第四章-3河口水质模型ppt
合集下载
四章河流水质模型ppt课件
A ' D D y (i, j1),ij
(i, j1),ij
(i, j1),ij (i, j1),ij
A ' D D y ij,(i, j1)
ij,(i, j1)
ij,(i, j1) ij,(i, j1)
由纵向弥散作用输入、输出该单元的 BOD 总量为
D' (i1, j),ij
(Li1, j
Kd Ka
Kd
B
Ks
P Kd
1 exp(Kat)
D0
exp(Kat)
4.2. 4．O’Connr(欧康奈尔)模型
dLC dt
(Kd
Ks )LC
dLN dt
K N LN
D t
Kd LC
K N LN
KaD
LC LC0 exp (Kd Ka )t)
LN LN0 exp(KNt)
D
Ka
Kd L0 (Kd
(q j
D' (i, j1),ij
D' ij,(i, j1)
D' (i1, j),ij
D' ij,(i1, j)
VijKdij )Lij
(Di'j,(i1, j) )Li1, j
gk ,k m Li, j1 g L k ,k 1 i1, j gk ,k Li, j g L k ,k 1 i1, j
Kr
1 t
ln
LA LB
Kr Kd Ks
Kd
KC
ux H
3．水体的耗氧与复氧过程
1）耗氧过程 (1) 河水中碳化合物的氧化分解引起耗氧；
x LC LC0 exp(Krt) LC0 exp(Kr ux )
Chapter.04.3.水质模型选读
第二节 常用的河流水质模型
–河流水质模型简介
–河流的混合稀释模型 –河流水质零维模型
重点 了解
–河流水质一维模型
–河流水质二维模型
了解 难点.重点
–S-P 模型
2019/1/15
1
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：
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。
2019/1/15 6
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
2019/1/15 21
河流的一维模型 [忽略弥散的一维稳态模型]
x C C0 exp(k1 ) 86400u
• 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；
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。
L L0 , x 0 C C0 , x 0
L mg/L DOmg/L
DOmg/L
L mg/L
氧垂曲线示意图
0
2
4
6
8
10 X km
8 7 6 5 4 3 2 1 0
30
S-P 模型的临界点和临界点氧浓度
• 一般的，最关心的是溶解氧浓度最低点（临界点），此 时水质最差。在临界点，河水的氧亏值最大，且变化率 为0。
–河流水质模型简介
–河流的混合稀释模型 –河流水质零维模型
重点 了解
–河流水质一维模型
–河流水质二维模型
了解 难点.重点
–S-P 模型
2019/1/15
1
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：
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。
2019/1/15 6
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
2019/1/15 21
河流的一维模型 [忽略弥散的一维稳态模型]
x C C0 exp(k1 ) 86400u
• 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；
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。
L L0 , x 0 C C0 , x 0
L mg/L DOmg/L
DOmg/L
L mg/L
氧垂曲线示意图
0
2
4
6
8
10 X km
8 7 6 5 4 3 2 1 0
30
S-P 模型的临界点和临界点氧浓度
• 一般的，最关心的是溶解氧浓度最低点（临界点），此 时水质最差。在临界点，河水的氧亏值最大，且变化率 为0。
第四章 水质模型ppt课件
第四章 水质模型
第一节 污染物扩散规律
一静水环境中的分子扩散规律 二动态水环境中的移流扩散规律 三扩散方程的解析
第四章 水质模型
一、静水环境中的分子扩散规律
静止的水体中存在分子的不规则运 动，从而使在水中的微粒也作不规 则的运动，这个现象早已在1826 年为布朗的著名实验证实。
费克（Fick）扩散（分子扩散）： 由于水的分子运动而使水中的污染物质发生扩散
某些物质在水中的分子扩散系数（ cm2·s-1，水温为20℃）
物质 氧
二氧化碳 一氧化氮
氨 氯 氢 氮 氯化氢 硫化氢 硫酸
扩散系数D 1.80×10-5 1.50×10-5 1.51×10-5 1.76×10-5 1.22×10-5 5.13×10-5 1.64×10-5 2.64×10-5 1.80×10-5 1.73×10-5
式中：u、u、分别是点时均流速在x、y和z方向上的分量。
紊动扩散
ut Exx2c2Eyy2c2Ezz2c2
第四章 水质模型
随流紊动扩散方程为:
ut ui
c xi
2c E
xixi
