第四节 水质模型
常用河流水质数学模型与适用条件

适用条件: (1)河流充分混合段;(3)河流为恒定流动; (2)持久性污染物; (4)废水连续稳定排放。
c——污染物浓度,mg/L; cp——污染物排放浓度,mg/L; ch——河流来水污染物浓度,mg/L; Qp——废水排放量,m3/s; Qh——河流来水流量, m3/s;
氧垂公式
x
cBOD
cBOD 0
exp(K1t)
cBOD 0
exp(K1
) 86400u
D
K1cBOD 0 K2 K1
[exp(K1
x) 86400u
exp(K2
x )] 86400u
D0
exp(K2
x) 86400u
D——亏氧量,即饱和溶解氧浓度与溶解氧浓度的差值,mg/L;
地表水环境影响预测的方法(P95)
数学模式法
物理模型法 主要指水工模型。水工模型法定量性较高,再现性较好,
能反映出比较复杂的地表水环境的水力特征和污染物迁移的物 理过程。但需要合适的试验场所和条件以及必要的基础数据, 需较多人力、物力和时间。 类比调查法
半定量或定性预测。注意预测对象与类比对象的相似性。
代入
得
Hale Waihona Puke c=609mg/L。 该厂废水如排入河中,河水氯化物将超标。
常用河流水质数学模型与适用条件 *3. 河流一维稳态模式
一般方程式为: c c0 exp(Kt)
或
c
c0
exp(K
x 86400u
)
c ——计算断面的污染物浓度,mg/L; c0——计算初始点污染物浓度,mg/L; t——断面间水团传播时间,d; K——水质综合消减系数,1/d; u——河流流速, m/s; x——从计算初始点到下游计算断面的距离,m;
第四节地表水环境影响评价环境影响评价

· 判据的档次划分
(1)污水排放量:>20000m3 /d、10000~ 20000m3 /d、 5000~ 10000m3 /d、 1000~ 5000m3 /d、 200~ 1000m3 /d五个档次;
2 污水水质的复杂程度(A=污染物类型数,B=需预测浓度 的水质参数数目) 复杂:A=3,或A=2 且 B ≥ 10 中等:A=2 且 B < 10,或A=1且B ≥ 7 简单:A=1 且 B < 7
4 算术平均法
n 地表水环境影响预测
4 预测条件的确定
· 预测点的确定:已确定的敏感点;环境现状监测点 (利于进行对照);水文特征突然变化和水质突然变 化处的上下游、重要水工建筑物、水文站;需要预测 河流混合过程段的水质时,应在该段河流中布设若干 预测点;当拟预测溶解氧时,应预测最大亏氧点的位 置及该点的浓度;可在排放口附近的适当水域加密预 测点,以便确定超标区的范围。
污染物的降解分为两个阶段:(1)不含氮有机物的氧化,包括 含氮有机物的氨化及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化; (2)氨氮硝化(含氮化合物经过一系列生化反应过程,由氨氮 氧化为硝酸盐)。
4 衰减变化 · 碳化过程:呈一级反应:
可得: · 硝化过程:也具有一级反应的性质:
可得: 的估算: 或
4 衰减变化
4 报告书编写阶段:总结工作成果,完成报告书, 为项目监测和事后评价作准备。
n 评价等级的划分
4 划分评价工作等级的判据 · 确定判据的原则 1 反映建设项目向地面水排放污染物及相关地面水问题
的主要特点;
2 参数的形式简单,其数据在评价大纲编写阶段能够得 到。
· 判据的确定
3 与建设项目排污有关的判据:污水排放量、污水水质。 4 与地面水环境有关的判据:受纳水体规模、受纳水体
环境影响评价 水环境影响评价水质模型

持久性污染物;
河流为非恒定流动;
连续稳定排放;
对于非持久性污染物,需要采用相应的衰减模式。
4、 河流混合过程段与水质模式选择
预测范围内的河段可以分为充分混合段,混合过程段和上游河
段。
充分混合段:是指污染物浓度在断面上均匀分布的河段,当断
面上任意一点的浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度的5%时, 可以认为达到均匀分布。
①岸边排放
c(x, q)
ch
H
cpQp
M q x
exp
q 22 4M qx
exp
(2Qh q)2 4M q x
式中:q=Huy
Mq=H2uMy c(x,q)-(x,q)处污染物垂向平均浓度,mg/L; Mq-累积流量坐标系下的横向混合系数; 适用条件:
