4.2 水质模型及应用解析
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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 )
水质模型及应用
水质数学模型 P113
• 描述水体的水质指标在各种因素作用下随时间和 空间的变化关系的数学模式 • 采用水质模式进行水环境影响预测是最常用的预 测方法
• 最重要的是选用合适的模式和正确的参数
Байду номын сангаас质数学模型分类 P113
• 按上游来水和排污随时间的变化情况： 动态模式、稳态模式 • 按水质的空间分布状况： 零维、一维、二维和三维模式 • 按模拟预测的水质组分： 单一组分、多组分耦合模式 • 按预测水体类型： 河流、河口、湖库、海洋模式 • 按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
式6-15
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
D：氧亏值mg/L； D0：计算初始断面的氧亏值mg/L； K2：大气复氧系数(1/d）； K1：耗氧系数（1/d）； u：河流的平均流速（m/s）； Xc：最大氧亏点到计算初始点的距离，m
H
U
一维稳态衰减模式
与S-P模式中BOD预测模式（P97式6-11）相同：
xn
0.4B 0.6a Bux
Ey
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
河流完全混合模式 P113
c (c pQp chQh ) /(Qp Qh )
式6-41
C －废水与河水完全混合后污染物的浓度，mg/L Qh －排污口上游来水流量，m3/s Ch－上游来水的水质浓度，mg/L Qp －污水流量，m3/s Cp －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（稳态）
污水与河流水体的混合 P111
• 污水与河水的混合过程通常包括： 竖向混合阶段；横向混合阶段；纵向混合阶段
• 使用水质模式时应注意预测点的位置： 混合过程段；完全混合段（充分混合段）
混合过程段与充分混合段 P110
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：从排放口开始到其下游充分混合段之间的河段。 混合过程段距离 xn 的计算 P110（式6-39）
K3:沉降和再悬浮的耗氧系数，d-1
二维稳态混合衰减模式 P114
适用条件：平直河流，混合过程段，非持久性污染物，稳态
c pQp x c( x, y) exp K1 c h 86400 u H M y xu
• 氧垂曲线与临界点(最大氧亏值处）
饱和溶解氧及氧亏的计算
468 DOs 31 .6 T
DOs：饱和溶解氧（mg/L）； T：气温（℃）
D DOs DO
D：氧亏值，mg/L； DO：实际的溶解氧值，mg/L
S-P模式
x c c0 exp K 1 式6-11 86400 u 式6-12 K 1c0 x x x D exp K exp K D exp K 1 2 0 2 K 2 K1 86400 u 86400 u 86400 u D0 K 2 K 1 1 c K 1 0 c0 (c p Q p c h Qh ) /(Q p Qh ) 式6-13 D0 ( D p Q p Dh Qh ) /(Q p Qh ) 式6-14 86400 u K2 xc ln K 2 K1 K1
。
C 为X处污染物的浓度,ux 断面平均流速； K 为
污染物衰减系数
模型的适用对象：非持久性污染物；完全混合段；
稳态(思考题7）
托马斯模式 P115
S-P模式的修正；适用于沉降作用明显的河流，其它适用条件同S-P 模式 x c exp ( K 1 K 3 ) 式6-53 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
BOD－DO耦合模型（S－P模型）P96
• 模型的假设条件：
BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应； 反应速率常数是定常的； 水体耗氧全部是由BOD衰减引起； 溶解氧完全来源于大气复氧。
• 模型的解析解 （式6-11；6-12；6-13；6-14） • 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（稳态）
水质模式中坐标系的建立 P113
• • • • 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方向与主流方向垂直
河流水质模型
• 污水与河流的混合 • 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
水质模型及应用
水质数学模型 P113
• 描述水体的水质指标在各种因素作用下随时间和 空间的变化关系的数学模式 • 采用水质模式进行水环境影响预测是最常用的预 测方法
• 最重要的是选用合适的模式和正确的参数
Байду номын сангаас质数学模型分类 P113
• 按上游来水和排污随时间的变化情况： 动态模式、稳态模式 • 按水质的空间分布状况： 零维、一维、二维和三维模式 • 按模拟预测的水质组分： 单一组分、多组分耦合模式 • 按预测水体类型： 河流、河口、湖库、海洋模式 • 按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
式6-15
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
D：氧亏值mg/L； D0：计算初始断面的氧亏值mg/L； K2：大气复氧系数(1/d）； K1：耗氧系数（1/d）； u：河流的平均流速（m/s）； Xc：最大氧亏点到计算初始点的距离，m
H
U
一维稳态衰减模式
与S-P模式中BOD预测模式（P97式6-11）相同：
xn
0.4B 0.6a Bux
Ey
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
河流完全混合模式 P113
c (c pQp chQh ) /(Qp Qh )
式6-41
C －废水与河水完全混合后污染物的浓度，mg/L Qh －排污口上游来水流量，m3/s Ch－上游来水的水质浓度，mg/L Qp －污水流量，m3/s Cp －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（稳态）
污水与河流水体的混合 P111
• 污水与河水的混合过程通常包括： 竖向混合阶段；横向混合阶段；纵向混合阶段
• 使用水质模式时应注意预测点的位置： 混合过程段；完全混合段（充分混合段）
混合过程段与充分混合段 P110
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：从排放口开始到其下游充分混合段之间的河段。 混合过程段距离 xn 的计算 P110（式6-39）
K3:沉降和再悬浮的耗氧系数，d-1
二维稳态混合衰减模式 P114
适用条件：平直河流，混合过程段，非持久性污染物，稳态
c pQp x c( x, y) exp K1 c h 86400 u H M y xu
• 氧垂曲线与临界点(最大氧亏值处）
饱和溶解氧及氧亏的计算
468 DOs 31 .6 T
DOs：饱和溶解氧（mg/L）； T：气温（℃）
D DOs DO
D：氧亏值，mg/L； DO：实际的溶解氧值，mg/L
S-P模式
x c c0 exp K 1 式6-11 86400 u 式6-12 K 1c0 x x x D exp K exp K D exp K 1 2 0 2 K 2 K1 86400 u 86400 u 86400 u D0 K 2 K 1 1 c K 1 0 c0 (c p Q p c h Qh ) /(Q p Qh ) 式6-13 D0 ( D p Q p Dh Qh ) /(Q p Qh ) 式6-14 86400 u K2 xc ln K 2 K1 K1
。
C 为X处污染物的浓度,ux 断面平均流速； K 为
污染物衰减系数
模型的适用对象：非持久性污染物；完全混合段；
稳态(思考题7）
托马斯模式 P115
S-P模式的修正；适用于沉降作用明显的河流，其它适用条件同S-P 模式 x c exp ( K 1 K 3 ) 式6-53 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
BOD－DO耦合模型（S－P模型）P96
• 模型的假设条件：
BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应； 反应速率常数是定常的； 水体耗氧全部是由BOD衰减引起； 溶解氧完全来源于大气复氧。
• 模型的解析解 （式6-11；6-12；6-13；6-14） • 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（稳态）
水质模式中坐标系的建立 P113
• • • • 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方向与主流方向垂直
河流水质模型
• 污水与河流的混合 • 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