第四章 3河口水质模型
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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 )
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。
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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
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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。
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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
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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
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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。
河流水质数学模型专题讲解
④晚间光合作用停止时，由于水生植物（如藻 类）的呼吸作用而好氧。
⑤废水中其它还原性物质引起水体的好氧。
河水溶解氧供应的来源有： ①上游河水或有潮汐河段海水所带来的溶解氧。 ②排入河水中的废水所带来的溶解氧。 ③河水流动时，由大气中的氧向水中扩散、溶解。 ④水体中繁殖的光合自养型水生植物（如藻类）， 白天通过光合作用放出氧气，溶于水中。
?
k1L0 k1?k2
(e?1x
?e?2x)
?1
?
u 2E
(1?
1?
4Ek1 u2
)
u
?2
?
(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
S－P模型的基本假设是：①河流中的 BOD的衰减和溶 解氧的复氧都是一级反应；②反应速度是定常的； ③河流中的耗氧是由 BOD衰减引起的，而河流中的 溶解氧来源则是大气复氧。其基本方程是：
dL dt
?
? k1t
dD dt ? k1L ? k2D
a.斯特里特-菲尔普斯（Streeter-Phelps）BOD －DO模型
0
tc
t
b.托马斯（ Thomas ）BOD －DO模型
对一维稳态河流，在斯特里特 -菲尔普斯模型的基础
上增加一项因悬浮物的沉淀与上浮所引起的 BOD速率
变化 ，才有以下的基本方程组（忽略弥散）：
⑤废水中其它还原性物质引起水体的好氧。
河水溶解氧供应的来源有： ①上游河水或有潮汐河段海水所带来的溶解氧。 ②排入河水中的废水所带来的溶解氧。 ③河水流动时，由大气中的氧向水中扩散、溶解。 ④水体中繁殖的光合自养型水生植物（如藻类）， 白天通过光合作用放出氧气，溶于水中。
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2.忽略弥散时：
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氧垂曲线
D0 Dc
溶解氧
饱和溶解氧浓度
S－P模型的基本假设是：①河流中的 BOD的衰减和溶 解氧的复氧都是一级反应；②反应速度是定常的； ③河流中的耗氧是由 BOD衰减引起的，而河流中的 溶解氧来源则是大气复氧。其基本方程是：
dL dt
?
? k1t
dD dt ? k1L ? k2D
a.斯特里特-菲尔普斯（Streeter-Phelps）BOD －DO模型
0
tc
t
b.托马斯（ Thomas ）BOD －DO模型
对一维稳态河流，在斯特里特 -菲尔普斯模型的基础
上增加一项因悬浮物的沉淀与上浮所引起的 BOD速率
变化 ，才有以下的基本方程组（忽略弥散）：
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
第四章-水环境质量评价PPT课件
15
16
表中把单一项目或污染物的含量分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、 Ⅴ级。评分时，一般分别给予10、8、6、4、2分。 10分最理想，2分最差。（表中Ⅰ级除DO、BOD、 COD、Cu外，其它均为饮用水标准； DO、BOD、 COD是根据大量监测资料确定的； Cu为水产用水标 准； Ⅱ级除ABS外，等于或小于水产用水标准； Ⅲ级 为地面水标准； Ⅳ级为农田灌溉用水标准；大于农田 灌溉用水标准的数值为Ⅴ级。）
