S-P水环境模型 蒋强1212020302
水质模型简介及实例应用
水质模型简介及实例应用
谢新宇;闫妍
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2010(000)025
【摘要】在环境影响评价中,水质模型是水环境影响预测的有效工具,它可以模拟和预测污染物在水体中随时间和空间迁移转化的过程.文章简要描述了水质模型所经历的发展阶段、分类标准和几种常见模型,并分别应用S-P模型和完全混合模型对某造纸项目的地表水环境进行了预测,旨在说明正确选择水质模型是作出准确预测结果的重要前提,同时也是改善河流水质,保护生态环境的途径之一.因此,对我国环境工作者科学地选择、使用水质模型具有一定的参考价值.
【总页数】2页(P451-452)
【作者】谢新宇;闫妍
【作者单位】河北科技师范学院生命科技学院,河北,昌黎,066600;秦皇岛思泰意达科技发展有限公司,河北,秦皇岛,066004
【正文语种】中文
【中图分类】X8
【相关文献】
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2.松花江水质模型简介
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4.遗传和模
拟退火算法在水质模型参数确定中的应用简介5.星湖水动力条件及水质模型的研究Ⅱ.水质模型
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教案--第5章 水质预测模型
h
28
一维模型稳态解
一维稳态模型的解：二阶线性偏微分方程
Dx
2C x 2
ux
C x
kC
0
Dx2 ux k 0
C Ae 1x Be 2x
X＜0
X≥0
h
29
一维模型稳态解
对于不受潮汐影响的内陆河，扩散、离散相对于移流作用很小，即Dx近似 为0，所以，排污对于上游（x＜0）的浓度变化没有影响，引起排污口下游 河流污染物浓度的变化为：
ISE值是负值或越大，说明拟建项目排污对该项水质参数的污染影响越大。
h
3
第1节 预测条件的确定
预测范围和预测点位的确定
预测范围与地表水环境现状调查的范围相同或略小（特殊情况也 可略大）。预测点的数量和位置应根据受纳水体和建设项目的特 点、评价等级以及当地的环保要求确定。
h
4
预测点的确定
➢ 已确定的敏感点；
河流混合过程段长度可由下式计算（理论公式）：
河中心排放 岸边排放
x=0.1uxB2/Ey x=0.4uxB2/Ey
u x——x方向流速，m/s； B ——河流宽度，m； Ey——横向扩散系数，m2/s。
h
19
常用河流水质数学模型与适用条件
河流混合过程段长度
*河流混合过程段长度可由下式估算（经验公式）：
➢大中河流中，预测河段弯曲较大（如其最大弯曲系数＞1.3）时，可视为弯曲河 流，否则可以简化为平直河流；
➢小河可以简化为矩形平直河流；
➢河流水文特征或水质有急剧变化的河段，可在急剧变化之处分段，各段分别进 行简化。
h
6
河流简化
➢对于江心洲等按以下原则进行简化 ①评价等级为3级时，江心洲、浅滩等均可按无江心洲、浅滩情况对待； ②评价等级为2级时，江心洲位于充分混合段，可以按无江心洲对待； ③评价等级为1级且江心洲较大时，可分段进行简化，江心洲较小时可 不考虑，江心洲位于混合过程段，可分段进行简化。 人工控制河流根据水流情况可以视其为水库，也可以视其为河流，分 段进行简化。
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
S-P模型的应用
S-P 模型的应用S-P 模型可以说是河流水质模型中使用最广泛、研究最深入的数学模型。
