第4讲-第四章 水体的耗氧过程和复氧过程.pdf

专业必修课水环境学（水环境模型）第四章水体的耗氧过程和复氧过程水文水资源从翻塘说起污水没有直接毒死鱼，但它使湖水内耗氧增加，氧 气减少,导致鱼窒息而死。第一节水体的氧平衡天然水体中溶解氧的多少是评价水环境质量优劣的 一项重要指标，是水质预测的一个重要任务。水中溶解氧的变化是一个不断消耗又不断补充的动 态平衡过程。氧平衡的概念：某水体在某一时段内溶解氧的变化量，将等于该时段补给水体的溶解氧量减去消耗的溶解氧量。第一节水体的氧平衡育藁一水体可由于下述原因使溶解氧被消耗:(1)水中有机物BOD在被氧化过程中变为无机物，其中包括含氮有机物氨化，称这部分耗氧有机物为CBOD,这是废水排入水体初 期的主要耗氧过程。(2)水中氨氮继续硝化，转化为亚硝酸盐、硝酸盐过程中的耗氧,这一部分称为NBOD。(3)河床底泥中的有机物在厌氧条件下发酵、分解为有机酸、甲烷、二氧化碳、氨、硫化氢等还原性气体，当它们逸出底泥迁移到 水体后，有些可被氧化，如氨的硝化和硫化氢氧化等，从而消耗水 中的溶解氧。另外，底泥有机物在流速较大时发生再悬浮，将像水 中的有机物一样耗氧。(4)水生生物，尤其藻类，晚间光合作用停止，由于呼吸作用而耗氧。(5)水中其它还原性物质引起的耗氧。(6)流出本水体的水流，将挟带一定的溶解氧到下游。第一节水体的氧平衡水体溶解氧的补充来源有:(1)水体与大气接触过程中，大气中的氧会源源不断地向水体扩散 和溶解，称大气对水体的复氧，是水体溶解氧补充的主要来源。(2)水中繁殖的光合型水生生物，主要是藻类，白天通过光合作用,吸收CC2,在合成含碳化合物的过程中放出氧，并溶于水中。这 在藻类大量繁殖的湖泊、水库和港湾中，表现比较明显，对促进水 生动物的生长具有重要作用。(3)流入本水体的水流(包括排放的废水)中挟带的溶解氧，随水 流带入本水体。第一节水体的氧平衡、3)0懈塞茨BOD耗氧O大气复氧光合作用硝化藻类呼吸3、管)000 5 10 15 20 25 30距离x(km)图4-1 水流的耗氧过程和复氧过程（a）各污染物及氧源对DO影响；（b）氧垂曲线 各类污染物及氧源对水中溶解氧的影 响，如图4-1（a）o 污水自排污口（x=0）进入水体后，在随水流向下游迁移扩散的同时，由 于有机物的氧化分解（碳化、硝化）、藻类呼吸作用使水中的溶解氧不断 消耗；另一方面，由于大气复氧作用和藻类 光合作用，使水在流动中的溶解氧不 断得到补充。二者的共同作用，使水中的溶解氧 DO在距排污口下游的一段距离内,因耗氧大于复氧而呈下降趋势，直至 最低点；第一节水体的氧平衡O、3)0懈塞茨2 8 4 m管)0051615202530 距离x(km)图4-1 水流的耗氧过程和复氧过程(a)各污染物及氧源对DO影响；(b)氧垂曲线随着复氧作用大于耗氧作用，溶解 氧随距离增长而增大，呈上升趋势，并 逐渐趋于溶解氧的饱和浓度Os，如图4-1(b)o图中溶解氧DO随流程表现出的从 下降到上升的变化过程，即常说的氧垂 曲线，它是耗氧与供氧动态平衡的综合 结果。氧垂曲线的最低点，称临界点，这 时的溶解氧浓度。达到最小，称临界溶 解氧浓度Oc;氧亏D(=Os-。)达最大，称临界氧亏De；起始断面到这里的距 离，称临界距离X。2水中有机物的耗氧过程25 ten10时间(d)第水体的耗氧过程2.1水中有机物耗氧过程有机废水排入水体 后，在有氧条件下，可测 得它的耗氧过程(即生化 降解过程)，其形式一般 如图4-2所示。o 2 5 4 10 20Md)图4-2 有机物BOD的氧化降解曲线(1)含碳化合物降解曲线；(2)硝化曲线首先是CBOD氧化分解，如线(1)；然后NBOD氧化分解，如线(2)。前者称碳化阶段的 降解耗氧过程，后者称硝化阶段的降解耗氧过程，后者一般较前者滞后10天左右。