水质数学模型分类

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河流水质数学模型

河流水质数学模型

2、2011年十大水系水质类别比例
长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河、浙闽片河流、西南 诸河与内陆诸河十大水系监测得469个国控断面中Ⅰ~Ⅲ类、Ⅳ~Ⅴ类 与劣Ⅴ类水质断面比例分别为61、0%、25、3%与13、7%。主要污 染指标为化学需氧量、五日生化需氧量与总磷。
3、 河流中有机污染物得相关情况
L0kd
2、3 S-P模型得修正模型
1925年,Street-Phelps提出BOD-DO偶合模型以后,水质模型得研究在很长 一段时间里进展缓慢。到了20世纪60年代,由于环境污染得加剧,水质问题引起 人们得关注,水质模型得研究也获得了快速发展。20世纪60~80年代就是水质 模型得快速发展时期。
2、2不考虑弥散作用得稳态解 当不考虑弥散作用,即弥散系数ks=0时,(1)式变化为
u C x
K1C
解上述方程得
K1 x
C C0e u
二维模型:如果模拟得河流水面较宽(超过200m),则按一维模型 计算结果可能误差较大,因此需采用二维模型计算。
3、二维情况下河流水环境容量模型
一个均匀河段得起始断面,从排污口连续稳定得向河流排
ksy
2C y 2
Байду номын сангаас
K1C
三、河流水质模型
(一)一维河流水质模型 1、河段划分 2、单一河段水质模型 3、多河段水质模型
(二)二维河流水质模型 4、正交曲线坐标系统 5、断面累积流量曲线 6、BOD模型 7、DO有限单元模型
1、河段划分
河流作为地球上分布最广泛得一种水体,其最显
著得特点就就是其在三维空间尺度上存在着巨大 得差异,并且其沿程得水文条件一般变化都较大。
B
ks
) e(kd ks )t

河流水质数学模型专题讲解

河流水质数学模型专题讲解

一维模型微分方程
?? ? ? (v? ) ? ? (D ?? ) ? S
?t ?x
?x ?x
a.一维稳态水质模型:在均匀河段上定常排污 条件下,河段横截面、流速、流量、污染物的 输入量和弥散系数都不随时间变化。同时污染 物按一级化学反应,无其他源和汇项
?
?
?0
exp[
u (1? 2D
1?
4k1D u2
?
k1L0 k1?k2
(e?1x
?e?2x)
?1
?
u 2E
(1?
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4Ek1 u2
)
u
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?
(1? 2E
1?
4Ek2 u2
)
2.忽略弥散时:
?L ?
?
L e?k1x/u 0
??O? ?
Os
?
k1L0 k1 ? k2
(e?k1x/u
?
e?k2x/u
)?
D e?k2x/u 0
氧垂曲线
D0 Dc
溶解氧
饱和溶解氧浓度
dc ? ? k c(k 为沉降速率)
dt
3
3
河流及污染物特征 非持久性污染物(连续排 放) 完全混合段
横向混合过程段
河流一维稳态模式,采用 一级动力学方程
河流二维稳态混合衰减模 式
沉降作用明显的河段
河流一维稳态模式,沉降 作用反应方程近似为
dc ? ? (k ? k )c(k 为降解速率,
dt
1
污染物在河流中的迁移是一种物理的、化学 的和生物学的联合过程。这些过程既与污染物 本身的特性有关,也与外界的许多条件密切联 系。
(1)一般污染物在河流中的迁移 (2)有机物在河流中的衰减变化 (3)水体的好氧与复氧过程

水质模型分类

水质模型分类

/hhhbb/archive/2006/06/23/1681.html《QUAL 一 2 K模型及其主要参数确定》S —P模型的基本思路是:他们认为水中溶解氧( DO) 随时问减少的速率与B OD的浓度成正比,水中溶解氧的减少主要是由于水中有机物在好气菌在分解中消耗水中氧气所引起的,并且与BOD降解具有相同的速度,即复氧的速度与氧亏成正比。

S - P模型只考虑了有机物降解和大气复氧对DO的影响,没有考虑有机物沉浮、底泥吸附等对DO的影响,因此其结果与实际有一定的差别。

有很多学者对其进行了改进,主要有以下3种模型:( 1 ) Thomas模型:对一维稳态河流,在S---P模型基础上增加了一项因悬浮物的沉淀与浮所引起的BOD速率变化。

( 2 ) Camp—Dobbins模型:在Thomas的基础,增加了底泥释放BOD和地表径流所引起的BOD变化速率和藻类光合作用和呼吸作用以及地表径流引起的溶解氧速率变化。

( 3 ) Oconnor模型:假定总的BOD是由含碳BOD(CBOI))和含氮BOD(NBOD)两项组成,模型不仅考虑了含碳化合物的耗氧,而且也考虑了含氮化合物的耗氧。

《W A S P水质模型在辽河干流污染减排模拟中的应用》WASP水质模型:WASP(Water Quality Analysis Simulation Program)是由美国国家环保局开发的水质分析软件,可用来模拟常规污染物(包括溶解氧、生物耗氧量、营养物质以及海藻污染)和有毒污染物(包括有机化学物质、金属和沉积物)在水中的迁移和转化规律,是为分析池塘、湖泊、水库、河流、河口和沿海水域等一系列水质问题而设计的动态多箱模型。

