第二節(jié) 水質(zhì)模型

第二節(jié)水質(zhì)模型河流常用數(shù)學(xué)模型湖泊水庫數(shù)學(xué)模型非點(diǎn)源水質(zhì)模型地下水水質(zhì)模型河流常用數(shù)學(xué)模型完全混合模型零維模型P68一維水質(zhì)模型P70BOD－DO耦合模型P78二維水質(zhì)模型P76完全混合模型使用條件：河流穩(wěn)態(tài)污染物在河段內(nèi)均勻混合河段無源和匯污染物為持久性污染物河流常用數(shù)學(xué)模型零維模型積累率＝進(jìn)入量－輸出量＋衰減量河流常用數(shù)學(xué)模型零維模型∵∴河流常用數(shù)學(xué)模型使用條件：不考慮混合距離的重金屬污染物、部分有毒物質(zhì)等其他持久性污染物的下游濃度預(yù)測(cè)與允許納污量的估算有機(jī)降解性污染物質(zhì)的降解項(xiàng)目可忽略時(shí)較淺、較窄河流完全混合段非持久性污染物零維模型河流常用數(shù)學(xué)模型例：在一條較淺窄的河流中有一段長(zhǎng)1000m的河段，穩(wěn)定接納含酚廢水。廢水流量1.0m3/s，含酚濃度200mg/L。上游河水流量9.0m3/s，河水中酚未檢出。河流的平均流速為0.46m/s，酚的衰減系數(shù)為2d-1。求河段出口處河水含酚濃度為多少？解：河流常用數(shù)學(xué)模型－－例題一維水質(zhì)模型通式：河流常用數(shù)學(xué)模型一維水質(zhì)模型河流穩(wěn)態(tài)時(shí)：給定：x=0時(shí)，C=C0；下游距離x處的濃度為河流常用數(shù)學(xué)模型一維水質(zhì)模型忽略彌散：即D＝0x=0時(shí)，C＝C0x=ut時(shí)河流常用數(shù)學(xué)模型例：某改擴(kuò)建工程擬向河流排放廢水，廢水流量為0.15m3/s，所含苯酚濃度為30mg/L。河流流量為5.5m3/s，流速為0.3m/s，苯酚的現(xiàn)狀濃度為0.5mg/L。苯酚的衰減系數(shù)為0.2d-1，縱向混合系數(shù)為10m2/s。求排放口下游10km處的苯酚濃度。河流常用數(shù)學(xué)模型－－例題解：1）考慮縱向彌散：2）忽略縱向彌散：河流常用數(shù)學(xué)模型－－例題BOD－DO耦合模型三個(gè)假設(shè)：1）河流中的BOD衰減和溶解氧的復(fù)氧都是一級(jí)反應(yīng)；2）反應(yīng)速度正常；3）河流中的耗氧是由BOD的衰減引起的，而溶解氧則來自大氣復(fù)氧。河流常用數(shù)學(xué)模型BOD－DO耦合模型河流常用數(shù)學(xué)模型BOD－DO耦合模型河流常用數(shù)學(xué)模型例：某河段流量Qh=216×104m3/d，流速u=46km/d，飽和溶解氧濃度C(Os)=10.354mg/L，K1=0.94d-1，K2=1.82d-1。河段始端排放Qp=216×104m3/d的廢水，BOD5＝500mg/L，溶解氧為0。上游河段的BOD5未檢出，溶解氧為8.95mg/L。求該河段x=6km處河水的BOD5和氧虧值。河流常用數(shù)學(xué)模型－－例題解：河段起始端：河水的BOD5：河水的氧虧值：河流常用數(shù)學(xué)模型－－例題二維水質(zhì)模型使用條件：河流穩(wěn)態(tài)，恒定排污。持久性污染物岸邊排放：非持久性污染物岸邊排放：河流常用數(shù)學(xué)模型湖泊水庫數(shù)學(xué)模型持久性污染物非持久性污染物湖泊水庫的盒模型持久性污染物小湖無風(fēng)時(shí)的大湖近岸環(huán)流顯著的大湖湖泊水庫數(shù)學(xué)模型小湖湖泊完全混合平衡模式：湖泊水庫數(shù)學(xué)模型－－持久性污染物平衡時(shí)：無風(fēng)時(shí)的大湖注：1）的選取