图中纵标BOD表示从开始到某时刻t的生化需氧量(即耗氧量)分别表示：仁0和 时水中的剩余CBOD浓度，尢4分别表示和以后的剩余NBOD浓度。对于含氮有机物较多的污水，应分别计算它们的降解耗氧过程。通常情况，一般按 BOD进行计算。2 J水中有机物耗氧过程（一）CBOD的耗氧碳化阶段CBOD的降解，一般按一级反应动力学计算，即dL=K L dt(4-1)式中4 T时的剩余CBOD浓度，即水中实际存在的有机物浓度，mg/L；勺一CBOD的降解速率系数，简称降解系数，或耗氧系数，d表示 单位时间内4的相对衰速率。上式积分，得Lc=（4一2）可以看出，它等于起始的水中存在的CBOD浓度Leo减去t时间内已经氧 化降解的CBOD浓度”（即CBOD）,所以称剩余CBOD。Lc的减少正好 等于”的增加，即L-yc=L co/C其耗氧过程为yc 屋 一院=Lco（1 e kt）(4-3)2.1水中有机物耗氧过程硝化阶段NBOD的降解，也可按一级反应动力学计算，即n_k L at式中，、一0%)时水中实际存在的NBOD浓度,(4-4)mg/L；币一九的降解系数，或耗氧系数，dL上式积分，得 Ln=LnMIc)ttc(4-5)式中lc)时的剩余NBOD浓度，mg/L；硝化过程比碳化过程滞后时间，d；Lnl，=%时水中剩余NBOD浓度，mg/L;长L上面降解系数，或耗氧系数，dL从图4-2的硝化曲线知，蔺勺耗氧过程为丫n=Lno Ln=LnoQ e c)t tc(4-6)2鼻中有机物起氧过程(三)BOD耗氧过程BOD的总耗氧过程，系水中有机物碳化与硝化降解的总和，即y=Lco(l-e-)+L;vo(l-e-()式中的第二项在/时为零。(4-7)当水体的NBOD的作用不恨突出时，为简化计算，常将它与CBOD合并一起考虑，此时剩余BOD的降解反应动力学方程为dL加=一桃(4-8)剩余BOO的降解衰减过程：L=L(4-9)BOD的总耗氧过程为y=L0(l-e-Kt)(4-1。)式中L、金一分别为，时刻和起始时刻的剩余BOD,mg/L；的降解系数，dL因为BOD实际上反映的是有机物生化降解的耗氧 过程，故也称储为耗氧系数。2鼻中有机物起氧过程影响的主要因素与处理方法降解系数K1是反映水中好氧微生物对有机物降解转化速度的指标。影响水中有机物降解的因素很多，包括微生物食料的污水特性，例如污染 物成分、组成比例、浓度大小等；微生物的生存环境特性，例如水温、PH值、水动力学因素、悬浮物等等。1.污水特性的影响有机废水有的来自生活污水、有的来自造纸、制革、制糖等工业废水，来源 不同，所含的碳水化合物、脂肪、蛋白质等成分与比例不同，微生物作用下的降 解速度就会不同。为反映这种影响，一般均取原水样在实验室测定K,然后以此为基础，再考 虑其它因素的影响逐一予以修正。2.pH值的影响绝大多数有机污染物的生物降解反应都具有酶催化的性质，过高或过低的pH值 都会影响酶的催化活性，从而严重影响有机物在水环境中的降解速率。因此，在对BOD室内测定时，pH值一般保持在7-8之间，或保持在天然状态，以反映原水样的情况。有机物耗氧过程3.水温的影响生化需氧量的反应速度随温度而变化。降解系数KI与温度的关系:KT2=KtxOT2-tx(4-11)式中T、心一分别为两种温度状态下的水温，；Kti、Kt2分别为心、72时的反应速率系数，dL。一温度系数，随水质不同而有所差异。对于BOD的降解速率K1，对上式取仁给,且取7尸20,则K7 V二&20，求 的&值K/于是上式变为K,t=K,2O0t20(4-12)BOD的温度系数仇 可根据温度的变化范围按表4-1查取。一般，取。=1.047,这是由于它是塞利奥特(Theriault)在较宽的温度试验范围内求得的。