水库水质模型建立教程

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MIKE21教程(2024)

MIKE21教程(2024)
堤防溃决模拟
在模型中考虑堤防的溃决过程,模拟溃堤后洪水的演进情况,为防 洪决策提供科学依据。
洪水风险图制作
基于洪水演进模拟结果,制作洪水风险图,标识出不同淹没深度的区 域,为洪水风险管理提供支持。
2024/1/30
28
河道整治方案评估
河道地形建模
利用MIKE21建立河道地形模型, 包括河床地形、河岸地形等,为 后续整治方案评估提供基础数据 。
简要介绍多模型耦合技术的概念、原理及其在MIKE21中 的应用。
01
耦合模型构建
详细阐述如何构建多模型耦合系统,包 括模型选择、接口设计、数据传输等关 键步骤。
02
2024/1/30
03
耦合案例分析
通过具体案例,展示多模型耦合技术 在解决实际问题中的优势和应用效果 。
35
自定义函数编写及应用举例
2024/1/30
自定义函数编写方法
介绍如何在MIKE21中编写自定义函数,包括函数结 构、语法规则、调试技巧等。
自定义函数应用举例
通过实例演示自定义函数在MIKE21模拟过程中的具 体应用,如边界条件设置、源汇项处理等。
自定义函数优化建议
提供一些优化自定义函数的建议,以提高模拟效率 和准确性。
36
拓展模块介绍及功能展示
污染物扩散模拟
MIKE21可模拟污染物在水体中的扩散过程 ,包括对流、扩散、衰减等作用。
污染源识别
通过分析模拟结果,可识别出主要污染源及 其贡献率。
2024/1/30
扩散路径分析
可追踪污染物的扩散路径,为污染防控提供 决策支持。
32
环境影响评价辅助工具
模拟预测环境影响
通过模拟预测,可评估项目对环境的影响程 度及范围。

第三章水质模型

第三章水质模型

水质模型
1.1 水质模型的主要问题和分类
一、 问题 (1)为了避免一条河流产生厌氧而使水质保持 在给定的条件,应当在何处建立污水处理厂? 多大规模、什么样的处理效率才能保证溶解 氧浓度不低于水质标准? (2)为了合理地利用某一区域的水资源,该区 域应当发展何种工业以及多大规模的工业才 能使该地区的水资源得以充分利用并保证水 资源不至于受污染。
C0 1 k1x
Q
u
2019/11/25
25
例题2: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?
• 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
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
2019/11/25
0
水质模型
(4)按水质组分是否作为随机变量,可分为随 机模型和确定性模型。
水质模型还可以按模型的其他特征分类。如 按水质组分的迁移特性,可分为对流模型, 扩散模型和对流-扩散模型。按水质组分的 转化特性可分为纯迁移模型,纯反应模型和 迁移-反应模型等。
0
水质模型
1.2 水质模型的发展及建立步骤
一、水质模型的发展过程 第一阶段(1925-1965年):开发了比较简单的 生物化学需氧量(BOD)和溶解氧(DO)的双线 性系统模型,对河流和河口的水质问题采用 了一维计算方法进行模拟。 第二阶段(1965-1970年):研究发展BOD—DO 模型的多维参数估值,将水质模型扩展为六 个线性系统模型。发展河流、河口、湖泊及 海湾的水质模拟,方法从一维发展到二维。

MIKE21水质培训教程

MIKE21水质培训教程

基本操作与快捷键
基本操作
阐述在MIKE21软件中进行基本操作的方法,如创建新模型、打开已有模型、保 存模型、导入导出数据等。
快捷键
提供常用操作的快捷键列表,并解释每个快捷键的作用和使用方法,以提高操作 效率。例如,Ctrl+N用于创建新模型,Ctrl+O用于打开已有模型,Ctrl+S用于 保存模型等。
详细阐述如何在MIKE21中设置不同类型的 边界条件。
边界条件与初始条件的关联
阐述边界条件和初始条件在模型运行中的相 互作用和影响。
PART 04
水质模拟计算与结果分析
REPORTING
模拟计算步骤
建立模型
根据研究区域的水文地质条件 ,选择合适的数学模型,并设 置模型的初始条件和边界条件

数据准备
体情况。
数据分析方法
采用相关分析、回归分析、主成 分分析等统计方法,对模拟结果 进行进一步的分析和挖掘,揭示 水质变化与各种因素之间的关系

不确定性分析
考虑模型参数的不确定性以及数 据误差等因素,对模拟结果进行 不确定性分析,评估模拟结果的
可靠性和准确性。
PART 05
MIKE21在水质规划与管 理中的应用
结合可视化结果,对模拟计算结果进 行解读和分析,了解水质的变化趋势 和影响因素。
可视化工具
使用专业的可视化工具(如MATLAB 、Python等)对模拟结果进行可视化 处理,生成水质分布图、变化曲线等 图表。
数据统计与分析方法
数据统计
对模拟结果进行统计处理,计算 平均值、标准差、最大值、最小 值等统计指标,以描述水质的整
常见问题解答与故障排除
问题一
模拟结果与实际观测数据存在较大 差异。

