水质模型及应用

弗-罗衰减模式 P114
适用条件：平直河流，求混合过程段内断面平均水质， 非持久性污染物，稳态
cN
cp N
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）
xn
0.4B0.6aBux
Ey
a － 排放口到岸边的距离，m
非岸边排放：式6-49 c(x,y)ex p K 186 xu 4 0 ch 02Hcp Q M pyxu e ex x p 4p u M u(2 y 2 y xB 4 M 2 ea yx x y )p u 2( 2 4a M yx y)2 H：平均水深；B：河流宽度；a：排放口与岸边的距离； My：横向混合系数
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：
。
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
c
exp
• 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H模式与一维日均水温模式
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）
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 (cp Q p ch Q h)/Q (p Q h) 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
DDO D s O
D：氧亏值，mg/L； DO：实际的溶解氧值，mg/L
S-P模式
计算时注意单位换算；以 及起始点处假定完全混合
c
c0
expK1
x 8640u0
式6-11
后的初始浓度的计算
式6-12
D
K1c0 K2 K1
expK1
86x40u0expK2
86x40u0
D0
expK2
x 8640u0
xc
K8264K0u10lnKK12
1
D0 c0
K2 K1 K1
式6-15
c0 (cpQp chQh)/(Qp Qh) 式6-13
D0 (DpQp DhQh)/(Qp Qh)式6-14
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
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）
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
水质数学模型分类 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
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）
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。
(K1
K3
)
x 86400u
c0
式6-53
D
K2
K1c0 (K1
K3 )
exp
(K1
K3
)
x 86400u
exp
K2
x 86400u
D0
exp
K2
x 86400u
xc
K2
u (K1
K3
)
ln
K2 K1 K3
K2 (K1 K3 K2 )D0 K1(K1 K3 )c0
c0 (c0Qp chQh ) /(Qp Qh )
• 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）
• 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
DOs 468 31.6T
DOs：饱和溶解氧（mg/L）； T：气温（℃）
D0 (D0Qp DhQh ) /(Qp Qh )
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
岸边排放：式6-48
c ( x ,y ) e x K 1 8 p x 6 u c h 4 H c 0 p M Q p y x 0 e u x 4 u M 2 y p x y e x u ( 2 4 B M p y x y ) 2
• 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
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