WASP模型在中国渭河、苏州河、汉江等多个流域及水库已有成功的应用。

WASP模型由两个独立的计算机程序DYNHYD和WASP组成,两个程序可连接运行,也可以分开执行。

DYNHYD是一个简单的“Link—node”网络水力动态模型,产生的输出文件可为水质分析模拟程序WASP提供流量和体积参数。

水环境数学模型

水环境数学模型


(一) 基本控制方程 圣 • 维南方程组包括连续性方程和动量方程。 在渐变流流程s方向上取ds微元段为控制体积,由 质量守恒定律和动量守恒定律分别推导,并引入 渐变流静压分布的特性,以及速度沿断面均匀分 布的假定,可得明渠一维流动的连续性方程:
A Q 0 t s 明渠一维流动的动量方程为:
(3)以z、v为应变量的组合形式
z z A v v v iv M t s B s B v v z v2 v g g 2 t s s C R

WASP4水动力模型及其数值方法 —— 基于“道—节”网络的河流水动力模 型系统 WASP4(Water Ouality Analysis Simulation Programme Version 4)是 美国联邦环境保护局阿申斯环境研究 实验室开发的水动力与水质分析模拟 程序。
(5)实际流体与理想流体 根据流体的粘滞性,可以将其分为 理想流体和粘性流体。对于理想流体, 其分子粘性系数为零,从而其运动学粘 性系数也为零。对于自然水体的水动力 模型应将流体视为粘性流体。
(6)布辛尼斯克(Boussinesq)近似 这是流体力学、大气科学、水动力学研 究中研究热力流动(热对流)问题中常用的 一种近似处理。这一假设由法国19世纪物理 学家J. Boussinesq提出,该假设认为:除非 热膨胀造成浮力外,流体可以视为不可压缩 的。 在我们水环境问题中,我们采用 Boussinesq近似,则认为在水平方向上不考 虑密度差,而仅在垂直方向上才考虑。一般 地说,对于浅层流体的缓慢流动,由于其水 平方向上的密度差较小,均可采用 Boussinesq近似。
国际上将水质模型发展的基本历程分为四 个阶段: 第一阶段(1925年~1965年):开发了比较 简单的BOD—DO双线性系统模型。采用一 维计算方法。 第二阶段(1965年~1970年):继续研究发 展BOD—DO模型的多维参数估计问题,水 质模型的基本框架发展为六个线性系统。 计算方法从一维推进到二维。除了继续研 究河流、河口水质问题外,开始模拟计算 湖泊、水库及海湾的环境问题。

流域水质模型与模拟课件

流域水质模型与模拟课件

K1L0 K1 K2
(e 1x
e2x )
2
u 2E
1
1
4EK2 u2
(2)忽略河流的弥散作用,则为
解析解
u
dL dx
K1 L
u
dC dx
K1L
K2
Cs
C
L
K1 x
L0e u
L0 e K1t
C
Cs
Cs C0
ek2t k1L0 k1 k2
e e k1t
k2t
氧垂曲线
溶解氧沿程变化曲线被称为氧垂曲线
案例分析——S-P模型
向一条河流稳定排放污水,污水排放量 Qp = 0.2 m3/s, BOD5 浓度为 30 mg/L,河流流量 Qh = 5.8 m3/s,河水平均 流速 v = 0.3 m/s,BOD5 本底浓度为 0.5 mg/L,BOD5降解 的速率常数 k1 = 0.2 d-1,纵向弥散系数 D = 10 m2/s,假定 下游无支流汇入,也无其他排污口,试求排放点下游5 km 处的 BOD5 浓度。
定义 把一个连续的一维空间划分成若干个子空间,每一个 子空间都作为一个完整混合反应器,将上一个反应器 的输出视为下一个反应器的输入
设 C1,C2,…,Ci 为相应河段的污染物浓度,每一个河 段的浓度表达式
C1
C10 1 KdV1
Q1
C2
C20 1 KdV2
Q2
Ci
Ci 0 1 KdVi
河流水质变化过程
河流水质变化过程
河流水质模型分类(按维数) 零维 一维 二维 三维
第三章 河流水质模型
零维水质模型
定义 污染物进入河流水体后,在污染物完全均匀混合断面 上,污染物的指标无论是溶解态的、颗粒态的还是总 浓度,其值均可按节点平衡原理来推求。对河流,零 维模型常见的表现形式为河流稀释模型。

水质评价问题的数学模型

水质评价问题的数学模型

水质评价问题的数学模型水质评价问题的数学模型摘要本文以某村四个水井因农业和生活排放废物使地下浅表水遇到污染为背景,通过对这四个水井的24个水质监测数据的统计,对四个水井的综合水质进行了细致的分析。