沙盘模型水体制作方法

沙盘模型水体制作方法

沙盘模型水体制作方法沙盘模型是一种用来模拟现实情境的工具,可以用于各种领域的研究和教学。

在环境科学和水资源管理中,沙盘模型可以用来模拟水体的流动和水资源的分配情况,帮助决策者更好地了解和管理水资源。

制作沙盘模型水体的第一步是选择合适的材料和比例。

一般来说,沙盘模型使用的材料有沙子、水泥、木板等。

在选择比例时,要根据实际情况决定,可以按照1:100或1:200的比例制作,这样更加贴近实际情况。

制作沙盘模型水体的第二步是确定模型的形状和大小。

根据实际情况确定水体的形状,可以是河流、湖泊、水库等。

然后根据比例确定模型的大小,可以根据实际地形图进行测量,也可以根据自己的需要进行调整。

制作沙盘模型水体的第三步是确定水体的流动路径和流速。

根据实际情况确定水体的流动路径,可以是单一的流动路径,也可以是多条分支的流动路径。

然后根据实际情况确定水体的流速,可以根据实际观测数据进行测算,也可以根据模型的需要进行调整。

制作沙盘模型水体的第四步是制作水体的地貌特征。

根据实际情况确定水体的地貌特征,可以是河岸的起伏、湖泊的岛屿等。

可以使用沙子、水泥等材料进行塑造,也可以使用绘画等技术进行描绘。

制作沙盘模型水体的第五步是制作水体的生态环境。

根据实际情况确定水体的生态环境,可以是湿地、植被等。

可以使用植物模型、塑料动物等进行装饰,也可以使用绘画等技术进行描绘。

制作沙盘模型水体的最后一步是进行调试和修正。

在完成模型后,需要进行调试和修正,确保水体的流动和地貌特征都符合实际情况。

可以通过放水进行试验,观察水体的流动情况,然后根据观察结果进行调整和修正。

制作沙盘模型水体需要一定的技巧和经验,但只要按照上述步骤进行,就可以制作出符合实际情况的模型。

沙盘模型水体可以在实验室和教学中使用,帮助人们更好地了解和管理水资源,为环境科学和水资源管理提供有力的工具。

水质模型

水质模型

湖泊富营养化
湖泊的富营养化是由磷、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。
24
湖泊水质污染预测模型对于预测湖泊水质 发展趋势及提出相应的防治对策有着重要 的意义。 目前常采用的有多元相关模型、输入输出 模型、富营养化预测模型和扩散模型。前 三种模型实际上只能预测未来湖泊水质的 平均发展趋势,而扩散模型可以反映湖泊 水质的空间变化,预测污水入湖口附近局 部水域可能出现的严重污染程度。实际应 用时可根据湖泊的污染特征和基础资料等 情况选用相应模型。
26
为了求得在均匀混合条件下,V稳定时上述方 程的解,Vollenweider,Dillon,合田健和经济 合作与发展组织(OECD)还分别求得以下湖 水总磷质量浓度的计算公式。
1.Vollenweider公式 ρ=ρ1(1+√ Z/Q)-1 式中:ρ——湖水按容积加权的年平均总磷质量浓度,mg/L; ρ1——流入湖泊水量按流量加权的年平均总磷质量浓 度(包括入湖河道,湖区径流和湖面降水的总 量),mg/L; Z——湖泊的平均水深,可用湖泊容积(V)除以湖泊 相应的表面积求得,m; Q——湖泊单位面积上的水量负荷,可用湖泊的年流 入水量(qm)除以湖泊的表面积(A)来求得, t/(m2· a)。
17
S-P模型基本方程及其解
dL k1 L dt dD k1 L k 2 D dt
式中: L—河水中的BOD值,mg/L; D—河水中的亏氧值,mg/L,是饱和溶解氧浓度 Cs(mg/L)与河水中的实际溶解氧浓度C( mg/L)的差值; k1—河水中BOD衰减(耗氧)速度常数,1/d; k2—河水中的复氧速度常数,1/d; t—河水中的流行时间, d;
3.合田健公式 L ρ= ——————-----Z(qV/V+α)

《水质模型》教学大纲

《水质模型》教学大纲

《水质模型》教学大纲一、课程编号:0102004二、课程名称:水质模型(Water Quality Models)三、学分、学时:1.5学分;24学时四、教学对象:水文与水资源工程专业本科生五、开课单位:水资源环境学院水文系六、先修课程高等数学、工程数学、物理学、水力学、水文学原理、水环境化学、生态学概论等课程七、课程性质、作用、教学目标该课程为“水文与水资源工程专业”的必修课,课程的主要任务是使学生了解污染物在水体中的混合迁移机制,掌握各种不同水体的主要水质数学模型,及模型参数率定、水质预测等内容,为未来从事水资源与水环境领域的工作打下扎实的基础。

