水污染的系统动力学模型

水污染的系统动力学模型

一.实验目的

1. 了解系统动力学的基础知识，掌握系统动力学的建模方法。

2. 了解Vensim软件的使用方法。

3. 通过模拟实验，进一步理解与认识系统动力学模型在环境科学与工程中的应用。

二.系统动力学简介

系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科，也是一门认识系统问题和解决系统问

题的交叉综合学科。从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历史的方法的统一。它基于系统论，吸收了控制论、信息论的精髓，是一门综合自然科学和社会科学的横向学科。

系统动力学建模步骤一般的建模步骤是：①确定系统分析目的。②确定系统边界，

即系统分析涉及的对象和范围。③建立因果关系图和流图。④写出系统动力学方程。⑤进行仿真试验和计算等。

三.模型

1. 流图

2. 方程及初值

溶解氧.K=溶解氧.J+DT X（复氧率.JK-耗氧率.JK ）

溶解氧初始值=6

复氧率=缺氧量X复氧系数

复氧系数=0.5

耗氧率=生化需氧量X耗氧系数

缺氧量=饱和溶解氧-溶解氧

生化需氧量.K=生化需氧量.J-DT X有机物降解率.JK

生化需氧量初始值=500mg/L

降解系数=0.4

有机物降解率=生化需氧量X降解系数

四.实验步骤

1. 画流图并赋值

根据所给流图，在Vensim软件中利用绘图工具绘制流图，并对各单元进行方程编写及赋值。

2. 模型检验

对所建模型进行检验，确认建模是否正确。

3. 运行模型

运行模型，利用Graph按钮输出模型运行结果图像。

4. 结果分析

依据图像，对模拟结果进行分析。

五.实验结果

实验结果如图所示，可见初期系统中溶解氧浓度急剧下降，然后又恢复到正常水平；生化需氧量由最初的500mg/l逐渐恢复到Omg/I，反映了水体的自净功能的作用。

Selected Variables

溶解氧： --------------------------------------------------------- mg/l 生化需氧量----------------------------------------------------- mg/l

六.思考题

1. 当进入系统中的有机污染物分别为100、500、1000、2000和3000mg/L时，系统的响应如

何？DO和BOM变化如何？

答：由模型运行结果可见，系统响应时间相同，但溶解氧恢复到正常水平所用的时间不同。进入系统中的有机污染物浓度越高，对系统影响越大。DO和BOD的变化如图：

溶解氧

滚解氧：100 -------------------------------------------

滚解氧TWO -------------------------------------------

濬解氧：2000 -----------------------------------------

Time (Day)

濬解氧：1000 ----------------------------------------- 4,000

3,000

滚解氧注00 ------------------------------------------

生化需氧量

書2,000

1.000

0 2 4 6 £ 10 12

14 16 18 20

Time (Day) :100 ----------------------------- 生亿需氧曇：LOOT -------------------------------------

：3000 ------------------------- 生代需氧5 1500 ------------------------------------------

：2000 ----------------------

2. 若BOD 仍为500mg/L ,而复氧系数分别为 0.2、0.5和0.8时，系统的响应又如何？ 答：由模型运行结果可见不论复氧系数如何变化，

BOD 下降的趋势是相同的；当复氧系数 分别为0.2,0.5,0.8

时系统中溶解氧的变化趋势也是不同的。

复氧系数越大，溶解氧浓度变 化越小，

恢复到初始浓度水平所用的时间越短。量量« 氧氧氧 需需需

LLPLku 生

生

生

Selected Variables

泻聲灵：复逋系鮫0. 8 — 洱無昱：复渔系歎0. 5—— 泻髯灵:复氧系欽0. 2 — S{fc«Sg :复渔系歎0. 8 主化•耳量：复N 系数0・5 主化■冒亘••复弐系数0. 2 8 600 mgl mgl -296 300 -600 0 mgl 0 2 5 mgl mgl 10

Time (Day)