通常可使用该模型进行以下计算（以下只有第1、6两个应用可以使用数值解）：1、 求x 处的DO 和BOD 浓度只需直接使用S-P 模型的解析解或数值解即可。
2、 求最小溶解氧值o c除了O'Connor 修正式，其它S-P 模型都可用直接使用解析式求出溶解氧浓度最小处的x c 、Dc 和o c 。
对O'Connor 修正式，由计算机用迭代法求出x c 、Dc 和o c 。
由S-P 模型或其修正式，下列式子是成立的：（1）),,,(00c D u K f x c= （2）),,,,(00c D u K x f o c c =（3）),,,,(00D u K o x f c =3、 已知排放口下游全部河段允许的最小溶解氧值o min ,求允许的BOD 最大起始浓度c 0,max此问题相当于：求起始浓度c 0,max ，使最小溶解氧值o c 等于控制值o min 。
可以由计算机使用迭代法求出。
方法如下：第一步，取x=1000,o=o min 代入),,,,(00D u K o x f c =求得c 0。
第二步，取),,,(00c D u K f x c=求出x c 。
第三步，如果x c =x,则说明o c =o min ，则c 0,max =c 0,计算结束。
否则取取x=x c ,o=o min 代入),,,,(00D u K o x f c =求得c 0,再返回第二步。
4、 已知排放口下游L 长度的河段内允许的最小溶解氧值o min ,求允许的BOD 最大起始浓度c 0,max与上一问题不同，只要能保证在排放口下游的L 长度内溶解氧不低于o min 即可，至于在L 长度之外的河段，则不管有没有低于o min 。
可用下面的方法迭代求出：第一步，以o=o min ,x=L 代入),,,,(00D u K o x f c =求出c 0,再由),,,(00c D u K f x c =求出x c 。
S-P水环境模型 蒋强1212020302
2.S-P 模型
S-P 模型的基本方程为：
x c c 0 exp K1 86400 u
DO=DOf-D
D
K 1c 0 K 2 K1
x x x exp K 2 D 0 exp K 2 exp K1 86400 u 86400 u 86400 u
D 0 K 2 K 1 1 c K 0 1
【实验结果与数据处理】
见附表
3.S-P 模型的临界点
根据 S-P 模型绘制的溶解氧沿程变化曲线称为氧垂曲线，如图所示。氧垂曲线的最低点 C 称为临界氧亏点，临界氧亏点的亏氧量称为最大亏氧量 Dc。沿河水流动方向，最大亏氧量 Dc 和临界氧亏点距污水排放口的距离 xc：
xc
86400 u K2 ln K 2 K1 K1
实验原理streeterphelps模型简称sp模型是研究河流水质最早的数学模型建立了河流中主要的耗氧过程bod耗氧与复氧过程大气复氧之间的耦合关系sp模型迄今仍得到广泛的应用也是研究各种修正模型和复杂模型的基础
环境工程学实验报告
实验题目 班级
S-P 水环境模型 资 环 12 级3班
组别
日期
2014/11/13 实验型
4组
姓名
蒋强
类型
【实验目的】
一、掌握建立 S-P 水环境模型的重要意义、目的和方法。 二、熟悉利用 excel 进行 S-P 水环境模型计算的方法。
【实验原理】
Streeter-Phelps 模型（简称 S-P 模型）是研究河流水质最早的数学模型，建立 了河流中主要的耗氧过程（BOD 耗氧）与复氧过程（大气复氧）之间的耦合关系， S-P 模型迄今仍得到广泛的应用，也是研究各种修正模型和复杂模型的基础。
基于改进的S-P模型河道降解及纳污能力研究
基于改进的Ｓ－Ｐ模型河道降解及纳污能力研究张静（辽宁省朝阳水文局，辽宁朝阳１２２０００）中图分类号：Ｘ５２ 文献标志码：Ｂ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－５３６６．２０２０．０６．１０摘要：结合改进的Ｓ－Ｐ模型对朝阳地区河道降解及纳污能力进行计算。