弯曲河流、断面形状不规则河流混合过程段;
,
t
0 e t
eQ V K1 t 0
如 t 0
,则 t
1
ln 1
溶解氧模型
dDO dt
Q V
(DO0
DO)
K2
DOs
DO
R
其中
R rA B
(上模型方程没有考虑浮游植物的增氧量和排入湖或库的废水 带入的氧量。)
习题:P101: 3
4-4 水质模型的标定
混合系数估值
经验公式 • 流量恒定、河宽大、水较浅、无河湾的顺直河流:
M y xu
exp(
uy2 4M y x
)
exp
u2B
4M y
y x
2
2、非岸边排放
c(x,
y)
exp
K
x 86400u
c h
河流水质数学模型专题讲解

⑤废水中其它还原性物质引起水体的好氧。
河水溶解氧供应的来源有: ①上游河水或有潮汐河段海水所带来的溶解氧。 ②排入河水中的废水所带来的溶解氧。 ③河水流动时,由大气中的氧向水中扩散、溶解。 ④水体中繁殖的光合自养型水生植物(如藻类), 白天通过光合作用放出氧气,溶于水中。
?
k1L0 k1?k2
(e?1x
?e?2x)
?1
?
u 2E
(1?
1?
4Ek1 u2
)
u
?2
?
(1? 2E
1?
4Ek2 u2
)
2.忽略弥散时:
?L ?
?
L e?k1x/u 0
??O? ?
Os
?
k1L0 k1 ? k2
(e?k1x/u
?
e?k2x/u
)?
D e?k2x/u 0
氧垂曲线
D0 Dc
溶解氧
饱和溶解氧浓度
S-P模型的基本假设是:①河流中的 BOD的衰减和溶 解氧的复氧都是一级反应;②反应速度是定常的; ③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。其基本方程是:
dL dt
?
? k1t
dD dt ? k1L ? k2D
a.斯特里特-菲尔普斯(Streeter-Phelps)BOD -DO模型
0
tc
t
b.托马斯( Thomas )BOD -DO模型
对一维稳态河流,在斯特里特 -菲尔普斯模型的基础
上增加一项因悬浮物的沉淀与上浮所引起的 BOD速率
变化 ,才有以下的基本方程组(忽略弥散):
河流水质模型

D0-河流起始点的氧亏值
Dc-临界点的氧亏值
复氧曲线 耗氧曲线
tc—由起始点到临界点的流经时间
tc
时间t
溶解氧氧垂曲线
临界点氧亏值: Kd L0
dD 0 dt
Dc=
A
Kd tc Ka
B
C
#2022
S-P模型的修正型
一、多河段水质模型的概化
水质模型的解析解是在均匀和稳定的水流条件 下取得的,划分断面的原则:
V-水的体积
欧康奈尔 ( D.O’·Conner )和多宾斯(W·Dobbins)在
1958年提出根据河流的流速、水深计算大气复氧速度常数
的方法:
KL = C
uxn Hm
饱和溶解氧浓度Cs是温度、盐度和大气压力的函数。在 760mmHg压力下,淡水中的饱和溶解氧浓度为
T为0c
468 Cs = 31.6 + T
x ux
)〕
5. 含氮有机物排入河流后,同样发生生物化学氧化过程:
LN =LN〔0 exp(-KN
x )〕
ux
三、大气复氧
水中溶解氧的主要来源是大气。氧气由大气进入水 中的质量பைடு நூலகம்递速度:
dC dt
=
KLA V
(Cs - C)
C-河流水中溶解氧的浓度
Cs-河流水中饱和溶解氧的浓度 KL-质量传递系数 A-气体扩散的表面积
CK HERE TO ADD A TITLE
三章 河流水质模型
单击此处添加文本具体内容 演讲人姓名
添加标题 河流中的基本水质问题
添加标题 多河段水质模型
添加标题 河口水质模型
添加标题 单一河段水质模型
添加标题 其它河流水质模型
第四章地表水预测

2. 河流的混合稀释模型
背景段 河水Q(m3/s),污染 物浓度为C1(mg/L) 混合系数a , 稀释比n 定义 混合段 均匀混合段
污染物浓度为C2 (mg/L) 废水流量为 q(m3/s)
混合过程段的污染物浓度 Ci 及混合段总长度 L
C Q + C 2 q C1 aQ + C 2 q Ci = 1 i = Qi + q aQ + q
y 2u C= exp − 4D x uh 4πD y x / u y Q
式中 Q 是连续点源的源强 (g/s),结果 C 的单位为 , (g/m3= mg/L)。 。
