第三节河流水质模型-PPT.pptx

第三节河流水质模型3 3、1 1 河流中得水质问题河流中得水质问题一、污染物与河水得混合 污染物排入河流后,从污水排放口到污染物在河流横断面上达到均匀分布,通常需经历竖向混合竖向混合与横向混合横向混合两个阶段。竖向混合竖向混合污染物进入河流后污染物进入河流后,在较短距离内即在较短距离内即达到竖向得均匀分布达到竖向得均匀分布横向混合横向混合污染物达到竖向均匀分布到污染物污染物达到竖向均匀分布到污染物在整个断面上达到均匀分布得过程在整个断面上达到均匀分布得过程 注注:直道中直道中,主要动力为横向弥散作用主要动力为横向弥散作用;弯道中弯道中,横向环流大大加速了横向扩散横向环流大大加速了横向扩散竖向混合竖向混合:三维混合问题三维混合问题横向混合横向混合:二维混合问题二维混合问题完成两种混合后混合问题位移为混合问题完成两种混合后混合问题位移为混合问题 保守物质将一直保持断面浓度保守物质将一直保持断面浓度;非保守性物质由于生物化学等作用产生浓度变化非保守性物质由于生物化学等作用产生浓度变化,但在整个断面分布始终就是均匀得。但在整个断面分布始终就是均匀得。二、生物化学分解 1 1、河流中得有机物经过生物降解所产生得浓度变化河流中得有机物经过生物降解所产生得浓度变化,可由可由一级反应式表示一级反应式表示:L=LL=L0 0 e e-Kc*t-Kc*t L Lt t时刻有机物得剩余生物化学需氧量时刻有机物得剩余生物化学需氧量 L L0 0初始时刻有机物得总生物化学需氧量初始时刻有机物得总生物化学需氧量 Kc Kc 含碳有机物得降解速度常数含碳有机物得降解速度常数,为温度得函数为温度得函数 实验室测定实验室测定KcKc值值:通过实验室中测定生化需氧量通过实验室中测定生化需氧量(BODBOD)与时间得关系与时间得关系 2 2、1961 1961年年,托马斯托马斯(H H ThomasThomas)提出了河流中提出了河流中BODBOD衰减得另衰减得另一个原因一个原因沉淀沉淀沉淀沉淀,如果反映生化作用与沉淀作用得如果反映生化作用与沉淀作用得BODBOD衰减速衰减速度常数分别为度常数分别为K Kd d与与K Ks s,则则 KcKc K Kd d+K+Ks s 3 3、1966 1966年年,K K BoskoBosko研究了河流中生化作用得研究了河流中生化作用得BODBOD衰减速度衰减速度常数常数K Kd d与实验室得数值与实验室得数值KcKc之间得关系之间得关系:为河床活度常数为河床活度常数,综合反映河流对有机物生化降解作用综合反映河流对有机物生化降解作用得影响。得影响。4 4、稳态河流中稳态河流中BODBOD得变化规律满足下式得变化规律满足下式:5 5、含氮有机物排入河流后含氮有机物排入河流后,同样发生生物化学氧化过程同样发生生物化学氧化过程:Kd Kc+uxHLc=L0exp（-Kcxux）LN=LN0exp（-KNxux）三、大气复氧 水中溶解氧得主要来源就是大气。氧气由大气进水中溶解氧得主要来源就是大气。氧气由大气进入水中得质量传递速度入水中得质量传递速度:C-C-河流水中溶解氧得浓度河流水中溶解氧得浓度C Cs s-河流水中饱与溶解氧得浓度河流水中饱与溶解氧得浓度K KL L-质量传递系数质量传递系数A-A-气体扩散得表面积气体扩散得表面积V-V-水得体积水得体积 dtdC=KLAV(Cs-C)欧康奈尔欧康奈尔(D D、O O Conner Conner)与多宾斯与多宾斯(W W DobbinsDobbins)在在19581958年提出根据河流得流速、水深计算大气复氧速度常数得方年提出根据河流得流速、水深计算大气复氧速度常数得方法法:饱与溶解氧浓度饱与溶解氧浓度CsCs就是温度、盐度与大气压力得函数。在就是温度、盐度与大气压力得函数。在760mmHg760mmHg压力下压力下,淡水中得饱与溶解氧浓度为淡水中得饱与溶解氧浓度为 n nT T为为0 0c cKL=CuxnHmCs=46831.6+T四、光合作用四、光合作用 水生植物得光合作用就是河流溶解氧得另一个重要来源。水生植物得光合作用就是河流溶解氧得另一个重要来源。欧康奈尔假定光合作用得速度随着光照强度得变化而变欧康奈尔假定光合作用得速度随着光照强度得变化而变化。中午光照强度最大时化。