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L (0.4B0.6a)uB (0.058H0.0065B) gH I
2021/1/16
.
16
混合过程段长度计算 [重点]
混合过程段的长度可由下式估算 ：
L (0.4B0.6a)uB (0.058H0.0065B) gH I
采用几 维模型 的依据
式中，L－混合过程段长度； B－河流宽度； A－排放口距岸边的距离（0=<a<0.5B）;
• 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1.0m3/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
2021/1/16
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12
2021/1/16
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7
稳态条件下基本模型的解析解
• 什么是稳态？ 在环境介质处于稳定流动状态和污染
源连续稳定排放的条件下，环境中的污染 物分布状况也是稳定的。这时，污染物在 某一空间位置的浓度不随时间变化，这种 不随时间变化的状态称为稳定。
参看P119+120
2021/1/16
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8
1、零维模型
• 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，立即完全均匀的分散到这个 体系中，污染物的浓度不会随时间 的变化而变化。
2021/1/16
.
5
完全混合模型适用条件
• 稳态：河流；排污 • 下游某点废水和河水在整个断面上
达到了均匀混合 • 持久性的污染物 • 该河流无支流和其他排污口进入
2021/1/16
.
6
例题1：完全混合模型 P135 3
• 计划在河边建一座工厂，该厂将以2.83m3/s的 流量排放废水，废水中总溶解固体（总可滤残 渣和总不可滤残渣）浓度为1300mg/L，该河流 平均流速为0.457m/，平均河宽为13.72m，平 均水深为0.61m，总溶解固体浓度为310mg/L ，如果该工厂的废水排入河中能与河水迅速混 合，那么总溶解固体的浓度是否超标（设标准 为500mg/L）？
2021/1/16
.
14
适用1 适用2
一维模型适用的两种条件
污水注入点
完全混合点
背景段
混合段
均匀混合段
L
混合段总长度
污水注入点
C0
CEQE QE
CPQP QP
背景段
均匀混合段
2021/1/16
既是污水注入点，也是完全混合点
瞬间完全混合
.
C0
CEQE QE
CPQP QP
15
点源一维模型的应用条件
• 如果河段长度大于下列计算的结果时， 可以采用一维模型进行模拟：
2021/1/16
.
9
河流零维模型的应用条件
对于较浅、较窄的河流，如果不考虑污染 物的降解项时，当满足符合下面两个条件 之一的环境问题可化为零维模型：
（1）河水流量与污水流量之比大于20； （2）不需要考虑污水进入水体的混合距离。
一般用于持久性污染物
2021/1/16
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10
稳态条件下的河流的零维模型
C C0
C0
1kt 1k( x )
86400u
式中：C－流出河段的污染物浓度，mg/L; C0-完全混合模型计算出的浓度值， mg/L; x－河段长度，m。 k-污染物的衰减速率常数 1/d； u－河水的流速，m/s; t－两个断面之间的流动时间。
2021/1/16
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11
例题2：河流的零维模型 P135 4
水质模型分类
• 水质模型是一个用于描述物质在水中混合、迁移等 变化过程的数学方程，即描述水体中污染物与时间 、空间的定量关系。
• 水质模型的分类：
1、按水域类型：河流、河口、河网、湖泊 2、按水质组分：单一组分、耦合组分（BOD-DO模型）、
多重组分（比较复杂，如综合水生态模型） 3、按水力学和排放条件：稳态模型、非稳态模型
背景段
均匀混合段
既是污水注入点，也是完全混合点
瞬间完全混合
污水注入点
没有完全混合点
背景段
混合段
来自百度文库
L
2021/1/16
混合段总长. 度
4
河流的混合稀释模型
在最早出现的水质完全混合断面，有：
C ChQh CPQP QE QP
式中：Qh－河水流量， m3/s； Ch－河水背景断的污染物浓度， mg/L； CP－废水中污染物的浓度， mg/L； QP－废水的流量， m3/s； C－完全混合的水质浓度， mg/L。
L＝
(0 .4 5 0 0 .6 0 ) 5 0 0 .1
24 （米6 ） 3
(0 .0 5 1 .2 8 0 .00 5 6 ) 0 5 9 .8 1 .2 0 .0009
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.
18
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。
2021/1/16
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。
2021/1/16
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13
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。
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。
2021/1/16
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17
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？
水质模型按 空间维数分类
零维水质模型 一维水质模型 二维水质模型 三维水质模型
2021/1/16
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2
水质模型维数的选择
• 零维：3个方向都不考虑 • 一维：仅考虑纵向 • 二维：考虑纵向、横向 • 三维：3个方向都考虑
2021/1/16
.
3
污水注入点
完全混合点
背景段
混合段
均匀混合段
L
混合段总长度 污水注入点
.
