第四节 水质模型.ppt

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1、第四节第四节 水质模型水质模型(Water Quality Model)第三章第三章 水环境化学水环境化学(Water Environmental Chemistry)1水质模型（水质模型（water quality model）根据物质守恒原理用根据物质守恒原理用数学的语言和方法描述参加水循环的水体中水质组分所发数学的语言和方法描述参加水循环的水体中水质组分所发生的物理、化学、生物化学和生态学诸方面的变化、内在生的物理、化学、生物化学和生态学诸方面的变化、内在规律和相互关系的数学模型。规律和相互关系的数学模型。水质模型（水质模型（water quality model）描述环境污染物在水中的

2、运动和迁移转化规律，为水资源描述环境污染物在水中的运动和迁移转化规律，为水资源保护服务。它可用于实现水质模拟和评价，进行水质预报保护服务。它可用于实现水质模拟和评价，进行水质预报和预测，制订污染物排放标准和水质规划以及进行水域的和预测，制订污染物排放标准和水质规划以及进行水域的水质管理等，是实现水污染控制的有力工具。水质管理等，是实现水污染控制的有力工具。2水质模型的类型水质模型的类型1、从空间维数上 零维、一维、二维和三维模型 2、是否含有时间变量 可分为动态和稳态模型 3、从模型的数学特征 随机性、确定性模型和线性、非线性模型 4、从描述的水体、对象、现象、物质迁移和反应动力学性质可分为

3、河流、湖泊、河口、海湾、地下水模型；溶解氧、温度、重金属、有毒有机物、放射性模型；对流、扩散模型以及迁移、反应、生态学模型等。3水质模型的理论：水质模型的理论：质量平衡理论，灰色理论质量平衡理论，灰色理论 随机理论、模糊理论随机理论、模糊理论水质模型的应用：水质模型的应用：过程模拟、水环境质量评价、环境行为预测、水生过程模拟、水环境质量评价、环境行为预测、水生生物污染分析、水资源科学管理规划、水环境保护生物污染分析、水资源科学管理规划、水环境保护4水质模型的发展阶段水质模型的发展阶段n1925-1960，SP模型，模型，BODDO耦合模型耦合模型n19601965，新发展，引进空间变量，动力学

4、系数、，新发展，引进空间变量，动力学系数、温度温度n19651970，光和作用、藻类的呼吸作用，沉降，悬，光和作用、藻类的呼吸作用，沉降，悬浮，计算机的应用浮，计算机的应用n1970 1975，线性化体系，生态水质模型，有限元模，线性化体系，生态水质模型，有限元模型，有限差分技术型，有限差分技术n最近最近30年，改善模型的可靠性和评价能力年，改善模型的可靠性和评价能力5水质模型的发展趋势水质模型的发展趋势n模型不确定性的分型模型不确定性的分型n基于人工神经网络的水质模型基于人工神经网络的水质模型n基于地理信息系统的水质模型的研究基于地理信息系统的水质模型的研究6S-P模型BOD-DO耦合模型耦

5、合模型SP模型的基本假设是：河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应；反应速度是定常的；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。S-P模式的适用条件：模式的适用条件：河流充分混合段；污染物为耗氧性有机污染物；需要预测河流溶解氧状态；河流恒定流动；连续稳定排放。7零维水质模型（完全混合模型）零维水质模型（完全混合模型）零维是一种理想状态，把所研究的水体如一条河或一个水库看成一个完整的体系，当污染物进入这个体系后，立即完全均匀地分散到这个体系中，污染物的浓度不会随时间的变化而变化。8废水排入河流后与河水迅速完全混合，则混合后的污染物浓度为废水排入河流后与河水迅速完

6、全混合，则混合后的污染物浓度为零维水质模型（完全混合模型）零维水质模型（完全混合模型）9河流充分混合段；持久性污染物；河流恒定流动；废水连续稳定排放河流完全混合模式的适用条件河流完全混合模式的适用条件10一维水质模型一维水质模型 某一水团沿水流运动方向移动，同时存在于该水团中的某一水团沿水流运动方向移动，同时存在于该水团中的污染物亦随之移动，在运动过程中，污染物由于降解污染物亦随之移动，在运动过程中，污染物由于降解或转化成其它形式而发生浓度变化，这一变化往往与或转化成其它形式而发生浓度变化，这一变化往往与河流状态有关如：水温、溶解氧浓度等等，一维模型河流状态有关如：水温、溶解氧浓度等等，一维模

7、型适用的假设条件是横向和垂直方向混合相当快，认为适用的假设条件是横向和垂直方向混合相当快，认为断面中的污染物浓度是均匀的。断面中的污染物浓度是均匀的。11河流充分混合段；河流充分混合段；非持久性污染物；非持久性污染物；河流恒定流动；河流恒定流动；废水连续稳定排放废水连续稳定排放河流一维稳态模式的适用条件：河流一维稳态模式的适用条件：1213水体富营养化预测模型水体富营养化预测模型(Prediction Model of Eutrophic Water Body)水体的富营养化是由磷、氮的化合物过多排放引起的水体的富营养化是由磷、氮的化合物过多排放引起的污染。主要表现为水体中藻类的大量繁殖，严重

8、影响污染。主要表现为水体中藻类的大量繁殖，严重影响了水质。了水质。湖水营养化程度湖水营养化程度总磷总磷 是指正磷酸盐、聚合磷酸盐、可水解磷酸盐以是指正磷酸盐、聚合磷酸盐、可水解磷酸盐以 及有机磷的总浓度。及有机磷的总浓度。总氮总氮 是指水体中氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮和有机氮是指水体中氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮和有机氮 的总浓度。的总浓度。叶绿素含量叶绿素含量 是指水体中绿色物质的含量。是指水体中绿色物质的含量。14富营养化预测模型富营养化预测模型式中：c 湖水平均总磷浓度 mg/L,IP 输入湖泊磷的浓度 g/d PW 水力冲刷系数 PW=q/V，d-1 q 出湖河道流量 m3/d,V 湖泊容积 m

9、3 P 磷的沉降速率常数 d-1 t 河水入湖时间 d15有毒有机物的归趋模型有毒有机物的归趋模型化合物迁移转化过程化合物迁移转化过程n负载过程负载过程（输入过程）（输入过程）：人为排放，大气沉降，陆地：人为排放，大气沉降，陆地径流径流n形态过程形态过程：酸碱平衡、吸着作用酸碱平衡、吸着作用n迁移过程：迁移过程：沉淀沉淀-溶解作用、对流作用溶解作用、对流作用、挥发作用、挥发作用、沉积作用沉积作用 n转化过程：转化过程：生物降解生物降解、光解作用、水解作用、氧化还、光解作用、水解作用、氧化还原原n生物积累过程：生物积累过程：生物浓缩生物浓缩、生物放大、生物放大 16n有机物因转化和挥发从水环境中消失速率有机物因转化和挥发从水环境中消失速率KT=Kvm(挥发)+Kb(生物降解)+KP(光降解)+Kh(水解)17吸着作用的影响吸着作用的影响18假设:有机毒物输入水体的速率 RI,有机毒物在水环境中消失的速率 RL当 RI=RL 时，有机毒物就达到稳态浓度 RI=RL=RT(水解、光解、生物降解、挥发消失总速率)+RD(稀释）+RO（输出）稳态时的浓度（动态平衡）稳态时的浓度（动态平衡）19