2）r0的選取湖泊水庫數(shù)學(xué)模型－－持久性污染物近岸環(huán)流顯著的大湖二維穩(wěn)態(tài)混合模型：湖泊水庫數(shù)學(xué)模型－－持久性污染物非持久性污染物小湖無風(fēng)時(shí)的大湖近岸環(huán)流顯著的大湖湖泊水庫數(shù)學(xué)模型小湖湖泊完全混合衰減模式：湖泊水庫數(shù)學(xué)模型－－非持久性污染物平衡時(shí)：無風(fēng)時(shí)的大湖湖泊移流模型：湖泊水庫數(shù)學(xué)模型－－非持久性污染物近岸環(huán)流顯著的大湖二維穩(wěn)態(tài)混合衰減模型：湖泊水庫數(shù)學(xué)模型－－非持久性污染物湖泊水庫的盒模型使用條件：無其它源和匯反應(yīng)符合一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)為穩(wěn)定狀態(tài)的衰減反應(yīng)湖泊水庫數(shù)學(xué)模型t=V/Q非點(diǎn)源水質(zhì)模型城市非點(diǎn)源污染模型農(nóng)田非點(diǎn)源污染模型城市非點(diǎn)源污染模型徑流量計(jì)算設(shè)有t日的一次降雨，降雨量為ht，徑流系數(shù)為，填洼的水量為DSt，則t日的總徑流量為Qt，這里用徑流深表示為：非點(diǎn)源水質(zhì)模型城市非點(diǎn)源污染模型非點(diǎn)源污染物量的計(jì)算假定城市的非點(diǎn)源污染物量吸附于堆積物上，因此污染物的積累量與堆積物的聚集成正比。若堆積物內(nèi)污染物i的濃度為Si，則日積累量為：非點(diǎn)源水質(zhì)模型農(nóng)田非點(diǎn)源污染模型坡面徑流計(jì)算利用美國水土保持部門提出的經(jīng)驗(yàn)方程：非點(diǎn)源水質(zhì)模型農(nóng)田非點(diǎn)源污染模型此外，融雪也會(huì)產(chǎn)生地表徑流，因此，在北方地區(qū)，計(jì)算徑流時(shí)要考慮降雪的影響：SM=CsnTad非點(diǎn)源水質(zhì)模型坡面徑流計(jì)算降雨損失量是降水截留量、滲透量和地表滯留量的總和，是滯洪系數(shù)S的函數(shù)：I=0.2S。而農(nóng)田非點(diǎn)源污染模型污染物遷移模擬

農(nóng)藥的降雨植被沖刷模型農(nóng)藥在雨水中的含量變化與累積雨水截留量成一次線性函數(shù)關(guān)系：非點(diǎn)源水質(zhì)模型在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，得到農(nóng)藥雨水沖刷量的經(jīng)驗(yàn)公式：農(nóng)田非點(diǎn)源污染模型污染物遷移模擬

污染物吸附模型當(dāng)假定污染物的吸附符合簡(jiǎn)單的線性吸附等溫線過程時(shí)，用下述公式描述該過程：非點(diǎn)源水質(zhì)模型其中，土壤和水的分配系數(shù)Kd與污染物和土壤的特性密切相關(guān)，可由有機(jī)碳吸附系數(shù)Koc近似計(jì)算：Kd=asbKoc(OM)農(nóng)田非點(diǎn)源污染模型污染物遷移模擬

污染物吸附模型土壤和水的分配系數(shù)Kd與污染物和土壤的特性密切相關(guān)，可由有機(jī)碳吸附系數(shù)Koc近似計(jì)算：Kd=asbKoc(OM)析出系數(shù)Kex與Kd有關(guān)，可由經(jīng)驗(yàn)公式得到：0.5Kd≤1.0時(shí)

Kex

＝0.7-0.2Kd

1.0＜Kd

≤3.0時(shí)

0.1Kd＞3.0時(shí)非點(diǎn)源水質(zhì)模型農(nóng)田非點(diǎn)源污染模型污染物遷移模擬

土壤表層中可被徑流攜帶污染物濃度的計(jì)算當(dāng)假定污染物的吸附符合簡(jiǎn)單的線性吸附等溫線過程時(shí)，從土壤表層中被徑流攜帶走的污染物濃度可由下式計(jì)算得到：非點(diǎn)源水質(zhì)模型地下水水質(zhì)模型含水層橫斷面排水量估算地下水中高處流到低處的時(shí)間和水的變化例題含水層橫斷面排水量估算多孔介質(zhì)中地下水運(yùn)動(dòng)的達(dá)西定律：注：導(dǎo)水率K取決于多孔介質(zhì)的孔隙度地下水水質(zhì)模型含水層橫斷面排水量估算各種土壤的導(dǎo)水率土壤類型K(m/s)土壤類型K(m/s)粘土＜10-8細(xì)砂10-5~10-4泥炭10-8~10-7粗砂10-4~10-3淤泥10-7~10-6礫砂10-3~10-2亞粘土10-7~10-5卵石＞10-2極細(xì)砂10-6~10-5地下水水質(zhì)模型當(dāng)一個(gè)含水層孔隙介質(zhì)均勻且飽含水時(shí)，通過該含水層橫斷面的排水量：含水層橫斷面排水量估算地下水水質(zhì)模型例1：有一衰減污染物隨地下水流運(yùn)動(dòng)，已知含水層的橫斷面積A=50m2，水頭損失h=40m，水流路徑長(zhǎng)度l=2000m，導(dǎo)水率K=10-3m/s，孔隙介質(zhì)的孔隙度=0.4。污染物的初始濃度C0=100.0g/m3，其衰減系數(shù)K=0.001d-1。求：①地下水由高處流到低處的時(shí)間；②污染物在低處的濃度。地下水水質(zhì)模型－－例題解：1）確定通過孔隙介質(zhì)的表觀流速和真實(shí)流速②孔隙流速：2）地下水流行時(shí)間：3）污染物到達(dá)低處時(shí)的濃度：①表觀流速：地下水水質(zhì)模型－－例題例2：假定廢水在100m的寬度上的排放量是1000m3/d，硝酸鹽氮的含量是15.0mg/L；地下含水層的導(dǎo)水率是10-5m/s，地下水的水面坡降是-0.018m/m；地下水中硝酸鹽氮的本底值是0.5mg/L。硝酸鹽氮有可能出現(xiàn)在廢水?dāng)U散池下游的一口井中，試確定混合深度對(duì)硝酸鹽氮的混合濃度的影響。地下水水質(zhì)模型－－例題解：1）每100m寬的地下水量：2