19
河流的一维模型 [考虑弥散的一维稳态模型]
u CC0exp[2D(1m)x]
m
1
4k1D 86400u2
2021/1/16
• 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。
2021/1/16
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混合过程段长度计算 [重点]
混合过程段的长度可由下式估算 ：
L (0.4B0.6a)uB (0.058H0.0065B) gH I
采用几 维模型 的依据
式中，L－混合过程段长度； B－河流宽度； A－排放口距岸边的距离（0=<a<0.5B）;
• 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1.0m3/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
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稳态条件下基本模型的解析解
• 什么是稳态？ 在环境介质处于稳定流动状态和污染
源连续稳定排放的条件下，环境中的污染 物分布状况也是稳定的。这时，污染物在 某一空间位置的浓度不随时间变化，这种 不随时间变化的状态称为稳定。
参看P119+120
2021/1/16
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1、零维模型
• 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，立即完全均匀的分散到这个 体系中，污染物的浓度不会随时间 的变化而变化。
2021/1/16
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完全混合模型适用条件
• 稳态：河流；排污 • 下游某点废水和河水在整个断面上
达到了均匀混合 • 持久性的污染物 • 该河流无支流和其他排污口进入
2021/1/16
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6
例题1：完全混合模型 P135 3
• 计划在河边建一座工厂，该厂将以2.83m3/s的 流量排放废水，废水中总溶解固体（总可滤残 渣和总不可滤残渣）浓度为1300mg/L，该河流 平均流速为0.457m/，平均河宽为13.72m，平 均水深为0.61m，总溶解固体浓度为310mg/L ，如果该工厂的废水排入河中能与河水迅速混 合，那么总溶解固体的浓度是否超标（设标准 为500mg/L）？
2021/1/16
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适用1 适用2
一维模型适用的两种条件
污水注入点
完全混合点
背景段
混合段
均匀混合段
L
混合段总长度
污水注入点
C0
CEQE QE
CPQP QP
背景段
均匀混合段
2021/1/16
既是污水注入点，也是完全混合点
瞬间完全混合
.
C0
CEQE QE
CPQP QP
15
点源一维模型的应用条件
• 如果河段长度大于下列计算的结果时， 可以采用一维模型进行模拟：
2021/1/16
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河流零维模型的应用条件
对于较浅、较窄的河流，如果不考虑污染 物的降解项时，当满足符合下面两个条件 之一的环境问题可化为零维模型：
（1）河水流量与污水流量之比大于20； （2）不需要考虑污水进入水体的混合距离。
一般用于持久性污染物
2021/1/16
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稳态条件下的河流的零维模型
C C0
C0
1kt 1k( x )
86400u
式中：C－流出河段的污染物浓度，mg/L; C0-完全混合模型计算出的浓度值， mg/L; x－河段长度，m。 k-污染物的衰减速率常数 1/d； u－河水的流速，m/s; t－两个断面之间的流动时间。
2021/1/16
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例题2：河流的零维模型 P135 4
水质模型分类
• 水质模型是一个用于描述物质在水中混合、迁移等 变化过程的数学方程，即描述水体中污染物与时间 、空间的定量关系。
• 水质模型的分类：
1、按水域类型：河流、河口、河网、湖泊 2、按水质组分：单一组分、耦合组分（BOD-DO模型）、
多重组分（比较复杂，如综合水生态模型） 3、按水力学和排放条件：稳态模型、非稳态模型
背景段
均匀混合段
既是污水注入点，也是完全混合点
瞬间完全混合
污水注入点
没有完全混合点
背景段
混合段
来自百度文库
L
2021/1/16
混合段总长. 度
4
河流的混合稀释模型
在最早出现的水质完全混合断面，有：
C ChQh CPQP QE QP
式中：Qh－河水流量， m3/s； Ch－河水背景断的污染物浓度， mg/L； CP－废水中污染物的浓度， mg/L； QP－废水的流量， m3/s； C－完全混合的水质浓度， mg/L。
L＝
(0 .4 5 0 0 .6 0 ) 5 0 0 .1
24 （米6 ） 3
(0 .0 5 1 .2 8 0 .00 5 6 ) 0 5 9 .8 1 .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。
2021/1/16
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。
2021/1/16
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13
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。
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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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？
水质模型按 空间维数分类
零维水质模型 一维水质模型 二维水质模型 三维水质模型
2021/1/16
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2
水质模型维数的选择
• 零维：3个方向都不考虑 • 一维：仅考虑纵向 • 二维：考虑纵向、横向 • 三维：3个方向都考虑
2021/1/16
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3
污水注入点
完全混合点
背景段
混合段
均匀混合段
L
混合段总长度 污水注入点
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河流的一维模型 [考虑弥散的一维稳态模型]
u CC0exp[2D(1m)x]
m
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4k1D 86400u2
2021/1/16
• 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。