八、教学内容基本要求通过课堂教学、课外做练习与查看文献等教学环节,使学生:1.弄清水体污染的基本概念;2.掌握污染物在水体中的混合迁移机制及水质模型的基本方程;3.掌握河流水质模型;4.掌握湖泊与水库的水质模型;5.熟悉水质模型的差分解法6.掌握模型参数估计方法;7.了解面污染源水质模型;8.掌握水质预测方法。

课程主要内容如下:第一章绪论1.1 水污染概念1.2 污染物来源1.3 溶解氧与水体自净1.4 水体自净能力影响因素1.5 水质评价指标与水质预报项目第二章水质预报基础2.1 污染物在河流中的混合迁移2.2 水体中溶解氧的变化2.3 水质模型基本方程第三章河流水质模型3.1一维稳态单变量模型3.2一维稳态双变量模型3.3一维河流的分段水质模拟计算3.4河口水质模型第四章湖泊与水库水质模型4.1零维水质模型4.2冯伦凡德模型4.3分层湖泊水质模型第五章水质模型的差分解5.1差分概述5.2差分解第六章模型参数估计6.1单参数的估计6.2多参数的同时估计第七章面源污染水质模型7.1面源污染的特征和影响因素7.2水质模型的建立7.3模型的率定和验证7.4面污染统计模型第八章水质预测8.1污染物预测8.2地表水环境预测举例九、实践性环节的内容、要求实践性环节主要是配合课程中的重要章节做课外作业,包括结合实际,需上机编程计算的综合性题目,以巩固基本概念和理论知识,培养学生分析问题和解决问题的能力。

水质监测布点优化模型设计

水质监测布点优化模型设计

水质监测布点优化模型设计中南财经政法大学 曹波 高怡宁摘要在本文中我们在大量监测点中随机选取n 个监测点,而每个点有m 个监测指标,利用这些数据建立矩阵,比较所有指标选出虚拟“最优点”和“最劣点”,定义D + i (t)和D -i (t)来描述每个监测点与虚拟最优点”和“最劣点”的距离,最后根据e i =()∑∑∑==+=++Ti Ti Ti t t v t t v t t v 11-i i12i ))(D )(())(D)(()(D)(来对监测点进行分类,其中v(t)为评价各时段权重的指标。

在同类点中选区具有代表性的点来进行监测,以达到优化的目的。

关键字:水质监测 成本最小 监测点优化 动态贴近 监测点分类 一、问题阐述治理好水质,首先要做到的就是对水质实行有效的监测,而有效的监测离不开监测点的选取,该如何选取选取适当的水质监测点以使得监测的效果更好呢?有人会说在水面上多摆放监测点不就可以了吗?答案不然。

在做一项监测时,由于资源的有限性,我们不可能无止境的利用这些有限的资源,因此我们只能合理安排资源,使得监测效果最大化,同时监测成本最小化。

这就是本文所要阐述的思路。

水库水质监测点的布点至关重要。

一般而言,合理的布点要求如下:首先,监测点能采集到有代表性、全面的水质信息,以满足科研监测等需求。

第二、在保证必要的精度和统计学样本的需求上,布点的个数应尽量少。

第三、保证设备的可靠性、数据的正确性。

在以往的国内研究中,例如模糊聚类、动态贴近等很多方法都被学者应用到了水质布点模型的设计中,但绝大部分这些方法都因其复杂性或者其他原因没有得到广泛运用。

另外,大部分的水质模型也存在很多问题。

例如说一些模型只考虑了水质空间上的变化而忽略了时间、季节上的不同。

另有一些模型采用了不同的水质标准,带来比较和理解上的不便。

因此,水质布点模型仍然是一个急需研究的领域。

二、建模原理及步骤1、模型思想本质上,水质监测点的优化是一个多因素指标决定的决策行为,但由于多因素指标的复杂性以及难以决策,并且对于多因素指标我们无法直接对其进行比较,所以我们应建立一个纯实量多元函数,将多指标问题单指标化,用单一化后的指标来衡量各监测点之间的相似度。

五章湖库水质模型ppt课件

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

第五章湖泊水库水质模型

第五章湖泊水库水质模型
适用:停留时间很长,水质基本处于稳定状态的湖泊 水库。
假定:湖泊中某种营养物的浓度随时间的变化率,是 输入、输出和在湖泊内沉积的该种营养物量的函数。
不足:不能描述发生在湖泊内的物理、化学和生物过 程,同时也不考虑湖泊和水库的热分层,是只考虑其 输入—产出关系的模型。
模型
V
dC dt
Ic
sCV
QC
K2 Hr 2
2Qp
第五章 湖泊水库水质模型
湖泊水库富营养化模型
经验模型
分类 (1)单一营养物质负荷模型 (2)藻类生物量与营养物质负荷量之间的相关模型。
一般模型 根据物质平衡原理, 对于完全混合型湖泊、水库, 以磷 负荷为研究对象, 磷负荷的收支平衡方程为:
解析解:
dWp dt
Wpi
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
外源污染物 面源
内源污染物
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
湖库完全混合箱式模型——吉柯奈尔—狄龙模型
模型
引入滞留系数 Rc:
dC Ic (1 Rc ) rC
dt
V
如给定初始条件 t = 0,C = C0,得到上式的解析解:
C
Ic
(1 Rc ) rV
[C0
Ic (1 Rc rV
) ] exp(rt )