中午光照强度最大时,产氧速度最快产氧速度最快,夜晚没有光照时夜晚没有光照时,产产氧速度为零。氧速度为零。五、藻类得呼吸作用五、藻类得呼吸作用 藻类得呼吸作用要消耗河水中得溶解氧藻类得呼吸作用要消耗河水中得溶解氧,通常把藻类呼吸通常把藻类呼吸耗氧速度瞧作就是常数耗氧速度瞧作就是常数、六、底栖动物与沉淀物得耗氧六、底栖动物与沉淀物得耗氧 底泥耗氧得主要原因就是由于底泥中得耗氧物返回到水底泥耗氧得主要原因就是由于底泥中得耗氧物返回到水中与底泥顶层耗氧物质得氧化分解中与底泥顶层耗氧物质得氧化分解、3 3、2 2 单一河段水质模型单一河段水质模型定义定义:在所研究得河段内只有一个排放口时称该河段为单一河段在所研究得河段内只有一个排放口时称该河段为单一河段坐标坐标:在研究单一河段时在研究单一河段时,一般把排放口置于河段得起点一般把排放口置于河段得起点,即定义排即定义排放口处得纵向坐标放口处得纵向坐标x x0 0、S-PS-P模型模型描述河流水质得第一个模型描述河流水质得第一个模型,由斯特里特由斯特里特(H H StreeterStreeter)与菲而普斯与菲而普斯(E E Phelps Phelps)在在19251925年建立。年建立。基本假设基本假设:河流中得河流中得BODBOD得衰减与溶解氧得复氧都就是一级反应得衰减与溶解氧得复氧都就是一级反应,反反应速度为常数应速度为常数;河流中得耗氧就是由河流中得耗氧就是由BODBOD衰减引起得衰减引起得,而河流中而河流中得溶解氧来源则就是大气复氧。得溶解氧来源则就是大气复氧。S-PS-P氧垂公式氧垂公式O O河流中得溶解氧值河流中得溶解氧值O Os s 饱与溶解氧值饱与溶解氧值L L0 0河流起始点得河流起始点得BODBOD值值D D0 0河流起始点得氧亏值河流起始点得氧亏值DcDc临界点得氧亏值临界点得氧亏值t tc c由起始点到临界点得流经时间由起始点到临界点得流经时间耗氧曲线复氧曲线氧垂曲线tc时间t溶解氧DO饱和溶解氧浓度Cs污水排放点河流BODL0 溶解氧氧垂曲线DcD0O=Os-D=Os-Ka-Kde-Kd t-e-Ka t-D0 e-Ka tKd L012大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流大家有疑问的，可以询问和交流n n临界点氧亏值临界点氧亏值:Dc=Ka e-Kd tc Kd L0S-PS-P模型得修正型模型得修正型 卡普修正式卡普修正式 上游来量及旁侧入流叠加上游来量及旁侧入流叠加 托马斯修正式托马斯修正式 考虑泥沙、悬浮固体对有机物得吸附沉降考虑泥沙、悬浮固体对有机物得吸附沉降,化学化学 絮凝沉降及水流冲刷再悬浮。絮凝沉降及水流冲刷再悬浮。托曼修正式托曼修正式 考虑断面流速与浓度分布不均匀而引起得剪切考虑断面流速与浓度分布不均匀而引起得剪切 流纵向分散。流纵向分散。杜宾斯修正式杜宾斯修正式 考虑底泥释放或沿程地表径流加入得考虑底泥释放或沿程地表径流加入得BODBOD浓度浓度 沃康纳修正式沃康纳修正式 认为认为BODBOD5 5不能反映有机污染物不能反映有机污染物BODBOD得总量得总量3、3 多河段水质模型多河段水质模型一、多河段水质模型得概化一、多河段水质模型得概化 水质模型得解析解就是在均匀与稳定得水流条件水质模型得解析解就是在均匀与稳定得水流条件下取得得下取得得,划分断面得原则划分断面得原则:a a)河流断面形状发生剧烈变化处河流断面形状发生剧烈变化处 b b)支流或污水得输入处支流或污水得输入处 c c)河流取水口处河流取水口处 d d)其她需要设立断面得地方其她需要设立断面得地方二、多河段二、多河段BODBOD模型及模型及DODO模型得建立模型得建立 1 1、BOD BOD模型模型 河流水质得特点之一就是上游每一个排放口排放得河流水质得特点之一就是上游每一个排放口排放得污染物对下游每一断面得水质都会产生一个增量污染物对下游每一断面得水质都会产生一个增量,而下游而下游得水质对下游不会产生影响。得水质对下游不会产生影响。因此因此,河流每一个断面得水质状态都可以视为上游每河流每一个断面得水质状态都可以视为上游每一个断面排放污染物与本断面排放污染物得影响得总与。一个断面排放污染物与本断面排放污染物得影响得总与。2 2、DO DO模型模型