结果表明：应用改进的Ｓ－Ｐ模型进行计算，朝阳地区主要污染物降解系数计算误差平均降低１２．７％和１６．２％。
相比于现状年，通过采取水环境保护治理措施，朝阳地区远景年和规划年ＢＯＤ５纳污能力提升率为３４．９％～７５．８％，ＣＯＤ纳污能力提升率为２３．４％～８５．３％。
关键词：改进的Ｓ－Ｐ模型；污染物降解；计算精度；纳污能力 当前，河道水环境保护是社会关注的热点。
河道降解及纳污是河道水环境保护规划治理的重要指标。
在河道降解及纳污计算研究成果中，Ｓ－Ｐ模型由于计算不同类别河道降解物浓度，在河道降解及纳污能力计算中应用效果较好，但是传统的Ｓ－Ｐ模型在河道水质边界处理中存在临界负值，使得其计算精度不足。
为此有学者针对传统Ｓ－Ｐ模型的局限性，进行相应的改进，并将其应用于河道降解及纳污能力计算中。
结合改进的Ｓ－Ｐ模型对朝阳地区水功能区水质特征进行河道降解及纳污能力的计算，研究成果对于同类型河道生态保护具有重要的参考价值。
１ 改进的Ｓ－Ｐ模型原理Ｓ－Ｐ模型采用非线性模型对污染物降解浓度进行演算，详见公式（１）、（２）。
Ｌｔ＋ｖ Ｌ ｘ＝－Ｋ１ＬＣ（１） Ｃｔ＋ｖ Ｃ ｘ＝－Ｋ１ＬＣ＋Ｋ２（Ｃｓ－Ｃ）（２）式中：ｘ为河流降解段主要计算的污染物浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｋ１、Ｋ２为河流污染物降解参数；ＣＳ为河流水体的降解浓度，ｍｇ／Ｌ；Ｃ为水体中有机物溶解状态的浓度，ｍｇ／Ｌ；ν为水流流速，ｍ／ｓ；ｔ为演算时间段，ｈ。
改进的模型对其临界负值进行改进计算，采用特征值进行判定，见公式（３）。
Ｃｓ＝Ｃｓ－（Ｃｓ－Ｃ０）ｅ－ｋ２ｘｃ／ｖ＋Ｋ１Ｌ０Ｋ１－Ｋ２（ｅ－ｋ１ｘｃ／ｖ－ｅ－ｋ２ｘｃ／ｖ）≤０（３）式中：Ｌ０为河段起算的初始距离长度，ｋｍ；Ｃ０为污染物降解的初始计算浓度；ｘｃ为污染物降解衰减的水体溶解氧的浓度，ｍｇ／Ｌ。
S-P概化模型在临沂水功能区纳污能力分析中的应用
排 污 口排 放 方 式的 前提 下 ， 量分析 计 算 出水功 能 区纳 污能 力 ， 定 为水 功 能 区污染 物 总量控 制和 水质 管理 提供 科 学依 据 。 关 键词 ： 维 水质模 型 ； 污能 力 ； 一 纳 水功 能 区 ； 临沂 市 中图分 类号 ： ３ ．１ Ｘ ２０ ２ 文献 标识 码 ： Ａ 文 章编 号 ：０４ ６３ （Ｏｒ）３０２ —３ １０ —９３２Ｃ ０ —０７ ０ ７
Ａｐｐｉａ ｉｎ ｆＳ－ ｇ ｎ ｒ ｌｚ ｄ ｍ ｏ ｅ ｏ ａ ｌｓｓｏ ） ｒ ｅ ｖｒ ｎｍ ｅ ｔｌｃ ｐａ ｉ ｉ ｌ ｔｏ ｏ Ｐ ｅ ｅ ａｉｅ ｄ ｌｔ ｎａｙ ｉ ｆ、ｒ ｅ ｎ ｉｏ ｃ ｌ ａ ｎ ａ ａ ｃｔ ｎ ｙ
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地表水水质模型概述
地表水水质模型概述冯启申;朱琰;李彦伟【摘要】近些年来,我国水环境问题日益凸显,借助水质模型对水污染问题进行研究,并为相关管理和规划提供技术支持已经成为水环境研究的热点.本文阐述了地表水水质模型的概念、发展以及分类,介绍了几种当前比较成熟的地表水水质模型,并对地表水水质模型的未来发展做了展望.【期刊名称】《安全与环境工程》【年(卷),期】2010(017)002【总页数】4页(P1-4)【关键词】地表水;水质模型;S-P模型【作者】冯启申;朱琰;李彦伟【作者单位】河海大学水文水资源学院,南京,210098;河海大学水文水资源学院,南京,210098;河海大学水文水资源学院,南京,210098【正文语种】中文【中图分类】X143;P333地表水水质模型［1］是描述各种污染物质在地表水体中混合和输运、在时间和空间上的迁移转化规律以及各影响因素相互关系的数学方程，它是地表水环境污染治理规划决策分析的重要工具和有效手段，在地表水质预测、水环境容量研究中起着重要作用。