u u t u x c y c z c E ( x 2 c 2 y 2 c 2 z 2 c 2)
第四章 水质模型
一、移流扩散方程
设流体质点具有瞬时流速矢量 在x、y、vz直角坐标上的分量分别为u、v、w：
y，v
uuu'
vvv'
www'
x，u
z，w
图 直角坐标系下的瞬时流速分量
对层流: u′、 v′、w′为零
移流扩散：由于时均流速使污染物质发生输移的现象 紊动扩散：由于脉动流速使污染物质发生输移
水质分析全PPT课件
啤酒工业污染物排放标准 GB19821-2005 城镇污水处理厂污染物排放标准GB 18918－
2002等
• 水样的采集与保存
生活饮用水标准检验方法 水样的采集和保存 GB/T 5750.2-2006
水质 采样技术指导 GB 12998-91 地下水 水质检验 水样的采集和保存方法 FHZ-DZ-DXS-0002
• 溶解性固体质量与各种成分总量的关系
溶解性固体物质是将澄清水样蒸发后经过 干燥而得，此量应大致等于各成分含量之和
通常是将Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、 HCO3-、SiO2的浓度和与溶解性固体的量进行比较
• 碱度、硬度概念及相互关系
永久硬度：又称非碳酸盐硬度，主要指
水中钙，镁的氯化物，硫酸盐的含量，之外尚有少 量的钙、镁硝酸盐、硅酸盐等盐类，在常压情况下 加热，这些盐类不会析出沉淀
上述反应的产物继续与酸反应（强烈摇动 ）
HCO3-+H+=H2O+CO2
HPO42-+H+=H2PO4-
(H2C甲O3基) 橙[H变 ]2 色 K，a[1H[pHH]2=] 4.K2a左1Ka右2 1
(H2PO4- )
[H ]3
Ka1[H ]2
Ka1[H ]2 Ka1Ka2[H ]
微生物学指标
细菌数、大肠杆菌群等 不同用途的水，对水质的要求各不相同，因 此其分析检测项目也有区别，工业上主要测定水的 物理指标和化学指标
• 水质标准
如《生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）》 地表水环境质量标准 GB3838-2002 地下水质量标准 GB/T14848-93 污水综合排放标准GB8978-1996
2002等
• 水样的采集与保存
生活饮用水标准检验方法 水样的采集和保存 GB/T 5750.2-2006
水质 采样技术指导 GB 12998-91 地下水 水质检验 水样的采集和保存方法 FHZ-DZ-DXS-0002
• 溶解性固体质量与各种成分总量的关系
溶解性固体物质是将澄清水样蒸发后经过 干燥而得，此量应大致等于各成分含量之和
通常是将Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、 HCO3-、SiO2的浓度和与溶解性固体的量进行比较
• 碱度、硬度概念及相互关系
永久硬度：又称非碳酸盐硬度，主要指
水中钙，镁的氯化物，硫酸盐的含量，之外尚有少 量的钙、镁硝酸盐、硅酸盐等盐类，在常压情况下 加热，这些盐类不会析出沉淀
上述反应的产物继续与酸反应（强烈摇动 ）
HCO3-+H+=H2O+CO2
HPO42-+H+=H2PO4-
(H2C甲O3基) 橙[H变 ]2 色 K，a[1H[pHH]2=] 4.K2a左1Ka右2 1
(H2PO4- )
[H ]3
Ka1[H ]2
Ka1[H ]2 Ka1Ka2[H ]
微生物学指标
细菌数、大肠杆菌群等 不同用途的水，对水质的要求各不相同，因 此其分析检测项目也有区别，工业上主要测定水的 物理指标和化学指标
• 水质标准
如《生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）》 地表水环境质量标准 GB3838-2002 地下水质量标准 GB/T14848-93 污水综合排放标准GB8978-1996
yAAAPPT环境影响评价
实验室测定值修正法 实验测定值的修正 实验室测定的K1值可直接用于湖泊或水库的模拟，用于河流或河口时需修正。K.Bosko提出的修正方法为：
耗氧系数K1系数的估值 两点法 河流上任意两个截面A和B（A为上游截面），A、B间无废水和支流汇入，有：
两式相比，并取对数可得：
评价等级的划分 划分评价工作等级的判据 确定判据的原则 （1）反映建设项目向地面水排放污染物及相关地面水问题的主要特点； （2）参数的形式简单，其数据在评价大纲编写阶段能够得到。 判据的确定 （1）与建设项目排污有关的判据：污水排放量、污水水质。 （2）与地面水环境有关的判据：受纳水体规模、受纳水体对水质的要求。
或
模型的解析解：
及
注意：
及
的计算采用完全混合模型的计算式。
BOD－DO耦合模型（S－P模型） 溶解氧最低浓度点： 这是人们最关心的临界点，令dD/dt=0可得：
（临界距离 xc=?）
多维模型 二维稳态混合衰减模式 对污染物在岸边排放的情况：
4－6 地表水环境影响预测和评价
技术工作程序 （附：程序图） 准备阶段：了解工程设计、现场踏勘和环境法规与标准的规定，确定评价级别和范围，编制环评工作大纲，进行初步的环境现状调查和工程分析。 调查监测阶段：详细开展水环境现状调查和监测，进行仔细的工程分析，评价水环境现状。 预测与评价阶段：预测拟议行动对水体的污染影响并对其作出评价，研究相应的污染预防对策。 报告书编写阶段：总结工作成果，完成报告书，为项目监测和事后评价作准备。
水体自净 衰减变化 污染物的好氧生化衰减过程