考虑河岸反射时移流扩散方程的解
y 2u Q exp − C ( x, y) = 4D x uh 4πDy x / u y
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
y 2u − (2 B − y ) 2 u + exp C ( x, y ) = exp − 4D y x 4D y x uh 4πD y x / u 2Q
第四章、水环境质量评价和影响预测
水体与水体污染 河流水质模型 湖泊水库模型与评价 地面水环境影响评价
一、水体与水体污染
1 水体和水体污染
按水体所处的位置可把它分为三类:地面水水体、地 下水水体、海洋。这三种水体中的水可以相互转化, 它通过水在自然界的大循环和小循环实现。三种水体 是水在自然界的大循环中的三个环节。 水体污染恶化过程和水体自净过程是同时产生和存在 的。但在某一水体的部分区域或一定的时间内,这两 种过程总有一种过程是相对主要的过程。它决定着水 体污染的总特征。这两种过程的主次地位在一定的条 件下可相互转化。
水力模型和水质模型(中文)

1.1水力模型和水质模型根据任务大纲,本咨询专家组需要承担的模型工作包括:∙-开发建立一水力模型-需要使用模型来审视、分析和评价城市的防洪工程措施,并为优化设计提出建议。
∙-开发可建立一个水质模型-需要使用该模型来审视和评价城市的水环境改善工程措施的优缺点,并为优化设计提出建议。
∙参与水资源管理方面的计划于战略的整合。
∙培训项目办和项目执行单位的技术人员2010年XX公司为亚行赠款的XX城市环境改善项目中的水资源综合管理研讨会中,专门请专家了解本地的情况,有针对性地位XX江水力水质的模型作了讨论和建议。
与XX设计院的专业人员作了讨论,专题进行了介绍。
当时的研讨会的目的是在为XX 市打造水城的过程中,按照水资源管理原则提升XX市政府水资源规划和管理能力,根据水资源综合管理原则,基于XX市水城打造的实践,利用亚行的资源,开发和推动的知识产品。
因此,我们的团队了解本项目的需求,和十分了解在模型工作中的挑战和瓶颈。
我们更知道对于本地的技术人员来说知识转移的重要性。
说明:以下内容请同学补充,要求是1-1.5页。
1.1.1模型的选择本项目选用丹麦水利研究所( Danish Hydraulic Institute, DHI) 开发的MIKE11模型建立河流的水动力和水质模型。
MIKE11是一款多功能的一维水动力学软件,以求解圣维南(Saint-Venant) 方程组作为理论基础,带有水文模型,含对流扩散"水质生态"泥沙传输"降雨径流"洪水预报"实时操作等多种模块,并可与丹麦水利研究所( Danish Hydraulic Institute, DHI) 开发的其他分析模型交互运用。
Mike11软件应用发展很快,并在国内外的一些大型水利水文工程中广泛应用,如:淮河流域水质管理与应用、北京南沙河流域管理与规划、松辽流域水资源管理系统等。
1.1.2建模方法和数据收集利用MIKE11软件结合所需要的数据,对河流进行区域概况分析、河网概化、污染负荷计算、参数灵敏度分析及模型的率定验证的工作,从而得到符合误差允许的河流水动力和水质模型。
chr4湖泊与水库水质模型-20130512

WPI Q K 3 )V V
WPI Q Q Q K 3V
二、狄伦模型
引入:磷的滞留系数
Q 1 R Q K 3V
WPI Q CP Q Q K 3V
R K3 Q K3 V
R 1 Q.CP qi .CPI i
q .CPI Q.CP q .CPI
CI .q )e
i i
1 ( K1 ) t T
Q
CI .q
V
Q .C ( K1 K 3 )C V
S=-(K1+K3)VC
CI .q )e
i i 1 ( K1 K 3 ) t T
1 C 1 ( K1 K 3 )T
CI .q
i
i
Q
1 (C0 1 ( K1 K 3 )T
dC dt
V
i i
Q .C V
i i
S=0
C 0 )e t / T
CI .q C Q
dCI .q
i
i
V
Q .C K1C V
i i
S=-K1VC
1 C 1 K1T
dC dt
i
CI .q
Q
i
1 (C0 1 K1T
2
wanilyfor2010hydro
Discussion
在稳态、忽略扩散项,且污染物按一级动力学反应式衰 减的情况下,如何写方程,并推导方程的解?