地表水水质模型是一种数学描述，在其对地表水水质进行研究分析的过程中涉及到许多物理、化学和生物过程，因而比较复杂，研究过程中需要根据需求选择因子与研究方法，建立不同的模型。
最近几十年来，各种地表水水质模型不断涌现，发展日臻成熟，为地表水水质的研究工作提供了基础。
随着人工神经网络技术、3S技术以及虚拟技术等的不断发展以及与地表水水质模型的进一步结合，极大地促进了地表水水质研究技术和水环境管理技术的发展，为水环境规划与管理工作提供了强有力的技术保障和支持。
1.1 地表水水质模型的发展1925年，Streeter和Phelps建立了S-P模型，从此人们对地表水水质的研究开始借助和发展地表水水质模型，到现在的80余年中，地表水水质模型的研究内容与方法已经不断深化与完善。
地表水水质模型的发展大体可分为如下3个阶段［2］：（1）第一阶段（20世纪20年代中期到70年代初期），是地表水水质模型发展的初级阶段。
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DO f
486 31.6 T
式中：c—河流的 BOD 沿程浓度，mg/L； co—计算初始断面的 BOD 浓度，mg/L； k1—河流的 BOD 衰减(耗氧)速度常数，1／d； x—河流的沿程距离，m； u—河流断面平均流速，m／s； D—河流的亏氧量，mg/L； DO—计算初始断面的亏氧量，mg/L； DO—河流的溶解氧浓度，mg/L； DOf—河流的饱和溶解氧浓度，mg/L； k2—河流的复氧速度常数，1／d； T—河水的温度，℃。
D 0 K 2 K 1 1 c K 0 1
【实验结果与数据处理】
见附表
环境工程学实验报告
实验题目 班级
S-P 水环境模型 资 环 12 级3班
组别
日期
2014/11/13 实验型
4组
姓名
蒋强
类型
【实验目的】
一、掌握建立 S-P 水环境模型的重要意义、目的和方法。 二、熟悉利用 excel 进行 S-P 水环境模型计算的方法。
【实验原理】
Streeter-Phelps 模型（简称 S-P 模型）是研究河流水质最早的数学模型，建立 了河流中主要的耗氧过程（BOD 耗氧）与复氧过程（大气复氧）之间的耦合关系， S-P 模型迄今仍得到广泛的应用，也是研究各种修正模型和复杂模型的基础。
【实验器材】
电脑一台、Office 软件
【实验步骤】
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1.河流稀释混合模式
水质完全混合数学表达式：
c0 D0
Qpcp Qh ch Qp Qh Qp Dp Qh Dh Qp Qh
3
式中：Qp—污水排放量，m /s； cP—污染物排放浓度，mg/L； DP—污水中溶解氧亏量，mg/L； Qh—上游来水流量，m /s； ch—上游来水污染物浓度，mg/L； Dh—上游来水中溶解氧亏量，mg/L；
3
2.S-P 模型
S-P 模型的基本方程为：
x c c 0 exp K1 86400 u
DO=DOf-D
D
K 1c 0 K 2 K1
x x x exp K 2 D 0 exp K 2 exp K1 86400 u 86400 u 86400 u
3.S-P 模型的临界点
根据 S-P 模型绘制的溶解氧沿程变化曲线称为氧垂曲线，如图所示。氧垂曲线的最低点 C 称为临界氧亏点，临界氧亏点的亏氧量称为最大亏氧量 Dc。沿河水流动方向，最大亏氧量 Dc 和临界氧亏点距污水排放口的距离 xc：
xc
86400 u K2 ln K 2 K1 K1