A=BODi/BOD0+CODi/COD0+NH3Ni/NH3-N0-DOi/DO0
式中：A-综合污染评价指数 BODi、BOD0-BOD的实测值和评价标准 CODi、COD0-COD的实测值和评价标准 NH3-Ni、NH3-N0的实测值和评价标准 DOi、DO0的实测值和评价标准
8
上面的式子也可改写成：
39
2．预测方法的选择 预测建设项目对水环境的影响，应尽量利用成熟、
(2)计算式
WQI=∑分级值/ ∑权重值
规定WQI值用整数表示，这样就将水质指数分成从0-
10的11个等级,数值越大，则水质越好。（10：天然
纯净水；0：腐败的原污水）
11
12
2、布朗水质指数
1970年，R.M.Brown等发表了评价水质污染的水质指数 （WQI）。他们对35种水质参数征求142位水质管理专家的 意见，选取了11种重要水质参数。即溶解氧、BOD5、混浊 度、总固体、硝酸盐、磷酸盐、pH、温度、大肠杆菌、杀 虫剂、有毒元素等。然后由专家进行不记名投票，确定每个 参数的相对重要权系数。
分级标准
P
k i1
Ci C si
P ＜0.2 =0.2 ～0.5 =0.5 ～1.0 =1.0～5.0
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表中把单一项目或污染物的含量分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、 Ⅴ级。评分时，一般分别给予10、8、6、4、2分。 10分最理想，2分最差。（表中Ⅰ级除DO、BOD、 COD、Cu外，其它均为饮用水标准； DO、BOD、 COD是根据大量监测资料确定的； Cu为水产用水标 准； Ⅱ级除ABS外，等于或小于水产用水标准； Ⅲ级 为地面水标准； Ⅳ级为农田灌溉用水标准；大于农田 灌溉用水标准的数值为Ⅴ级。）
A=BODi/BOD0+CODi/COD0+NH3Ni/NH3-N0-DOi/DO0
式中：A-综合污染评价指数 BODi、BOD0-BOD的实测值和评价标准 CODi、COD0-COD的实测值和评价标准 NH3-Ni、NH3-N0的实测值和评价标准 DOi、DO0的实测值和评价标准
8
上面的式子也可改写成：
39
2．预测方法的选择 预测建设项目对水环境的影响，应尽量利用成熟、
(2)计算式
WQI=∑分级值/ ∑权重值
规定WQI值用整数表示，这样就将水质指数分成从0-
10的11个等级,数值越大，则水质越好。（10：天然
纯净水；0：腐败的原污水）
11
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2、布朗水质指数
1970年，R.M.Brown等发表了评价水质污染的水质指数 （WQI）。他们对35种水质参数征求142位水质管理专家的 意见，选取了11种重要水质参数。即溶解氧、BOD5、混浊 度、总固体、硝酸盐、磷酸盐、pH、温度、大肠杆菌、杀 虫剂、有毒元素等。然后由专家进行不记名投票，确定每个 参数的相对重要权系数。
分级标准
P
k i1
Ci C si
P ＜0.2 =0.2 ～0.5 =0.5 ～1.0 =1.0～5.0
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:
袁兆华环境质量分析与评价第四章__水环境质量评价
2、多项水质参数综合评价
二、地面水体底质的评价
Si
Ci Li
式中：Si——i污染物的评价指数； Ci——底质中污染物的实测值； Li——湖区土壤中污染物的自然含量。
内梅罗指数
Si
Si2最
大
S2 i平均
2
底质污染状况分级表
底质污染指数值 污染程度分级
<1.0
清洁
1.0~ 2.0
轻污染
2.0以上
解：在岸边排放时，
x 0.4ux B 2 Ey
x0.40.52020800m0
1
在河中心排放时，
x 0.1u x B 2 Ey
x0.10.52020200m0
1
二、地下水环境影响评价
（一）概述
1、 评价的主要任务和要求 主要任务：
预测建设项目在各个阶段对地下水 环境的直接影响和由此影响而引起的其 他间接危害，并针对这些影响和危害提 出防治对策。
DOf
468 31.6t
pH的标准指数为
Sp H, j
7.0pHj 7.0pHsd
DOj<DOs pHj ≤7.0
SpH, j
pHj 7.0 pHsv 7.0
pHj＞7.0
pHj——河流上游或湖（库）、海的pH值； pHsd——地面水水质标准中规定的pH值下限； pHsv——地面水水质标准中规定的pH值上限。
2、评价等级的划分 3、评价标准 （1）地面水环境质量标准 （2）工业企业设计卫生标准 （3）污水综合排放标准
（二）工程分析、环境调查和水质现状评价 1、工程分析和影响识别 （1）项目特征与地表水水量和水质的关系 项目的类型与其影响有直接联系； 项目所在地位置与水体所受影响的联系； 识别位于特殊地点的拟建项目的要求； 考虑拟建项目的各项因素。
第4章 地表水环境影响评价(三)
r q 1 r 2 r (E ) E 2 t H r r r
第四节 水质模型的标定