污染物的降解分为两个阶段：（1）不含氮有机物的氧化，包括含氮有机物的氨化及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化；（2）氨氮硝化（含氮化合物经过一系列生化反应过程，由氨氮氧化为硝酸盐）。
耗氧系数K1系数的估值 两点法 河流上任意两个截面A和B（A为上游截面），A、B间无废水和支流汇入，有：
两式相比，并取对数可得：
评价等级的划分 划分评价工作等级的判据 确定判据的原则 （1）反映建设项目向地面水排放污染物及相关地面水问题的主要特点； （2）参数的形式简单，其数据在评价大纲编写阶段能够得到。 判据的确定 （1）与建设项目排污有关的判据：污水排放量、污水水质。 （2）与地面水环境有关的判据：受纳水体规模、受纳水体对水质的要求。
或
模型的解析解：
及
注意：
及
的计算采用完全混合模型的计算式。
BOD－DO耦合模型（S－P模型） 溶解氧最低浓度点： 这是人们最关心的临界点，令dD/dt=0可得：
（临界距离 xc=?）
多维模型 二维稳态混合衰减模式 对污染物在岸边排放的情况：
4－6 地表水环境影响预测和评价
技术工作程序 （附：程序图） 准备阶段：了解工程设计、现场踏勘和环境法规与标准的规定，确定评价级别和范围，编制环评工作大纲，进行初步的环境现状调查和工程分析。 调查监测阶段：详细开展水环境现状调查和监测，进行仔细的工程分析，评价水环境现状。 预测与评价阶段：预测拟议行动对水体的污染影响并对其作出评价，研究相应的污染预防对策。 报告书编写阶段：总结工作成果，完成报告书，为项目监测和事后评价作准备。
水体自净 衰减变化 污染物的好氧生化衰减过程
污染物的降解分为两个阶段：（1）不含氮有机物的氧化，包括含氮有机物的氨化及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化；（2）氨氮硝化（含氮化合物经过一系列生化反应过程，由氨氮氧化为硝酸盐）。
湖泊与水库水质模型课件
11
第11页/共23页
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 / 8 6 4 0 0 )
当湖库出,入流及污染物输入稳定， t → ∞ (平衡)时： C= ( CpQp+W) / V (r+K1 /8 6 4 0 0 )
内滞留时间短，水质问题一般并不严重。。
. 过渡型
6
第6页/共23页
• 分层的判 方
法
库
换
法定方
• 由日本学者提出，判别指标为： α=
β=
多年平均入库径流量
判别方法：
总库容
α<10 时分层型 α 10~20 时过渡型
一次洪水总量
α >20 混合型
总库容
对于分层型：
遇β>1 的洪水，成为临时混合型 遇到β<0.5 的洪水对分层影响不大 其他的，介于二者之间。
CH(l)=CPHQPH/VHKhH - [CPHQPH/VH KhHCM(l - 1)]exp( - KhHt)/KhH
15
第15页/共23页
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 -
2
第2页/共23页
湖库的水温结构特性及其类型
. 异重流现象 . 影响湖库水温的主要因素 . 湖库的温度分层现象 . 湖库主要水温结构类型及判定方法
第11页/共23页
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 / 8 6 4 0 0 )
当湖库出,入流及污染物输入稳定， t → ∞ (平衡)时： C= ( CpQp+W) / V (r+K1 /8 6 4 0 0 )
内滞留时间短，水质问题一般并不严重。。
. 过渡型
6
第6页/共23页
• 分层的判 方
法
库
换
法定方
• 由日本学者提出，判别指标为： α=
β=
多年平均入库径流量
判别方法：
总库容
α<10 时分层型 α 10~20 时过渡型
一次洪水总量
α >20 混合型
总库容
对于分层型：
遇β>1 的洪水，成为临时混合型 遇到β<0.5 的洪水对分层影响不大 其他的，介于二者之间。
CH(l)=CPHQPH/VHKhH - [CPHQPH/VH KhHCM(l - 1)]exp( - KhHt)/KhH
15
第15页/共23页
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 -
2
第2页/共23页
湖库的水温结构特性及其类型
. 异重流现象 . 影响湖库水温的主要因素 . 湖库的温度分层现象 . 湖库主要水温结构类型及判定方法
第三节河流水质模型-PPT
放口处得纵向坐标x＝0、
S-P模型—描述河流水质得第一个模型,由斯特里特(H • Streeter) 与菲而普斯(E • Phelps)在1925年建立。
基本假设:河流中得BOD得衰减与溶解氧得复氧都就是一级反应,反 应速度为常数;河流中得耗氧就是由BOD衰减引起得,而河流中 得溶解氧来源则就是大气复氧。
S-P氧垂公式
O= Os-D = Os-
Kd L0 Ka - Kd
[e-Kd t - e-Ka t] - D0 e-Ka t
污水排放点 河流BOD＝L0
饱和溶解氧浓度Cs
O—河流中得溶解氧值
溶解氧
D0 Dc
氧垂曲线
Os —饱与溶解氧值
DO
L0－河流起始点得BOD值
D0－河流起始点得氧亏值
Dc－临界点得氧亏值
KL = C
uxn Hm
饱与溶解氧浓度Cs就是温度、盐度与大气压力得函数。在
