《水质模型》教学大纲
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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 )
J08级第5章水质模型
• 式中：h------沿轴（铅垂坐标）方向的水深； • W------相应风速； • B------沿轴（横向坐标）方向的水体宽度； • V------相应风速； • Ex、Ez------分别为横向和铅垂方向的紊动扩散系数。
④三维水质模型
• 三维水质模型方程可表示为：
• 该模型较为全面地反映了移流、扩散等 的综合过程，各物理参数含义同二维模 型。
• 式中：A------断面面积； • C------非保守物质浓度； • Q------流量； • EX、K------纵向紊动扩散系数河纵向离散系数；
③二维水质模型
二维水质模型主要分为以下两种： • 描述铅垂方向（水深方向）均匀混合的水深平均水
质方程：
• 描述横向均匀混合、铅垂分层的水质方程：
• 3. 结合地理信息系统（GIS）的应用。GIS一个 最显著的功能就是对海量空间数据的存储和管 理，此外还能对水质计算结果进行空间分析和 动态显示，模拟结果一目了然，使对复杂模型 的理解变得容易，并得到很多有价值的信息， 从而辅助决策。
四、水质模型的分类
• 水质模型可以从不同的角度来进行分类，根据模型 的性质、用途以及系统工程的观点，大致可将其分 成以下几类：
• 本书第三部分共分为四章。第7章主要讲 述影响气-水-土壤环境中污染物迁移的重 要因素，基于这些因素的建立而用来预 测河流、河口、湖泊和地下水水质变化 的模型。每种天然水体都有不同的特性 和限制条件。典型地，河流、河口模型 考虑氧源，湖泊水质明显受季节温度和 风力的影响，而地下水直接与组成土壤 的矿物质的溶解和吸附反应有关。第8章 讲述河流河口模型，第9、10章分别讲解 湖泊和地下水模型。
• 第三步：参数估计。一个数学模型通常含有称为 参数的数学常数。这些参数必须用有关数据来确 定。如果参数估值不理想，则必须重新考虑模型 的结构等等。
④三维水质模型
• 三维水质模型方程可表示为：
• 该模型较为全面地反映了移流、扩散等 的综合过程，各物理参数含义同二维模 型。
• 式中：A------断面面积； • C------非保守物质浓度； • Q------流量； • EX、K------纵向紊动扩散系数河纵向离散系数；
③二维水质模型
二维水质模型主要分为以下两种： • 描述铅垂方向（水深方向）均匀混合的水深平均水
质方程：
• 描述横向均匀混合、铅垂分层的水质方程：
• 3. 结合地理信息系统（GIS）的应用。GIS一个 最显著的功能就是对海量空间数据的存储和管 理，此外还能对水质计算结果进行空间分析和 动态显示，模拟结果一目了然，使对复杂模型 的理解变得容易，并得到很多有价值的信息， 从而辅助决策。
四、水质模型的分类
• 水质模型可以从不同的角度来进行分类，根据模型 的性质、用途以及系统工程的观点，大致可将其分 成以下几类：
• 本书第三部分共分为四章。第7章主要讲 述影响气-水-土壤环境中污染物迁移的重 要因素，基于这些因素的建立而用来预 测河流、河口、湖泊和地下水水质变化 的模型。每种天然水体都有不同的特性 和限制条件。典型地，河流、河口模型 考虑氧源，湖泊水质明显受季节温度和 风力的影响，而地下水直接与组成土壤 的矿物质的溶解和吸附反应有关。第8章 讲述河流河口模型，第9、10章分别讲解 湖泊和地下水模型。
• 第三步：参数估计。一个数学模型通常含有称为 参数的数学常数。这些参数必须用有关数据来确 定。如果参数估值不理想，则必须重新考虑模型 的结构等等。
教案--第5章 水质预测模型
第5章 地表水环境预测与影响评价
水质预测模型 ➢河流水质模型 ➢河口水质模型 ➢湖库水质模型 ➢水污染负荷预测 地表水影响评价
h
1
第1节 预测条件的确定
• 预测时段
