水质模型pptChapter5
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水质模型精品PPT课件
C
C0
exp[
u 2D
(1
m)
x]
m 1 4k1D 86400u 2
2021/1/23
• 式中：C－下游某一点的污染物浓度， mg/L ； C0－完全混合断面的污染物浓度， mg/L； u－河水的流速，m/s； D－x方向上的扩散系数， m2/s ； k1－污染物降解的速率常数（1/d）； x－下游某一点到排放点的距离，m。
当河段长度大 于L，可采用0 维或一维模型
u－河流断面平均流速； H－平均水深； g－重力加速度， 9.81 m/s2 ； I－河流坡度。
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18
例题
某河流预测河段平均宽度50.0米，平均水深＝1.2 米，河底坡度0.90/00，平均流速0.1m/S，排放口 到岸边距离0米，混合过程段长度是多少米？
L＝
(0.4 50 0.6 0) 50 0.1
2463（米）
(0.0581.2 0.0065 50) 9.81.2 0.0009
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河流的一维模型
可根据河流水流特点分两种情况，即不 考虑弥散作用和考虑弥散作用。
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河流的一维模型 [考虑弥散的一维稳态模型]
2、一维模型
适用于符合一维动力学降解规律 的一般污染物，如氰、酚、有机毒 物、重金属、BOD、COD等单项 指标的污染物。
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14
一维模型适用条件
一维模型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 污染物的浓度是均匀的。或者是根据 水质管理的精确度要求允许不考虑混 合过程而假设在排污口断面瞬时完成 充分混合。
2021/1/23
【完美版】教案水质预测模型PPT资料
➢河流汇合部分可以分为支流、汇合前主流、汇合后主流三 段分别进行环境影响预测。小河汇入大河时，把小河看成点 源；
➢河流与湖泊、水库的汇合部分可以按照河流与湖泊、水库 两部分分别预测其环境影响；
➢河口断面沿程变化较大时，可以分段进行环境影响预测；
➢河口外滨海段可视为海湾。
湖、库的简化
简化为大湖（库）、小湖（库）、分层湖（库）
水环境影响预测模型
水质模型的分类 按时间特性分类 动态模型 静态模型 按水域类型分：河流水质模型 河口水质模型(受潮汐影响) 湖泊水质模型 水库水质模型 海湾水质模型 按描述水质组分的多少分类： 单一组分模型 多组分水质模型
按水质组分分类分： 耗氧有机物模型(BOD—DO模型) 单一组分的水质模型 难降解有机物水质模型 重金属迁移转化水质模型
教案水质预测模型
第1节 预测条件的确定
预测时段
地表水环境预测应考虑水体自净能力不同的各个时段（水 期）。通常将其划分为自净能力最小、一般、最大三个阶 段（如：枯水期、平水期、丰水期）。 ✓ 一、二级评价，应分别预测水体自净能力最小和一般两个 时段的环境影响。冰封期较长的水域，当其水体功能为生 活饮用水、食品工业用水水源或渔业用水时，还应预测冰 封期的环境影响。 ✓ 三级评价或二级评价时间较短时，可以只预测自净能力最 小时段的环境影响。
例题：河流的零维模型
有一条比较浅而窄的河流，有一段长1km的河段， 稳定排放含酚废水3/s;含酚浓度为200mg/L，上 游河水流量为9m3/s，河水含酚浓度为0，河流的 平均流速为40km/d，酚的衰减速率常数k＝2 1/d，求河段出口处的河水含酚浓度为多少？
答案：21 mg/L
河流一维模型
河流简化
矩形平直河流、矩形弯曲河流、非矩形河流 具体简化方法如下： ➢河流断面宽深比≥20时，可视为矩形河流；
➢河流与湖泊、水库的汇合部分可以按照河流与湖泊、水库 两部分分别预测其环境影响；
➢河口断面沿程变化较大时，可以分段进行环境影响预测；
➢河口外滨海段可视为海湾。
湖、库的简化
简化为大湖（库）、小湖（库）、分层湖（库）
水环境影响预测模型
水质模型的分类 按时间特性分类 动态模型 静态模型 按水域类型分：河流水质模型 河口水质模型(受潮汐影响) 湖泊水质模型 水库水质模型 海湾水质模型 按描述水质组分的多少分类： 单一组分模型 多组分水质模型
按水质组分分类分： 耗氧有机物模型(BOD—DO模型) 单一组分的水质模型 难降解有机物水质模型 重金属迁移转化水质模型
教案水质预测模型
第1节 预测条件的确定
预测时段
地表水环境预测应考虑水体自净能力不同的各个时段（水 期）。通常将其划分为自净能力最小、一般、最大三个阶 段（如：枯水期、平水期、丰水期）。 ✓ 一、二级评价，应分别预测水体自净能力最小和一般两个 时段的环境影响。冰封期较长的水域，当其水体功能为生 活饮用水、食品工业用水水源或渔业用水时，还应预测冰 封期的环境影响。 ✓ 三级评价或二级评价时间较短时，可以只预测自净能力最 小时段的环境影响。
例题：河流的零维模型
有一条比较浅而窄的河流，有一段长1km的河段， 稳定排放含酚废水3/s;含酚浓度为200mg/L，上 游河水流量为9m3/s，河水含酚浓度为0，河流的 平均流速为40km/d，酚的衰减速率常数k＝2 1/d，求河段出口处的河水含酚浓度为多少？
答案：21 mg/L
河流一维模型
河流简化
矩形平直河流、矩形弯曲河流、非矩形河流 具体简化方法如下： ➢河流断面宽深比≥20时，可视为矩形河流；
五章湖库水质模型ppt课件
k 1
C
Ic (1 Rc ) rV
C0
I
c
(1 rV
Rc
)
exp(rt
)
Cp
Ic (1 Rc ) rV
Lc (1 rh
Rc )
3. 湖库富营养化旳鉴别
可接受旳磷负荷：