常用的参数主要有：水文参数、弥散参数、 耗氧系数和沉降系数等。 参数的估算是建设项目环境影响预测的重要 环节，估算结果是否正确直接影响模式的精度， 可以采用实测、应用经验公式计算或借用类似水 体的经验数据等。
S-P修正模型——托马斯模型 解：河段始端混合河水的BOD5和DO为
BOD
0
216 0 10 500 22.124 mg / L 216 10
0
DO
216 8.95 10 0 8.554 mg / L 216 10
DO
468 468 10.354 mg / L 31.6 T 31.6 13.6
] 1.8e
1.826 46
QUAL-2E模型 QUAL-2E模型是美国环保局80年代在QUAL-2 基础上开发的多参数水质模型。 它可以模拟15种以上不同的水质组分变化，包 括水温、藻类叶绿素a、有机磷、溶解态磷、有机 氮、氨氮、亚硝态氮、硝氮等。
河口
河口是指河流流入海洋、湖泊或其它河流的 河段，分为入海河口、入湖河口、支流河口。
S-P修正模型——托马斯模型
托马斯模型考虑了悬浮物沉降作用对BOD去 除的影响，适用于沉降作用明显的河流。托马斯 模型可写作：
d BOD ( K1 K 3 ) BOD dt
d D K1 BOD K 2 D dt
1 3
其解析式为：
BOD BOD e( K K )t
经验数据
水质模型中各类参数，如扩散系数、湍流系数、 弥散系数等，可参考相关文献资料。
耗氧系数K1的估值
地表水环境影响评价技术导则
第四章地表水环境影响评价第一节地表水的污染和自净地表水是河流、河口、湖泊（水库、池塘）、海洋和湿地等各种水体的统称，是地球水资源的重要组成部分。
一、地表水资源地球水97%的水是海水，剩余3%的淡水中2.977%是以冰川或冰川的形式存在，只有0.003%的淡水是可为人类直接利用的，包括土壤水、可开采地下水、水蒸气、江河和湖泊水等。
只要人类不过度开采和滥用并适当的保护，这些淡水资源通过水循环和自净过程还是可以满足人类对水的需求的。
水循环过程示意图如图4-1.二、水体污染人类活动和自然过程的影响可使水的感官性状（色、嗅、味、透明度等）、物理化学性质（温度、氧化还原电位、电导率、放射性、有机和无机物质组分等）、水生物组成（种类、数量、形态和品质等），以及底部沉积物的数量和组分发生恶化、破坏水体原有的功能，这种现象称为水体污染。
按排放形式不同,将水体污染分为点污染源和非点污染源。
1.点污染源是指由城市和乡镇生活污水和工企业通过管道和沟渠收集排入水体的废水。
居住区生活污水量Qs计算式（4-1）：Qs =86400sqNK（4-1）式中：Qs——居住区生活污水量，L/s；q ——每人每日的排水定额，L/(人.d);N——设计人口数Ks——总变化系数（1.5~1.7）。
]工业废水Qs按式（4-2）估算：Q =tmMK i3600 （4-2） 式中：m ——单位产品废水量，L/t ； M ——该产品的日产量，t;K i ——总变化系数，根据工艺或经验决定； t ——工厂每日工作时数，h. 某些工业的污染物排放系数见表4—1。
2. 非点污染源又称面源，是指分散或均匀地通过岸线进入水体的废水和自然降水通过沟渠进入水体的废水。
（1） 城市非点污染源负荷估计:不同区域径流系数见表4-2 （2） 农田径流污染负荷估算 3.水体污染物由点源和非源排入水体的主要污染物可分为：耗氧有机污染物、营养物、有机毒物、重金属、非金属无机毒物、病原微生物、酸碱污染物、石油类、热量和放射核素等。
【2019年整理】环境质量评价学03
2 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1 m m m m m
湖库：K1 2Q p (m ri ln ci ln ci ri ) / H [( ri ) m ri 4 ]
2 2 2 2 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1
m
m
m
m
m
m为测点数，xi、ri为i点到排放口的距离，ci为i点污染物浓度，为径流系数
• 底泥耗氧速率常数是温度的函数，温度修正系数的
常用值为1.072（5~30C）
4/11/2019 16
2、一维河流水质模型 2.1 单一河段水质模型 • 单一河段 ： 研究河段内的流场保持均匀；只有一个 污水排放口或取水口，且都位于河段的起始断面或 终了断面 2.1.1 S-P模型 • 美国工程师Street和Phelps在1925年建立，描述河流 中主要的耗氧过程（BOD耗氧）与复氧过程（大气 复氧）之间的耦合关系
4/11/2019 15
1.3.4 底栖动物和沉淀物耗氧
• 取决于底泥中耗氧物质返回到水中及底泥顶层耗氧
物质的氧化分解
• 耗氧速率可用阻尼反应描述（Fair提出）：
dLd dc(O) (1 rc ) 1 Kb Ld dt dt d
Ld为河床的BOD面积负荷；Kb为河床的BOD耗氧速率常数； rc为底泥耗氧的阻尼系数
2.2 多河段BOD-DO耦合矩阵模型
2.2.1 多段河流的概化