2.1水中有机物耗氧过程表41 各家温度系数值走e适用温度(C)试验者1.047930Theriault1.0655-20Morre1.04215-30Gotass1.1095-15Gotass1.0451()3()Orfocrd1.05620 30Schroepfer1.13547()Schroepfer对于NBOD降解系数KN,其温度改正公式与上式一致，只是其中的。取值1.017,BPKnUL(4-13)式中Kn,t，Kn,20分别为T()和20。时NBOD降解系数(小)。In水力特征对的影e2鼻中有机物起氧过程4.水力特征的影响许多研究者指出，实验室内测定的K值Ki,l与实际河流中的Ki在同 样温度下也有很大差别。日本建设省下水道研究室对日本隅田川的Ki值试验研究结果表明，河流实际的Ki值约为实验室采集该河水样分析值的2.31倍。日本南部在 1959年实验室测定淀川的Kj为。.20和0.26dL河流实测值Ki则达0.7 2和 0.880。波斯柯则提出下述的经验公式修正实验室测定的数据：&=Kl+=石(4-14)11K 河流实际的K/值；K 该河流水样实验室下测定的K/值，并作河流实际水温修正；u、H该监测河段的平均流速、平均水深；a-经验系数，1974年蒂尔尼和扬(Tierney-young)提出a与河流比降J的关系表T a随河流比降J的变化,1(ni/km)(1.33().661.323.36.6a0.10().150.25(L 100.6()2鼻中有机物绛氧过程5.污水初始浓度的影响有些学者将K/和加的关系表达为K产 aL/例如奥德（Order）河为长尸0.000252/2。6,其b的变化范围为0.766223。日本南部等人曾研究了与BOD初始浓度%的关系。将污水用琵琶湖水 及蒸储水稀释，得到不同BOD初始浓度的水样，分别测定它们的储值，所得结果如图4-3所示。表明：在Oo0 处 0=0t0,x=0处 0=0s,x=处 0=0的情况下，解方程(4-18),迎 d20(4-18)则得大气对水体的复氧方程为:图4-5双膜理论的水体复氧模式3.1大气对水体的复氧隹用与复氧方程年=M7 coth,忙 go）=（q-。）(4-27)(4-28)式中 K2复氧系数，d-1；O水体中t时刻的溶解氧浓度，mg/L；H-水深，m；Em氧在水中的分子扩散系数，m2/d；Y液膜更新率，dZI-液膜厚度，m；Os-饱和溶解氧浓度，mg/L；对水体的复氧作用与复氧方程-仑导出_,但它们的 复氧系数公式却不同。奥康纳一多宾斯认为式(4-28)中/、/、D具有代表性的数值为7=0.1 C7 6H80O25N+7.602(3-36)同时，水中的好氧细菌利用它们释放的溶解氧进行代谢活动，其过程又释放 出二氧化碳和无机营养物（如NH4+）,供藻类生长的需要。二者共生互利，有 助于有机物的降解和减少N、Po3.2藻类光合作用对水体的增氧 一/wv I I I I Z,p f Fl p*f-f奇藻类光合作用产氧的速率：dO,二?(4-37)dt式中t时间，d；P-产氧速率，mg/(Ld)；0溶解氧浓度，mg/Lo光合作用的产氧速率与水中藻类的浓度，光照强度、水温、水 深等因素有关，其中光强、水温又具有日周期性变化，从而使光合 作用产氧速率P呈现出明显的日周期波动，白天中午时分P达到最大 值，晚间P则等于零。第四节旬闻漏氧、复氧参数的牯让在水体耗氧方程包含的参数，如耗氧方面的BOD降解系数K1,NBOD降解系数Kn，底泥耗氧速度（、藻类呼吸耗氧速率R；水体复氧方程包含的参数：复氧方面的大气复氧系数K2,藻类光合作 用产氧速率P等。K/、&则是水体有机污染预测中经常用到的两个参数，必须在了解其 基本概念基础上，进一步掌握它们的确定方法和变化规律，以便确定设计 条件下的参数值，对未来水质状况作出可靠的预测。确定耗氧、复氧参数的方法很多，大体上可分为三类：一是按照参数的物理含义，通过专门试验确定，如在研究水域取样在 实验室化验分析，或现场（野外）示踪剂试验。