水环境网络监测平台.pptx

Qc0
Qc
S
rV
式中：V——反应器内介质的体积； Q——进、出反应器的含污染物流体流量； c0——输入介质中污染物浓度； c——输出介质中污染物的浓度，即反应器中的
污染物浓度；
S——污染物的源和汇； r——污染物的反应速度。
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对于一个没有源、汇的反应器，即当S=0时，上式可 以写成：
dc V dt Q(c0 c) rV
内无支流，在预测时期内河段的水力条件是稳态的 且只在河流的起点有废水（或污染物）排入。
在环境介质处于稳定流动状态和污染源连续排 放的条件下，环境中的污染物分布状况也是稳定的。 这时，污染物在某一空间位置的浓度不随时间变化， 这种不随时间变化的状态称为稳态。这时
c t 0 4
在某种条件下，如果所研究问题的时间尺度 大，在这样一个时间尺度下的污染物浓度的平均 值保持在相对稳定的状态下，这时，也可以通过 取时间平均值，把动态问题按稳态处理。
如果污染物的反应符合一级反应动力学的衰减规律， 即r = -kc，则上式可以写作：
V
dc dt
Q(c0
c)
kcV
*
式中，k为污染物衰减速度常数。
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小型湖泊（水库）
在稳态条件下，dc 0 ，得： dt
c c0 1 V k Q
式中，V/Q为水理论停留时间。
V——库容；
Q——进、出湖库含污染物流体流量；
c ——时段平均的污染物浓度。
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（a）某空间位置的湍流流速u（t）与其时段平均流速
u u(t)
u
时间t
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• 弥散作用
弥散作用所导致的质量通量也可以用斐克第一定 律来描述：
m4 x
D2 x
c x
, m4 y
D2 y
c y
, m4z
D2 z
c （4）
z
式中 m4 x , m4 y , m4z ——x，y，z方向上由弥散 作用所导致的污染物质量通量；
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（3）环境介质中污染物运动的基本模型 空气、水体和土壤等环境要素中随时发
生着物质和能量的传递，可称这些要素为 环境介质。空气和水体又称为流体介质。
污染物进入环境后，随着流体介质发生 推流迁移、分散稀释和降解转化运动。
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I 污染物在环境介质中的运动 i推流迁移 在推流下，通过x，y和z方向的污染物质量通量 为：
m1x u xc, m1y u y c, m1z u z c （1）
式中ux, uy, uz——在x，y，z方向上环境介质流速 分量； c——污染物在环境介质中的浓度。
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ii分散稀释 污染物在环境介质中通过分散作用得到稀
释，分散的机理是：分子扩散、湍流扩散和 弥散作用。
在研究分散作用时，假设污染物质点的动 力学特性与流体介质的质点一致。对于多数 能与流体介质混溶的分子态和胶体态的污染 物而言是能满足这一要求的。
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• 分子扩散
分子扩散过程服从斐克（Fick）第一定律，即分 子扩散的质量通量与扩散物质的浓度梯度成正比：
m2 x
Dm
c x
,
m2
y
Dm
c y
,
m2
z百度文库
Dm
c z
（2）
式中 m2x , m2y , m2z ——x，y，z方向的分子扩散 的污染物质量通量；
Dm——分子扩散系数； 其余符号同前。
分子扩散是各向同性的，式（2）中的负号表示 质点的迁移指向负梯度方向。
k——污染物的降解系数。
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例：一个库容1*105m3的水库，进水和出水流 量为4*104m3/d，进水BOD5=8mg/L，降解 系数k=0.5，河水可与库水迅速混合。求出 水的BOD5。 c=3.6mg/L
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（2）单纯混合模型
含污染物的废水排入河流，该河流无支流和其 他排污口废水进入，在下游某点，如果废水和河水 能在整个横断面上达到了均匀完全混合，则该点的 污染物浓度c可按下式计算。
（五）地表水影响预测
1.一般的原则
（1）在利用数学模型预测河流水质时：
• 充分混合段可采用一维模型或零维模型预测断面平均 水质。
• 大、中河流一、二级评价，且在排放口下游3-5km以 内有集中取水点或其他特别重要的环保目标时，均应 采用二维模型或其他模型预测混合过程段水质。
• 其他情况可根据工程、环境特点、评价工作等级及当 地环保要求，决定是否采用二维模型。
1
（2）河流水温和pH的预测 • 河流水温可以采用一维模型预测断面平均值
或采用其他预测方法进行预测。 • pH视具体情况可以只采用零维模型预测。
2
（3）小湖（库）可以采用零维数学模型预 测其平衡时的平均水质，大湖应预测排放 口附近各点的水质。
（4）感潮河段、海湾
3
2.河流和湖（库）水质预测 运用水质模型预测河流水质时，常假设该河段
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• 湍流扩散 当流体的质点的紊流瞬时脉动速度为稳定的随
机变量时，湍流扩散也可以用斐克第一定律描述：
m3x
D1x
c x
, m3y
D1 y
c y
, m3z
D1z
c （3）
z
式中 m3x , m3y , m3z ——x，y，z方向上湍流扩 散的污染物质量通量；
D1x, D1y, D1z——x，y，z方向的湍流扩散系 数；
c0
Qc1 qc2 Qq
如果下游某点处于河流的混合段，废水和河水 尚不能达到完全混合，则应采用式二维模型计算， 但k=0。
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例：河边拟建一工厂，排放含氯化物废水， 流量2.83m3/s，含盐量1300mg/L；该河平 均流速0.46m/s，平均河宽13.7m，平均水 深0.61m，含氯化物浓度100mg/L。如该厂 废水排入河中能与河水迅速混合，问河水氯 化物能否超标（设地方标准为200mg/L）。 c = 609mg/L
D2x, D2y, D2z——x，y，z方向上的弥散系数；
c ——湍流时平均浓度的空间平均值。
在实际浓度计算中采用时段平均浓度的空间平均
值，通常认为
。
cc c
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（b）湍流时段平均流速与其空间平均流速
u
u u
距离y
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常温下分子扩散系数Dm在水流中为10-9－1010m2/s，空气中为（1.4－1.8）*10-5 m2/s；湍流 扩散系数D1x和D1z在海洋中分别为 10-2－10 m2/s 和 10-6－10-8 m2/s，在河流中为10-4－10-6 m2/s， 在空气中分别为10-3－10 m2/s和10-5－10-6 m2/s； 湖泊中弥散作用很小，而在流速较大的水体如河流 和河口中弥散作用很强，河流的弥散系数D2x在102－10 m2/s左右，而河口的弥散系数很大，达到10 －l03 m2/s 。
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（1）零维模型
在某些特定条件
下，可以将所研究的
环境介质看作一个完
全混合的反应器。在 Q,c0
该空间的环境介质内，
污染物是均匀分布的，
即在任何一个空间方
向上都不存在浓度的
V, c
Q, c
变化，进入的污染物
能在瞬间内分散到空
间各部分。
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根据质量守恒原理，可以写出反应器的平衡方 程，即零维模型：
V
dc dt