第四节 水质模型

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