前者比较经济，但与研究水 域的环境条件相差甚远，成果应用于实际时尚需作必要的修正。后者往往 消耗人力物力太大，并会污染天然环境，除专门研究外，一般较少应用。第四节旬闻漏氧、复氧参数的牯让二是根据野外综合监测资料，如流量、流速、水温、BOD、COD.pH、N、P等，通过水质模型对水质变化情况进行模拟，使模拟成果与实测资料 达到最佳拟合，从而定出这些参数，它的优点是能充分体现研究水域的综 合情况，但参数的物理概念已经比价模糊，如河流的BOD降解模型，当只 考虑生物降解时，其实是将BOD降解耗氧，NBOD硝化耗氧、底泥耗氧等等 都归并到BOD降解耗氧中了，其概念在相当大的程度上已经不是原来的含 义，使研究参数变化规律更为困难。三是采用经验公式和理论公式估算。耗氧参数和复氧参数都不是完全 不变的常数，而是与一定的环境条件相联系，环境条件不同，参数也随之变 化，这些公式则是力图反应它们相互联系的方程，是根据前二类方法的成果 和大量资料统计分析或理论推导求得的，水质预测时，可按设计条件计算相 应的参数。_,_ 4 J BCD降侬败.Kn的估值(一/由BOD的实验室化验资料估算从研究水域采集水样，满装在一系列试瓶中密封，放在恒温箱中保持20。下培 养，除测出开始时的溶解氧浓度外，以后每天取出一瓶测定溶解氧浓度，得一系列 BOD值；yo,yl5，y”约1015天。有了这些化验资料，既可采用下述的某种方 法确定(、kn值。方法的基本原理，就是使选定的&、kn由式(4-3)、(4-6)或(4-10)计算得y值与测定值拟合最佳。匕=Lco-Lc=Lco(1-e-H)(4-3)yN=LnqLn=乙四(1 gQ)(4-6)y=乙 oQ(4-io)1.最小二乘法奥里奥特(Theriaut)提出把式(4-10)y=Lol-epQ-Kxty中的表达为K =K+h(4-38)_ 4.1 ROD降解素数降、Kz的估值PT式中 KBOD的降解系数，dZK；待估计的用近似值，dZh-K 的允许偏差量，d-1代入上式得y=L/l e卬(一(&+/)=L/l e卬(一&)e冲(一加)(4-39)因h甚小，exp(-ht)可近似为(1-ht),故上式变为y=%1 5(一&)+%加 f(K)=可+可2(4-40a)其中；a-L0，d=Loh(440b)于=1-e冲(&),力=e即(一&)(4-40C)_ _ 4.1 ROD降解系数氐、Kz的估值物最小二乘法求解式（4-40a）,得二 于;2/1V 汇工办汇/2y（4-40d）-疗-（2/）2d _ Z fl 汇 2.-Z 工，2 Z 力丁（4-40e）E/i2E/22-（E/i/2）2根据实测的X、ti系列资料，按式（4-40）迭代求解即得待求的用,4迭代过程是：读X、ti；fl=1 5（K/力,%=Hf（K/力（4-40c）假设&的初始值K；=K；。，按（4 一 40c）计算i,代入式（440d、e）得 a、d；由(4-40b)求得Lo=a,h=d/Lo；a=Lo,d-Loh(4-40b)若 网0.0001小】，则令 K/=&,o4/z,返回第 步重新计算，直至 网0.0001人,此时的，KH，即所得结果。43api隆解系数K、Kn的估值例41已知某水样化验分析的yi、ti如表43 试求K/值。表4-3 某水样BOD化验资料ti(d)12345678910Yj(mg/L)5885107125138147155161167170解：设初值K/=0.5dL 编程计算得：K/=O.3165d-i,Lo=17 5.48mg/L.43api隆解系数K、Kn的估值(二)由野外水质监测资料估算对于均匀河段，即该河段沿程的流量Q、流速u、过水断面A和离散系数E 均保持不变，此时，若河段中无污染源排入，且上断面污染浓度一定，则污 染浓度仅沿流程变化，而不随时间改变，称这种情况为稳态条件。枯水期的 情况常常可近似为这种状态。