760mmHg压力下,淡水中得饱与溶解氧浓度为
T为0c
468 Cs =
31.6 + T
四、光合作用
水生植物得光合作用就是河流溶解氧得另一个重要来源。
欧康奈尔假定光合作用得速度随着光照强度得变化而变 化。中午光照强度最大时,产氧速度最快,夜晚没有光照时,产 氧速度化
水质模型得解析解就是在均匀与稳定得水流条件 下取得得,划分断面得原则:
a)河流断面形状发生剧烈变化处 b)支流或污水得输入处 c) 河流取水口处 d)其她需要设立断面得地方
二、多河段BOD模型及DO模型得建立
1、 BOD模型 河流水质得特点之一就是上游每一个排放口排放得
Kc＝ Kd + Ks
3、 1966年, K·Bosko研究了河流中生化作用得BOD衰减速度 常数Kd与实验室得数值Kc之间得关系:
S-P模型—描述河流水质得第一个模型,由斯特里特(H • Streeter) 与菲而普斯(E • Phelps)在1925年建立。
基本假设:河流中得BOD得衰减与溶解氧得复氧都就是一级反应,反 应速度为常数;河流中得耗氧就是由BOD衰减引起得,而河流中 得溶解氧来源则就是大气复氧。
S-P氧垂公式
O= Os-D = Os-
Kd L0 Ka - Kd
[e-Kd t - e-Ka t] - D0 e-Ka t
污水排放点 河流BOD＝L0
饱和溶解氧浓度Cs
O—河流中得溶解氧值
溶解氧
D0 Dc
氧垂曲线
Os —饱与溶解氧值
DO
L0－河流起始点得BOD值
D0－河流起始点得氧亏值
Dc－临界点得氧亏值
KL = C
uxn Hm
饱与溶解氧浓度Cs就是温度、盐度与大气压力得函数。在
760mmHg压力下,淡水中得饱与溶解氧浓度为
T为0c
468 Cs =
31.6 + T
四、光合作用
水生植物得光合作用就是河流溶解氧得另一个重要来源。
欧康奈尔假定光合作用得速度随着光照强度得变化而变 化。中午光照强度最大时,产氧速度最快,夜晚没有光照时,产 氧速度化
水质模型得解析解就是在均匀与稳定得水流条件 下取得得,划分断面得原则:
a)河流断面形状发生剧烈变化处 b)支流或污水得输入处 c) 河流取水口处 d)其她需要设立断面得地方
二、多河段BOD模型及DO模型得建立
1、 BOD模型 河流水质得特点之一就是上游每一个排放口排放得
Kc＝ Kd + Ks
3、 1966年, K·Bosko研究了河流中生化作用得BOD衰减速度 常数Kd与实验室得数值Kc之间得关系:
04第4章：河流水质模型
§4-1 河流中的基本水质问题
饱和溶解氧浓度 C s 是温度、盐度和大气压 力的函数，在760 mmHg压力下，淡水中的饱 和溶解氧浓度可以用下式计算：
CS =
468 31.6 + T
(4-25)
式中： C s … 饱和溶解氧浓度 (mg/l)； T … 温度（℃）。
§4-1 河流中的基本水质问题
§4-1 河流中的基本水质问题
2. 生物化学分解 河流中的有机物由于生物降解 生物降解所产生的 生物降解 生物化学需氧量变化可以用一级反应式 表达： (4-1) k t
L = LC0 e
C
式中：L … t时刻的含碳有机物 含碳有机物剩余的生物化学需 含碳有机物 氧量； LC0… 初始时刻含碳有机物的总生物化
K r =K d +K s
(4-5)
§4-1 河流中的基本水质问题
包士柯（K.Bosko，1966）研究了河 流中生化作用的BOD衰减速度常数K d 和试 验室中的数值K C之间关系，提出如下计算 式：
ux Kd = Kc +η H
(4-6)
u 式中： x … 河流平均流速（m/s）； H … 河流平均水深（m）。 η … 称为河床的活度系数，综合反 映了河流对有机物生化降解作用影响。 K c 和 K d 的单位是 d 1 。
(4-4)
式中：LA 、LB … 河流上游断面A和下游 断面B处的BOD浓度； t … 两个断面间的流动时间。
§4-1 河流中的基本水质问题
1961年，托马斯（H.Thomas）提出了河 流中BOD衰减的另一个原因——沉淀， 如果反映生化作用和沉淀作用的BOD衰 K 减速率常数分别为 K d 和 K s ；则 K d 、 s 和 K r 之间存在如下关系：
《水质模型》课件
确保数据质量
实际监测的水质数据质量直接影 响验证与评估的结果，因此要确 保数据的准确性和可靠性。
多种方法综合评估
单一的验证与评估方法可能存在 局限性，应采用多种方法进行综 合评估。
误差的可接受范围
应根据实际情况确定误差的可接 受范围，判断模型是否满足实际 应用的需求。
PART 06
水质模型的应用案例
总结词
预测不同水文条件下的水质变化
详细描述
通过建立水质模型，可以预测在不同水文条件下的水质变 化，为水资源管理和调度提供决策依据，确保供水安全。
水质模型在湖泊中的应用案例
总结词
模拟湖泊中污染物的分布、迁移和归宿
详细描述
水质模型在湖泊中的应用主要集中在模拟湖泊中污染物的 分布、迁移和归宿，探究不同污染物在湖泊中的扩散、转 化和归宿规律，为湖泊污染治理提供科学依据。
总结词
模拟地下水与地表水的相互关系
详细描述
地下水与地表水之间存在密切的相互关系，水质模型可以 模拟地下水与地表水的相互关系，探究不同因素之间的相 互作用和影响机制，为水资源管理和保护提供决策支持。
建立水质模型的常用软件和工具
MATLAB
01
一款功能强大的数学计算软件，可用于水质模型的建立、模拟
和数据分析。
MIKE
02
一款专业的水质模拟软件，具有强大的三维模拟功能和可视化