• 河流分段原则 ：使分割的河段中水文条件和水质参
数保持不变，以满足模型假设条件的需要
• 计算断面设置方法及位置 ：河流断面形状变化处；
支流或污水汇入处；取水口处；现有或历史水文、
水质监测断面处；码头、桥涵附近处等
湖库：K1 2Q p (m ri ln ci ln ci ri ) / H [( ri ) m ri 4 ]
2 2 2 2 i 1 i 1 i 1 i 1 i 1
m
m
m
m
m
m为测点数，xi、ri为i点到排放口的距离，ci为i点污染物浓度，为径流系数
• 底泥耗氧速率常数是温度的函数，温度修正系数的
常用值为1.072（5~30C）
4/11/2019 16
2、一维河流水质模型 2.1 单一河段水质模型 • 单一河段 ： 研究河段内的流场保持均匀；只有一个 污水排放口或取水口，且都位于河段的起始断面或 终了断面 2.1.1 S-P模型 • 美国工程师Street和Phelps在1925年建立，描述河流 中主要的耗氧过程（BOD耗氧）与复氧过程（大气 复氧）之间的耦合关系
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1.3.4 底栖动物和沉淀物耗氧
• 取决于底泥中耗氧物质返回到水中及底泥顶层耗氧
物质的氧化分解
• 耗氧速率可用阻尼反应描述（Fair提出）：
dLd dc(O) (1 rc ) 1 Kb Ld dt dt d
Ld为河床的BOD面积负荷；Kb为河床的BOD耗氧速率常数； rc为底泥耗氧的阻尼系数
2.2 多河段BOD-DO耦合矩阵模型
2.2.1 多段河流的概化
• 河流分段原则 ：使分割的河段中水文条件和水质参
数保持不变，以满足模型假设条件的需要
• 计算断面设置方法及位置 ：河流断面形状变化处；
支流或污水汇入处；取水口处；现有或历史水文、
水质监测断面处；码头、桥涵附近处等
河流水质模型04
水质模型
通用变量 表示不同的物理量，其相应的扩 散通量 和扩散项 xi xi 就有不同的 xi 内涵。例如， 分别表示浓度、温度、动量 时， 分别表示质量通量、热量通量和 xi 粘性应力， x x 分别表示物质、热 量和动量的扩散。故本章所述内容，既可以 应用独立求解若干水流输运问题，如热污染， 化学物质污染，悬移质输运等。同时也是求 解流场所必备的基础。
水质模型
当 为常数时，可用解析法得出方程的精确 解，若求解域取为x 0，L ，边界条件取为
0 0
L L
则方程的精确解为
式中
P
uL
0 expPx / L 1 L 0 expP 1
称为派克里特数(Peclet Number)，是对流强 度和扩散强度之比。特殊地，在动量方程中， 表示分子粘性 ，派克里特数等价于雷诺数。
e
expPe 1
Fe De
Je的数值与P、E两点之间交界面的位置无关， 这是满足微分方程的精确解必然具有的性质。
李光炽
水质模型
W P P E FW W 0 Fe P expPe 1 exp p 1
水质模型水质模型水质模型水质模型对于po可得水质模型水质模型水质模型水质模型中心差分105p指数精确解pexpp1各类离散格式的函数a水质模型水质模型水质模型水质模型各类离散格式计算所得p曲线45二维通用微分方程的离散方程水质模型水质模型水流输运问题的通用的二维形式可写为分别为x方向和y方向的总通量即对流通量和扩散通量之和
当-10≤ Pe＜0时
当0≤ 当
04第4章：河流水质模型
欧康奈尔(D.O’Conner)和多宾斯(W.Dobbins)在 1958年提出了根据河流的流速、水深计算大气 复氧速度常数的方法，其一般形式为：
n ux Ka = C m H
(4-24)
式中： u 河流的平均流速（ ） 式中： x … 河流的平均流速（m/s）； 河流的平均水深（ ）。 H … 河流的平均水深（m）。 K a … 的单位是 (20℃) ℃ C … 河流溶解氧的浓度
L N = L N 0 [exp( K N x )] ux
(4-8)
L 式中： N … 河流任意断面处的含氮有机物剩 余BOD； L N 0 … 起始断面处含氮有机物BOD； K N … 含氮有机物生物化学衰减速度常 数，亦称为硝化速度常数 硝化速度常数。 硝化速度常数
§4-1 河流中的基本水质问题
§4-1 河流中的基本水质问题 A =1 对于河流 ， V H
， H 是平均水深， （ C s C ）表示河水中的溶解氧不足量， 称为氧亏，用D表示，则式（4-21）可以 写作：
KL dD = D = K a D dt H
(4-22)
式中： K a … 大气复氧速度常数。
§4-1 河流中的基本水质问题
§4-1 河流中的基本水质问题
3. 大气复氧过程 水中溶解氧主要来源是大气、氧气由大 气进入水中质量传递 质量传递速度可以表示为： 质量传递
dC K L A = (C s C ) dt V
(4-21)
式中：C … 河流中溶解氧的浓度； C s … 河流中饱和溶解氧的浓度； K L … 质量传递系数； 表面积； 表面积 A … 气体扩散的表面积 V … 水的体积。
§4-1 河流中的基本水质问题