针对问题一:首先从水质监测数据中选取相对有用的五种关键数据(分别为溶解氧,高锰酸盐指数,总磷,氨氮,粪大肠菌群)作为评价因子,对各个水井的各种污染物的检测数据进行无量纲标准化处理得到新数据并列出图表,并对比水质分级标准的三组数据,运用层次分析法建模,并利用MATLAB7.0.1编程求解,最后求得北井的水质最好,南井和东井水质次之,西井水质最差。

此外,我们还运用了逼近于理想值的排序方法,即TOPSIS法,首先确定四个水井水质监测数据中各项指标的正理想值和负理想值,然后求出各个方案与正理想值、负理想值之间的加权欧氏距离,由此得出各评价因子与最优数据指标的接近程度,作为评价水井水质优劣的标准。

经计算得出四个水井的综合评价指标值分别为90,73,210,505,可见北井水质最好,南井水质较好,东井水质中等,西井水质最差。

针对问题二:对四个井的地表水进行水质等级判断时,没有明确的界限,因此我们选择在模糊数学中采用隶属函数来描述水质分界,同时采用格贴近度公式,分别求得四个水井与三个水质等级的贴近程度,根椐择近原则,算出西井、东井均属于Ⅲ类,南井属于Ⅱ类,北井属于Ⅰ类。

最后,我们就模型存在的不足之处提出了改进方案,并对优缺点进行了分析。

关键词:层次分析法;TOPSIS法;模糊数学统计算法;水质等级判断。

目录摘要 (1)一、问题重述 (3)二、模型假设 (3)三、符号说明 (3)四、问题分析 (4)4.1问题一的分析 (4)4.1.1层次分析法 (5)4.1.2 TOPSIS分析法 (5)4.1.3 两种方法差异分析 (5)4.2 问题二的分析 (5)五、模型的建立和求解 (6)5.1 问题一求解 (6)5.1.1各衡量指标数据的无量纲化处理 (6)5.1.2. 模型一层次分析法 (8)5.1.3 模型二TOPSIS分析方法 (12)5.1.4 两种方法的结果分析 (15)5.2 问题二:模糊性模型 (15)5.2.1 建立因素集 (15)5.2.2 设置偏大型柯西分布隶属函数 (16)5.2.3 综合指标 (18)六、模型的评价与推广 (19)6.1 模型的评价 (19)6.1.1模型优点 (19)6.1.2模型缺点 (19)6.2 模型的推广 (20)参考文献 (21)附录 (22)一、问题重述某村内有各相距500米以上的四口水井,分别位于村东、村西、村南和村北,由于农业和生活排放废物使地下浅表水遇到污染,水质监测资料如附件1所示.需要解决的问题如下:(1)请用2种以上的数学方法对该村的四个井水的水质进行排序,并比较是否由于方法的不同导致存在着异,以及差异产生的原因。

4.2水质模型及应用讲解

4.2水质模型及应用讲解
水质模型及应用
胡莺
水质数学模型分类
按上游来水和排污随时间的变化情况: 动态模式、稳态模式 按水质分布状况: 零维、一维、二维和三维 按模拟预测的水质组分: 单一组分、多组分耦合模式 水质数学模式的求解方法及方程形式 解析解模式、数值解模式
水质模式中坐标系的建立
以排放点为原点 Z轴铅直向上,X、Y轴为水平方向 X方向与主流方向一致 Y方向与主流垂直
一维稳态模式 P72
对于一般河流,由于推流导致的污染物迁移作用要比 弥散作用大得多,可忽略弥散作用:

C 为污染物的浓度; Dx 为纵向弥散系数, ux 断面平均流速; K 为污染物衰减系数
模型的适用对象:污染物浓度在各断面上分布均匀的中小
型河流的水质预测 P72例4-2
BOD-DO耦合模型(S-P模型)
• 2、计算最大氧亏处的临界DO浓度和临界点位置
• 3、利用EXCEL求解并绘制出BOD、DO的浓度沿程变 化曲线(选作)
托马斯模式 P75
x c exp ( K 1 K 3 ) c0 86400 u x exp ( K 1 K 3 ) 86400 u K 1c 0 x D D exp K 0 2 K 2 ( K1 K 3 ) 86400 u x exp K 2 86400 u K2 K 2 ( K 1 K 3 K 2 ) D0 u xc ln K 2 ( K1 K 3 ) K1 K 3 K 1 ( K 1 K 3 )c 0 c0 (c0 Q p c h Qh ) /(Q p Qh ) D0 ( D0 Q p Dh Qh ) /(Q p Qh )
计算时注意单位换算;以 及起始点处假定完全混合 后的初始浓度的计算

水质数学模型简介发展概况

水质数学模型简介发展概况

水质数学模型简介与发展概况水质数学模型是描述污染物在水体中随时间和空间迁移转化规律及影响因素相互关系的数学方程。

随着经济的发展和人们环境意识的提高,水环境污染问题越来越被人们重视。

研究水质模型目的主要是描述污染物在水体中的迁移转化规律,模拟或预报水质在时间与空间上的变化,从而为水环境质量预测、水质污染控制规划、工程环境影响评价以及水资源的规划、管理和控制提供服务。

