第三節(jié)河流水質(zhì)模型

第三節(jié)河流水質(zhì)模型第1頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一1．河流中的基本水質(zhì)問題2．單一河段水質(zhì)模型3．多河段水質(zhì)模型4．其它河流水質(zhì)模型5．河口水質(zhì)模型第2頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一3.1河流中的水質(zhì)問題一、污染物與河水的混合污染物排入河流后，從污水排放口到污染物在河流橫斷面上達(dá)到均勻分布，通常需經(jīng)歷豎向混合和橫向混合兩個階段。第3頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一豎向混合——污染物進(jìn)入河流后，在較短距離內(nèi)即達(dá)到豎向的均勻分布橫向混合——污染物達(dá)到豎向均勻分布到污染物在整個斷面上達(dá)到均勻分布的過程

注：直道中，主要動力為橫向彌散作用;

彎道中，橫向環(huán)流大大加速了橫向擴(kuò)散第4頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一豎向混合：三維混合問題橫向混合：二維混合問題完成兩種混合后混合問題位移為混合問題保守物質(zhì)將一直保持?jǐn)嗝鏉舛?；非保守性物質(zhì)由于生物化學(xué)等作用產(chǎn)生濃度變化，但在整個斷面分布始終是均勻的。第5頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一二、生物化學(xué)分解

1.河流中的有機(jī)物經(jīng)過生物降解所產(chǎn)生的濃度變化，可由一級反應(yīng)式表示：

L=L0e-Kc*t

L－t時刻有機(jī)物的剩余生物化學(xué)需氧量

L0－初始時刻有機(jī)物的總生物化學(xué)需氧量

Kc—含碳有機(jī)物的降解速度常數(shù)，為溫度的函數(shù)

實(shí)驗室測定Kc值：通過實(shí)驗室中測定生化需氧量（BOD）和時間的關(guān)系

2.1961年，托馬斯（H·Thomas）提出了河流中BOD衰減的另一個原因—沉淀，如果反映生化作用和沉淀作用的BOD衰減速度常數(shù)分別為Kd和Ks，則

Kc＝Kd+Ks

第6頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一3.1966年，K·Bosko研究了河流中生化作用的BOD衰減速度常數(shù)Kd和實(shí)驗室的數(shù)值Kc之間的關(guān)系：

η為河床活度常數(shù)，綜合反映河流對有機(jī)物生化降解作用的影響。4.穩(wěn)態(tài)河流中BOD的變化規(guī)律滿足下式：5.含氮有機(jī)物排入河流后，同樣發(fā)生生物化學(xué)氧化過程：Kd＝Kc+η

uxHLc=L0〔exp（-Kcxux）〕LN=LN0〔exp（-KNxux）〕第7頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一三、大氣復(fù)氧

水中溶解氧的主要來源是大氣。氧氣由大氣進(jìn)入水中的質(zhì)量傳遞速度：

C-河流水中溶解氧的濃度Cs-河流水中飽和溶解氧的濃度KL-質(zhì)量傳遞系數(shù)A-氣體擴(kuò)散的表面積V-水的體積

dtdC=KLAV(Cs-C)第8頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一

歐康奈爾（D.O’·Conner）和多賓斯（W·Dobbins）在1958年提出根據(jù)河流的流速、水深計算大氣復(fù)氧速度常數(shù)的方法：

飽和溶解氧濃度Cs是溫度、鹽度和大氣壓力的函數(shù)。在760mmHg壓力下，淡水中的飽和溶解氧濃度為

T為0cKL=CuxnHmCs=46831.6+T第9頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一四、光合作用

水生植物的光合作用是河流溶解氧的另一個重要來源。歐康奈爾假定光合作用的速度隨著光照強(qiáng)度的變化而變化。中午光照強(qiáng)度最大時，產(chǎn)氧速度最快，夜晚沒有光照時，產(chǎn)氧速度為零。五、藻類的呼吸作用