很多学者对式（4-24）中的参数C、n、 m进行了研究，表4-3列出了部分研究成 果。 式（4-24）中的参数 表4-3
环境影响评价工程师之环评技术方法模考模拟试题(全优)
2023年环境影响评价工程师之环评技术方法模考模拟试题(全优)单选题（共50题）1、某拟建项目排污口对岸现有一个污水排放量为3.6万t/d的排污口，COD的排放浓度为100mg/L。
河流上游枯水期设计流量为10m3/s，COD背景浓度15mg/L。
该项目设计污水量为10.0万t/d，COD排放浓度为50mg/L。
则采用一维稳态水质模型计算得到的排放断面COD起始浓度为（）。
A.21.56mg/LB.24.95mg/LC.42.80mg/LD.55.00mg/L【答案】 A2、河口水质模型的解析如下：该模型的类型是（）。
A.零维稳态模型B.一维动态模型C.零维稳态模型D.一维稳态模型【答案】 D3、某粉料装车释放气收集处理系统，收集单元对废气的收集效率为90%，处理单元对颗粒物的处理效率为99%，则该收集处理系统的颗粒物去除效率为（）。
A.99%B.94.5%C.90%D.89.1%【答案】 D4、关于地下水含水层中渗透速度与实际流速之间关系说法正确的是（）。
A.渗透速度等于实际速度B.渗透速度小于实际流速C.渗透速度大于实际流速D.渗透速度与实际流速无关【答案】 B5、鱼类资源实地调查可采用的方法有（）。
A.钩钓B.网捕C.样方调查D.计数粪便【答案】 B6、某乙烯裂解炉年运行时间8000小时，每年计划清焦作业5次，每次36小时，烟气排放量42000m3/h，氮氧化物浓度240mg/m3。
单台裂解炉在非正常工况时年排放氮氧化物的总量是（）。
A.0.01t/AB.0.36t/AC.1.81t/AD.14.51t/A【答案】 C7、清洁生产指标的选取的一个重要原则是()。
A.废物产生部位分析B.减少和消除废物的方法分析C.生命周期分析方法D.废物产生的原因分析【答案】 C8、已知湖泊出湖水量2亿m3/a，年均库容3亿m3，入库总磷负荷量为50t/a，出湖总磷量20t/a，湖泊年均浓度0.1mg/L，据此采用湖泊稳态零维模型率定的总磷综合衰减系数为（）。
水质模型与水环境容量(精)
水质模型与水环境容量课程辅导第四章 水质模型与水环境容量1、污染物质在水中有哪些运动形式？污染物质在水中运动的形式，可以分为两大类：一类是随流输移运动，一类是扩散运动。
在随流输移运动中，污染物服从水体的总体流动特征，产生从一处到另一处的大范围运动（包括主流方向以及垂直主流方向）。
而扩散运动则是使污染物质在水体中得到分散和混和的物理机制，按物理机制的不同，扩散运动包括分子扩散、紊动扩散和剪切流离散。
此外，在工程实际当中遇到的水体大都是具有固体边界的（大面积水体中的局部污染问题除外），而污染物在边界附近，将产生所谓边界反射问题，而且这种反射作用往往对污染物的分布产生重要影响，不可忽略。
2、分子扩散运动的费克定律有哪些主要内容？（1）费克（fick ）第一定律费克（fick ）第一定律提出单位时间内，通过单位面积的溶解物质与溶质浓度在该面积法线方向的梯度成比例，扩散强度与污染物自身特性有关。
xm x x c D Q ∂∂-= 式中：Q x 为在x 方向单位时间通过单位面积的扩散物质的质量简称通量；C 为扩散物质的浓度（单位体积流体中的扩散物质的质量）；x c ∂∂为扩散物质在x 方向的浓度梯度；D m 为分子扩散系数，与扩散物的种类和流体温度有关，具有[L 2/T]的量纲。
式中的负号表示扩散物质的扩散方向为从高浓度向低浓度，与浓度梯度相反。
（2）费克（fick ）第二定律⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂=∂∂222222z c y c x c D t c m 上式即为各向同性情况下的三维分子扩散方程，是费克第二定律的特殊形式。
3、移流扩散可分为哪些阶段？从运动阶段上考察，移流扩散大致分为三个阶段：第一阶段为初始稀释阶段。
该阶段主要发生在污染源附近区域，其运动主要为沿水深的垂向浓度逐渐均匀化。
第二阶段为污染扩展阶段。
该阶段中，污染物在过水断面上，由于存在浓度梯度，污染由垂向均匀化向过水断面均匀化发展。
第三阶段为纵向离散阶段。
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
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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
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。
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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
PPT-环境影响评价