1 水质模型的发展从1925年出现的streeter-phelps模型算起,到现在的80余年中,其发展历程可以分以下几个阶段。

第一阶段是20世纪20年代到70年代初。

这一阶段模型研究对象仅是水体水质本身,被称为“自由体”阶段。

在这一阶段模型的内部规律只包括水体自身的各水质组分的相互作用,其他如污染源、底泥、边界等的作用和影响都是外部输入。

该阶段是简单的氧平衡模型,主要集中在对氧平衡关系的研究,是一种稳态模型。

第二阶段是20世纪70年代初期到80年代中期。

这一阶段模型有如下的发展:(1)在状态变量(水质组分)数量上的增长;(2)在多维模型系统中纳入了水动力模型; (3)将底泥等作用纳入了模型内部;(4)与流域模型进行连接以使面污染源能被连入初始输入。

第三阶段是80年代中期90年代中期。

是水质模型研究的深化、完善与广泛应用阶段,科学家的注意力主要集中在改善模型的可靠性和评价能力的研究。

该阶段模型的主要特点是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、人工神经网络等。

第四阶段是1995年至今。

随着发达国家对面污染源控制的增强,面源污染减少了。

而大气中污染物质沉降的输入,如有机化合物、金属(如汞)和氮化合物等对河流水质的影响日显重要。

虽然营养物和有毒化学物由于沉降直接进入水体表面已经被包含在模型框架内,但是,大气的沉降负荷不仅直接落在水体表面,也落在流域内,再通过流域转移到水体,这已成为日益重要的污染负荷要素。

从管理的发展要求看,增加这个过程需要建立大气污染模型,即对一个给定的大气流域(控制区),能将动态或静态的大气沉降连接到一个给定的水流域。

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)

数学与环境保护水质污染模型

数学与环境保护水质污染模型

数学与环境保护水质污染模型数学与环境保护:水质污染模型水质污染是当今全球环境面临的重要问题之一。

随着工业化和城市化进程的加快,水质污染对生态系统和人类健康造成了严重威胁。

数学作为一门强大的学科,可以为环境保护提供有效的解决方案。

本文将介绍数学在水质污染模型中的应用,从而展示了数学与环境保护的密切关系。

一、数学建模水质污染模型是一种基于数学方法的工具,用于预测和分析水体受污染过程中的变化。

通过建立数学模型,我们可以定量地描述水污染过程中的关键因素和影响因素,从而更好地了解污染物在水环境中的行为。

1.1 动力学模型数学建模的一个重要方面是动力学模型,它使用微分方程来描述污染物在水体中的传输和转化过程。

例如,可以使用扩散方程来表示污染物在水体中的扩散过程,使用反应速率方程来描述污染物的降解和转化过程。

通过求解这些微分方程,我们可以获得污染物浓度随时间和空间的变化规律。

1.2 空间分布模型除了动力学模型,空间分布模型也是水质污染模型的重要组成部分。

通过将水域划分为网格或单元,我们可以将水体的特性在空间上进行离散表示。

通过建立适当的数学关系,我们可以推导出水体各个网格或单元之间的污染物传输过程,进而分析水体中的污染物分布情况。

二、数学方法的应用在水质污染模型中,数学方法具有广泛的应用。

下面将介绍几种常见的数学方法及其在水质污染模型中的应用。

2.1 偏微分方程偏微分方程是描述污染物在水体中扩散和传输的重要数学工具。

通过求解偏微分方程,我们可以获得污染物的浓度随时间和空间的变化规律。

常见的偏微分方程有扩散方程、对流-扩散方程等。

通过偏微分方程求解,我们可以对水体中的污染物行为进行准确的预测和分析。

2.2 参数估计参数估计是水质污染模型中的重要环节。

通过合理地选择模型参数,我们可以更准确地描述污染物在水体中的行为。

数学方法可以应用于参数估计的过程中,例如最小二乘法、最大似然估计等,以提高模型的精确度和可靠性。

2.3 数值模拟数值模拟是将数学模型转化为计算机可处理的形式,通过计算机模拟水体中污染物的传输和转化过程。

水质检测的数学模型

水质检测的数学模型

水质指标评价问题的数学模型摘要生活用水一直是关系到民生的根本问题,是国家和政府一直在重点保护和治理的项目之一。

近年来,随着工业化、信息化步伐的加快,水质污染问题越来越突出。

本文通过对商丘某县四口水井水质标准建模分析,希望为该村,为其他有类似问题的地方,提供水质量评价标准和预防污染的借鉴方法。

针对问题一,通过主成分分析和R型聚类分析两种方法,在减少指标的同时保留尽量多的原始信息。

对主成分分析法,通过计算机模拟、软件求解,得出四口井的得分,据此得出结果;对聚类分析法,通过聚类减少指标量,然后根据密切值法得出四口井的排名。

主成分分析模型的结果南井第一,北井第二,东井第三,西井第四;R型聚类分析模型结果为东井第一,南井第二,西井第三,北井最后。

针对问题二,首先提取水质检测数据和水质分级标准表中都有的指标,然后剔除水质分级标准中各水质类型均相同的指标,确定八个指标为本问题的原始指标。

将水质分级标准表中的I类、II类、III类三类数据当作水井样本,和原来四口水井一起,组成一个样本容量为七、指标个数为八的新样本组合,利用问题一的主成分分析模型,通过软件求解,得出七个井的得分,对这七口井进行排名,然后根据排名确定水质分级。