氮含量：>0.2~0.3mg/l 磷含量：>0.01~0.02mg/l
lg LPA 0.6 lg h 1.4 危险界线磷负荷：
swt sw0
t i 1
(
Rday
Qsurf
Ea
wseep
Qgw )
swt sw0
t i 1
(
Rday
Qsurf
Ea
wseep
Qgw )
式中：
swt (mm)是土壤最终含水量，
sw0 (mm)土壤初始含水量，t为时间(day)，
Rday (mm)为第 i 天总降水量， Qsurf (mm)是第 i 天地表径流总量，
QPE -----排入分层湖库上层的废水量， m3 / s ； VE -------分层湖库上层体积， m3 ； CM (l1) -----分层湖库分层前（非分层期）污染物的平均浓度； CH (l) -----分层湖库下层的平均浓度； CPH ------向分层湖库下层排放的污染物浓度； QPH -----排入分层湖库下层的废水量， m3 / s VH -------分层湖库下层体积， m3 ；
m
1.地面径流旳营养负荷
I jl Ai Eij
i 1
2.降水旳营养负荷 I jp C j PAs
3.人为原因旳营养负荷
I sE （1) 生活污水旳营养负荷
js EPs 800 ~ 1800g / 人 年
第5章 水环境中的界面过程PPT课件
在水体中添加天然或合成的配合剂，能使 重金属形成可溶性的配合物，有时这种配合 物稳定性较大，可以溶解态存在，导致重金 属从固体颗粒上解吸下来。
（6）吸附温度
在一般情况下，吸附作用为放热反应，温 度升高有利于金属离子从颗粒物上解吸。
4.氧化物表面吸附的配合模式
这一模式的基本点是把氧 化物表面对H＋、OH－、金 属离子、阳离子等的吸附 看作是一种表面配合反应
实质
把具体表面看作一种聚 合酸，其大量羟基可 以产生表面配合反应
将实验求得吸附等温式的吸附过程转化为定量计算过程 （理论计算的重大改进）
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
总的综合作用位能为
VT＝VR＋VA 1.不同溶液有不同的VR
曲线
2.VR随颗粒间的距离按 指数规律下降
3.VA则只随颗粒间的距 离变化，与溶液中的 离子强度无关
4.不同溶液离子强度有 不同的VT曲线
由静电排斥力所产生的位能
由范德华力所产生的 位能
异体凝聚理论
➢ 电荷不同的胶体微粒接近时，吸引力占优势
• 挥发过程 • 在颗粒物和沉积物上的吸附交换过程 • 生物浓缩过程 • ……
• 5.1 天然水体中的 胶体物质（P128）
• 天然水体中的胶体一般可分为三大类：即 无机胶体，包括各种次生粘土矿物和各种金 属水合氧化物；
• 有机胶体，包括天然的和人工合成的高分子 有机物、蛋白质、腐殖质等；
• 有机无机胶体复合体。
5.2.1 胶体粒子的性质 1. 胶体的表面电荷
（6）吸附温度
在一般情况下，吸附作用为放热反应，温 度升高有利于金属离子从颗粒物上解吸。
4.氧化物表面吸附的配合模式
这一模式的基本点是把氧 化物表面对H＋、OH－、金 属离子、阳离子等的吸附 看作是一种表面配合反应
实质
把具体表面看作一种聚 合酸，其大量羟基可 以产生表面配合反应
将实验求得吸附等温式的吸附过程转化为定量计算过程 （理论计算的重大改进）
结束语
当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的， 所以不要放弃，坚持就是正确的。
When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
总的综合作用位能为
VT＝VR＋VA 1.不同溶液有不同的VR
曲线
2.VR随颗粒间的距离按 指数规律下降
3.VA则只随颗粒间的距 离变化，与溶液中的 离子强度无关
4.不同溶液离子强度有 不同的VT曲线
由静电排斥力所产生的位能
由范德华力所产生的 位能
异体凝聚理论
➢ 电荷不同的胶体微粒接近时，吸引力占优势
• 挥发过程 • 在颗粒物和沉积物上的吸附交换过程 • 生物浓缩过程 • ……
• 5.1 天然水体中的 胶体物质（P128）
• 天然水体中的胶体一般可分为三大类：即 无机胶体，包括各种次生粘土矿物和各种金 属水合氧化物；
• 有机胶体，包括天然的和人工合成的高分子 有机物、蛋白质、腐殖质等；
• 有机无机胶体复合体。
5.2.1 胶体粒子的性质 1. 胶体的表面电荷
水环境数学模型-第五章-河流水质模型
第五章 河流水质模型
河流水质模型是近十几年来研究得比较广泛且较深入的课题，并将研究 的水质模型比较成功地用于河流、流域的水质规划和管理。如 QUAL-Ⅱ是应 用得较成功的一个例子。目前使用的许多水质模型是在 S-P 模型的基础上加 以修正而获得的。 水质模型可用于估计在稳态条件下，即水质和水量不随时间变化的条件 下水质的变化行为。 同时亦可用于估计动态条件或随时间而改变时水质状况。 我们可用许多参数，如 BOD、DO、SS，大肠杆菌以及其他影响水质的因素来 描述和评价水体的质量。本章以 S-P 方程开始介绍各种类型的水质模型，同 时介绍若干计算实例以及确定模型中各参数的方法。通过本章介绍，使读者 能掌握模型的一般解法和使用条件，同时能较好地掌握模型中参数识别的各 种方法。 5.1 Streeter-Phelps 模型的基本形式
基本的经典水质模型是由 Streeter 和 Phelps（1925）提出来的，并且后 来由 Phelps 在 1944 年总结和公布的。其基本原理是相当合理的，所以至今 仍使用其某些修正形式。 在稳态条件下，一维河流水质模型的基本方程是 ݑ డ௫ ൌ ܦడ௫ మ ܵ
డ డమ
ቀ݁ ିሺభ ାయ ೠ െ ݁ ିమ ೠ ቁ െ
ሻ
ೣ
ೣ
ಿ ಿ ሺሻ ಿ ିమ
ቀ݁ ିಿ ೠ െ
（5-29）
ೣ
所有上述介绍的修正式均可用于描述在不同条件下，河流水体中 BOD、 DO 的变化。 5.1.3 Streeter-Phelps 方程的基本解
件