界面。
HYDSIM
03
一款针对河流、湖泊等水体的水质模拟软件，适用于一维和二
维模型的建立。
PART 04
水质模型的参数估计
水质模型在地下水中的应用案例
总结词
预测地下水中污染物的扩散和迁移
详细描述
地下水是重要的水资源之一，水质模型在地下水中的应用 主要集中在预测地下水中污染物的扩散和迁移，评估地下 水水质状况和变化趋势，为地下水保护提供科学依据。
河流水质模型PPT课件
x1 x1
C 0 Q q —河段起始端旁侧入流(支流或排污口)的i流1 量； x1
Q—上i 游1 来水的污染物浓度；
q—x 旁1侧入流的污染物浓度。
均匀混合模型适用于均匀河段，要求 足够小，否则会造成较大误差。
C i 1
C x1
x
第10页/共74页
李光炽
水质模型
5.3 一维BOD-DO水质模型
第27页/共74页
李光炽
水质模型
5.4 一维河流水质模拟
对于一条实际河流应用水质模型进行水质模拟和水质预测时，首先应对河流水量水 质的基本数据和资料进行如下分析和整理。 (1)河流的径流量。河流的径流量对稀释作用和自净能力有重要影响。天然河流的 径流量一般变化幅度较大，而污水流量变化幅度小，因而在河道的枯水季节，河流 的水质状况较差。
第4页/共74页
李光炽
水质模型
5.2 均匀混合水质模型(零维水质模型)
均匀混合水质模型是把一个水体，如一个河段，看作是一个均匀混合的反应器。假 定入流进入反应器后立即均匀分散，各水团完全均匀混合。其质量平衡方程为
V
C t
QC0
QC
S
r(C)V
式中 V — 反应器内水的体积；Q — 反应器入
流及出流流量；C0、C － 入流及反应器内污染物浓 度；r(C) － 反应器内过程的反应速率，与C有关；
F2 exp[ K 2 x / ux ]
第23页/共74页
李光炽
水质模型
上述式称Dobbins-Camp修正式。如果R＝O，P=O，则成为Thomas修正式；如果只 R=0，P=O，K3=O，则成为Streeter-Phelps基本模型。 同样可求解溶解氧的临界 距离xc：
第四节 水质模型PPT课件
The foundation of success lies in good habits
16
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 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
温度 1965—1970，光和作用、藻类的呼吸作用，沉降，悬
浮，计算机的应用 1970 —1975，线性化体系，生态水质模型，有限元模
型，有限差分技术 最近30年，改善模型的可靠性和评价能力
4
水质模型的发展趋势
模型不确定性的分型 基于人工神经网络的水质模型 基于地理信息系统的水质模型的研究
6
零维水质模型（完全混合模型）
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，立即完全均匀地分散到这个体系中，污染物的浓 度不会随时间的变化而变化。
7
零维水质模型（完全混合模型）
废水排入河流后与河水迅速完全混合，则混合后模式的适用条件
水质模型（water quality model）
水质模型（water quality model） 根据物质守恒原理用 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。
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。
5
16
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 演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
温度 1965—1970，光和作用、藻类的呼吸作用，沉降，悬
浮，计算机的应用 1970 —1975，线性化体系，生态水质模型，有限元模
型，有限差分技术 最近30年，改善模型的可靠性和评价能力
4
水质模型的发展趋势
模型不确定性的分型 基于人工神经网络的水质模型 基于地理信息系统的水质模型的研究
6
零维水质模型（完全混合模型）
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，立即完全均匀地分散到这个体系中，污染物的浓 度不会随时间的变化而变化。
7
零维水质模型（完全混合模型）
废水排入河流后与河水迅速完全混合，则混合后模式的适用条件
水质模型（water quality model）
水质模型（water quality model） 根据物质守恒原理用 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。
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。
5
《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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
其中
1 1
4 K1 K 3 Dx ， 2 ux
4K D 2 1 12 x ux
，
3 1
4 K 2 Dx 2 ux
，
其余符号同前。 《＝
一维模型----BOD-DO耦合模型
模型