地表水环境预测应考虑水体自净能力不同的各个时段（水期）。通常将其划 分为自净能力最小、一般、最大三个阶段（如：枯水期、平水期、丰水期）。 ✓ 一、二级评价，应分别预测水体自净能力最小和一般两个时段的环境影响。冰 封期较长的水域，当其水体功能为生活饮用水、食品工业用水水源或渔业用水 时，还应预测冰封期的环境影响。 ✓ 三级评价或二级评价时间较短时，可以只预测自净能力最小时段的环境影响。
➢河流汇合部分可以分为支流、汇合前主流、汇合后主流三段分别进行环境影响预 测。小河汇入大河时，把小河看成点源；
➢河流与湖泊、水库的汇合部分可以按照河流与湖泊、水库两部分分别预测其环境 影响；
➢河口断面沿程变化较大时，可以分段进行环境影响预测；
➢河口外滨海段可视为海湾。
h
9
湖、库的简化
简化为大湖（库）、小湖（库）、分层湖（库）
➢排入小湖（库）的所有排放口可以简化为一个排放口，其排放量为所有排放量之和；
➢排入大湖（库）的两排放口的间距较小时，可以简化为一个排放口，其位置假设在 两排放口之间，其排放量为两者之和；
➢无组织排放可以简化为面源，从多个间距很近的排放口分别排放污水时，可以简化 为面源。
h
13
预测方法与水质数学模型
废水连续稳定排放
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
h
23
例题：完全混合模型
• 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）？
水质预测模型 ➢河流水质模型 ➢河口水质模型 ➢湖库水质模型 ➢水污染负荷预测 地表水影响评价
h
1
第1节 预测条件的确定
• 预测时段
地表水环境预测应考虑水体自净能力不同的各个时段（水期）。通常将其划 分为自净能力最小、一般、最大三个阶段（如：枯水期、平水期、丰水期）。 ✓ 一、二级评价，应分别预测水体自净能力最小和一般两个时段的环境影响。冰 封期较长的水域，当其水体功能为生活饮用水、食品工业用水水源或渔业用水 时，还应预测冰封期的环境影响。 ✓ 三级评价或二级评价时间较短时，可以只预测自净能力最小时段的环境影响。
➢河流汇合部分可以分为支流、汇合前主流、汇合后主流三段分别进行环境影响预 测。小河汇入大河时，把小河看成点源；
➢河流与湖泊、水库的汇合部分可以按照河流与湖泊、水库两部分分别预测其环境 影响；
➢河口断面沿程变化较大时，可以分段进行环境影响预测；
➢河口外滨海段可视为海湾。
h
9
湖、库的简化
简化为大湖（库）、小湖（库）、分层湖（库）
➢排入小湖（库）的所有排放口可以简化为一个排放口，其排放量为所有排放量之和；
➢排入大湖（库）的两排放口的间距较小时，可以简化为一个排放口，其位置假设在 两排放口之间，其排放量为两者之和；
➢无组织排放可以简化为面源，从多个间距很近的排放口分别排放污水时，可以简化 为面源。
h
13
预测方法与水质数学模型
废水连续稳定排放
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
h
23
例题：完全混合模型
• 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）？
河流水质数学模型讲课文档
1925年，Street-Phelps提出BOD-DO偶合模型以后，水质模型的研究在很长一段 时间里进展缓慢。到了20世纪60年代，由于环境污染的加剧，水质问题引起人们的关 注，水质模型的研究也获得了快速发展。20世纪60~80年代是水质模型的快速发展时期。
(1)托马斯模型
在S-P模型的基础上，引进沉淀作用对BOD去除的影响：
u为河水流速(m/s)。
第十一页，共45页。
2.1稳态解
稳态是指均匀河段定常排污条件，即过水断面、流速、流量等都
不随时间变化，
此时(1)式变化为
C 0 t
d2C u
dx2
ks
dc dx
K1 ks
C0
通过解析得稳态解为
当x≥0时， 当x＜0时，
CC0e2x,2
u 2ks
(1)
CC0e1x,1
u 2ks
第十六页，共45页。
河段划分 河段划分的主要原则就是保持所分割的河段中水
质参数不变。河段的划分是通过在适当的位置设置 计算断面实现的。断面设置的方法是：