（1）有弥散存在的稳态解 假设一条河流是很长的，BOD 污染源位于河段的始端 x=0 处，其边界条 L（0）=L0、L（∞）=0、O（0）=00、O（∞）=Os，则
河流水质模型是近十几年来研究得比较广泛且较深入的课题，并将研究 的水质模型比较成功地用于河流、流域的水质规划和管理。如 QUAL-Ⅱ是应 用得较成功的一个例子。目前使用的许多水质模型是在 S-P 模型的基础上加 以修正而获得的。 水质模型可用于估计在稳态条件下，即水质和水量不随时间变化的条件 下水质的变化行为。 同时亦可用于估计动态条件或随时间而改变时水质状况。 我们可用许多参数，如 BOD、DO、SS，大肠杆菌以及其他影响水质的因素来 描述和评价水体的质量。本章以 S-P 方程开始介绍各种类型的水质模型，同 时介绍若干计算实例以及确定模型中各参数的方法。通过本章介绍，使读者 能掌握模型的一般解法和使用条件，同时能较好地掌握模型中参数识别的各 种方法。 5.1 Streeter-Phelps 模型的基本形式
基本的经典水质模型是由 Streeter 和 Phelps（1925）提出来的，并且后 来由 Phelps 在 1944 年总结和公布的。其基本原理是相当合理的，所以至今 仍使用其某些修正形式。 在稳态条件下，一维河流水质模型的基本方程是 ݑ డ௫ ൌ ܦడ௫ మ ܵ
డ డమ
ቀ݁ ିሺభ ାయ ೠ െ ݁ ିమ ೠ ቁ െ
ሻ
ೣ
ೣ
ಿ ಿ ሺሻ ಿ ିమ
ቀ݁ ିಿ ೠ െ
（5-29）
ೣ
所有上述介绍的修正式均可用于描述在不同条件下，河流水体中 BOD、 DO 的变化。 5.1.3 Streeter-Phelps 方程的基本解
件
（1）有弥散存在的稳态解 假设一条河流是很长的，BOD 污染源位于河段的始端 x=0 处，其边界条 L（0）=L0、L（∞）=0、O（0）=00、O（∞）=Os，则
河流水质模型05
ux
ux
K N L N 0[e x K N px)(ex K p2x ()]
K NK 2
ux
ux
李光炽
水质模型
DD 0exp K u2 x(x)Kc K K cL 3c 0K2[ex K pcu (xK 3x)exp K ux2(x)]
KNLN0 [ex K pNx ()exp K2(x)]
由此可解得C为
C C0
1 K1V /Q
或
C C0
1 K1t
其中t=V／Q，称滞留时间。
水质模型
李光炽
水质模型
李光炽
水质模型
将零维模型应用于实际河流的稳态水质模型 或预测时，首先需要将河流分成若干河段， 每一河段再划分为长度为x的若干微段，每 一个微段即视为一个完全混合的反应器
C m C m 1 /1 ( K 1 x /u ) C 0 /1 ( K 1 x /u ) m
李光炽
水质模型
ux ddLx(K1K3)L
uxd dO xK1LK2(O sO ) 以上修正式也称Thomas修正式。其中K3为负值 时表示BOD沉淀物的再悬浮。K3的量值一般在 －0.36～0.36d－1之间变化。
李光炽
水质模型
当边界条件为 x 0， L L0 ， O O0 时，
李光炽
水质模型
(2)从竖向充分混合起至河流横向开始充分混 合为止。天然河流的河床一般是宽浅型的， 宽深比大于10。达到横向混合所需要的河段 长度比达到竖向混合所需要的河段长度大得 多，河越宽则所需距离就越大，可达几公里、 几十公里，对于大河甚至达上百公里。
李光炽
水质模型
(3)从横断面上开始充分混合以后的阶段。在 这个阶段，河流断面上各点水质浓度的偏差 远比各横断面间的断面平均浓度偏差小。因 此，一般只需考虑断面平均浓度沿河流纵向 的变化就可以了。 从排放口至第三混合阶段开始之间的距离L可 按下式估算：
水环境系统模型PPT课件
物的离散程度越好，在弥散系数增大时， Cmax将下降，且延长污染物的通过时间。
第30页/共39页
二维流场中的分布特征 对于二维稳态的污染物分布，如果令
即在排污点下游X断面上污染物在横向 呈正态分布。
第31页/共39页
第32页/共39页
三、天然水体水质数学模型（考虑多污染指标因
素）
1、河流中的基本水质问题。
一是由其自身的运动变化规律决定的， 如：放射性物质的蜕变。
第7页/共39页
另一种是在环境因素的作用下，由 于化学的或生物的反应而不断衰减。如： 可生化降解的有机物在大气或水体中的微 生物作用下的氧化分解过程。试验和实际 观测数据都证明，该衰减符合一级反应动 力学规律，即：
第8页/共39页
2、环境质量基本模型（现象模型中扩散方程的进一步简
Kc——BOD降解速度常数，与温度有 关。
第34页/共39页
K K θ ， c，T=
T-20 c，20
θ在1.047左右（T=100~350C）
系来估K计c可。由试验室中测定生化需氧量和时间关
生
河流中BOD衰 物降解还包括沉
减速 淀作
度常 用（
数KsK）r故不：仅
包括
Kr=Kc+Ks， Kr可由下式估算：
第18页/共39页
（二）一维河流水质模型的解析解 1、稳态模型：
（C为对时间对断面的平均值） 若边界条件为：
C |x=0=C0
C |x =∞=C0
第19页/共39页
则解为：
一般来说，非潮汐河流其弥散作用影 响很小，即Dx=0，则控制方程为：
第20页/共39页
2、瞬时源一维方程解析解：（非稳态） 对于瞬时突然排放污染物的情况，方
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二维流场中的分布特征 对于二维稳态的污染物分布，如果令
即在排污点下游X断面上污染物在横向 呈正态分布。
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第32页/共39页
三、天然水体水质数学模型（考虑多污染指标因
素）
1、河流中的基本水质问题。
一是由其自身的运动变化规律决定的， 如：放射性物质的蜕变。
第7页/共39页
另一种是在环境因素的作用下，由 于化学的或生物的反应而不断衰减。如： 可生化降解的有机物在大气或水体中的微 生物作用下的氧化分解过程。试验和实际 观测数据都证明，该衰减符合一级反应动 力学规律，即：
