河流水体中污染物扩散的稳态解河流水质模型

Kx C C 0 exp( ) 86400u x
C C0 exp( Kt )
K---每秒衰减率 实际中多用每天作单位
C0为均匀混合断面的浓度
第二节 污染物在水体中的扩散
二、河流水体中污染物扩散的稳态解
2. 一维模型 • C0求解：
均匀混合断面:污染物水体后，经t时段后，断面上任一点 浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度的5%时，即达到均 匀混合阶段。
C C p Q p C h Qh Q p Qh
混合阶段 Cp-污染物本底浓度,mg/l；Qp-河流的流量，m3/s 均匀断面 Ch-t时间后污染物浓度；Qh-排入河流的污水量，m3/s 例3-1：P89
第二节 污染物在水体中的扩散
三、河流水质模型
（1）河流水质模型分类
• 管理和规划：河流水质、河口水质（加入潮汐作用）、湖泊 水质和地下水水质模型
f x uxC
f y u yC
f z uzC
第二节 污染物在水体中的扩散
一、污染物在水体中的运动特征
2. 分散作用： ① 分子扩散 ② 湍流扩散
③ 弥散
第二节 污染物在水体中的扩散
一、污染物在水体中的运动特征
2. 分散作用： ① 分子扩散：存在浓度梯度可以用费克第一定律描 述。
I
1
x
K：有机物降解速度常数；Ka：大气复氧常数 D：氧亏(水体中溶解氧不足量)；Kd：BOD衰减(耗氧)速度常数
Kd L Ka D
L：t时刻有机物的剩余生物化学需氧量，L0：初始时刻有机物的总生物化学需氧量
第二节 污染物在水体中的扩散
第二节 污染物在水体中的扩散
二、河流水体中污染物扩散的稳态解
2. 一维模型 C • 求解：
t Dx 2C x 2 C ux KC x
瞬间浓度变化不计，则模型左侧=0；给定条件， X=0，C=C0，不考虑弥散作用，求解得：
Kx C C0 exp u x
第二节 污染物在水体中的扩散
一、污染物在水体中的运动特征 二、河流水体中污染物扩散的稳态解 三、河流水质模型
第二节 污染物在水体中的扩散
一、污染物在水体中的运动特征
• 自净作用依靠：推流迁移、分散作用和污染物的 衰减与转化
1. 推流迁移：污染物在水流作用下产生的迁移作用， 改变水流中污染物的位置，但不降低污染物的Βιβλιοθήκη Baidu 度。
C Em x
I
1
y
C Em y
I
1
z
C Em z
I1——质量通量； Em——分子扩散系数；
C——分子扩散所传递物质的浓度。
第二节 污染物在水体中的扩散
一、污染物在水体中的运动特征
2. 分散作用： ② 湍流扩散：河流水体的湍流仓中质点的各种状态 （流速、压力、浓度）的瞬时值相对于平均值的 随机脉动而导致的分散相像。脉动方向大小随机 变化，取 C 研究而非C。
P98：图3-4
第二节 污染物在水体中的扩散
三、河流水质模型
• S-P模型（斯特里特和菲尔普斯） BOD生物化学分解遵循一级反应式，即： L L0 e Kt 大气复氧与氧亏量成正相关，KaD； 假设一维稳态河流中溶解氧的变化是由BOD的衰减 和溶解氧的复氧过程决定，即： dD
dt
Ix
2
C E x x
Iy
2
C E y y
Iz
2
C E z z
第二节 污染物在水体中的扩散
一、污染物在水体中的运动特征
2. 分散作用： ③ 弥散：
u2 x 河流横断面上浓度分布并不均匀，一瞬间同一横断面上的 两个流体单元，以不同流速行进，必产生分离，引起污染 物分散，即弥散。 流速分布不均是由河底和河岸阻力引起的。
• 水质组分：单一、耦合（BOD-DO）和多重组分模型
• 水力学和排放条件随时间是否变化：稳态和非稳态模型 • 水质的维度：零维（常作为初始值和估算值）、一维、二维 和三维模型（受紊流理论研究的局限，尚处于利润研究）
第二节 污染物在水体中的扩散
三、河流水质模型
（2）BOD-DO耦合模型（S-P模型）
3. 二维模型 4. 三维模型
C 2C 2C C C Dx Dy ux ux KC 2 2 t x y x y
C 2C 2C 2C C C C Ex E E u u u KC y z x y z 2 2 2 t x y z x y z
1. 零维模型
dC V Q(C 0 C ) S KCV Q,C0 dt
• S---通过其他途径进入和 反应器的污染物量 • K---衰减速度常数
S
V,C
Q,C
连续流完全混合反应器
第二节 污染物在水体中的扩散
二、河流水体中污染物扩散的稳态解
2. 一维模型 C
t Dx 2C x 2 C ux KC x
第二节 污染物在水体中的扩散
二、河流水体中污染物扩散的稳态解
• 坐标系：水流方向X，河宽方向Y，水深方向Z 1. 零维模型 将整个环境单元看作处于完全均匀的混合状态， 不存在空间环境质量上的差异。根据质量守衡可 写出其平衡方程，即零维模型。
第二节 污染物在水体中的扩散
二、河流水体中污染物扩散的稳态解
dC KC dt
C：污染物的浓度 t：反应时间 K：反应速度参数
A
a
A
A a a
x0
x1
x0
x1
x0
x1
(1) 推流迁移 a=A
(2)推流迁移+分散 a=A
(3)推流迁移+分散+衰减 A>a
x1 < x0
x1= x0 x1> x0 A及a是面积，表示污染物质总量
河流的推流迁移、分散及衰减过程示意图
y
u1

第二节 污染物在水体中的扩散
一、污染物在水体中的运动特征
2. 分散作用： ③ 弥散：
I
3 x
y
C Dx x
I
3
y
C D y y
I
3
z
C Dz z
t1=0
t2=t
x
t时间后，
C 分布图
第二节 污染物在水体中的扩散
一、污染物在水体中的运动特征
2. 衰减与转化 不是由河流引起，而是由污染物自身原因引起的。 进入水环境的污染物有两种类型：保守物质、非 保守物质 非保守物质进行衰减，其过程基本上符合一级反 应动力学规律，即