像有机物降解性物质的降解项可忽略时，可采用零维模型。（3）对于有机物降解性物质，当需要考虑降解时，可采用零维模型分段模拟，但计算精度和实用性较差，最好用一维模型求解。河流稀释混合方程一维水质模型第三章河流水质模型单一河段

3、水质模型单一河段涵义：只有一个排放口时称该河段为单一河段坐标：一般把排放口置于河段的起点，即定义排放口处的纵向坐标x＝0指标：生化需氧量和溶解氧单一河段水质模型——S-P模型S-P模型基本假设描述河流水质的第一个模型，由斯特里特（H.Streeter）和菲而普斯（E.Phelps）在1925年建立。基本假设：（1）河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应，反应速度为常数。（2）河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。（3）BOD的衰减反应速率与河水中溶解氧（DO）的减少速率相同，

4、复氧速率与河水中的亏氧量D成正比。模型形式（1）考虑弥散作用，解析解为（2）忽略河流的弥散作用，则为解析解若用氧亏来描述溶解氧的变化，其解析解为临界距离xc临界溶解氧浓度Cc氧垂曲线溶解氧沿程变化曲线被称为氧垂曲线案例分析——S-P模型向一条河流稳定排放污水，污水排放量Qp=0.2m3/s，BOD5浓度为30mg/L，河流流量Qh=5.8m3/s，河水平均流速v=0.3m/s，BOD5本底浓度为0.5mg/L，BOD5降解的速率常数k1=0.2d-1，纵向弥散系数D=10m2/s，假定下游无支流汇入，也无其他排污

5、口，试求排放点下游5km处的BOD5浓度。解答：污水排入河流后排放口所在河流断面初始浓度可用完全混合模型计算：计算考虑纵向弥散条件下的下游5km处的浓度：计算忽略纵向弥散条件下的下游5km处的浓度：由本例，在稳态情况下，忽略弥散的结果与考虑弥散的结果十分接近。案例分析——氧垂曲线一个均匀河段稳定排放BOD，河水平均流速u=48km/d，水温T=20，始端河水BOD和DO浓度分别为L0=20mg/L，C0=8mg/L，K1=0.50d-1，K2＝1.01d-1。计算临界溶解氧和下游50km处的BOD浓度。解答:饱和

6、溶解氧浓度Cs是温度、盐度和大气压力的函数，在760mmHg压力（常压）下，淡水中的饱和溶解氧浓度可以用下式计算（T为温度）临界溶解氧浓度BOD浓度饱和溶解氧浓度临界溶解氧浓度x=50km处的BOD浓度单一河段水质模型——S-P模型的修正型Ⅰ托马斯（Thomas）修正式考虑泥沙、悬浮固体对有机物的吸附沉降，化学絮凝沉降及水流冲刷再悬浮Ⅱ多宾斯—康布（Dobbins-Camp）修正式托马斯模型的基础上提出了包括底泥的耗氧和光合作用的模型Ⅲ欧康纳尔（O’Connor）修正式在托马斯模型的基础上引进了含氮有机物对水质的

7、影响Ⅳ卡普修正式将上游来量与旁侧入流的浓度值，按相同步长分别计算后叠加，得下断面的浓度值Ⅴ沃康纳修正式沃康纳认为5天BOD不能反映有机污染物BOD的总量，应将BOD分为碳化阶段的BOD（CBOD）和硝化阶段的BOD（NBOD）两部分，溶解氧的减少也是这两部分BOD的耗氧之和托马斯（Thomas）模型模型形式解析解案例分析某河段流量Q=216×104m3/d，流速u=46km/d，水温T=13.6℃，K1=0.94d-1，K2=1.82d-1，K3=0.17d-1。河段始端排放废水Q=10×104m3/d，BOD5

8、为500mg/L，溶解氧为0mg/L，上游河水BOD5为0mg/L，溶解氧为8095，求该河段x=6km处河水的BOD5和氧亏值D0。解答：河段始端混合后河水的BOD5和DO为：多宾斯—康布（Dobbins-Camp）模型模型形式解析解临界距离xc案例分析某均匀河段，流速u=0.5m/s，K1=0.3d-1，K2=0.8d-1，K3=0.18d-1，R=1mg/（L·d）