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2、环境质量基本模型（现象模型中扩散方程的进一步简
Kc——BOD降解速度常数，与温度有 关。
第34页/共39页
K K θ ， c，T=
T-20 c，20
θ在1.047左右（T=100~350C）
系来估K计c可。由试验室中测定生化需氧量和时间关
生
河流中BOD衰 物降解还包括沉
减速 淀作
度常 用（
数KsK）r故不：仅
包括
Kr=Kc+Ks， Kr可由下式估算：
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（二）一维河流水质模型的解析解 1、稳态模型：
（C为对时间对断面的平均值） 若边界条件为：
C |x=0=C0
C |x =∞=C0
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则解为：
一般来说，非潮汐河流其弥散作用影 响很小，即Dx=0，则控制方程为：
第20页/共39页
2、瞬时源一维方程解析解：（非稳态） 对于瞬时突然排放污染物的情况，方
《河流水质模型》课件
详细描述
该河流的水质模拟主要针对有机物和重金属进行，通过建立水质模型，预测不同排放量对水质的影响 ，为河流治理提供科学依据。
案例二：某水库的水质模拟
总结词
该水库具有高营养盐水平，主要污染物 为氮、磷等营养盐。
VS
详细描述
该水库的水质模拟主要针对氮、磷等营养 盐进行，通过建立水质模型，预测不同排 放量对水库富营养化的影响，为水库的生 态恢复提供技术支持。
模型的参数与变量
参数
污染物排放量、河流流量、水体 容量、污染物降解系数等。
变量
河流水质浓度、污染物排放量、 河流流量等。
模型的建立过程
确定模型的目标和范围。
选择合适的数学模型，如 一维水质模型、二维水质 模型等。
收集相关数据和资料，包 括河流水质监测数据、污 染物排放数据等。
建立数学方程，包括质量 守恒方程、污染物降解方 程等。
利用数据可视化技术，如热力图、散点图等，将复杂的数据以易于理解的方式呈 现，帮助用户更好地理解结果。
结果的误差分析
误差来源
分析模型结果的误差来源，如数据采 集误差、模型参数不确定性等，以便 更好地了解误差的构成。
误差评估
通过比较模型结果与实际观测数据， 对误差进行定量评估，判断模型的准 确性和可靠性。
结果的优化与改进
模型参数优化
根据结果分析，对模型参数进行优化调整，以提高模型的预测精度和稳定性。
模型改进建议
基于结果分析，提出对模型的改进建议，如改进模型结构、增加数据输入等，以提升模型的性能和适用范围。
05 河流水质模型的案例分析
CHAPTER
案例一：某河流的水质模拟
总结词
该河流具有中等污染程度，主要污染物为有机物和重金属。
该河流的水质模拟主要针对有机物和重金属进行，通过建立水质模型，预测不同排放量对水质的影响 ，为河流治理提供科学依据。
案例二：某水库的水质模拟
总结词
该水库具有高营养盐水平，主要污染物 为氮、磷等营养盐。
VS
详细描述
该水库的水质模拟主要针对氮、磷等营养 盐进行，通过建立水质模型，预测不同排 放量对水库富营养化的影响，为水库的生 态恢复提供技术支持。
模型的参数与变量
参数
污染物排放量、河流流量、水体 容量、污染物降解系数等。
变量
河流水质浓度、污染物排放量、 河流流量等。
模型的建立过程
确定模型的目标和范围。
选择合适的数学模型，如 一维水质模型、二维水质 模型等。
收集相关数据和资料，包 括河流水质监测数据、污 染物排放数据等。
建立数学方程，包括质量 守恒方程、污染物降解方 程等。
利用数据可视化技术，如热力图、散点图等，将复杂的数据以易于理解的方式呈 现，帮助用户更好地理解结果。
结果的误差分析
误差来源
分析模型结果的误差来源，如数据采 集误差、模型参数不确定性等，以便 更好地了解误差的构成。
误差评估
通过比较模型结果与实际观测数据， 对误差进行定量评估，判断模型的准 确性和可靠性。
结果的优化与改进
模型参数优化
根据结果分析，对模型参数进行优化调整，以提高模型的预测精度和稳定性。
模型改进建议
基于结果分析，提出对模型的改进建议，如改进模型结构、增加数据输入等，以提升模型的性能和适用范围。
05 河流水质模型的案例分析
CHAPTER
案例一：某河流的水质模拟
总结词
该河流具有中等污染程度，主要污染物为有机物和重金属。
第五章水质分析方法概述ppt课件
精品课件
标准表达格式
标准[文献号]国家(地区或组织)标准代号-标 准号-年
例:国家标准 GB3838-2002 GB-国家标准 3838-顺序号 2002-批准年代 例:DB4426-89(广东省地方标准)
精品课件
环境标准的定义
环境标准是为了防止环境污染，维护生态 平衡，保护人群健康，对环境保护工作中 需要统一的各项技术规范和技术要求所做 的规定。
精品课件
环境不是人工制造的产品，环境因素错综复杂， 大多数环境因素是不能人为加以控制的，制定环 境保护标准要考虑被保护对象的要求和控制对象 的承受能力。环境因素具有与产品性能完全不同 的高度的特异性，一个特定区域的环境不可能在 其他区域被复制。因此，环境不是“重复性事 物”，环境因素中不存在通用性和互换性的问题， 不宜把环境保护标准当作产品质量标准来进行管 理和看待。
地方级包括地方环境质量标准和地方污染 物排放标准。
精品课件
1．国家环境保护标准
(1)国家环境质量标准：是为了保障人群健康、 维护生态环境和保障社会物质财富，并考 虑技术、经济条件，对环境中有害物质和 因素所作的限制性规定。国家环境质量标 准是一定时期内衡量环境优劣程度的标准， 从某种意义上讲是环境质量的目标标准。
一、水质指标
水质指标是衡量水中杂质的标度，能够具 体表明水中杂质的种类和数量，常包括物 理、化学、微生物学等三项指标。它可以 判断水质的优劣及是否满足用水的要求。
水质指标的表示
(1)是直接由某一物质的含量来表示的.