针对问题三,结合问题一二的计算结果,从描述四口水井的概况开始,有针对性的分析污染原因,以及污染影响和对应的整治措施,为村民们提供较好的处理污染的方法,根据一些健康的饮水常识,为村民今后的饮水健康提出几点有意义的建议。

关键词:聚类分析法;主成分分析法;密切值法;水污染检测;指标;无量纲化;1问题的重述河南省商丘地区某村内有各相距500米以上的四口水井,分别位于村东、村西、村南和村北,由于农业和生活排放废物使地下浅表水遇到污染,水质监测资料如表1所示.表1:水质监测数据2009 年10月15日商丘某村井水水质监测数据报告编号:商水监/ SM089-2009 监测日期:2009.10.152009 年10月15日商丘某村井水水质监测数据/ SM089-2009 监测日期:2009.10.15报告编号:商水监(1)请用2种以上的数学方法对该村的四个井水的水质进行排序,并比较是否由于方法的不同导致存在着异,以及差异产生的原因。

水质污染处理数学模型

水质污染处理数学模型

水质污染处理数学模型水质污染处理数学模型是指使用各种数学方法建立的可以用来描述和预测水质污染处理过程的数学模型。

水质污染处理数学模型可以帮助我们更好地了解水质污染的成因和处理过程,为水质污染治理和管理提供科学依据。

下面我们将介绍水质污染处理数学模型的相关内容。

一、水质污染处理数学模型的基本原理1、质量守恒原理水体中化学物质的浓度和质量在时间和空间上的变化受到水质污染的贡献和处理过程的调节。

如果不考虑均衡和生物降解等因素,仅仅从数量的角度看,水体中物质的质量守恒原理可以用以下公式表示:dC/dt=-Q(Cin-Cout)+R其中,dC/dt表示物质浓度随时间的变化率,Q表示水流量,Cin和Cout分别表示水的进口和出口处的污染物浓度,R表示污染物在水中的产生速率。

2、化学反应原理许多水质污染处理中涉及到的化学反应可用动力学模型描述如下:C=C0*[1-exp(-k*t)]其中,C表示化学物质浓度,C0表示初始浓度,k为反应速率常数,t为反应时间,exp(-k*t)为反应进程函数。

3、生物反应原理许多水质污染处理中涉及到的生物反应也可以用动力学模型描述。

一般规律是肥料-微生物-氧化物系统中微生物的生长是符合“麦克斯韦-卡尔克莱文方程”形式的:μ=μmax*C/(K+C)其中,μ为微生物生长速率,μmax为最大生长速率,C为可利用物质的浓度,K为半饱和常数,和生物种类密切相关。

二、水质污染处理数学模型的应用1、水体污染负荷分析水质污染处理数学模型可以帮助我们对水体污染情况进行预测和分析。

通过建立水体污染负荷数学模型,可以预测污染物质的浓度、分布和转移规律,从而合理选择处理方法和措施,提高水质污染治理的效率和成效。

2、水体污染治理方案设计水质污染处理数学模型可以帮助我们设计污染治理方案。

通过建立污染物迁移扩散模型、水环境质量模型以及处理工艺模型等,可以对治理方案的可行性进行评价和比较,优化处理流程和条件,提高治理方案的可靠性和效率。

水质数学模型

水质数学模型

国内 水模 型发 展概 括
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国内外水质数学模型的发展历程
世界上有代表性的水质模型软件汇总表
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国内外水质数学模型的热点问题
背景
我国的水质模型发展在1972年由官厅水库事件才引起了对水污染问题的重视.经过30 多年的努力,针对主要水系、海湾、湖泊以及重点水利工程,在①水动力与水质模型相接 合,模型空间维数与状态变量不断增加 ②数值计算方法的多样化③地理信息系统的融入 (GIS用于资源管理、环境监测、环境评价、灾害评估、区域流域环境规划等众多领域 .) ④对国外水质模型进行二次开发方面取得巨大进步。 然而经过80余年的努力,水质数学模型在基础研究和应用研究两个方面获得了极大 进展,但其发展和应用过程中还存在不少问题。
1960-1965年 (发展阶段)
1970-1975年 (发展阶段)
最近30年中 (发展阶段)
随着改进的二维、三维河流、河口和湖泊(水库)模型的发展,水 力学和水质间的藕合越来越引起科学研究工作者的重视。目前,包 括各种变量的更综合的水质模型正在研究中,三维的和二维的水质 模型仍处于发展阶段。
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水质污染图
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国内外水质数学模型的热点问题
定水质数学模型现存的问题
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国内外水质数学模型的热点问题
热点问题
当前环境问题已成为科学热点的问题,而21世纪面临的前瞻迫切性环境水质化学难题 已成为全球热点问题。现以黄河典型河段水量水质为对象开展水质数学模型研究进行调 配方案。
B
C
根据模型表达式 对应的空间结构 ,可以分为零维 (不含空间变量 )、一维、二维 、三维及高维模 型。