水环境数学模型-第七章-湖泊水库富营养化模型

水环境数学模型-第七章-湖泊水库富营养化模型

(7-14)
式中
PT =总磷浓度, kg / m 3 ;
W =磷年流入量, kg / y ;
=磷沉降率, 1 / y ;
V =湖泊(水库)总体积等于 fA , m 3 ;
f =湖泊(水库)平均深度, m ; A =湖泊(水库)水表面面积, m 2 ; Q0 =输出流量, m 3 / y ; t =时间, y 。
湖泊的总磷负荷 P / T ( ZA)
其中
Z =湖泊的平均深度; A =湖泊的表面面积; T =时间。
CI
CE
CL

图 7.1 湖泊“搅拌箱” C E =C L ;C L ≠C I
N,P输入
温水层(混合) 低温层(混合)
N,P藻类 等输出 N和P的循环
藻类的沉降
底泥(未混合)
图 7.2
三组分体系分层湖泊和沉降模型
7.3.5 氧平衡
在分层的湖泊(水库)中,氧平衡出现在温水层,有效的中断了再曝气。所 以,平衡可以表示为:
DOt DOO RK D SA VH
(7-13)
式中, DOO 和 DOt 分别是开始和时间 t 时氧浓度; K D 是水底细菌活性速率 转换成氧单位的转换系数; SA 和 VH 分别是底泥的表面积和温水层的体积。 当水体不分层时,氧平衡比较复杂,因为其他过程,如光合作用、呼吸、复 氧以及输出输入等都是很重要的。
的湖泊分成若干个搅拌箱,其中的化学污染物可用一级衰变方程来描述: dC 2 / dt 1 KC 2 V M QC 2
式中
(7-1)
C 2 湖泊中物质的浓度 ;
M 质量负荷率,等于 Q C1 流入的物质浓度 ;
VC1

V 湖泊水体体积 ; K 衰变速率 。 这个方程可用于计算负荷率与产物浓度(湖泊内和流出物中) ,以 C1 为例, 图 7.3 表示了一湖泊 C1 变化的情况,应当注意影响时间的长度,这可用分析解 来完成: C 2t C 2 o C1 C 2 o e

2024版MIKE21教程

2024版MIKE21教程

Chapter
2024/1/26
24
水质模型概述
2024/1/26
水质模型定义
水质模型是描述水体中各种物质(如营养盐、重金属、有机物等) 迁移转化过程的数学表达式。
水质模型分类
根据研究目的和对象不同,水质模型可分为河流、湖泊、水库、 近海水域等多种类型。
水质模型作用
水质模型可用于预测水体污染状况,评估水环境容量,制定水环 境保护措施等。
运行模型
进行模型试算,根据模拟结果 调整参数和边界条件,直至达 到满意的模拟效果。
20
网格划分与边界条件设置
网格类型选择
根据研究区域的特点和需 求,选择合适的网格类型, 如结构化网格、非结构化 网格等。
2024/1/26
网格分辨率确定
根据模拟精度和计算资源 情况,确定合适的网格分 辨率。
边界条件设置
文件管理
支持新建、打开、保存、另存为和关闭文件等操作。
编辑功能
提供文本编辑、格式设置、查找和替换等功能。
2024/1/26
13
界面布局与功能介绍
视图调整
支持多种视图模式,如普通视图、大纲视图和阅读视图等。
工具使用
提供拼写检查、字数统计、自动更正等实用工具。
2024/1/26
14
基本操作与快捷键使用
通过改变模型输入参数,观察模 型输出的变化,从而确定哪些参 数对模型结果影响最大。
优化算法
02
03
案例分析
采用遗传算法、粒子群优化等算 法,对模型参数进行自动调整, 以找到最优的参数组合。
结合具体案例,展示如何运用灵 敏度分析和优化算法改进模型性 能。
2024/1/26
30

第七章 水质模型

第七章 水质模型

QUAL2K相对于QUAL2E模型而言,它不仅适用于混合的枝状河 流系统,而且允许多个排污口、取水口的存在以及支流汇入和流
出,尤其对藻类、营养物质、光三者之间的相互作用进行了矫正,
并在模拟过程对输入和输出等程序有了进一步改进,主要增强功
能包括计算功能的扩展、新反应因子的增加,如藻类BOD、反硝
化作用和固着植物引起的DO变化。对于任意一种水质组分,有:
水质模型研究的深 化、完善与广泛。 考虑水质模型与面 源模型的对接,并 采用多种新技术方 法,如:随机数学、 模糊数学、人工神 经网络、专家系统 等。
四、建立水质模型的基本步骤
调查研究,获取资料 模型的一般性质研究 初步建立模型 模型验证 模型应用
§6-2 河流水质模型
一、BOD-DO耦合模型(S-P模型)及其修正模型
k1 x / u
S-P适用的5个条件