①在河流断面形状变化处，例如由宽变窄处或由窄变宽处，由深 变浅处或由浅变深处，这些河段的变化会引起流速及水质参数 的变化；
②支流或污水汇入处，由于流量的输入会导致流速的变化，也会 导致污染物浓度的变化；
第二十三页，共45页。
2.4 QUAL-Ⅱ河流水质综合模型
由于污染物在水中的迁移转化是一种物理的、化学的和生物 学的极其复杂的综合过程，因此要全面描述水体的水质就必须 研究水生生态系统和水质组分之间的联系，就需要对多组合的 综合体系建立水质模型。20世纪70年代，美国建立了不少综 合水质模型。其中最早的两个模型是QUAL-Ⅰ和QUAL-Ⅱ。
(1)托马斯模型
在S-P模型的基础上，引进沉淀作用对BOD去除的影响：
u为河水流速(m/s)。
第十一页，共45页。
2.1稳态解
稳态是指均匀河段定常排污条件，即过水断面、流速、流量等都
不随时间变化，
此时(1)式变化为
C 0 t
d2C u
dx2
ks
dc dx
K1 ks
C0
通过解析得稳态解为
当x≥0时， 当x＜0时，
CC0e2x,2
u 2ks
(1)
CC0e1x,1
u 2ks
第十六页，共45页。
河段划分 河段划分的主要原则就是保持所分割的河段中水
质参数不变。河段的划分是通过在适当的位置设置 计算断面实现的。断面设置的方法是：
①在河流断面形状变化处，例如由宽变窄处或由窄变宽处，由深 变浅处或由浅变深处，这些河段的变化会引起流速及水质参数 的变化；
②支流或污水汇入处，由于流量的输入会导致流速的变化，也会 导致污染物浓度的变化；
第二十三页，共45页。
2.4 QUAL-Ⅱ河流水质综合模型
由于污染物在水中的迁移转化是一种物理的、化学的和生物 学的极其复杂的综合过程，因此要全面描述水体的水质就必须 研究水生生态系统和水质组分之间的联系，就需要对多组合的 综合体系建立水质模型。20世纪70年代，美国建立了不少综 合水质模型。其中最早的两个模型是QUAL-Ⅰ和QUAL-Ⅱ。
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。
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
教案--第5章 水质预测模型
不规则形状的湖泊、水库可根据流场的分布情况和几何形状 分区；
自顶端入口附近排入废水的狭长湖泊或循环利用湖水的小湖， 可以分别按各自的特点考虑。
污染源简化
《建筑工程测量》CAI课件
污染源包括排放方式和排放规律的简化
排放方式
点源 面源
排放规律
连续恒定排放 非连续恒定排放
在预测中，通常可以把排放规律简化为连续恒定排放。
《建筑工程测量》CAI课件
第5章 地表水环境预测与影响评价
水质预测模型 河流水质模型 河口水质模型 湖库水质模型 水污染负荷预测 地表水影响评价
《建筑工程测量》CAI课件
第1节 预测条件的确定
• 预测时段
地表水环境预测应考虑水体自净能力不同的各个时段（水 期）。通常将其划分为自净能力最小、一般、最大三个阶 段（如：枯水期、平水期、丰水期）。 一、二级评价，应分别预测水体自净能力最小和一般两个 时段的环境影响。冰封期较长的水域，当其水体功能为生 活饮用水、食品工业用水水源或渔业用水时，还应预测冰 封期的环境影响。 三级评价或二级评价时间较短时，可以只预测自净能力最 小时段的环境影响。
河口的简化
《建筑工程测量》CAI课件
简化方法：
除个别要求很高（如一级评价）的情况外，河流感潮段一般 可按潮周平均、高潮平均和低潮平均三种情况，简化为稳态 进行预测；
河流汇合部分可以分为支流、汇合前主流、汇合后主流三段 分别进行环境影响预测。小河汇入大河时，把小河看成点源；
河流与湖泊、水库的汇合部分可以按照河流与湖泊、水库两 部分分别预测其环境影响；
评价等级为2级时，如何简化视具体情况而定；
水深＞10m且分层期较长（如大于30天）的湖泊、水库可 视为分层湖（库）；
自顶端入口附近排入废水的狭长湖泊或循环利用湖水的小湖， 可以分别按各自的特点考虑。
污染源简化
《建筑工程测量》CAI课件
污染源包括排放方式和排放规律的简化
排放方式
点源 面源
排放规律
连续恒定排放 非连续恒定排放
