水污染的系统动力学模型

水污染的系统动力学模型

一．实验目的

1.了解系统动力学的基础知识，掌握系统动力学的建模方法。

2.了解Vensim软件的使用方法。

3.通过模拟实验，进一步理解与认识系统动力学模型在环境科学与工程中的应用。二．系统动力学简介

系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科，也是一门认识系统问题和解决系统问题的交叉综合学科。从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历史的方法的统一。它基于系统论，吸收了控制论、信息论的精髓，是一门综合自然科学和社会科学的横向学科。

系统动力学建模步骤一般的建模步骤是：①确定系统分析目的。②确定系统边界，即系统分析涉及的对象和范围。③建立因果关系图和流图。④写出系统动力学方程。⑤进行仿真试验和计算等。

三．模型

1.流图

2.方程及初值

溶解氧.K=溶解氧.J+DT×（复氧率.JK-耗氧率.JK）

溶解氧初始值=6

复氧率=缺氧量×复氧系数

复氧系数=0.5

耗氧率=生化需氧量×耗氧系数

缺氧量=饱和溶解氧-溶解氧

生化需氧量.K=生化需氧量.J-DT×有机物降解率.JK

生化需氧量初始值=500mg/L

降解系数=0.4

有机物降解率=生化需氧量×降解系数

四．实验步骤

1.画流图并赋值

根据所给流图，在Vensim软件中利用绘图工具绘制流图，并对各单元进行方程编写及

赋值。

2.模型检验

对所建模型进行检验，确认建模是否正确。

3.运行模型

运行模型，利用Graph按钮输出模型运行结果图像。

4.结果分析

依据图像，对模拟结果进行分析。

五．实验结果

实验结果如图所示，可见初期系统中溶解氧浓度急剧下降，然后又恢复到正常水平；生

化需氧量由最初的500mg/l逐渐恢复到0mg/l，反映了水体的自净功能的作用。

Selected Variables

8mg/l

600mg/l

-196mg/l

300mg/l

-400mg/l

0mg/l

02468101214161820

T ime (Day)

溶解氧 : mg/l 生化需氧量mg/l 六．思考题

1.当进入系统中的有机污染物分别为100、500、1000、2000和3000mg/L时，系统的响应如

何？DO和BOD的变化如何？

答：由模型运行结果可见，系统响应时间相同，但溶解氧恢复到正常水平所用的时间不同。

进入系统中的有机污染物浓度越高，对系统影响越大。DO和BOD的变化如图：

2.若BOD仍为500mg/L，而复氧系数分别为0.2、0.5和0.8时，系统的响应又如何？

答：由模型运行结果可见不论复氧系数如何变化，BOD下降的趋势是相同的；当复氧系数分别为0.2,0.5,0.8时系统中溶解氧的变化趋势也是不同的。复氧系数越大，溶解氧浓度变化越小,恢复到初始浓度水平所用的时间越短。