a、河流充分混合段; b、污染物为耗氧性有机污染物; c、需要预测河流溶解氧状态; d、河流为恒定流动; e、污染物连续稳定排放。
25 20 15 10
L mg/L DOmg/L
DOmg/L
L mg/L
5 0 0
氧垂曲线示意图
2
4
6
8
10 X km
(四)奥康纳模型
LC u (k1 k3 ) LC x LN u k N LN x D u k1 LC k N LN k 2 D x
kN—硝化BOD耗氧系数,1/d;
( k1 k3 ) x / u L L e 其解析解为: C 0C kN x /u L L e N 0N k1 L0 ( k1 k3 ) x / u k2 x / u k2 x / u D D e ( e e ) 0 k2 k1 k3 k L N 0 N (e k N x / u e k2 x / u ) k2 k N

国家开放大学《环境水力学》单元自测参考答案

国家开放大学《环境水力学》单元自测参考答案

国家开放大学《环境水力学》单元自测参考答案第1章绪论1.环境与环境保护的概念是什么?参考答案:环境是指影响人类社会生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素总体,包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、自然古迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等。

环境保护就是利用现代环境科学的理论与方法,在合理开发利用自然资源的同时,深入认识并掌握污染和破坏环境的根源和危害,有计划地保护环境,预防环境质量的恶化,控制环境污染,保护人体健康,促进经济、社会与环境协调发展,造福人民,贻惠于子孙后代。

2.工程水利与资源水利的内涵、区别与联系?参考答案:所谓“工程水利”,就是以水利工程设施的建设为核心,通过工程措施除水害、兴水利,以满足人们安居乐业的需要和实现社会经济的发展。

所谓“资源水利”,就是把水资源与国民经济和社会发展紧密联系起来,进行综合开发,科学管理,实现水资源的可持续发展。

主要体现在水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护等六个方面。

区别与联系:①工程水利是资源水利的基础,资源水利是工程水利的发展与提高。

②工程水利与资源水利相互依存,共同发展。

③资源水利是对工程水利的延伸和发展。

第2章水环境与生态学基础1.水和水体的区别?参考答案:在环境领域中,水和水体是相互有联系的两个不同概念。

水就是指纯粹意义上的H2O,不含任何杂质。

水体则是一个完整的生态系统或自然综合体,除了贮水体中的水外,它还包括水中的悬浮物、溶质、水生生物和底泥。

2.氮、磷、有机物对水质的影响?参考答案:水体中氮、磷的浓度过高,就会使浮游植物大量繁殖,造成水体的富营养化。

有机物可以笼统地分为容易降解的有机物和难降解的有机物。

容易降解的有机物能够立即被微生物所利用,是导致水体溶解氧下降的主要原因。

而难降解的有机物,除腐殖质和纤维素之外,大多是毒性比较大的有机物,在水体中容易积累,导致长期毒理效应。

有机物对水体中其他物质的存在形态起着重要的调节作用。

4.2 水质模型及应用

4.2 水质模型及应用

稳态混合衰减累积流量模式
c pQp x c( x, q) exp K1 ch 86400 u H M q x
c pQp x c( x, q) exp K1 ch 86400 u 2 H M q x
非岸边排放
q Huy
M q H 2uM y
Mq:累积流量坐标系下的横向混合系数; x,q:累积流量坐标系的坐标
河流pH模式
适用于河流充分混合段
河流一维日均水温模式
适用于河流充分混合段
河口水质模型
欧康那河口模式与欧康那河口衰减模式(适用
于中小河口的潮周平均、高潮平均和低潮平均 水质) BOD-DO河口耦合模式( 与河流S-P模式类似 ) 河口一维动态混合数值模式(一维流场方程和 一维水质方程。适用于一维潮汐河口,得到任 意时刻浓度分布) 河口二维数值模式(适用于潮汐河口混合过程 段,得出任意时刻断面不同位置的浓度)
式4-48
M (1 4K1Ex / ux )
2 1/ 2
Qh :排污口上游来水流量, Ch :上游来水的水质浓度, Qp :污水流量, Cp :污水中污染物的浓度,
BOD-DO河口耦合模式
1 c c0 e 1x 1 1 1x 1 2 x 1 2x D c0 1 e e D0 e 2 2 1 o o D S
计算出每一时间层的水流状态(水位和水量、流速), 再用偏心差分法解上式算浓度变化 适用条件:河口充分混合段,非持久性污染物,可以预 测任意时刻的水质
河口二维动态混合衰减数值模式
湖泊(水库)水质模型
湖泊完全混合平衡模式与湖泊完全混合衰减模式 (适用于小湖库,可求稳定的平衡出水浓度) 卡拉乌舍夫模式与湖泊推流衰减模式(适用于无