d2 D dD Dx 2 ux Ka D Kd L 0 dx dx
Dx 63num R
5/ 6
其中n为曼宁糙率系数；um表示最大 潮汐速度（m/s）；R为河口的水力半 径。
河口弥散系数也可采用通过投放示踪剂方法估算。 可认为K=0,S=0，则式（3.5.16）的解析解为：
ln C ux x C0 Dx
其中x<0，表示海潮上溯的距离。因此可以得到：
Dx的变化在10~100m2/s。
污染物在河口潮流区的混合输移过程是在三维空间上 进行的。其水质的基本方程为：（式（3.13）加上一 个源汇项∑Si）：
C 2C 2C 2C C C C Et , x 2 Et , y 2 Et , z 2 ux uy uz KC Si t x y z x y z
D
二维模型
方程
C C C C ux M x 2 M y 2 K1C t x x y
2 2
有限差分等数值解
河口生态水质模型
水生生态氮循环模型
NN dN1 Q K 4 N3 K5 N 4 K7 N5 K1 N1 K12 1 5 ( N10 N1 ) dt Y6 N1 V
水汽交换
沉 积
底栖态氮和磷
模型示意图
模型变量
溶解无机态氮、浮游植物态氮、浮游动物态氮、 碎屑有机态氮、底栖态氮、溶解无机态磷、浮游植 物态磷、浮游动物态磷、碎屑有机态磷、底栖态磷、 溶解氧。
第四章 第三节河口水质模型
其他模型
其他河口水质模型
CJK3D（南京水利科学研究员河港研究所开发）
其中Sp为系统外输入的污染物源强mg/L； 若Sp=0，并且假设C(0)= C0，则有上式的解 析解为：
在排放点上游（x<0）有：
ux x 4 KDx C C0 exp 1 1 2 ux 2 Dx
（4.3.3a）
在排放点下游（x>0）：
图4.1 潮汐河流中示踪剂的弥散
示踪剂投放点
高平潮时的浓度分布
0
1 2 3 4 用潮汐周期表示的到示踪剂投放点的距离
x
如果取污染物浓度的潮周平均值，对于连续稳 定排放情况，一维充分混合段的河口水质模型 为： 2
Dx C C u K1C S p 0 x 2 x x
（4.3.2）
SWEDRI（上海水利设计研究院开发） POM（Princeton Ocean Model，普林斯顿大学开发）
ECOM（Estuary，Coast and Ocean Model，普林斯顿大 学开发）
MIKE（丹麦水力研究所开发） Delft3D（荷兰Delft水力研究所开发）
Delft3D模型
可以写作D的形式：( 即
D DOf DO
)
2 L L Dx 2 ux ( K1 K3 ) L 0 x x 2 D D u D K L K D 0 x x 1 2 2 x x 其解析解为： 在排放点上游（x<0）有：
（4.3.5）
ux x L L exp (1 ) 0 1 2 D x ux x ux x K1W D exp (1 ) / exp (1 ) / 2 2 2 2 K K Q 2 D 2 D 2 1 x x
ux x 4 KDx C C0 exp 1 1 2 2 D u x x
（4.3.3b）
C0为x=0处的污染物浓度，可用下式计算：
C0 W 4 KD Q 1 2 x ux
（4.3.3c）
其中W表示零点处污染物的排放源强(mg/s)；Q为海
第四章 第三节河口水质模型
案例分析
小清河河口水质进行模拟
慕金波和侯克复（1994）采用一维河口有限段水质模
型对小清河河口水质进行模拟。把小清河河口段划分
为 23 个河段，每个河段 3 km。对模型参数首先使用 经验公式带入一维河口有限段水质模型，模拟结果与
实际监测值比较，求出相对误差，根据情况不断修正
第四章 水环境系统模型 第三节 河口水质模型
本章内容
河口水质模型的基本方程 其他模型 案例分析
第四章 第三节河口水质模型
河口水质模型的基本方程
河口是指入海河流受到潮汐作用的
一段水体。
与一般河流的最大差别在于受到潮
汐的影响后，水质显现出明显的时 变特性。
潮汐对于河口水质的影响主要表现为： 随着海潮的涌入，大量的Cl－及携带的泥沙进入 河口段，使河水相对密度增大而Cl－及泥沙吸附 污染物发生沉降作用；海水进入带入大量的溶解 氧，增强了河口段的同化能力（新水与原河流水 体的融合速度）。
功能
Delft3D模型是一个2D/3D建模软件，完全用于河流、河 口和海岸区域三维水动力—水质模拟系统，支持曲面格 式，能进行大尺度的水流、波浪、泥沙、水质和生态等 计算，计算速度快而稳定，完全能保证质量、动量和能 量守恒。 模块 包含水动力模块（FLOW）、波浪模块（WAVE）、泥 沙模块（SED）、形态学模块（MOR）、水质模块 （WAQ）、基于粒子追踪的水质模块（PART）和生态 模块（ECO）等7个模块
N N dN 2 N N Q 0 K1 N1 K8 N5 K2 2 3 K3 2 4 K9 N2 ( N2 N2 ) dt Y1 N 2 Y2 N 2 V
dN3 N N N N NN Q K 2 2 3 K10 6 3 K6 3 5 K4 N3 ( N30 N3 ) dt Y1 N2 Y4 N6 Y3 N3 V N N dN 4 N N Q 0 K3 2 4 K11 6 4 K5 N4 ( N4 N4 ) dt Y2 N 2 Y5 N6 V dN5 NN NN Q K6 3 5 K12 1 5 K7 N5 K8 N5 ( N50 N5 ) dt Y3 N3 Y6 N1 V
假设污染物在横向和竖向的浓度分布是均匀的，
那么可以用一维或二维模型来描述河口水质的
变化规律。