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

水质数学模型

水质数学模型
5.7 BOD-DO模型
5.7.1 稳态模型
5.7.2 非稳态模型 5.7.2.1 未考虑硝化作用 5.7.2.2 考虑硝化作用的DO方程 5.7.2.3 氧亏临界点计算
5.8 河口区浓度场的确定
5.9 种群动态模型
5.9.1 logistic方程
5.9.2 建立logistic藻类增长方程
5.9.3 求水生植物最佳生长率 5.9.4 建立水生植物的logistic藻类增长方程 5.9.5 人工生态系统净化水质规模的确定
解:C′=(C0Q0+Cq)/(Q0+q)=2.5mg/L
5.2.2 瞬时源扩散方程的解析解
5.2.3 连续源扩散方程的解析解
5.2.4 考虑平流项的连续源水质模型解析解
5.2.5 复杂水质模型的解析解
(1)一元均匀流中瞬时点源
(2)在均匀一元流场中的连续点源
5.2.6 “导则”推荐的水质预测公式
5.5 河流水质数学模型
5.5.1 一维水质方程的基本形式 5.5.2 一维稳态方程及其解 5.5.2.1 当扩散项很小时 5.5.2.2 自净作用不大时
5.5.2.3 自净作用和扩散作用均考虑
5.5.3 一维非稳态水质方程及其解
5.5.3.1 不考虑自净项
5.5.3.2 扩散项、自净项均考虑
5.6 完全混合系统水质模型
5.1.3 建模步骤
问题的提出
模型的概念 参数估计 模型率定 模型验证

模型的应用
5.1.4 模型的用途
(1)深入了解水体水质迁移转化的机理; (2)预测废水排放后天然水域的水质浓度场;
(3)确定水体的剩余环境容量或污染物削减量;
(4)制定污染物的排放标准;

湖水治理数学模型

湖水治理数学模型

湖水治理数学模型
湖水治理数学模型是指利用数学方法和模型来研究和优化湖泊的水质、流动和污染物传输等问题,以实现湖水的治理和保护。

湖水治理数学模型可以包括以下方面的内容:
1. 水质模型:通过建立湖水水质的动力学模型,研究湖水中营养盐、溶解氧、悬浮物等物质的运输与转化规律,评估湖水的富营养化程度,为湖泊污染控制和水质改善提供科学依据。

2. 水动力模型:通过建立湖水水动力学模型,研究湖水的流动速度、流向和水体混合过程等,分析湖泊的水循环机制,揭示湖泊中污染物的扩散和沉积规律,为湖泊的污染治理和流动状况预测提供依据。

3. 污染物传输模型:通过建立湖水中污染物(如有机物、重金属等)的传输模型,研究污染物在湖水中的输移和转化过程,预测污染物的浓度分布和扩散范围,为污染物的治理和防控提供科学依据。

4. 优化模型:通过建立湖水治理的优化模型,考虑不同的治理措施和投入成本,综合考虑湖水水质和环境效益,寻找最优的治理策略和方案,为湖泊的综合管理和保护提供决策支持。

以上只是湖水治理数学模型的一些常见内容,实际应用中还可以根据具体问题情况进行模型的选择和建立,以及对应的数学方法和算法的应用。

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

水质模型

水质模型

河流常用数学模型--例题
解:河段起始端:
河水的BOD5: 河水的氧亏值:
河流常用数学模型
二维水质模型

使用条件:河流稳态,恒定排污。 持久性污染物岸边排放:

非持久性污染物岸边排放:
湖泊水库数学模型

持久性污染物


非持久性污染物
湖泊水库的盒模型
湖泊水库数学模型
持久性污染物


小湖
无风时的大湖 近岸环流显著的大湖
第二节 水质模型

河流常用数学模型
湖泊水库数学模型

非点源水质模型
地下水水质模型
河流常用数学模型


完全混合模型
零维模型P68

BOD-DO耦合模 型P78 二维水质模型P76

一维水质模型P70
河流常用数学模型
完全混合模型
使用条件: 河流稳态 污染物在河段内均匀混合 河段无源和汇 污染物为持久性污染物
非点源水质模型
农田非点源污染模型