(2)根据某一种类杂质的共同特性用间接的 方式来表示其含量的。
(3)用配制的标准溶液作为标度来表示其含
(6)国家环境保护行业标准 除上述环境标准外，在环境保护工作中对还需
标准表达格式
标准[文献号]国家(地区或组织)标准代号-标 准号-年
例:国家标准 GB3838-2002 GB-国家标准 3838-顺序号 2002-批准年代 例:DB4426-89(广东省地方标准)
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环境标准的定义
环境标准是为了防止环境污染，维护生态 平衡，保护人群健康，对环境保护工作中 需要统一的各项技术规范和技术要求所做 的规定。
精品课件
环境不是人工制造的产品，环境因素错综复杂， 大多数环境因素是不能人为加以控制的，制定环 境保护标准要考虑被保护对象的要求和控制对象 的承受能力。环境因素具有与产品性能完全不同 的高度的特异性，一个特定区域的环境不可能在 其他区域被复制。因此，环境不是“重复性事 物”，环境因素中不存在通用性和互换性的问题， 不宜把环境保护标准当作产品质量标准来进行管 理和看待。
地方级包括地方环境质量标准和地方污染 物排放标准。
精品课件
1．国家环境保护标准
(1)国家环境质量标准：是为了保障人群健康、 维护生态环境和保障社会物质财富，并考 虑技术、经济条件，对环境中有害物质和 因素所作的限制性规定。国家环境质量标 准是一定时期内衡量环境优劣程度的标准， 从某种意义上讲是环境质量的目标标准。
一、水质指标
水质指标是衡量水中杂质的标度，能够具 体表明水中杂质的种类和数量，常包括物 理、化学、微生物学等三项指标。它可以 判断水质的优劣及是否满足用水的要求。
水质指标的表示
(1)是直接由某一物质的含量来表示的.
(2)根据某一种类杂质的共同特性用间接的 方式来表示其含量的。
(3)用配制的标准溶液作为标度来表示其含
(6)国家环境保护行业标准 除上述环境标准外，在环境保护工作中对还需
水质模型优秀PPT文档
湖水营养化程度
总磷 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。
总氮 是指水体中氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮和有机氮 的总浓度。
叶绿素含量 是指水体中绿色物质的含量。
富营养化预测模型
V(d d)c tIPq cPVc
ddctV IP(PWP)c
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 m3 λP —磷的沉降速率常数 d-1 t —河水入湖时间 d
①河流充分混合段； ②持久性污染物； ③河流恒定流动； ④废水连续稳定排放
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 与河流状态有关如：水温、溶解氧浓度等等，一维模 型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。
R tR iK i[E i]C []
R T K i[C ]K T [C ]
KT = Kvm (挥发) + Kb (生物降解) + KP (光降解) + Kh (水解)
吸着作用的影响
KP
CS CW
CTCSCPCW
R T K i[C ]K T [C ]
RT
0exp2uE x[xx(1 14K ux2xE)]
河流一维稳态模式的适用条件：
①河流充分混合段； ②非持久性污染物； ③河流恒定流动； ④废水连续iction 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 污染。主要表现为水体中藻类的大量繁殖，严重影响 了水质。
总磷 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。
总氮 是指水体中氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮和有机氮 的总浓度。
叶绿素含量 是指水体中绿色物质的含量。
富营养化预测模型
V(d d)c tIPq cPVc
ddctV IP(PWP)c
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 m3 λP —磷的沉降速率常数 d-1 t —河水入湖时间 d
①河流充分混合段； ②持久性污染物； ③河流恒定流动； ④废水连续稳定排放
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 与河流状态有关如：水温、溶解氧浓度等等，一维模 型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。
R tR iK i[E i]C []
R T K i[C ]K T [C ]
KT = Kvm (挥发) + Kb (生物降解) + KP (光降解) + Kh (水解)
吸着作用的影响
KP
CS CW
CTCSCPCW
R T K i[C ]K T [C ]
RT
0exp2uE x[xx(1 14K ux2xE)]
河流一维稳态模式的适用条件：
①河流充分混合段； ②非持久性污染物； ③河流恒定流动； ④废水连续iction 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 污染。主要表现为水体中藻类的大量繁殖，严重影响 了水质。
J08级第5章水质模型
• 式中：h------沿轴（铅垂坐标）方向的水深； • W------相应风速； • B------沿轴（横向坐标）方向的水体宽度； • V------相应风速； • Ex、Ez------分别为横向和铅垂方向的紊动扩散系数。
④三维水质模型
• 三维水质模型方程可表示为：
• 该模型较为全面地反映了移流、扩散等 的综合过程，各物理参数含义同二维模 型。
