第三章水环境化学-第四节水质模型资料
20页1、水质模型,是一个用于描述物质在水环境中的混合、迁移、扩散和转化过程(包括物理、化学、生物作用过程)的数学方程(或方程组) .,第四节 水质模型,水质模型的基本原理是质量守恒原理;建立水质模型的目的是用来描述污染物数量与水环境影响因素之间的定量关系,从而为水质分析、预测和水环境管理提供基础的量化依据。,本节讨论的水质模型主要是:氧平衡模型、湖泊富营养化模型和有毒有机污染物归趋模型。,1. Streeter-Phelps(S-P)模型(河流水质自净模型) S-P模型的建立基于两项假设: (1)只考虑好氧微生物参加的有机物降解反应,并认为该反应为一级反应。 (2)河流中的耗氧只是有机物降解反应引起的。有机物的降解反应速率与河水中溶解氧(DO)的减少速率相同,大气中的氧进入水体的复氧速率与河水中的亏氧量 D 成正比。,一、氧平衡模型,式中:L河水中的BOD值,mg/L; D河水亏氧值,mg/L,是饱和溶解氧浓度Cs (mg/L)与实际溶解氧浓度C(mg/L)的差值D=CS-C; k1河水耗氧速度常数,1d; k2河水复氧速度常数,1d; u河水平均流速km/d; x-顺河水流动方向的纵向距离k
2、m。,S-P模型的基本方程为:,当边界条件,S-P模型基本方程的解析解为:,S-P 模型的临界点和临界点氧浓度,以S-P解析解中溶解氧C对距离作图可得一条下垂曲线, 称为氧垂曲线。 氧垂曲线最低点所对应的溶解氧,称为极限溶解氧Cc,出现Cc的距离称为极限距离xc; 在极限距离处xc,溶解氧变化率为零,由S-P方程可得:,极限距离:,极限溶解氧:,(DC为极限氧亏),2托马斯(Thomas)模型,对于一维静态河流,在SP模型的基础上考虑沉淀、絮凝、冲刷和再悬浮过程对BOD变化的影响,引入了BOD沉浮系数k3,当边界条件,求取解析解可得:,二、水体富营养化预测模型,1水体的富营养化问题,水的停留时间较长(可达数月至数年),属于缓流水域,其中的化学和生物学过程保持一个比较稳定的状态。 进入湖泊和水库中的营养物质在其中容易积累,致使水质发生富营养化。 在水深较大的湖、库中,水温和水质是竖向分层的。,湖泊(水库)的水质特征:,雨水: 雨水中硝酸盐的含量在 0.16 -1.06 mg/L间,氨氮含量在 0.04 - 1.70 mg/L间,大面积湖泊和水库从雨水受纳氮数量相当可观。 农业排水: 土壤
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