藻類的呼吸作用要消耗河水中的溶解氧，通常把藻類呼吸耗氧速度看作是常數(shù).六、底棲動物和沉淀物的耗氧

底泥耗氧的主要原因是由于底泥中的耗氧物返回到水中和底泥頂層耗氧物質(zhì)的氧化分解.第10頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一3.2單一河段水質(zhì)模型定義：在所研究的河段內(nèi)只有一個排放口時稱該河段為單一河段坐標(biāo)：在研究單一河段時，一般把排放口置于河段的起點(diǎn)，即定義排放口處的縱向坐標(biāo)x＝0.S-P模型—描述河流水質(zhì)的第一個模型，由斯特里特（H?Streeter）和菲而普斯（E?Phelps）在1925年建立?；炯僭O(shè)：河流中的BOD的衰減和溶解氧的復(fù)氧都是一級反應(yīng)，反應(yīng)速度為常數(shù)；河流中的耗氧是由BOD衰減引起的，而河流中的溶解氧來源則是大氣復(fù)氧。第11頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一S-P氧垂公式O—河流中的溶解氧值Os—飽和溶解氧值L0－河流起始點(diǎn)的BOD值D0－河流起始點(diǎn)的氧虧值Dc－臨界點(diǎn)的氧虧值tc—由起始點(diǎn)到臨界點(diǎn)的流經(jīng)時間耗氧曲線復(fù)氧曲線氧垂曲線tc時間t溶解氧DO飽和溶解氧濃度Cs污水排放點(diǎn)河流BOD＝L0

溶解氧氧垂曲線DcD0O=Os-D=Os-Ka-Kd[e-Kdt-e-Ka

t]-D0e-KatKdL0第12頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一臨界點(diǎn)氧虧值:

Dc=

Kae-Kdtc

KdL0第13頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一S-P模型的修正型

卡普修正式上游來量及旁側(cè)入流疊加

托馬斯修正式考慮泥沙、懸浮固體對有機(jī)物的吸附沉降，化學(xué)絮凝沉降及水流沖刷再懸浮。

托曼修正式考慮斷面流速和濃度分布不均勻而引起的剪切流縱向分散。

杜賓斯修正式考慮底泥釋放或沿程地表徑流加入的BOD濃度

沃康納修正式認(rèn)為BOD5不能反映有機(jī)污染物BOD的總量第14頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一3.3多河段水質(zhì)模型一、多河段水質(zhì)模型的概化

水質(zhì)模型的解析解是在均勻和穩(wěn)定的水流條件下取得的，劃分?jǐn)嗝娴脑瓌t：

a）河流斷面形狀發(fā)生劇烈變化處

b）支流或污水的輸入處

c）河流取水口處

d）其他需要設(shè)立斷面的地方第15頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一二、多河段BOD模型及DO模型的建立

1.BOD模型

河流水質(zhì)的特點(diǎn)之一是上游每一個排放口排放的污染物對下游每一斷面的水質(zhì)都會產(chǎn)生一個增量，而下游的水質(zhì)對下游不會產(chǎn)生影響。因此，河流每一個斷面的水質(zhì)狀態(tài)都可以視為上游每一個斷面排放污染物和本斷面排放污染物的影響的總和。

2.DO模型第16頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一3.4其他河流水質(zhì)模型一.綜合水質(zhì)模型

BOD和DO只反映河流中最簡單的水質(zhì)關(guān)系。為了較詳盡的描述河流的水質(zhì)狀態(tài)，需要引進(jìn)更多的變量。綜合水質(zhì)模型就是在BOD－DO耦合模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的多組分水質(zhì)模型。

QUAL-II模型是美國EPA1973年組織開發(fā)的，可以描述河流的動態(tài)和穩(wěn)態(tài)特征。二.重金屬水質(zhì)模型

進(jìn)入河流的重金屬，除了前面提到的基本運(yùn)動過程外，還存在懸浮物的吸附和解吸附作用，重金屬的存在形態(tài)還與水流的PH值有關(guān)。

第17頁，共18頁，2023年，2月20日，星期一3.5河口水質(zhì)模型河口的水質(zhì)特征

河口：入海河流受到潮汐作用的一段水體。受到潮汐的影響，水質(zhì)顯示出明顯的時空特征河口水質(zhì)特征：由海潮帶來大量的溶解氧，與上游下泄的水流相匯，形成強(qiáng)烈的混