• 式中：A------断面面积； • C------非保守物质浓度； • Q------流量； • EX、K------纵向紊动扩散系数河纵向离散系数；
③二维水质模型
二维水质模型主要分为以下两种： • 描述铅垂方向（水深方向）均匀混合的水深平均水
质方程：
• 描述横向均匀混合、铅垂分层的水质方程：
• 3. 结合地理信息系统（GIS）的应用。GIS一个 最显著的功能就是对海量空间数据的存储和管 理，此外还能对水质计算结果进行空间分析和 动态显示，模拟结果一目了然，使对复杂模型 的理解变得容易，并得到很多有价值的信息， 从而辅助决策。
四、水质模型的分类
• 水质模型可以从不同的角度来进行分类，根据模型 的性质、用途以及系统工程的观点，大致可将其分 成以下几类：
• 本书第三部分共分为四章。第7章主要讲 述影响气-水-土壤环境中污染物迁移的重 要因素，基于这些因素的建立而用来预 测河流、河口、湖泊和地下水水质变化 的模型。每种天然水体都有不同的特性 和限制条件。典型地，河流、河口模型 考虑氧源，湖泊水质明显受季节温度和 风力的影响，而地下水直接与组成土壤 的矿物质的溶解和吸附反应有关。第8章 讲述河流河口模型，第9、10章分别讲解 湖泊和地下水模型。
• 第三步：参数估计。一个数学模型通常含有称为 参数的数学常数。这些参数必须用有关数据来确 定。如果参数估值不理想，则必须重新考虑模型 的结构等等。
④三维水质模型
• 三维水质模型方程可表示为：
• 该模型较为全面地反映了移流、扩散等 的综合过程，各物理参数含义同二维模 型。
• 式中：A------断面面积； • C------非保守物质浓度； • Q------流量； • EX、K------纵向紊动扩散系数河纵向离散系数；
③二维水质模型
二维水质模型主要分为以下两种： • 描述铅垂方向（水深方向）均匀混合的水深平均水
质方程：
• 描述横向均匀混合、铅垂分层的水质方程：
• 3. 结合地理信息系统（GIS）的应用。GIS一个 最显著的功能就是对海量空间数据的存储和管 理，此外还能对水质计算结果进行空间分析和 动态显示，模拟结果一目了然，使对复杂模型 的理解变得容易，并得到很多有价值的信息， 从而辅助决策。
四、水质模型的分类
• 水质模型可以从不同的角度来进行分类，根据模型 的性质、用途以及系统工程的观点，大致可将其分 成以下几类：
• 本书第三部分共分为四章。第7章主要讲 述影响气-水-土壤环境中污染物迁移的重 要因素，基于这些因素的建立而用来预 测河流、河口、湖泊和地下水水质变化 的模型。每种天然水体都有不同的特性 和限制条件。典型地，河流、河口模型 考虑氧源，湖泊水质明显受季节温度和 风力的影响，而地下水直接与组成土壤 的矿物质的溶解和吸附反应有关。第8章 讲述河流河口模型，第9、10章分别讲解 湖泊和地下水模型。
• 第三步：参数估计。一个数学模型通常含有称为 参数的数学常数。这些参数必须用有关数据来确 定。如果参数估值不理想，则必须重新考虑模型 的结构等等。
水环境数学模型PPT演示课件
0
Z
dx
式中：
d
和 0
dZ
d
分别叫做状态变量 0
和目标函数的一阶灵敏度系数，它反映了系统的 灵敏度特征。
25
• 例：BOD降解规律为：L L0ekdt ，若已知起
点 BOD5 浓度 L0 ＝ 15mg/L ，BOD衰减速度 常数 kd=0.1d-1 ， kd 的变化幅度在± 10 ％， 试求 t=2 d 处的 BOD5 值及其变化幅度。
– 状态对参数的灵敏度：
Sx
x x
0
x
0
x
– 目标对参数的灵敏度
SZ
Z Z
0
Z
0
Z
24
当Δθ 0 时，可忽略高阶微分项，得：
Sx
dx
d
0
0
x
Sz
dZ
d
0
维）
37
x0
x1
x0
x1
x0
x1
a.推流迁移
b.推流迁移＋分散 c.推流迁移＋分散＋衰减
a=A,x1=x0
a=A,x1>x0
a<A,x1>x0
（x表示污染物分布的空间范围；A和a表示污染物总量）
推流迁移、分散、衰减作用示意图
38
费希尔（H.B.Fischer)公式
按有边界限制水流中污染源对流扩散公式； 断面最小浓度和最大浓度之差在5%以内作为
物随水流的推移与混合，受泥沙颗粒和底岸的 吸附与解吸、沉淀与再悬浮，底泥中污染物的 输送等作用过程。 水中有机污染物降解与转化 污水生化反应动力学
水环境化学5第四节水质模型.ppt(共18张PPT)
❖一个化合 物与水作用
通常产生较
小的、简单 的有机产物
涉及减少或增 加电子在内的 有机污染物以 及金属的反响 都强烈地影响 环境参数
第十二页，共18页。
生物累积过程
LOGO
生物浓缩作用：通 过可能的手段如通 过鱼鳃的吸附作用， 将有机污染物摄取 至生物体
第十三页，共18页。
生物放大作用：高 营养级生物以消耗 摄取有机毒物进入 生物体的低营养级 生物为食物，使生 物体中有毒物的浓 度随营养级的提高 而逐步增大
❖ 其次，模型中既要有化合物固有性质的参数，又要有表征环境特征的参数， 这样似乎应为二级反响式。但如果一但环境定下来了，那么速率的方程就又 变成准一级反响式了。为此假定有机物的存在不改变环境参数，例如不会改 变水体的pH值、对光(duì guāng)的吸附系数和细菌总数等。由于污染物在 水环境中的浓度很低，这个假定也是符合实际情况的
第八页，共18页。
LOGO
第九页，共18页。
LOGO
负载过程(guò ché ng)〔输入过程(guò ché ng)〕 污水排放速率、大气沉降以及地表径流引入有机毒物至天然水体均将直 接影响污染物在水中的浓度
形态过程：
酸碱平衡：天然水 中pH值决定着有 机酸或碱以中性态 或离子态存在的分 数，因而影响挥发 及其他作用
RT=∑Ri=c∑(Ki·Ei) 式中：Ki—第i过程的速率(sùlǜ)常数； Ei—对于第i过程在动力学上起重要租用的环境参数〔例如，水体pH值、光强、细菌总数 等〕；
c—化合物的浓度 环境参数在一定的环境地区和时间内就保持不变，这样Ki〔Ei) 就可以用准一级反响速率 (sùlǜ)常数表示
RT=c∑ki
❖
V—湖泊容积，m3
培训课件教案--第5章-水质预测模型.ppt
C(
x)
C0
exp
k1x u
.精品课件.