谁渠挽恫矿驼凄榨碘辑郎汛撞员能宾信代磺蔬镣霖赘殿剃鹰蕴泄慌霸狱书PPT-环境影响评价PPT-环境影响评价
河流中污染物的混合和衰减模型 完全混合模型（零维）
式中： 0 －废水与河水混合后污染物的浓度，mg/L 1 －排污口上游河流中污染物的浓度，mg/L 2 －废水中污染物的浓度，mg/L Q －河流的流量，m3/s q －排入河流的废水流量，m3/s 模型的适用对象：（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。
扬捅掐五稗跳追镐博骆锡琢起术楷嗡朽童批轰碑肮昔氦都渺镊榜涯儒金锦PPT-环境影响评价PPT-环境影响评价
污染物与河水完全混合所需的距离－－混合过程段距离 充分混合：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，可以认为达到充分混合。 混合过程段距离 xn 的计算
a － 排放口到岸边的距离，m B － 河流宽度，m Ey － 废水与河水的横向混合系数，m2/s u x－ 河流的平均流速， m/s
污染物在河口中的混合和衰减模型 河口一维混合衰减模型 河口流动为均匀、恒定水流上溯或下泄，污染物稳态排入水体时，模型的方程为：
模型的解为（叠加了背景浓度）：
上溯阶段（x<0，污染物自x=0排入）：
下泄阶段（x>0，污染物自x=0排入）：
模型的适用对象：预测小河和中河潮周、高潮和低潮的平均水质
模型的适用对象：污染物浓度在断面上分布均匀的中小型河流的水质预测
居巷粳在弛追隘斯状咳哭藏彝对鉴咯绒肋圈洼坝裳埂颖排纫衫糟么罪帜化PPT-环境影响评价PPT-环境影响评价
一维模型 BOD－DO耦合模型（S－P模型） 模型的基本假定：（1）BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应；（2）反应速率常数是定常的；（3）耗氧是由BOD衰减引起的，溶解氧来源则是大气复氧。 模型方程：
河流中污染物的混合和衰减模型 完全混合模型（零维）
式中： 0 －废水与河水混合后污染物的浓度，mg/L 1 －排污口上游河流中污染物的浓度，mg/L 2 －废水中污染物的浓度，mg/L Q －河流的流量，m3/s q －排入河流的废水流量，m3/s 模型的适用对象：（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。
扬捅掐五稗跳追镐博骆锡琢起术楷嗡朽童批轰碑肮昔氦都渺镊榜涯儒金锦PPT-环境影响评价PPT-环境影响评价
污染物与河水完全混合所需的距离－－混合过程段距离 充分混合：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，可以认为达到充分混合。 混合过程段距离 xn 的计算
a － 排放口到岸边的距离，m B － 河流宽度，m Ey － 废水与河水的横向混合系数，m2/s u x－ 河流的平均流速， m/s
污染物在河口中的混合和衰减模型 河口一维混合衰减模型 河口流动为均匀、恒定水流上溯或下泄，污染物稳态排入水体时，模型的方程为：
模型的解为（叠加了背景浓度）：
上溯阶段（x<0，污染物自x=0排入）：
下泄阶段（x>0，污染物自x=0排入）：
模型的适用对象：预测小河和中河潮周、高潮和低潮的平均水质
模型的适用对象：污染物浓度在断面上分布均匀的中小型河流的水质预测
居巷粳在弛追隘斯状咳哭藏彝对鉴咯绒肋圈洼坝裳埂颖排纫衫糟么罪帜化PPT-环境影响评价PPT-环境影响评价
一维模型 BOD－DO耦合模型（S－P模型） 模型的基本假定：（1）BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应；（2）反应速率常数是定常的；（3）耗氧是由BOD衰减引起的，溶解氧来源则是大气复氧。 模型方程：
《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。
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?t
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Et , x
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Et , y
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Et , z
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ux
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KC
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Si
（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。
C
?
