第五章 水环境数学模型ppt课件.ppt

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1、水环境学授课班级：自然地理与资源环境1401主讲人：雷军成授课单位：地理与规划学院第五章水环境数学模型用途：模拟污染物在水体中的时空变化过程，分析排污负荷对水质影响。第五章目录水环境数学模型的建模机理主要水环境数学模型介绍水环境数学模型的解析解123水环境数学模型的数值解4教学目标1.了解水体中污染物的迁移与转化过程2.了解主要水环境数学模型第一节水环境数学模型的建模机理一、污染物在水体中迁移转化过程的描述水体中污染物的迁移转化是综合了物理、化学、生物等多种反应的复杂过程。(一)迁移与扩散(二)吸附与解析(三)沉淀与再悬浮(四)生物化学降解第一

2、节水环境数学模型的建模机理第一节水环境数学模型的建模机理2.扩散作用扩散是由于物理量在空间上存在梯度使之逐渐趋于均化的物质迁移现象。三个方面：①分子扩散作用水中污染物由于分子的无规则运动从高浓度区向低浓度区的运动过程。第一节水环境数学模型的建模机理②紊动扩散作用由紊流中漩涡的不规则运动而引起的物质从高浓度区向低浓度区的迁移过程。③离散作用也称弥散，即由于断面非均匀流速作用而引起的污染物离散现象。第一节水环境数学模型的建模机理剪切流：实际流场中，流速在断面上的分布往往是不均匀的，岸边和底部较小，表面和中心较大，由此流速在横断面上具有一定的梯度，即

3、所谓的剪切流。第一节水环境数学模型的建模机理第一节水环境数学模型的建模机理第一节水环境数学模型的建模机理第一节水环境数学模型的建模机理三种混合状态区：①垂向混合河段特点：垂向、横向和纵向都有明显的变化。②横向混合河段特点：横向、纵向变化明显，垂向均匀。③纵向混合河段特点：纵向变化明显，其他基本均匀。第一节水环境数学模型的建模机理(二)吸附与解吸水中溶解的污染物或胶状物，当与悬浮于水中的泥沙等固相物质接触时，将被吸附在泥沙表面，并在适宜的条件下随泥沙一起沉入水底，使水的污染物浓度降低，起到净化作用；相反，被吸附的污染物，当水环境条件(如流速、浓度

4、、pH值、温度等)改变时，也可能又溶于水，使水体的污染物浓度增加。前者称为吸附，后者称为解吸。第一节水环境数学模型的建模机理第一节水环境数学模型的建模机理第一节水环境数学模型的建模机理二、耗氧过程和复氧过程的描述(一)水体的氧平衡耗氧作用复氧作用(1)大气复氧(2)水生植物光合作用(3)上游水流携带第一节水环境数学模型的建模机理氧垂曲线：溶解氧随流程表现出的从下降到上升的变化过程。临界点临界氧亏第一节水环境数学模型的建模机理第一节水环境数学模型的建模机理第一节水环境数学模型的建模机理第一节水环境数学模型的建模机理第一节水环境数学模型的建模机理(

5、三)复氧过程描述1.大气对水体的复氧作用(1)分子扩散理论气相和液相之间的分子扩散过程(2)双膜理论气膜、液膜第一节水环境数学模型的建模机理第一节水环境数学模型的建模机理(四)耗氧、复氧参数的估算(1)按照参数的物理含义，通过专门实验确定。(2)根据水质综合检测资料，通过参数优选方法进行率定。(3)采用经验公式和理论公式估算第一节水环境数学模型的建模机理三、水质迁移转化基本方程立足点：水流连续性、能量守恒、物质转化与平衡。(一)零维水质迁移转化基本方程1.非稳态情况非稳态：指流量、污染物浓度不稳定，均随时间而变化的情况。第一节水环境数学模型的建

6、模机理第一节水环境数学模型的建模机理第二节主要水环境数学模型介绍水环境数学模型分类(1)按水质变量的空间分布特征：零维、一维、二维、三维模型。(2)按水质变量随时间变化的特征：稳态模型和非稳态模型。(3)按模拟的水质组分个数：单一组分模型和多重组分模型。第二节主要水环境数学模型介绍(4)按反应动力学性质分：纯迁移模型、纯反应模型、迁移和反应模型以及生态模型。纯迁移模型：针对流动水体中的保守物质(即不随时间而衰减的物质)，其浓度只受水流迁移作用影响而变化。第二节主要水环境数学模型介绍纯反应模型：针对静止水体中的非保守物质，其浓度只受生物化学反应的

7、影响而变化。迁移和反应模型：针对流动水体中的非保守物质，其浓度变化既受迁移作用影响，又受生物化学反应的影响。生态模型：考虑生物生长过程动力学机制的水环境模型。第二节主要水环境数学模型介绍第二节主要水环境数学模型介绍第二节主要水环境数学模型介绍