此时，可由水流连续性原理、能量守恒原理、物质平衡原理和反应动力学，如第五章所述，导出如下的水质迁移转化基本 方程伫=E二 K L(4 41)dx dx2仇迎=E驾-KL+K2(Os O)+(P H)(4-42)dx dx 一dxdx2(4-43)43api隆解系数K、Kn的估值于一般的河流，流速对污染物的迁移作用远大于扩离散作用,此时以上各式简化为dL u dxdO u dx=K、L=-KL+K2(Os-O)+(P-7?)(4-44)(4-45)u-=KiL-K2D-(P-R)(4-46)dx 一式中x-距上断面的距离，m；u-流速，m/s；L河流的有机物浓度，即水中存在的BOD,mg/L；E纵向离散系数，m2/s；D-氧亏 D=OS-O?mg/L；K19K2分别为BOD降解系数和大气复氧系数，sP,R分别为水中藻类的产氧系数与耗氧系数，mg/(L-s)o,4.1 ROD降解素数K介Kz的估值根据上列方程，即可由河段水质监测资料反求m 值。1.根据河段上下断面监测的BOD资料估算降 dL u-=-KiL(4-46)ax对式(4-46)积分，得X=4网)()(4-49)u式中 L 距上断面X处河水的BOD浓度，mg/L；Lo上断面处(x=0)河水的BOD浓度，mg/Lo取河段上断面的L为La，下断面的L为Lb，河段长为x,则上式为X3小邛(&一)U 取对数后，得号的计算式为&=幺111(冬)(4-50)*Lb43api隆解系数K、Kn的估值因此，稳态条件下，测得河段的La、Lb、u后，即可由上式计算 K。例如某均匀河段x=13km,中间既无支流也没有污水排放口，枯 水期流量及污染浓度都比较稳定，测得u=10.5km/d,LA=30mg/L,LB=18.5mg/L,有上式可得(二 吟In(也)=0.39J-113 18.5当河段的离散作用不可忽略时，由式（4-43）得K1的计算式为&=吟）+5吟尸(4-49)式中E纵向离散系数，m2/s；其他符号的意义同式（4-48）。4.1 HOD降解系数IC、Kz的拈值2.已知K2条件下，由氧垂曲线计算如果已经测得一个均匀河段稳态条件下的氧垂曲线，如图4-7在临界点处，距离X=XC,氧亏D=Dc=Os-Oc；dD/dx=O,当P-R可以忽略不计时，于是由式（4-48）得u=KL-K2D-(P-R)(4-48)dxDc=L(4-52)k2将式(4-49)代入并取对数后，得ln2=ln&+ln 去以(4-53)K2 u0 8 6 4 2 0 x(km)可见，在已知K2的情况下，由水质监测获得氧垂曲线、初始断面的BOD浓度L。、临界点处的氧亏Dc、距离及 和河段流速U后，由上式即可求得（值43api隆解系数K、的估值【例4-3 已测得某均匀河段在稳态条件下的氧垂曲线(表4-5)和L0=15mg/L,u=100km/d,饱和溶解氧浓度Os=9.Omg/L,复氧系数K2=2d,试求K】值。表45 某河段氧垂曲线距初始断面距离X(km)010306090120150180200溶解氧浓度O(mg/L)7.56.185.31.815.136.326.336.897.22解：由上述测定数据，可绘出如图4-9的 氧垂曲线，从而得到临界溶解氧浓度Oc=4.8 mg/L,临界氧亏Dc=0s-0c=9.048=4.2 mg/L,临界点至起始断面距离Xc=60.0km,和u、七一起代入式(4-53),得一 C I 15&*6。In 4.2=In K+In-1 2 100即 0.6的In40.58=0用牛顿迭代法求解上式，得(=1.05471O 8 6 4 2 03_ _ _ 4 J BCD降解素数K、Kz的估值伊3,已知K2条件下，由监测河段四断面溶解氧浓度计算(值克佛一菲利普(KoivoPhilip)根据式(4-46)、(4-47)的积分方程，假设在河段 上自上游至下游依次布置4个观测断面0、1、2、3,各断面间距离相等，均为x,并测 得各断面的溶解氧浓度00、01、02、03,在初值L。