C0
exp
? ?
u
x
x
?2Dx
? ???1 ?
1?
4 KDx
u
2 x
?? ?????
? 在排放点下游（ x>0）：
C
?
C0
exp
? ?
u
x
x
? 2 Dx
? ???1 ?
1?
4KDx
u
2 x
?? ?????
（4.3.3a） （4.3.3b）
C0为x=0处的污染物浓度，可用下式计算：
C0 ? Q
W
? 在排放点下游（ x>0）：
? ?L ?
?
L0
exp
? ? ?
uxx 2Dx
(1?
?
1
)
? ?
?
?
? ?
D
?
?
K1W
?K2 ? K1 ?Q
? ?exp ?
? ? ?
uxx 2Dx
(1?
?
3
)
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/
?
3
?
?
exp
? ? ?
uxx 2Dx
(1? ?
3
)
? ?
/
?
?
? 3? ?
（ 4.3.5 b ）
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：
? 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。
? 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
（2）示踪测定法
Y x
C vt
C0
Cx
O
x
示踪剂浓度的时间分布
? 河口的弥散系数可采用经验公式计算：
Dx ? 63numR5/ 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：
?? ( Ka ? Kd
)Q )Q
( A1 ( A2
? ?
B1 ) B2 )
对排放口上游（ x ? 0） 对排放口下游（ x ? 0）
一维模型----一维有限段模型 ? BOD模型
? ? Vi
dLi dt
?
Qi?1Li?1 ? Qi Li
?
? 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）。
? 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。
1?
4KDx ux2
（4.3.3c）
其中W表示零点处污染物的排放源强 (mg/s)；Q为海 水的流量（ m3/s）。
? 纵向扩散系数 Dx 计算 （1）经验公式法
淡水含水量百分比法 荷—哈—费 法 鲍登（Bowden）法 狄齐逊（Diachishon）法 海福林—欧康奈尔（Hefling-O'Connell ）公式
? 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
? 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。
?2L ?x2
?
K1L
?
Dx
? 2 DO ?x2
?
K1L ?
K2 (DO f
?
（4.3.4）
DO)
? 可以写作D的形式：( 即 D ? DO f ? DO
)
? ?? Dx ?
? ??
Dx
?2L ?x2
?
ux
?2D ?x2
?
ux
?L ?x
?
(K1
?
K3 )L
?
0
?D ?x
?
K1L ?
K2 D
?
0
其解析解为：
? 在排放点上游（x<0）有：
（4.3.5）
? ?L ?
?
L0
exp
? ? ?
uxx 2Dx
(1
?
?
1
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?
?
? ?
D
?
?
K1W
?K2 ? K1 ?Q
? ? exp ?
?
? )?
/
?
2
?
?
exp
? ? ?
uxx 2Dx
(1 ?
?
2
? )? ?
/
?
2
? ? ?
（4.3.5a）
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10~100m 2/s。
Dx ?
uxx 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：
?
??ux ?
? ??
u
x
?L ? ?x ?DO ?x
Dx
? 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。
图4.1 潮汐河流中示踪剂的弥散
示踪剂投放点
布 分 度 浓 的 时 潮 平 高
0
1
2
3
4
x
用潮汐周期表示的到示踪剂投放点的距离
? 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：
Dx
? 2C ?x2
?
ux
?C ?x
?
K1C
?
Sp
?
0
（4.3.2）
? 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：
其中
?1 ?
1?
4 ?K1
? K3 ?Dx
u
2 x
，
?2 ?
1 ? 4 K1Dx
u
2 x
，
?3 ?
1?