在预测中，通常可以把排放规律简化为连续恒定排放。
《建筑工程测量》CAI课件
第5章 地表水环境预测与影响评价
水质预测模型 河流水质模型 河口水质模型 湖库水质模型 水污染负荷预测 地表水影响评价
《建筑工程测量》CAI课件
第1节 预测条件的确定
• 预测时段
地表水环境预测应考虑水体自净能力不同的各个时段（水 期）。通常将其划分为自净能力最小、一般、最大三个阶 段（如：枯水期、平水期、丰水期）。 一、二级评价，应分别预测水体自净能力最小和一般两个 时段的环境影响。冰封期较长的水域，当其水体功能为生 活饮用水、食品工业用水水源或渔业用水时，还应预测冰 封期的环境影响。 三级评价或二级评价时间较短时，可以只预测自净能力最 小时段的环境影响。
河口的简化
《建筑工程测量》CAI课件
简化方法：
除个别要求很高（如一级评价）的情况外，河流感潮段一般 可按潮周平均、高潮平均和低潮平均三种情况，简化为稳态 进行预测；
河流汇合部分可以分为支流、汇合前主流、汇合后主流三段 分别进行环境影响预测。小河汇入大河时，把小河看成点源；
河流与湖泊、水库的汇合部分可以按照河流与湖泊、水库两 部分分别预测其环境影响；
评价等级为2级时，如何简化视具体情况而定；
水深＞10m且分层期较长（如大于30天）的湖泊、水库可 视为分层湖（库）；
Chapter.043.水质模型
15
一维模型适用的两种条件
适用1 适用
背景段 污水注入点 混合段 完全混合点 均匀混合段
L
混合段总长度
适用2 适用
背景段
CE QE + CP QP C0 = QE + QP
均匀混合段
污水注入点
既是污水注入点， 既是污水注入点，也是完全混合点
瞬间完全混合
2012-1-12
CE QE + CP QP C0 = QE + QP
第二节 常用的河流水质模型
–河流水质模型简介 河流水质模型简介 –河流的混合稀释模型 河流的混合稀释模型 –河流水质零维模型 河流水质零维模型 –河流水质一维模型 河流水质一维模型 –河流水质二维模型 河流水质二维模型 –S-P 模型 S
了解 重点
了解 难点.重点 难点 重点
2012-1-12
1
水质模型分类
2012-1-12 6
完全混合模型适用条件
• 稳态：河流；排污 稳态：河流； • 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
2012-1-12
7
例题1： 例题 ：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 如 果该工厂的废水排入河中能与河水迅速混合， 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）？
饱和DO浓度 浓度 饱和
《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。
第四节 水质模型
19
15
有毒有机物的归趋模型
化合物迁移转化过程 负载过程（输入过程） 人为排放，大气沉降， 负载过程（输入过程）：人为排放，大气沉降，陆地 径流 酸碱平衡、 形态过程 ：酸碱平衡、吸着作用 迁移过程：沉淀-溶解作用 溶解作用、 迁移过程：沉淀 溶解作用、对流作用 、挥发作用 、 沉积作用 转化过程： 光解作用、水解作用、 转化过程：生物降解 、光解作用、水解作用、氧化还 原 生物积累过程： 生物积累过程：生物浓缩 、生物放大
水体的富营养化是由磷、 水体的富营养化是由磷、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， 污染。主要表现为水体中藻类的大量繁殖，严重影响 了水质。 了水质。 湖水营养化程度 是指正磷酸盐、聚合磷酸盐、 总磷 是指正磷酸盐、聚合磷酸盐、可水解磷酸盐以 及有机磷的总浓度。 及有机磷的总浓度。 是指水体中氨氮、亚硝酸氮、 总氮 是指水体中氨氮、亚硝酸氮、硝酸氮和有机氮 的总浓度。 的总浓度。 是指水体中绿色物质的含量。 叶绿素含量 是指水体中绿色物质的含量。
9
河流完全混合模式的适用条件