和K2已知条件下联解，导得&和P-R的计算式如下：&=1noi 1(4-54)CP-R=-K。(4-55)似件T)式中 夕”二强铝土瑞号,%2=e(3)02211 。02+Q 2 二;(1-。22)，St=。221一 2一。11(。220一01)_ _ 4 J ROD降解素数K Kn的估值【椀$4】某河段长6km,每隔2km测得各断面的溶解氧浓度分别为：O0=6mg/L,Oi=4.19km/L,O2=5.47 mg/L,O3=7.08mg/L,该河段K?=0.6d-1,u=1.0km/d,O s=8.0mg/L,试求 K 1及P-R.0 6*2解：(p、-exp(-)=0.31.00.3(5.47-4.19)-7.08+5.47 八 一0“=-二 0.67 311 0.3(4.19-6)-5.47+4.19St=(03)(4.19)-5.47-0.673(0.3)(6)-4.19=-2.6b20.6代入式(4-54)、(4-55),得&=40.673=0.2八P R二-2.61.17*(0.67 3-1)-0.6*8=2mg/(,)0 4U3QD1隆解系数K、的估值10用野外监测的NBOD资料估算Kn硝化过程，如前所述，可按一级反应动力学关系表达:n _ _k L at其积分式为Ln Lno eV（K/）(4-56)其对数表达式为In=In-KNt(4-56b)式中 KnNBOD（或NKRN）的降解系数，d1；t NBOD（或NH3N）的降解转化历时，对于稳态条件，等于起始 断面至下断面间的距离X除以平均流速U,即t=x/u；Lno初始的NBOD（或NH3N）浓度，mg/L；Lnt时的NBOD（或NKRN）浓度，mg/L.采用式（4-56）,可根据监测的河流不同断面处的NBOD（或NKRN）数据计算Kn,估值方法可用作图法或最小二乘法等。,一一 4.2复氧素数K?,的估算才(一)由现场专门实验资料估算K2影响大气对水体复氧的主要因素是水流的动态条件，室内水样化验分析尽管也 能求得静态下的K2值，但与天然条件的结果相差甚远，因此，一般都不采用室内水 样分析的方法计算K2。为了研究和实验的需要，有时也采用在河流上专门实验的方 法确定K2值。L干扰平衡法该法是在河流中投入亚硫酸钠和钻催化剂，快速、大量地消耗河水中的溶解 氧，使监测河段水体严重缺氧，为水流的大气快速复氧创造条件。投加的亚硫酸钠 的数量按下式估算：a-O+BG=-(4-55)式中 G每公升河水需要亚硫酸钠数量，mg/L;0河水的溶解氧浓度，mg/L;a系数，对无水亚硫酸钠取8,含有7个结晶水的取16；p过剩量，约34mg/L;-亚硫酸钠的纯度-4.2复氧素数K?,的估算FT通过量测上下游两个断面的溶解氧浓度及水流在河段的流经时间、饱和溶解 氧浓度即可计算出K2。这种方法最好是在光合作用及生物产氧、耗氧都很小的情 况下进行，如果光合作用相当大时，应在晚上做实验以消除光合作用的影响。干 扰平衡法是1955年由英国水污染研究实验室提出，目前已被广泛应用于较小的河 流中。2.示踪迹法这种方法是Tsivoglou等人1965年研究出来的。其作法是：使用荧光染料、晁水 和氟-85三种物质作为示踪剂溶液，投入河流上游某一位置，示踪剂随水流向下游 运移。其中放射性氟-85是示踪气体，它一边向下游迁移，一边逸出水体，它的相 对逸出速度与大气对水体复氧的相对速度K2有稳定关系利用这种关系，就可由 实测的氟-85的相对逸出速度求得被实验河流的K2值；其中的僦被用来校正由离散 作用和混合作用引起的影响；荧光染料为若丹明-WT20%的溶液，用来指示水流进 行的时间，决定该在什么时间对示踪剂水流取样分析。