坡面径流计算 利用美国水土保持部门提出的经验方
程:
非点源水质模型
农田非点源污染模型

坡面径流计算
降雨损失量是降水截留量、渗透量和地表 滞留量的总和,是滞洪系数S的函数: I=0.2S。而

此外,融雪也会产生地表径流,因此,在 北方地区,计算径流时要考虑降雪的影响: SM=CsnTad
湖泊水库数学模型--非持久性污染物
小湖

湖泊完全混合衰减模式:
平衡时:
湖泊水库数学模型--非持久性污染物
无风时的大湖

湖泊移流模型:
湖泊水库数学模型--非持久性污染物
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水质数学模型分类按上游来水和排污随时间的变化情况:动态模式、稳态模式按水质分布状况:零维、一维、二维和三维按模拟预测的水质组分:单一组分、多组分耦合模式水质数学模式的求解方法及方程形式解析解模式、数值解模式河流水质模型• 河流完全混合模式、一维稳态模式、S-P 模式(适用于河流的充分混合段) • 托马斯模式(适用于沉降作用明显河流的充分混合段)• 二维稳态混合模式与二维稳态混合衰减模式(适用于平直河流的混合过程段)• 弗罗模式与弗-罗衰减模式(适用于河流混合过程段以内断面的平均水质) • 二维稳态累积流量模式与二维稳态混合衰减累积流量模式(适用于弯曲河流的混合过程段)• 河流pH 模式与一维日均水温模式河流完全混合模式C -废水与河水完全混合后污染物的浓度,mg/LQh -排污口上游来水流量,m3/s)/()(h p h h p p Q Q Q c Q c c ++=C h-上游来水的水质浓度,mg/LQp-污水流量,m3/sCp-污水中污染物的浓度, mg/L适用条件:(1)废水与河水迅速完全混合后的污染物浓度计算;(2)污染物是持久性污染物,废水与河水经一定的时间(距离)完全混合后的污染物浓度预测。

河流为恒定流动;废水连续稳定排放一维稳态模式C 为污染物的浓度;Dx 为纵向弥散系数,ux 断面平均流速;K 为污染物衰减系数模型的适用对象:污染物浓度在各断面上分布均匀的中小型河流的水质预测BOD-DO耦合模型(S-P模型)适用条件:河流充分混合段,污染物为耗氧有机物,需要预测河流溶解氧状态;河流为恒定流动,污染物连续稳定排放氧垂曲线与临界点(最大氧亏值处)S-P模式的适用条件:①河流充分混合段;②污染物为耗氧性有机污染物;③需要预测河流溶解氧状态;④河流恒定流动;⑤连续稳定排放河流的简化:●矩形平直河流、矩形弯曲河流、非矩形河流●具体简化方法如下:●河流断面宽深比≥20时,可视为矩形河流;●大中河流断面上水深变化很大且评价等级较高(如一级评价)时,可以视为非矩形河流并应调查其流场?,其他情况均可简化为矩形河流;●大中河流中,预测河段弯曲较大(如其最大弯曲系数>1.3)时,可视为弯曲河流,否则可以简化为平直河流;●小河可以简化为矩形平直河流;●河流水文特征或水质有急剧变化的河段,可在急剧变化之处分段,各段分别进行简化●对于江心洲等按以下原则进行简化●①评价等级为3级时,江心洲、浅滩等均可按无江心洲、浅滩情况对待;●②评价等级为2级时,江心洲位于充分混合段,可以按无江心洲对待;●③评价等级为1级且江心洲较大时,可分段进行简化,江心洲较小时可不考虑,江心洲位于混合过程段,可分段进行简化。

●人工控制河流根据水流情况可以视其为水库,也可以视其为河流,分段进行简化。

可简化为矩形平直河流、矩形弯曲河流和非矩形河流。

大中河流各端面水深变化很大且评价等级很高时,可视为非矩形河流并应调查其流场;河流水质水文有急剧变化处,可分段分别进行预测;河网应分段进行预测排放规律可简化为:连续恒定排放、非连续恒定排放排放形式可简化为:点源、面源无组织排放可简化为面源;多个间距很近的排放口排水时,也可简化为面源; 排入小湖库的所有排放口可简化为一个;排入河流或大湖库的两个排污口距离较近时,可简化为一个;距离较远时则应分别考虑河口的简化河流感潮段受潮汐作用影响较明显的河段。

可以将落潮时最大断面平均流速与涨潮时最小断面平均流速之差等于0.05m/s 的断面作为其与河流的界线简化方法: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;河口断面沿程变化较大时,可以分段进行环境影响预测;河口河流交汇处河流感潮河段河口外滨海段湖、库汇合处河口外滨海段可视为海湾。

湖、库的简化简化为大湖(库)、小湖(库)、分层湖(库)简化方法评价等级为1级时,中湖(库)可以按大湖(库)对待,停留时间较短时也可以按小湖(库)对待;评价等级为3级时,中湖(库)可以按小湖(库)对待,停留时间很长时也可按大湖(库)对待;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); 湖、库的简化串联型湖泊可以分为若干区,各区分别按上述情况简化;不存在大面积回流区和死水区且流速较快,水力停留时间较短的狭长湖泊可简化为河流。

其岸边形状和水文特征值变化较大时还可以进一步分段; 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。

污染源简化在预测中,通常可以把排放规律简化为连续恒定排放。

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对于点源排放位置的处理,有如下情况:排入河流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;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。

河流混合过程段长度预测范围内河段分充分混合段、混合过程段和排污口上游河段。

充分混合段:污染物浓度在断面上均匀分布的河段。

当断面上任意一点的浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度的5%时,可以认为达到均匀分布。

混合过程段:指排放口下游达到充分混合以前的河段。

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。

1、水库环境影响评价工程分析的主要内容?答:⑴施工期的环境影响A.水环境影响源:砂石骨料废水、混凝土拌和废水、汽车保养与机修废水、生活污水B.大气污染源:爆破、砂石骨料加工、运输、燃油机械C.声污染源:爆破、砂石骨料加工、运输、振动机械D.固体废物:生活垃圾E.生态影响源:施工占地和工程开挖对农业生态环境、林业生态环境的影响;产生的弃渣可能造成水土流失。