第三章 水质模型

第三章 水质模型

2021/7/18
一般用于持久性污染物
23
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。
36
例题3:河流的一维模型
• 一个改扩工程拟向河流排放废水,废水量为0.15m3/s, 苯酚浓度为30mg/L,河流流量为5.5m3/s,流速为0.3 m/s,苯酚背景浓度为0.5mg/L,苯酚的降解系数k= 0.2/d,纵向弥散系数D为10m2/s。求排放点下游10km处 的苯酚浓度。
2021/7/18
答案:731mg/L,超标0.46倍
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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。
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河流的一维模型 [考虑弥散的一维稳态模型]
CC0exp[2uD(1m)x]
m 1 4k1D 86400u2
2021/7/18
• 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。
水质模型
水质模型
是一个用于描述物质在水环境中的混合、输 运过程的数学方程,描述水体中污染物与时 间、空间的定量关系;它通常涉及到解基本 方程的技术,而其结果的可靠性不会超过所 使用的方程的可靠性。在一个综合的河流水 质模型中,有许多影响河流水质的因素,如 物理的、化学的、水力学的、生物学以及气 象学的因素。

水资源管理中的模型建立与分析

水资源管理中的模型建立与分析

水资源管理中的模型建立与分析第一章引言水是地球上最宝贵的资源之一,它对人类生产、生活和生态环境的发展具有至关重要的作用。

然而,由于人类的不当利用和过度消耗,水资源已经呈现出了日益减少和流域水库环境恶劣的状况。

解决水资源管理问题的关键在于建立合理的模型,以便预测、评估和管理水资源,这一过程被称为水资源管理模型建立与分析。

第二章模型建立水资源管理模型的建立是指在一定的社会、经济和自然环境条件下,根据这些条件以及相关的操作规程,确定各种影响水资源供给和需求的因素,以及这些因素之间的内在关系,从而做出预测和管理。

2.1 水资源供给模型水资源的供给是影响水资源管理的主要因素之一。

在模型建立时,需要考虑气候、地形、土壤和植被等因素的影响,以及水文和水资源调度等管理措施。

2.2 水资源需求模型水资源需求模型是指在一定的社会、经济和自然环境条件下,分析和预测各类用水的需求和用水行为,以及各种用水方式的优缺点,从而对水资源的需求量进行合理预测和有效管理。

2.3 水库运行模型水库运行模型是指实现水库运行的规律和原则,以及流域水库运行的影响因素,建立相关的运行算法,加强流域水库管理。

2.4 灌溉水务模型灌溉水务模型是指在灌溉农田时考虑水资源、植被和土壤质量等要素的影响,建立灌溉水的调度模型,保证农田的水与肥的统一。

第三章模型分析3.1 模型应用在模型应用时,需要把模型与实际问题相结合,找到各种危机,并给出相应的管理措施和预测。

3.2 效果评估模型的效果评估是指对模型应用后进行效果评估的一种过程,这里我们可通过使用评估指标来实现对模型效果的评估以及对水资源进行合理利用的评估。

3.3 评估指标水资源管理模型的评估指标包括充分利用水资源、合理节约和更高效的水资源利用,以及水资源管理等;同时,还需要建设一个完善的评估指标体系,保证评估指标的科学性、全面性和可操作性。

第四章模型应用案例4.1 考虑污泥曝气池的污水处理流程这个案例考虑了在污水处理过程中,污泥曝气池的影响,根据模型建立了流量调节器的定量模型,通过模型分析,可以对所产生的滞后效应进行预测和管理。