4.2 复氧系数K2的估算宜一85在水中逸出的相对速度K2（氟）与大气对水体的复氧的相对速度K2存 在某一固定比例，经大量试验，该比值为0.83,标准差为0.04,在10-30范围内,此值不变，也不受水的紊流状态和水中溶解固体量的影响。氟一85浓度R在水流中 的减少速度服从一级反应动力学，即积分得dR、=-K.R dt心=;吟)t 2(4-56a)(4-56b)于是得 K2(1)2 0.83?R2(4-57)七应,一分别为大气对水体的复氧系数和氟一85的减少速度系数，d-l 与，4分别为河段的上下断面观测的氟一85浓度；t一示踪剂在上、下断面间的流经时间。4.2 复氧系数Kz的估算含野外水质监测资料估算K21.已知Ki条件下由河段上下游断面监测的BOD、DO资料估算这种情况下，可直接利用氧亏平衡基本方程（4-48）的差分形式计算K?。方程中的P-R项略而不计，可得K2的计算公式为庭 4巫丝（4/。）D xD D AtD“也=K L-K2D-（P-R）（4-61）dx式中KxBOD降解系数（耗氧系数），cH；L河段上下断面平均的剩余BOD浓度，mg/L；D河段上下断面平均的氧亏，m,g/LAD 河段上下断面的氧亏变化量，mg/L；_ _L,Dx-河段长，km；u-河段平均流速，km/d；N河段的流经时间，do?占4.2 复氧系数Kn的估算2.已知K的条件下由监测的氧垂曲线估算如前所述，K一般可由实测的BOD资料单独求出。此时，如得河段的氧垂曲线，则 由临界点的临界氧亏方程（4-52）,D=L（4-52）%故得=L=L exp(-&-)c K2 c K2 x uKlL。exp(一%-)Dc u(4-59)4.2 复氧系数K2的估算(W)公式法估算K2此估值公式可分为三种类型：理论模型、半理论半经验模型和经验模型。下面分 别介绍水文20下这三种类型的估算公式。L理论模型公式该类公式根据气液交界面上质量传输的各种设想，经理论推导建立起来。如前 面曾经讲过的分子扩散理论模型、薄膜更新理论模型等，设想不同，使K2的公式形 式也有所不同。这些公式大部分还难以用来估算实际水流的复氧系数，因为很难测 出水流的液膜厚度、表面更新速度、涡旋尺度等参数。但奥康纳-多宾斯按照薄膜更 新理论建立的公式则简明易行，得到比较广泛的使用。其公式为对于各向同性、水深、河宽较大、流速较缓的河流(4-60a)对于非各向同性、水深浅、流速大的河流(&产/为1/4 左45/4(4-60b).4.2复氧素数KzjKl估算才2.半经验公式这些公式的特点是，有一定的理论基础，但为实用起见，对公式中的 一些参数根据实际资料又作了经验处理。例如公式中的参数和指数，由实 际资料进行回归分析确定。下面列出几个认为比较好的公式，供实用中参 考。(1)多宾斯(Dobbins)公式=2.60(1+尸)卜严 7 512g(0.9+F)15H(0.9+F)05(4-61)式中b=7篇 为佛汝得数，g为重力加速度。其他的符号和单位的意义 同前，但K2的单位为h-1.4.2复氧系数Kz的牯算-(2)撒克斯顿一克林凯尔(Th ac kston-Krenkel)公式1.17(1+尸)/HK?=(4-62)式中摩阻流速。其他符号意义同前。(3)村上公式式中 n叱 0.943/49/8*2 H3 2(4-63)糙率系数，U.H意义和单位同上，K2以d-2计。卜 4.2 复氧素数K?的估算3.经验公式umK2=P7 7 7（4-64）H式中 u-流速，m/s；H-水深，m；P,m,n经验系数，常见值列于表4-5。表45 P、m、n经验系数作者P（公制）mnChurchill0.235(l/h)0.9691.67 3Oconnor-Dobbins1.968(l/d)0.51.50Langbeim-Durun0.241(l/h)1.00133Own（流速小）0.325(l/h)0.7 31.7 5Own（流速大）0.250(l/h)0.671.85Isscas-Gandy1.58(l/d)1.001.50Negulescu-Rouanski0.850.85Padden-GlojTia0.212(l/h)0.7 030.054Bennelt-Rathbum0.262(l/h)0.6071.689，。