q 1 C C C ) (E E 2 S t r H r r
2
=-K1C
=0
q 1 C . . K1C 0 H r r
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L t
K1L
Fick第二定律,河流的离散导致的BOD的变化为
L
2L
u
xu
L
x
Ex
Ex
x 2L
x 2
2
K1L
则BOD变化速率为:
3.菲克第二定律:解决溶质浓度随时间变化的情况
两个相距dx垂直x轴的平面组成的微体积,J1、J2为进入、
流出两平面间的扩散通量,扩散中浓度变化为 c,则单元体
t
积中溶质积累速率为
便可得出有机毒物在系统内的浓度和半衰期。
L0=500*2000/200000=5mg/L
ln L K1 K3 5
5
40
D
(cs
c0 ) exp(
K2 x ) u
( K1
K1L0 K3
K2
)[exp(
K1
u
K3
x)
exp(
K2 x )] u
水质模型
QUAL-II模型 考虑营养物质对水生生物的影响 T,DO,BOD,藻类,PO4,NH3,NO2-,NO3-,大肠
1
(s
0 )(K2
L0 K1
K1
)
第四节 水质模型
2。 Thomas模型 在S-P模型的基础上,增加因悬浮物的沉淀引起的
BOD变化速率
单位时间内BOD的变化率
L u x (K1 K3)L
单位时间内溶解氧的变化率
c u x K1L K2 (cs c)
ln L K1 K3 x
L0
1
第四节 水质模型
三、有毒污染物的归趋模型 摒弃经验参数,在模型中只出现表征化合物 固有性质的参数(实验室测定,与时间地点 无关)和表征环境特征所测量的参数。 主要考察动力学过程
酸碱平衡,水解,生物降解,光解作用,挥 发,沉淀-溶解作用,吸附解吸作用,生物浓 缩,沉积作用以及污水排放等
第四节 水质模型
水质评价
总含盐量(TDS):严格说应为总含可溶性盐 量;
测定方法:用孔径0.45微米的滤膜过滤掉悬 浮固体物质后,在103-105C下将过滤后的 水样蒸干,所得残余物的质量。
硝酸铵的分解温度:110C
第四节 水质模型
氧平衡模型
1。 Streeter-Phelps 模型 水体有机污染u物Lx( K浓1L 度用BOD表示)消耗速率为
第四节 水质模型
水质模型的基本原理: 污染物在水环境中的物理化学和生物过程 遵守质量守恒定律,模型发展大体经历了 简单的氧平衡模型阶段、形态模型阶段和 多介质环境结合生态模型阶段。
水质评价
硬度:水中Ca2+和Mg2+溶解盐的总量。 总硬度:水中Ca2+和Mg2+的总浓度 暂时硬度:水中Ca2+和Mg2+的碳酸盐和碳酸
c t dx J 1 J 2
J1 (FDic( kxc第) 一x 定律)
菲克第二定律的推导
J2
D c x
xdx
(Fick第一定律)
J1
x
D c
(即第x 二dx 个面的扩散通量为第一个面注入的溶
质与在这一段距离内溶质浓度变化引起的扩散通量之和)
若D不随浓度变化,则
c 故t
dx
J1
u
x
Ex
2
x 2
K2(s
)
K1L
第四节 水质模型
1。 Streeter-Phelps 模型
若忽略河流离散作用
u
LL x
K L L0
exp(
Kቤተ መጻሕፍቲ ባይዱx u
)
1
u
x
K2(s
)
K1L
t时刻BOD和溶解氧的值分别为
s
(s
0 ) exp(
K2x) u
(
K1L0 K1 K2
)[exp(
K1x ) u
exp(
水质评价
化学需氧量(COD):氧化1L水样中还原性 物质所消耗化学氧化剂的量,包括有机物 和亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。
