第三章 水质模型汇总

2018/11/20
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污水注入点 背景段 混合段
完全混合点 均匀混合段
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混合段总长度 污水注入点 背景段 均匀混合段 既是污水注入点，也是完全混合点
瞬间完全混合
污水注入点
背景段 混合段
没有完全混合点
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混合段总长度
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河流的混合稀释模型
在最早出现的水质完全混合断面，有：
ChQh CP QP C QE QP
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水质模型
(3) 按模型变量的多寡，即按模型所表述的水 质组分的数目，可有单组分水质模型和多组 分模型。当模型变量为 BOD 或 COD时，有时 称有机污染水质模型。当模型变量为 BOD 和 DO时，称 BOD-DO耦合模型。当模型变量扩 大到水生生物时，称水生生态模型。生态模 型是一个非常综合的模型，它不仅包括化学 、生物的过程，而且亦包括水质输运以及各 种水质因素的变化过程。模型变量及其数目 的选择，主要取决于模型应用的目的以及对 于实际资料和实测数据拥有的程度。 0
水质模型
当三个坐标方向浓度梯度均为零，水质组分 处于均匀混合状态时，称为均匀混合模型或 零维模型，亦称黑箱模型，它经常是一种概 化复杂问题的手段，着眼于建立输入与输出 的关系，而忽略水质组分在空间分布上的差 异。模型维数的选择主要取决于模型应用的 目的和条件，并不是维数越多就越好。
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水质模型
(2) 按水质组分的时间变化的特性，可分为稳 态模型和动态模型。水质组分不随时间变化 时为稳态模型，反之则为动态模型。当水流 运动为非恒定状态时，水质组分是随时间变 化的；而当水流运动为恒定状态时，水质组 分则可能是不随时间变化的，也可能是随时 间变化的。在水污染控制规划中，常应用相 应于一定设计条件下的稳态模型，而当分析 污染事故，预测水质时。常应用动态模型。
水质模型
1.1 水质模型的主要问题和分类
一、 问题 (1) 为了避免一条河流产生厌氧而使水质保持 在给定的条件，应当在何处建立污水处理厂 ? 多大规模、什么样的处理效率才能保证溶解 氧浓度不低于水质标准? (2) 为了合理地利用某一区域的水资源，该区 域应当发展何种工业以及多大规模的工业才 能使该地区的水资源得以充分利用并保证水 资源不至于受污染。
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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 难点.重点 了解
– 河流水质一维模型
– 河流水质二维模型
– S-P 模型
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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：
水质模型
水质模型
是一个用于描述物质在水环境中的混合、输 运过程的数学方程，描述水体中污染物与时 间、空间的定量关系；它通常涉及到解基本 方程的技术，而其结果的可靠性不会超过所 使用的方程的可靠性。在一个综合的河流水 质模型中，有许多影响河流水质的因素，如 物理的、化学的、水力学的、生物学以及气 象学的因素。
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百度文库 水质模型
第三阶段(1970—1975年)：研究发展了相互作 用的非线性系统水质模型，涉及到营养物质 磷、氮的循环系统，浮游植物和浮游动物系 统，以及生物生长率同这些营养物质、阳光 、温度的关系，浮游植物与浮游动物生长率 之间的关系。其相互关系都是非线性的，一 般只能用数值法求解，空间上用一维及二维 方法进行模拟。
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水质模型
二、 分类 按不同的观察角度可有如下不同的水质模型 分类： (1) 按水质组分的空间分布特性，可分为一维 、二维和三维模型。沿某一坐标方向，水质 组分有变化，而沿其他坐标方向浓度梯度为 零，称为一维模型。二维模型和三维模型则 分别是沿两个坐标方向和三个坐标方向浓度 梯度均不为零的情况。
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水质模型
第四阶段(1975年以后)：发展了多种相互作用 系统，涉及到与有毒物质的相互作用。空间 尺度发展到了三维。目前对环境的污染问题 的研究，已发展到将地面水、地下水的水质 水量与大气污染相互结合，建立综合模型的 研究阶段。同时，由于水环境问题的复杂性 和不确定性，在水质预测中，已经开始水质 的非确定性模拟与预测，为水质控制与规划 ，提供更为丰富的信息。
1、按水域类型：河流、河口、河网、湖泊
2、按水质组分：单一组分、耦合组分（BOD-DO模型）、 多重组分（比较复杂，如综合水生态模型）
3、按水力学和排放条件：稳态模型、非稳态模型
水质模型按 空间维数分类
零维水质模型
一维水质模型
二维水质模型
三维水质模型
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水质模型维数的选择
• • • • 零维：3个方向都不考虑 一维：仅考虑纵向 二维：考虑纵向、横向 三维：3个方向都考虑
水质模型
(4)按水质组分是否作为随机变量，可分为随 机模型和确定性模型。 水质模型还可以按模型的其他特征分类。如 按水质组分的迁移特性，可分为对流模型， 扩散模型和对流－扩散模型。按水质组分的 转化特性可分为纯迁移模型，纯反应模型和 迁移－反应模型等。
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水质模型
1.2 水质模型的发展及建立步骤
一、水质模型的发展过程 第一阶段(1925-1965年)：开发了比较简单的 生物化学需氧量(BOD)和溶解氧(DO)的双线 性系统模型，对河流和河口的水质问题采用 了一维计算方法进行模拟。 第二阶段(1965-1970年)：研究发展BOD—DO 模型的多维参数估值，将水质模型扩展为六 个线性系统模型。发展河流、河口、湖泊及 海湾的水质模拟，方法从一维发展到二维。
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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水质模型
(3) 在某条河岸建造发电厂，发电厂有热水排 入河流，它将对水生生态系统产生什么样的 影响? (4) 含高浓度的磷的废物排入某一湖泊，使湖 泊(或水库)产生富营养化，必须除去多少磷才 能使湖泊不产生富营养化? (5) 国家需要建立一个核能基地，在什么情况 下对人类环境产生什么程度的影响。