E.社会环境:施工运输车辆的增加对交通环境的影响;人员的增加可能引起疾病②运行期的环境影响占地与淹没导致的土地利用方式的改变、生物量变化、生态变化、建筑物阻隔、水资源分布改变等。

移民安置可能带来的环境和生态破坏。

2、公路环境影响评价工程分析的主要内容?答:1.建设项目的基本情况的全面介绍:地理位置、路线方案起讫点名称及主要控制点、建设规模、技术标准、预测交通量、工程内容(技术指标与技术工程数量、筑路材料与消耗量、路基工程、路面工程、桥梁涵洞、交叉工程、措线设施)、建设进度汁划、占地面积、总投资额。

2.重点工程的详细描述:如重点工程名称、规模、分布,永久占地和临时占地类型及数量,临时占地应包括取上场、弃土场、综合施工场地(可能包括拌和场和料扬)、桥梁施工场、施工便道等、占用基本农田的数量。

3.施工场地、料场占地和分布;取、弃土量与取、弃土场设置,施工方式。

4.服务区设置情况(规模)。

5.拆迁安置及环境敏感点分布,包括砍伐树林种类与数量。

6.工程项目全过程的活动,主要考虑施工期、运行期,一定要给出各环境要素污染源强。

7.根据以上要求对路线比较方案进行描述,重点考虑工程路线是否涉及敏感区及少占用耕地的方案比选。

6、河流水质模型适用条件答:a、完全混合模式的适用条件:河流充分混合段;持久性污染物;河流为恒定流;废水连续稳定排放。

b、一维稳态模式的适用条件:河流充分混合段;非持久性污染物;河流为恒定流;废水连续稳定排放。

c、二维稳态混合模式的适用条件:平直河流、断面形状规则的河流混合过程段;持久性污染物;河流为恒定流;连续稳定排放;对于非持久性污染物,需采用相应的衰减模式。

d、二维稳态混合累积流量模式的适用条件:弯曲河流、断面形状不规则河流的混合过程段;持久性污染物;河流为恒定流;连续稳定排放;对于非持久性污染物,需采用相应的衰减模式。

e、S-P模式的适用条件:河流充分混合段;污染物为耗氧性有机污染物;需要预测河流溶解氧状态;河流为恒定流;污染物连续稳定排放。

f、河流混合过程段计算模式:适用于排污口下混合过程段长度的界定。

一般情况下,评价河段分为:排污口上游河段、充分混合段、混合过程段;通过混合过程段长度计算,来判断预测河段的水质混合情况,合理选择水质预测模型。

一维水质模型c=c*exp(-kx/86400u)用于预测()A 密度小于或等于1的可溶解性化学品;B 重金属C 考虑吸附态D 密度大于1的化学品答案:先来看模型的适用条件:“溶解态,在横向方向上达到完全混合”。

以上明确后,我们不妨用排除法来看:1、吸附态要用到分配系数,不符合。

C先被淘汰;2、“密度大于1的化学品”。

条件不足,是否可溶呢?如是可溶解的当然符合条件,反之则要考虑沉降。

D淘汰;3、“重金属”。

属于持久性污染物,完全混合河段适用完全混合模式(表6-1),而不是一维稳态模式。

故而B也不符;4、“密度小于或等于1的可溶解性化学品”,属于非持久性污染物,在完全混合河段适用一维稳态模式(表6-1)。

符合条件。

综上所述,正确答案为A。

监测点位数(2)监测点位数一级评价项目,监测点应包括评价范围内有代表性的环境空气保护目标,点位不少于10个;二级评价项目,监测点应包括评价范围内有代表性的环境空气保护目标,点位不少于6个。

对于地形复杂、污染程度空间分布差异较大,环境空气保护目标较多的区域,可酌情增加监测点数目。

三级评价项目,若评价范围内已有例行监测点位,或评价范围内有近3年的监测资料,且其监测数据有效性符合本导则有关规定,并能满足项目评价要求的,可不再进行现状监测,否则,应设置2~4个监测点。

(3)公路、铁路等项目应分别在各主要集中式排放源(如服务区、车站等大气污染源)评价范围内,选择有代表性的环境空气保护目标设置监测点位。

(4)城市道路项目可不受上述监测点设置数目限制,根据道路布局和车流量状况,并结合环境空气保护目标的分布情况,选择有代表性的环境空气保护目标设置监测点位。

(5)监测布点原则监测点的布设,应尽量全面、客观、真实反映评价范围内的环境空气质量。

依项目评价等级和污染源布局的不同,按照以下原则进行监测布点:①一级评价项目a) 以监测期间所处季节的主导风向为轴向,取上风向为0°,至少在约0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°方向上各设置1个监测点,在主导风向下风向距离中心点(或主要排放源)不同距离,加密布设1~3个监测点。

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