30
河流的一维模型 [考虑弥散的一维稳态模型]
C
C0
exp[
u 2D
(1
m)
x]
m
1
4k1D 86400u
2
式中：C－下游某一点的污染物浓度， mg/L ；
C0－完全混合断面的污染物浓度， mg/L； u－河水的流速，m/s；
D－x方向上的扩散系数， m2/s ；
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。
.精品课件.
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）：
➢河口断面沿程变化较大时，可以分段进行环境影响预测；
➢河口外滨海段可视为海湾。 .精品课件.
9
湖、库的简化
简化为大湖（库）、小湖（库）、分层湖（库）
简化方法 ➢评价等级为1级时，中湖（库）可以按大湖（库）对待，停 留时间较短时也可以按小湖（库）对待；
➢评价等级为3级时，中湖（库）可以按小湖（库）对待，停 留时间很长时也可按大湖（库）对待；
8
河口的简化
简化方法： ➢除个别要求很高（如一级评价）的情况外，河流感潮段一 般可按潮周平均、高潮平均和低潮平均三种情况，简化为稳 态进行预测；
➢河流汇合部分可以分为支流、汇合前主流、汇合后主流三 段分别进行环境影响预测。小河汇入大河时，把小河看成点 源；
➢河流与湖泊、水库的汇合部分可以按照河流与湖泊、水库 两部分分别预测其环境影响；
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根据题意已知：V = 1.0×107 m3，s = 0.08 a-1，r = Q/V = 5 a-1 ， C0 = 1.5 g/m3，Ic = 0.5×108×3 = 1.5×108 g/a。
当 C/Cp = 0.99 时：
0.99 11.5 108 1 t ln 0.08 5 1.0 107 0.08 51.5 1.5 108 1 ln 0.020 33 0.77a 5.08
（2）修正的营养状态指数（TSIM）
TSIM(chla) 10(2.46 ln chla ) ln 2.5
TSIM(SD)=10(2.46+
3.69 1.53ln SD ) ln2.5
TSI(TP)=10(2.46+
6.71+1.15ln TP ) ln2.5
（3）综合营养状态指数
TLI( ) W j TLI( j)
解答：根据题目，得到
V s r C0 s r t C 1 1 e Cp Ic
C C 1 I c 1 C Cp 1 1 p t ln ln s r V s r C0 s r V s r C0 I c 1 Ic
第五章 湖泊水库水质模型
本章内容
湖泊水库的污染特性 湖泊水库温度模型 湖泊水库水质模型 湖泊水库富营养化模型 湖泊水库生态系统模型 湖泊水库水质模拟通用软件介绍 案例分析
第五章 湖泊水库水质模型
湖泊水库的污染特性
污染来源与途径
污染源
污染类型
点源
污染物来源
工业废水 城镇生活污水 固体废物处置场 矿区地表径流 城镇地表径流 农牧区地表径流 大气降尘 大气降水 水体投饵养殖 水面娱乐活动废弃物 水土流失及土壤侵蚀 底泥及沉积物
pph
S h As Ppe
Sh As Pph
SA Pp s
பைடு நூலகம்模型
对表层正磷酸盐Poe dPoe kth Ve Q j Poj QPoe PVe Poe Ath ( Poh Poe ) e dt Z th 对表层偏磷酸盐Ppe
（1）夏季分层模型
dt 对下层正磷酸盐Poh
Vh
Ve
• 当 Ek > Ep 时，水面输入的风能将转化为势能，分层 不稳定，混合层水体向下扩展。
• 当 Ek > Ep 时，水体形成稳定的分层，水面风能用于 克服水体黏性而消失，混合层水体的厚度不增加。
第五章 湖泊水库水质模型
湖泊水库水质模型
湖库完全混合箱式模型——沃伦威德尔模型
概述
创始：沃伦威德尔（R.A.Vollenweider）在 20 世纪 70年 代初期研究北美大湖时提出。 适用：停留时间很长，水质基本处于稳定状态的湖泊 水库。
水温分层
T
Z
湖库中温度的竖向分布
湖库中的热分层
均匀混合温度模型
对于均匀混合型湖泊，假定水温在各个方向是均匀 的，仅考虑它随时间的变化，可利用总体热量平衡 模型，计算湖泊温度随时间的变化过程。
T ( SR SRb AR ARb BR E C HOI )t t
概化图
Q( p
K th Ath Pph Z th
K th Ath Poh Z th
oj
ppj )
Q( poe ppe )
Q ( p
j
oj
ppj ) Q( poe ppe )
poe
ppe
K th Ath Ppe Z th
K th Ath Poe Z th
V
poe
po
pe
r
V
poh
（1）物理指标
（2）化学指标
与藻类增殖直接相关的DO，CO2，COD以及营养 盐等指标。
（3）生物学指标