尽管在整个周期内净水流是向下游流动的，潮汐 作用使得水流在涨潮时向上游运动。 如果在潮汐的高平潮时在某处投放一种示踪剂， 然后在以后每个高平潮时测量示踪剂的浓度，就 可以得到如图（4.1）所示的分布。 它说明在充分混合段的一维河口中，纵向弥散是 主要的影响因素。
Dx ux x C ln C0
2. BOD-DO耦合模型
对于一维稳态条件，由河口的BOD-DO耦合模 型（S-P模型）为：
L 2 L ux Dx 2 K1L x x （4.3.4） 2 DO DO u Dx K1L K 2 ( DO f DO) x 2 x x
dN6 N N N N Q K9 N 2 K10 6 N6 Y5 N6 V
三维生态水质模型
溶解无机 态氮和磷 浮游动物 态氮和磷
死 亡 和 排 粪 捕食
浮游植物 态氮和磷
下 沉
溶解氧 碎屑有机 态氮和磷
下 沉 沉 积 再 悬 浮 死亡和排泄 底 栖 耗 氧
水的流量（m3/s）。
纵向扩散系数 Dx 计算
淡水含水量百分比法 荷—哈—费 法 鲍登（Bowden）法
（1）经验公式法
狄齐逊（Diachishon）法
海福林—欧康奈尔（Hefling-O’Connell）公式
（2）示踪测定法
Y C C0 x vt
Cx O
示踪剂浓度的时间分布
x
河口的弥散系数可采用经验公式计算：
（4.3.1）
式中ux、uy、uz分别为x、y、z方向的流速分量，取 时间平均值；Et,x、Et,y、Et,z分别为x、y、z方向的湍 流扩散系数。 该式直接求解显然十分困难，但是我们知道，河口水 质的预测主要是潮周平均、高潮平均和低潮平均水质。 因此，可适当对上述方程式进行必要的简化。
1. 一维动态混合衰减模式
（4.3.5a）
在排放点下游（x>0）：
ux x L L exp (1 ) 0 1 2 D x ux x ux x K1W （4.3.5b） D exp (1 ) / exp (1 ) / 3 3 3 3 K K Q 2 D 2 D 2 1 x x
由于潮汐的顶托作用，使得污水上溯，从而扩大 了污染范围，延长了污染物在河口的停留时间， 有机物的降解会进一步降低水体中的溶解氧，使 水质下降。潮汐会使河口的含盐量增加。
而在通航的河口，由于宽度较大，深度较深， 在无组织排放条件下，可能有很多排放口伸入 河口，因而污染物不仅要经过很长距离才能完 成横向混合，其混合输移的过程也较河流复杂。
参数，直至误差达到满意。
解析解
K dW ( K K )Q ( A1 B1 ) a d D K dW ( A2 B2 ) ( K a K d )Q
对排放口上游（x 0） 对排放口下游（x 0）
1 1
4 K1 K 3 Dx ， 2 ux
4K D 2 1 12 x ux
，
3 1
4 K 2 Dx 2 ux
，
其余符号同前。 《＝
一维模型----BOD-DO耦合模型
模型
d2 D dD Dx 2 ux Ka D Kd L 0 dx dx
Dx 63num R
5/ 6
其中n为曼宁糙率系数；um表示最大 潮汐速度（m/s）；R为河口的水力半 径。
河口弥散系数也可采用通过投放示踪剂方法估算。 可认为K=0,S=0，则式（3.5.16）的解析解为：
ln C ux x C0 Dx
其中x<0，表示海潮上溯的距离。因此可以得到：
Dx的变化在10~100m2/s。
污染物在河口潮流区的混合输移过程是在三维空间上 进行的。其水质的基本方程为：（式（3.13）加上一 个源汇项∑Si）：
C 2C 2C 2C C C C Et , x 2 Et , y 2 Et , z 2 ux uy uz KC Si t x y z x y z
D
二维模型
方程
C C C C ux M x 2 M y 2 K1C t x x y
2 2
有限差分等数值解
河口生态水质模型
水生生态氮循环模型
NN dN1 Q K 4 N3 K5 N 4 K7 N5 K1 N1 K12 1 5 ( N10 N1 ) dt Y6 N1 V
水汽交换
沉 积
底栖态氮和磷
模型示意图
模型变量
溶解无机态氮、浮游植物态氮、浮游动物态氮、 碎屑有机态氮、底栖态氮、溶解无机态磷、浮游植 物态磷、浮游动物态磷、碎屑有机态磷、底栖态磷、 溶解氧。
第四章 第三节河口水质模型
其他模型
其他河口水质模型
CJK3D（南京水利科学研究员河港研究所开发）
其中Sp为系统外输入的污染物源强mg/L； 若Sp=0，并且假设C(0)= C0，则有上式的解 析解为：
在排放点上游（x<0）有：
ux x 4 KDx C C0 exp 1 1 2 ux 2 Dx
（4.3.3a）
在排放点下游（x>0）：
图4.1 潮汐河流中示踪剂的弥散
示踪剂投放点
高平潮时的浓度分布
0
1 2 3 4 用潮汐周期表示的到示踪剂投放点的距离
x
如果取污染物浓度的潮周平均值，对于连续稳 定排放情况，一维充分混合段的河口水质模型 为： 2
Dx C C u K1C S p 0 x 2 x x
（4.3.2）
SWEDRI（上海水利设计研究院开发） POM（Princeton Ocean Model，普林斯顿大学开发）
ECOM（Estuary，Coast and Ocean Model，普林斯顿大 学开发）
MIKE（丹麦水力研究所开发） Delft3D（荷兰Delft水力研究所开发）
Delft3D模型
可以写作D的形式：( 即
D DOf DO
)
2 L L Dx 2 ux ( K1 K3 ) L 0 x x 2 D D u D K L K D 0 x x 1 2 2 x x 其解析解为： 在排放点上游（x<0）有：