湖泊与水库水质模型PPT学习教案

湖泊与水库水质模型PPT学习教案

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解析解:
Vollenweider 模型
C=(CpQP+Wo)/VKh+(Ch-(CpQp+W0)/VKh)exp(-Kht)
Ch —湖库中污染物的现状浓度。
Kh=(Qh/V)+(K1/86400) 当湖库出,入流及污染物输入稳定, t →∞(平衡)时: C=(CpQp+W)/V(r+K1/86400)
取湖库排污口附近的一块水体 q —入湖污水量 m3/d ; r —湖泊内某计算点离排污口
距离, m ; C —所求计算点的污染物浓度,毫克 /L ; φ—废水在湖水中的扩散角度,由排放口附近地形决定, 当废水在开阔的岸边垂直排放时,φ=180 ° ; 当在湖心排放时,φ=360° 。
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湖泊和水库属静水环境,水流速度较低,水滞留时间长,进入湖库的营养 物质在其中不断积累,因而湖库中突出的水质问题:
下层厌氧状态的发生与富营养化。
贫营养湖与富营养湖
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湖库箱式水质模型
完全混合箱式模型
Vollenweider 模型 Kirchner-Dillon 模型
分层箱式模型
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分层箱式模型
混合期模型
Ct(l)=(Ce(l)Ve+Ch(l)Vh)/(Ve+Vh) 非成层期模型
CM(l)=CPQP/VKh-[CPQP/V-
KhCM(l-1)]exp(-Kht)/Kh
Cm(o)=Ch
Kh=(Qp/v)+(K1/86400)
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非完全混合水质模型
Rc= K3 /K3+r K3=rRc/1-Rc 对于多个入流的湖库,其基本水质方程:
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5.1 河流的混合稀释模型
背景段 河水Q(m3/s), 污染物浓度为C1(mg/L) 污染物浓度为C2 (mg/L) 废水流量为 q(m3/s) 混合系数a , 稀释比n 定义 混合过程段的污染物浓度 Ci 及混合段总长度 L
Ci C1Qi C 2 q C1aQ C 2 q Qi q aQ q
假定某一水团沿水流运动方向移动,同时存在于该 水团中的物质亦随之移动,其中某些物质可能在 运动过程中经历降解或转化成其他化学的或物理 的形式。这些变化过程的引起与水团的迁移状态 有关,如温度、溶解氧浓度、BOD 及其他组份的 浓度变化,而湍流和水团间混合时产生的第二次 出现是连续的。下面介绍一维的河流模型。这些 模型只能用于当横向和垂直混合相当快,即断面 之间无浓度变化(或其他变化非常小)。如果在稳 态条件下,单位水团与空间相比是很小时,用质 量平衡原理推导出一维水质迁移方程。
第五章 河流水质模型
河流的混合稀释模型 守恒污染物在均匀流场中的扩散模型 非守恒污染物在均匀河流中的水质模型 Streeter-Phelps(S-P)模型
第一章 概述
数学模型:针对系统的运动规律、特征和数量相依关系,采 用形式化的数学语言,对系统概括或近似地表达出来的一 种数学结构,描述系统的这种数学语言和结构常常以一套 反映数学关系的数学公式和具体算法体现出来,这些公式 即为数学模型。(物理模型、化学模型) 概念: 水质模型(water quality model) 是根据物质守恒原 理, 利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。
概念化模型: ①文字模型 ②图形模型(食物链) ③箱式模型(每个箱代表一个环境因子,多箱之 间有相互关系 ④输入输出模型
• 灵敏性是指当模型中参数变化时,其结果产生的差别是否 在允许范围之内。 • 稳定性是指模型是否能够收敛,如通过样本量的变化来分 析相关参数估计量的稳定性,多次预测对结果影响小,稳 定性好。 • 平衡性是指模型模拟变量是否平衡。
目的: 研究水质模型的目的主要是为了描述环境污 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。
历史: 水质模型至今已有70多年的历史。 最早于1925年在美国俄亥俄河上开发的斯特里特-菲尔普 斯模型, 是一个DO-BOD模型。之后改进,逐步完善。 1977年美环境保护局发表的QUALll型,是这类模型的代 表。它的最新版本 QUAL2E(1982)能模拟任意组合的 15种水质参数。80年代之后,随着水质研究的深入, 1994年水中有毒物的模型应运而生(WASP)。由于考虑了泥 沙的作用,使这类模型变成了一个描述水流、泥沙和其他 水质组分相互作用的气、液、固三相共存的复杂体系。它 的代表作是美国环境保护局推出的WASP5模型。它能模 拟有毒物质在水中发生的酸碱平衡、挥发、沉淀、溶解、 水解、生物降解、吸附和解析、氧化还原、生物聚集、光 解等过程以及大气的干、湿沉降物。与此同时,以食物链 和能量传递为主线的生态学模型也有了长足的发展。
3.3 二维,三维方程
高维的迁移方程的一般形式:
3.4 方程中的水力学参数
• 要解方程C3一17),必须首先知道水力学参 数U、b、A、f等参数。相关经验公式。
3. 5 弥散系数D的估计方法
3. 5.1 示踪剂法 在河流的投放示踪剂站以下x1和x2处观测示踪剂 浓度分布。通过x1和x2处的平均时间为t1和t2, 两 站间的平均流速为U。这种方法称为矩量法,亦 称两站法,因为矩量法一般需要两个断面的方差 值。这种方法的基本思想是用测量示踪剂的变化 速率来确定弥散系数D,其基本公式为:
2
2 ( 2 B y ) 2 u y u C ( x, y) exp exp 4Dy x uh 4D y x / u 4D y x
2Q
完成横向均匀混合的距离
断面上河对岸浓度达到同一断面最 大浓度的5%,定义为污染物到达对岸。 这一距离称为污染物到达对岸的纵向 距离,
3.5.2 Elder公式
3. 5. 3 Fisher法
这个方法是估计河流弥散系数较好的、较有效的方法 之一。但它需要大量的在同一断面上测定的水力学数 据。Fiseher证明了天然河流中的弥散是由于横向断面 的流速不同所致。Fischer公式可表示为
3. 6 纵向离散系数的估算
• 省略
第五章 河流水质模型
2
Dx—— x 坐标方向的弥散系数;ux—— x方向的流速分量;Dy—— y 坐 标方向的弥散系数;uy—— y方向的流速分量。
2 无限大均匀流场中移流扩散方程的解
C 2C 2C u Dx Dy 2 x x y 2
若在无限大均匀流场中,坐标原点设在污染物排放点,污染物浓度的 (6-13) 分布呈高斯分布,则方程式的解为。
y 2u C exp 4D x uh 4D y x / u y Q
式中 Q 是连续点源的源强 (g/s),结果 C 的单位为(g/m3= mg/L)。
考虑河岸反射时移流扩散方程的解
河宽为 B,只计河岸一次反射时的二维静态河流岸边排 放连续点源水质模型的解为
y 2u Q C ( x, y ) exp 4D x uh 4Dy x / u y
④确定模型的参数(常数)。实验法、经验公式、 回归分析(线性,非线性模型参数)、最小二乘 法、优化法、蒙特卡罗法。并将参数代入模型后 能较好地重现一组观测数据,称为模型率定。 ⑤模型的修正与检验。检查率定好的模型的计算值 同另一组观测值的拟合度,衡量模型的预测能力。 ⑥应用。衡量模型能否满足建模目的。以上各步若 不能满足需求,均需从头做起。
第三章 水力学模型
3.1 零维方程
一个水体,如一条河流、一个水库(湖泊)或 一个水域,看成一个完整的体系,在体系内 部各水团问是完全混合均匀的,流入到该体 系的物质立即完全分散到整个体系,这种封 闭的连续流完全混合的反应体系是一种理想 状态。根据质量守恒原理有如下的质量平衡 关系
3 .2 一维方程
(1)分子扩散 用Fick,s第一定律来描述分子扩散过程,扩散的 物质质量与浓度梯度和交换的面积成正比; 方程 (3-6)的右边加上扩散项。
(2)湍流扩散 由于湍流的作用,浓度C和流速u是一个在平均值上下快速 变化的随机变量。浓度和流速可以用平均浓度和平均流速 表示,经推导得到含湍流扩散参数的公式。
类型: 水质模型可按其空间维数、时间相关性、数学方程的
特征以及所描述的对象、现象进行分类和命名。 从空间维数上可分为零维、一维、二维和三维模型; 从是否含有时间变量可分为动态和稳态模型; 从模型的数学特征可分为随机性、确定性模型和线性、非 线性模型; 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。
5.3 非守恒污染物在均匀河流中的水质模型
1.零维水质模型
dC/dt =0,
dC V Q (C 0 C ) k1CV dt
0 Q(C0 C) k1CV
5.2 守恒污染物在均匀流场中的扩散模型
1. 均匀流场中的扩散方程
在均匀流场中的一维扩散方程成为: 水深方向(z方向) 均匀混合,x 方向和 y 方向存在浓度梯度时,二维扩散方程:
C 2C C Dx ux 2 t x x
2
C C C C C Dx Dy ux uy 2 2 t x y x y
水质模型概述
李洪枚
目录
第一章 概述 第二章 污染物在水体中的迁移 2..1 对流与扩散 2.2 质量迁移 2.3 物理化学过程动力学(溶液平衡、均相系统、异相体系) 2.4 微生物生长动力学 2.5 其他过程(挥发过程、水解过程、光解过程)
第三章 水力学模型 3.1零维方程 3.2 一维方程(水量平衡连续方程\污染物迁移方程 3.3 二维(三维)方程 3.4 方程中的水力学参数 3.5 弥散系数D的估计方法(示踪剂法\Wader公式\Fisher法 3.6 纵向离散系数的估算 第四章 河流温度模型(不讲) 4. 1水表面与大气间的热平衡(辐射热\蒸发热\对流热) 4.2 非线性温度模型 4.3 线性温度模型 4.4 河流温度模型实例
(3)弥散过程 我们都假设描述污染物以水流速度不变为前提。实际上, 河流中这种浓度描述并不是不变的,这种假设只对管流有 效,在这种情况下、整个断面的U和C都被假设为常数。 为了修正这种不足,我们将C和U分解成断面平均和整个 断面的偏差两项。
• 根据水力学方程,我们将其扩展,可得到热能迁移方程, 热能与质量、温度有关。
0.0675 uB Lb Dy
2
若断面上最大浓度与最小浓度之差不超过5%,认为达到均匀混合。 完成横向均匀混合的断面的距离称为完全混合距离。
中心排放情况,
岸边排放情况,
0.1uB2 Lm Dy 0.4uB2 Lm Dy
例1 在河流岸边有一连续稳定排放污水口, 河宽 6.0m,水深 0.5m,河水流速 0.3m/s,横向扩散系数Dy=0.05m2/s,求 污水到达对岸的纵向距离Lb和完全混合 的纵向距离Lm。若污水排放口排放量为 80g/s。说明在到达对岸的纵向距离Lb断 面浓度C(Lb,B)、C(Lb,0), 完全混合的纵 向距离断面浓度C(Lm,B)、C(Lm,0)各是多 少?
建模步骤: ①定义问题,确定系统及其边界(时间和空间),系 统结构、功能,并作相关假设。 ②资料的收集和实验设计,确定变量,研究其变化规 律。包括建模所必须的同步水文、水力、水质、气象等资 料和所涉及的反应动力学常数,否则要现场监测和实验获 取。 ③确定模型及其结构(概念化模型)。尽量建立各种 变量之间的数学关系,即建立模型的结构,并进行平衡性、 稳定性和灵敏性考察。
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