大致可分为藻类现存量（叶绿素）、生物指标 （调查特定生物出现的状况）、多样性指数（调查群 集生物的多样性）和藻类增殖的潜在能力。
判别标准 （1）卡尔森营养状态指数（TSI）
48 ln SD TSI(SD) 10(6 ) TSI(TP) 10(6 TP ) ln 2 ln 2 2.04 0.68ln chla TSI(chla) 10(6 ) ln 2 ln
湖岸带的发育
（1）限制性营养物质 （2）温度和照度
GT Gmax1T 20
2.718 282 R1 (e K e HT
（3）湖库形态 （4）溶解氧和pH
If Is
GT 1.8(1.066)T 20
e Ke H
e
If Is
)
湖泊水库富营养化判别标准
判别指标
即水温、透明度、光强等，透明度最为常用。
可根据湖库的入流、出流近似计算出滞留系数。
Rc 1
q
j 1 n k 1
m
0j
C0 j
q
ik
Cik
湖库完全混合箱式模型——分层箱式模型
概述
1975年，斯诺得格拉斯（Snodgrass）等提出了一个分层 的箱式模型，用以近似描述水质分层状况。分层箱式模 型把上层和下层各视为完全混合模型，在上、下层之间 紊流扩散的传递作用。分层箱式模型分为夏季模型和冬 季模型，夏季模型考虑上、下分层现象，冬季模型则考 虑上、下层之间的循环作用。模拟包含的水质组分为正 磷酸盐（Po）和偏磷酸盐（Pp）的变化规律。
HOI
SR
SRb
AR
ARb
C
E
BR
分层温度模型
垂向一维温度模型
T T T A( z ) uz Z A( z )( D Ev ) z S t t
当忽略水流垂向速度及分子扩散项时
T 1 T S A( z ) Ev z A( z ) t A( z ) z
kth Ath ( Ppe Pph ) Z th
（2）冬季分层模型
对全湖的正磷酸盐Po：
dPo V Q j Poj QPo PeuVeu Po rVPp dt
对下层偏磷酸盐Pp：
V
dPp dt
Q j Ppj QPp PeuVeu Po rVPp SAs Pp
j 1 m
Wj
rij 2 rij 2
j 1 m
第五章 湖泊水库水质模型
湖泊水库温度模型
湖泊水库水温特征
湖泊水温受湖面以上气象条件（主要是气温与风）、 湖泊容积和水深以及湖盆形态等因素的影响，呈现出 具有时间与空间的变化规律，比较明显的季节性变化 与垂直变化。
一般容积大、水深大的湖泊，水温常呈垂向分层型。 通常水温的垂向分布有三个层次，上层温度较高，下 层温度较低，中间为过渡带，称为温跃层。 冬季因表面水温不高，可能没有显著的温跃层。夏季 的温跃层较为明显。
I j I jl I jP I js I jk
富营养化的控制因子
湖泊富营养化定义 指湖泊水体接纳过量的氮、磷等营养性物质， 使水体中藻类以及其他水生生物异常繁殖，水 体透明度和溶解氧变化，造成湖泊水质恶化， 加速湖泊老化，从而使湖泊生态和水功能受到 阻碍和破坏。
富营养化的控制因子
能量平衡模型 能量平衡模型将湖库沿垂向分为 n + m 个小薄层其中， 上部 m 层为混合均匀层，下部 n 层为变温层，每层 厚度为ΔZ。
混合层
混合层
Δz
变温层 变温层
Ek / Ep 1
Ek / Ep ≥ 1
Ek 0W Asdt
*
m Ep g V (i, k ) P(m 1, k ) (i, k ) (m 1 i )z i 1
dPpe
Q j Ppj QPpe Se Ath Ppe PVe Poe e
kth Ath ( Pph Ppe ) Z th
dPoh k rhVh Pph th Ath ( Poe Poh ) dt Z th
对下层偏磷酸盐Pph
Vh
dPph dt
Se Ath Ppe Sh As Pph rhVh Pph
Ic Cp (r s)V
1 V 如进一步令 tw r Q
且 V As h ，则湖泊、水库中的
营养物质平衡浓度变为：
Cp
Lc
h sh tw Ic Lc As
案例分析
已知湖泊的容积 V = 1.0×107 m3/a，湖泊内 CODCr 的本底浓度 C0 = 1.5 mg/L，河流中 COD 浓度为C1 = 3 mg/L，COD 在湖泊中的沉积速度常数 s = 0.08 a-1。 试求湖泊中的 COD 平衡浓度，及达到平衡浓度的 99% 所需的时间。
dC I c sC rC dt V
在给定初始条件，当 t ＝ 0，C ＝ C0 时，求得上式的解析解为
Ic V ( s r )C0 I c C exp[( s r )t ] V (s r ) V (s r )
在湖泊、水库的出流、入流流量及营养物质输入稳定 的情况下，当 t →∞ 时，可以得到营养物质的平衡浓 度 Cp：
地理位置
人类的影响
地质
地形
纬度
地下水、农业、 矿业
基底的组成
湖盆的形态
气候
深度 流入的营养盐 流域生态系统
湖底的 凹凸
降水 湖的 面积
风
日照
湖底堆积物 的性质
湖外物质的流 入（营养盐）
透明度
光的 透入