4 K2 Dx ux2
，
其余符号同前。
《＝
一维模型----BOD-DO耦合模型
? 模型
Dx
d2D dx2
?
ux
dD dx
?
Ka D
?
Kd L
?
0
? 解析解
D
?
? KdW
?? ? ?
(
Ka ? Kd KdW
?
Et , x
? 2C ?x2
?
Et , y
? 2C ?y2
?
Et , z
? 2C ?z2
?
ux
?C ?x
?
uy
?C ?y
?
uz
?C ?z
?
KC
?
Si
（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。
C
?
C0
exp
? ?
u
x
x
?2Dx
? ???1 ?
1?
4 KDx
u
2 x
?? ?????
? 在排放点下游（ x>0）：
C
?
C0
exp
? ?
u
x
x
? 2 Dx
? ???1 ?
1?
4KDx
u
2 x
?? ?????
（4.3.3a） （4.3.3b）
C0为x=0处的污染物浓度，可用下式计算：
C0 ? Q
W
? 在排放点下游（ x>0）：
? ?L ?
?
L0
exp
? ? ?
uxx 2Dx
(1?
?
1
)
? ?
?
?
? ?
D
?
?
K1W
?K2 ? K1 ?Q
? ?exp ?
? ? ?
uxx 2Dx
(1?
?
3
)
? ?
/
?
3
?
?
exp
? ? ?
uxx 2Dx
(1? ?
3
)
? ?
/
?
?
? 3? ?
（ 4.3.5 b ）
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：
? 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。
? 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
（2）示踪测定法
Y x
C vt
C0
Cx
O
x
示踪剂浓度的时间分布
? 河口的弥散系数可采用经验公式计算：
Dx ? 63numR5/ 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：
?? ( Ka ? Kd
)Q )Q
( A1 ( A2
? ?
B1 ) B2 )
对排放口上游（ x ? 0） 对排放口下游（ x ? 0）
一维模型----一维有限段模型 ? BOD模型
? ? Vi
dLi dt
?
Qi?1Li?1 ? Qi Li
?
? 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）。
? 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。
1?
4KDx ux2
（4.3.3c）
其中W表示零点处污染物的排放源强 (mg/s)；Q为海 水的流量（ m3/s）。
? 纵向扩散系数 Dx 计算 （1）经验公式法
淡水含水量百分比法 荷—哈—费 法 鲍登（Bowden）法 狄齐逊（Diachishon）法 海福林—欧康奈尔（Hefling-O'Connell ）公式
? 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
? 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。
?2L ?x2
?
K1L
?
Dx
? 2 DO ?x2
?
K1L ?
K2 (DO f
?
（4.3.4）
DO)
? 可以写作D的形式：( 即 D ? DO f ? DO
)
? ?? Dx ?
? ??
Dx
?2L ?x2
?
ux
?2D ?x2
?
ux
?L ?x
?
(K1
?
K3 )L
?
0
?D ?x
?
K1L ?
K2 D
?
0
其解析解为：
? 在排放点上游（x<0）有：
（4.3.5）
? ?L ?
?
L0
exp
? ? ?
uxx 2Dx
(1
?
?
1
? )?
?
?
? ?
D
?
?
K1W
?K2 ? K1 ?Q
? ? exp ?
?
? )?
/
?
2
?
?
exp
? ? ?
uxx 2Dx
(1 ?
?
2
? )? ?
/
?
2
? ? ?
（4.3.5a）
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10~100m 2/s。
Dx ?
uxx 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：
?
??ux ?
? ??
u
x
?L ? ?x ?DO ?x
Dx
? 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。
图4.1 潮汐河流中示踪剂的弥散
示踪剂投放点
布 分 度 浓 的 时 潮 平 高
0
1
2
3
4
x
用潮汐周期表示的到示踪剂投放点的距离
? 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：
Dx
? 2C ?x2
?
ux
?C ?x
?
K1C
?
Sp
?
0
（4.3.2）
? 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：
其中
?1 ?
1?
4 ?K1
? K3 ?Dx
u
2 x
，
?2 ?
1 ? 4 K1Dx
u
2 x
，
?3 ?
1?
4 K2 Dx ux2
，
其余符号同前。
《＝
一维模型----BOD-DO耦合模型
? 模型
Dx
d2D dx2
?
ux
dD dx
?
Ka D
?
Kd L
?
0
? 解析解
D
?
? KdW
?? ? ?
(
Ka ? Kd KdW