（4.3.5）
ux x L L exp (1 ) 0 1 2 D x ux x ux x K1W D exp (1 ) / exp (1 ) / 2 2 2 2 K K Q 2 D 2 D 2 1 x x
ux x 4 KDx C C0 exp 1 1 2 2 D u x x
（4.3.3b）
C0为x=0处的污染物浓度，可用下式计算：
C0 W 4 KD Q 1 2 x ux
（4.3.3c）
其中W表示零点处污染物的排放源强(mg/s)；Q为海
第四章 第三节河口水质模型
案例分析
小清河河口水质进行模拟
慕金波和侯克复（1994）采用一维河口有限段水质模
型对小清河河口水质进行模拟。把小清河河口段划分
为 23 个河段，每个河段 3 km。对模型参数首先使用 经验公式带入一维河口有限段水质模型，模拟结果与
实际监测值比较，求出相对误差，根据情况不断修正
第四章 水环境系统模型 第三节 河口水质模型
本章内容
河口水质模型的基本方程 其他模型 案例分析
第四章 第三节河口水质模型
河口水质模型的基本方程
河口是指入海河流受到潮汐作用的
一段水体。
与一般河流的最大差别在于受到潮
汐的影响后，水质显现出明显的时 变特性。
潮汐对于河口水质的影响主要表现为： 随着海潮的涌入，大量的Cl－及携带的泥沙进入 河口段，使河水相对密度增大而Cl－及泥沙吸附 污染物发生沉降作用；海水进入带入大量的溶解 氧，增强了河口段的同化能力（新水与原河流水 体的融合速度）。
功能
Delft3D模型是一个2D/3D建模软件，完全用于河流、河 口和海岸区域三维水动力—水质模拟系统，支持曲面格 式，能进行大尺度的水流、波浪、泥沙、水质和生态等 计算，计算速度快而稳定，完全能保证质量、动量和能 量守恒。 模块 包含水动力模块（FLOW）、波浪模块（WAVE）、泥 沙模块（SED）、形态学模块（MOR）、水质模块 （WAQ）、基于粒子追踪的水质模块（PART）和生态 模块（ECO）等7个模块
N N dN 2 N N Q 0 K1 N1 K8 N5 K2 2 3 K3 2 4 K9 N2 ( N2 N2 ) dt Y1 N 2 Y2 N 2 V
dN3 N N N N NN Q K 2 2 3 K10 6 3 K6 3 5 K4 N3 ( N30 N3 ) dt Y1 N2 Y4 N6 Y3 N3 V N N dN 4 N N Q 0 K3 2 4 K11 6 4 K5 N4 ( N4 N4 ) dt Y2 N 2 Y5 N6 V dN5 NN NN Q K6 3 5 K12 1 5 K7 N5 K8 N5 ( N50 N5 ) dt Y3 N3 Y6 N1 V
假设污染物在横向和竖向的浓度分布是均匀的，
那么可以用一维或二维模型来描述河口水质的
变化规律。
尽管在整个周期内净水流是向下游流动的，潮汐 作用使得水流在涨潮时向上游运动。 如果在潮汐的高平潮时在某处投放一种示踪剂， 然后在以后每个高平潮时测量示踪剂的浓度，就 可以得到如图（4.1）所示的分布。 它说明在充分混合段的一维河口中，纵向弥散是 主要的影响因素。
Dx ux x C ln C0
2. BOD-DO耦合模型
对于一维稳态条件，由河口的BOD-DO耦合模 型（S-P模型）为：
L 2 L ux Dx 2 K1L x x （4.3.4） 2 DO DO u Dx K1L K 2 ( DO f DO) x 2 x x
dN6 N N N N Q K9 N 2 K10 6 N6 Y5 N6 V
三维生态水质模型
溶解无机 态氮和磷 浮游动物 态氮和磷
死 亡 和 排 粪 捕食
浮游植物 态氮和磷
下 沉
溶解氧 碎屑有机 态氮和磷
下 沉 沉 积 再 悬 浮 死亡和排泄 底 栖 耗 氧
水的流量（m3/s）。
纵向扩散系数 Dx 计算
淡水含水量百分比法 荷—哈—费 法 鲍登（Bowden）法
（1）经验公式法
狄齐逊（Diachishon）法
海福林—欧康奈尔（Hefling-O’Connell）公式
（2）示踪测定法
Y C C0 x vt
Cx O
示踪剂浓度的时间分布
x
河口的弥散系数可采用经验公式计算：
（4.3.1）
式中ux、uy、uz分别为x、y、z方向的流速分量，取 时间平均值；Et,x、Et,y、Et,z分别为x、y、z方向的湍 流扩散系数。 该式直接求解显然十分困难，但是我们知道，河口水 质的预测主要是潮周平均、高潮平均和低潮平均水质。 因此，可适当对上述方程式进行必要的简化。
1. 一维动态混合衰减模式
（4.3.5a）
在排放点下游（x>0）：
ux x L L exp (1 ) 0 1 2 D x ux x ux x K1W （4.3.5b） D exp (1 ) / exp (1 ) / 3 3 3 3 K K Q 2 D 2 D 2 1 x x
由于潮汐的顶托作用，使得污水上溯，从而扩大 了污染范围，延长了污染物在河口的停留时间， 有机物的降解会进一步降低水体中的溶解氧，使 水质下降。潮汐会使河口的含盐量增加。
而在通航的河口，由于宽度较大，深度较深， 在无组织排放条件下，可能有很多排放口伸入 河口，因而污染物不仅要经过很长距离才能完 成横向混合，其混合输移的过程也较河流复杂。
参数，直至误差达到满意。
解析解
K dW ( K K )Q ( A1 B1 ) a d D K dW ( A2 B2 ) ( K a K d )Q
对排放口上游（x 0） 对排放口下游（x 0）