①河流充分混合段； ②持久性污染物； ③河流恒定流动； ④废水连续稳定排放
10
一维水质模型
某一水团沿水流运动方向移动， 某一水团沿水流运动方向移动，同时存在于该水团中 的污染物亦随之移动，在运动过程中， 的污染物亦随之移动，在运动过程中，污染物由于降 解或转化成其它形式而发生浓度变化， 解或转化成其它形式而发生浓度变化，这一变化往往 与河流状态有关如：水温、溶解氧浓度等等， 与河流状态有关如：水温、溶解氧浓度等等，一维模 型适用的假设条件是横向和垂直方向混合相当快， 型适用的假设条件是横向和垂直方向混合相当快，认 为断面中的污染物浓度是均匀的。 为断面中的污染物浓度是均匀的。
《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。
水环境化学5第四节水质模型.ppt(共18张PPT)
❖一个化合 物与水作用
通常产生较
小的、简单 的有机产物
涉及减少或增 加电子在内的 有机污染物以 及金属的反响 都强烈地影响 环境参数
第十二页，共18页。
生物累积过程
LOGO
生物浓缩作用：通 过可能的手段如通 过鱼鳃的吸附作用， 将有机污染物摄取 至生物体
第十三页，共18页。
生物放大作用：高 营养级生物以消耗 摄取有机毒物进入 生物体的低营养级 生物为食物，使生 物体中有毒物的浓 度随营养级的提高 而逐步增大
❖ 其次，模型中既要有化合物固有性质的参数，又要有表征环境特征的参数， 这样似乎应为二级反响式。但如果一但环境定下来了，那么速率的方程就又 变成准一级反响式了。为此假定有机物的存在不改变环境参数，例如不会改 变水体的pH值、对光(duì guāng)的吸附系数和细菌总数等。由于污染物在 水环境中的浓度很低，这个假定也是符合实际情况的
第八页，共18页。
LOGO
第九页，共18页。
LOGO
负载过程(guò ché ng)〔输入过程(guò ché ng)〕 污水排放速率、大气沉降以及地表径流引入有机毒物至天然水体均将直 接影响污染物在水中的浓度
形态过程：
酸碱平衡：天然水 中pH值决定着有 机酸或碱以中性态 或离子态存在的分 数，因而影响挥发 及其他作用
RT=∑Ri=c∑(Ki·Ei) 式中：Ki—第i过程的速率(sùlǜ)常数； Ei—对于第i过程在动力学上起重要租用的环境参数〔例如，水体pH值、光强、细菌总数 等〕；
c—化合物的浓度 环境参数在一定的环境地区和时间内就保持不变，这样Ki〔Ei) 就可以用准一级反响速率 (sùlǜ)常数表示
RT=c∑ki
❖
V—湖泊容积，m3
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。
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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
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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。
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《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。
主要习题包括：氧垂曲线计算，一维稳态模型计算，
模型参数估计，分段河流水质模拟等。
十、多媒体教学手段运用的内容、要求及占用学时
课程主要内容已制作了多媒体课件，可在课堂教学过程中应用。
十一、教材及参考书
教材：包为民，庄一鸰.《水质模型》，河海大学自编教材，1997年9月。
参考书：
1.付国伟，程声通，水污染控制系统规划，清华大学出版社，1985.
2.付国伟，河流水质数学模型及其模拟计算.中国环境科学出版社，1987.
3.包为民，黄土地区流域水沙模拟概念模型与应用.河海大学出版社，1995.
4.赵文谦，环境水力学.成都科技大学出版社，1986.
十二、考核方式：考试
十三、教学大纲说明。