今3藻类陛吸耗氧系数及光合作用产氧素数(一/呼吸耗氧系数R1.黑暗瓶实验法测定水体中生长着的藻类为维持其生命活动，和许多其他的生物一样，将不 停地进行呼吸代谢和消耗水中的溶解氧。实测中，为了将呼吸耗氧和光合作 用产氧分开，一般均将含有藻类和溶解氧的水样装在密闭和不透光的黑暗瓶 中，通过不断观测瓶中溶解氧浓度的变化，计算其耗氧速率系数R。例如6h间黑暗瓶中水的溶解氧浓度减少L2mg/L,则其R为1.2X4=4.8mg/(L.d)o若水中还有较多的微生物分解有机物耗氧时，则应扣除后者 的作用。2.经验公式法估算根据一些实验资料分析，藻类呼吸耗氧系数R与叶绿素-a的浓度有如下关系：R=r.Chla(4-65)式中 r藻类呼吸耗氧系数，mg/(L-d)；Chia藻类的叶绿素一a的浓度，mg/L；r经验系数，一般为0.0050.03dL呼 3藻类呼吸推氧系数及光合作用产辅重教（二）光合作用产氧系数p1.黑白瓶对照实验法测定黑暗完全不透光的瓶一黑瓶和明亮完全透光的瓶一白瓶，同时装人含 有藻类和溶解氧的水样并密封，然后置于阳光下，黑暗瓶中因藻类呼吸耗 氧使溶解氧不断减少，白亮瓶中藻类光合作产氧大于呼吸耗氧，使溶解氧 不断升高，假定黑、白瓶中藻类呼吸氧速率相同，那么从日出到日落，白 瓶的溶解氧浓度增量加上黑瓶溶解氧浓度减量，即为该日测定的水中藻类 产氧系数P。当然也可采用该方法分时段测算出产氧系数变化过程。2.应用水质监测资料计算如式（4-55）所述，可由河段监测的溶解氧浓度资料求得水中藻类净 增氧速率（P-R）,将（P-R）值加上耗氧系数R,即计算测产氧系数P。.3 藻类呼吸瘫氧素数及光合隹用产氧盍数3.公式法计算(1)Bailey公式Bailey(1970)考虑影响藻类光合作用产氧的主要因素，在对观测 资料统计分析基础上，提出了一个如下的经验公式：rO.667P=3.16Chla0.16T-0.56H(4-68)式中 P 藻类的产氧速率，mg/(L.d)；Chia藻类叶绿素一。的浓度，mg/L；I平均阳光强度，Cal/(cm2d);T平均水温，;H-平均水深，m；消光系数，清洁水0.10.5mJ 中等混浊水0.52.5mJ生上底漏降氧系数Ka（一）实验法测定从研究水体底部取回一定厚度的底泥放在盛水的容器中，使水中有一定 的溶解氧浓度，然后避光密封，在保持底泥不被冲起的条件下，搅动底泥上 面的清水，并不断观测水中的溶解氧浓度，即可按下式算出底泥耗氧系数：Ka=dt(4-67)式中 Ka-底泥耗氧速率，mgm2-d）；鬃 底泥上方水流溶解氧浓度的平均降低速率，mg/（m3d）；H底泥上方水的深度，mo(二)经验公式估算1.Baity 公式Ka=ahQASs(4-7 1)式中 Ka-底泥耗氧速率，mg/(m2 d)；h-底泥深度，cm；a经验常数，一船在22时为272.Edwards 公式Ka=aOb(4-7 2)式中 O-水中溶解氧浓度，mg/L；a b 经验常数，一般=0.090.16力=0.30 该式对于水中溶解氧浓度在0.56.0mg/L的范围内比较适用。3.Lombardo 公式Ka=a(l-e-122)(4-7 3)式中O-水中溶解氧浓度，mg/L；a一经验常数，与底泥性质有关，一般968.52P77习题4/44-14.对某水体水样化验分析的BOD值随时间力的变化过程如表4-7,试按最 小二乘法计算降解系数5及初始的剩余BOD浓度L。表4-7某水样实验的BOD结果时间1(d)012345678910BOD 值 y/mg/L)05581102119131140147153159162