水质评价
含氮化合物 氨氮:游离氨(NH3)和离子氨(NH4+) 亚硝酸 硝酸盐 凯氏氮:向水样中加入浓硫酸等后加入消
解,使有机氮转化无氨氮,然后测定氨氮 的含量。 总氮
氢盐所构成的硬度 永久硬度: 其他形式Ca2+和Mg2+盐所构成的
硬度
水质评价
酸碱度及pH 酸度:水中含有的无机酸、有机酸、强碱
弱酸盐等能与强碱发生中和作用的全部物 质。 酸度
水质评价
有机物 有机物间接评价指标 溶解氧(DO) 生物需氧量(BOD):好氧微生物在分解水
中有机物的生物化学过程中所消耗的溶解 氧量。 第一阶段:含碳有机物氧化(5天70%) 第二阶段:含氮有机物硝化(5-7后开始)
u
c
cs
(cs
c0 ) exp(
K2 x ) u
( K1
K1L0 K3
K2
)[exp(
K1
K3 u
x) exp(
K2 x )] u
D
Dc0
exp(
K2x) (
u
K1
K1L0 K3
)[exp( K2
K1
u
K3
x) exp(
K2 x )] u
第四节 水质模型
河段流量200000m3/d,流速40km/d, cs=9.0mg/L;BOD5=500mg/L污水以 2000m3/d排放,下游5km处情况
J2
D
c dx x x
D
2c x 2
dx
c t
D
2c x2
第四节 水质模型
1。 Streeter-Phelps 模型
大气中的氧气进入水体的速率与水中的氧亏值成正比
u
x
K2(s
)
水体BOD氧化引起的溶解氧消耗
u x K1L
河流离散作用引起的溶解氧浓度变化
u
x
Ex
2
x 2
水体溶解氧变化速率
氧化还原作用。 生物累积过程:①生物浓缩作用;②生物放大作用
第四节 水质模型
有机毒物归趋的基本原理:
1. 单个过程使某种化合物从水环境中消失速率之和是该化 合物在水环境中消失的总速率
2. 有机物的存在不改变环境参数 3. 吸着速率远快于挥发和转化速率 4. 计算有机物因挥发和转化过程而从水环境中消失的速率 5. 考虑吸着过程对有机物消失过程的影响 6. 考虑有机物的输入、稀释及最终从系统中输出的速率,
三、有毒污染物的归趋模型 有机物在水体中的迁移转化包括一下几个过程: 负载过程:污水排放、大气沉降、地表径流等将有机毒物引
入天然水体。 形态过程:①酸碱平衡,影响挥发等作用;②吸着作用,悬
浮物的迁移影响其归趋。 迁移过程:①沉淀-溶解作用;②对流作用;③挥发作用;
④沉积作用。 转化过程:①生物降解作用;②光解作用;③水解作用;④
杆菌,一种可衰减物质,三种不衰减物质。
第四节 水质模型
二、湖泊富营养化预测模型
基本原理:
当入湖污染物为N、P等营养物时,根据质量守恒 定律,湖水中污染物浓度的变化不仅与进出湖泊 的数量有关,而且还其沉降速率的影响。
考察湖中磷的变化时
水体污染物日变化速率=日输入-日输出-日沉积
V
dc dt
I
p
qc
p
K2 x )] u
第四节 水质模型
1。 Streeter-Phelps 模型
当 0时,溶解氧浓度为极值,即 K2 (s ) K1L
x
代入
s
(s
0
)
exp(
K2 u
x
)
(
K1L0 K1 K2
)[exp(
K1x u
)
exp(
K2 u
x
)]
得 溶解氧的极限距离
xc
K2
u
K1
ln
K2 K1
V
c
第四节 水质模型
二、湖泊富营养化预测模型
1. Vollenweider公式
1
1 1 Z / Q
2. Dillon公式
L(1 Rp )
Z qv /V
第四节 水质模型
二、湖泊富营养化预测模型
3. 合田健公式
1
Z (q /V )
2. OECD公式
1
1
7
0.5
Z
V qv
0.6