環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)學(xué)04

環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與系統(tǒng)分析

〔四〕主講：馮流三、河流水質(zhì)模型〔續(xù)〕3、二維河流水質(zhì)模型污染物在完成橫向混合前，在縱向和橫向都存在濃度梯度，需采用二維模型進(jìn)行描述當(dāng)河床形狀較為規(guī)那么、流場(chǎng)均勻穩(wěn)定的條件下，可利用二維根本模型的解析解進(jìn)行水質(zhì)模擬。實(shí)際河床往往不規(guī)那么，難以滿足流場(chǎng)均勻穩(wěn)定的要求，無法應(yīng)用解析解，往往需采用數(shù)值解進(jìn)行模擬。2023/6/1223.1正交曲線坐標(biāo)系統(tǒng)在給定的河段中，沿水流方向?qū)⒑佣畏殖蒻個(gè)流帶，同時(shí)在垂直水流方向?qū)⒑佣畏殖蒼個(gè)子河段，可組成一個(gè)包含mn個(gè)有限單元的平面網(wǎng)格系統(tǒng)2023/6/123問題：橫向水流分量難以準(zhǔn)確區(qū)分并確定解決思路：通過流帶劃分，使每條流帶內(nèi)的流量保持恒定并相同如何實(shí)現(xiàn)：確定各流帶的適宜寬度2023/6/124流帶寬度確實(shí)定方法計(jì)算單寬流量qQ為河流流量；B為河流斷面的水面寬度；H為河流的平均水深；h為河流斷面上某一單位寬度上的局部水深a和b為根據(jù)斷面流量分布估計(jì)的參數(shù)〔Sium〕平直河道：假設(shè)50B/H<70，a=1.0，b=5/3；假設(shè)70B/H，a=0.92，b=7/4彎曲河道：假設(shè)50B/H<100，0.80a0.95，1.78b2.482023/6/1252023/6/126根據(jù)單寬流量計(jì)算斷面的橫向累積流量，繪制橫向累積流量曲線，根據(jù)該曲線確定相對(duì)于某一確定流量的流帶的寬度3.2二維BOD模型任取一有限單元〔設(shè)為i，j單元〕，那么縱向水流輸入、輸出該單元的BOD總量為：縱向彌散作用輸入、輸出該單元的BOD總量為：橫向彌散作用輸入、輸出該單元的BOD總量為：2023/6/127

式中，qj為第j個(gè)流帶中的流量；Lij為ij單元中的BOD濃度；Dij,kl為單元ij和kl間的彌散系數(shù)；為上下游相鄰單元間的平均距離；為橫向相鄰單元間的平均距離；Aij,kl為相鄰單元ij和kl間的界面面積令：ij單元內(nèi)BOD衰減量為：系統(tǒng)外輸入ij單元的BOD總量：2023/6/128根據(jù)質(zhì)量平衡原理，可得到如下差微分方程：對(duì)于連續(xù)穩(wěn)定污染源排放，各單元內(nèi)dL/dt=0，同時(shí)忽略縱向彌散作用，可得到簡化方程：2023/6/129對(duì)于二維正交曲線坐標(biāo)系統(tǒng)中的初始河段〔i=1〕及其邊界流帶〔j=1和j=m〕，有：L0j為河流上游BOD的本底濃度；Q1、L1分別為第一河段〔i=1〕邊界排放的流量及其BOD濃度2023/6/1210轉(zhuǎn)化成矩陣方程為：

為I河段1~m流帶中BOD的量組成的m維向量

為I河段上游河段1~m流帶中BOD的量及邊界、系統(tǒng)外排放BOD的量組成的m維向量

其中2023/6/1211A為mm階系數(shù)矩陣其中2023/6/12124、河口和感潮河流水質(zhì)模型河口：指入海河流受到潮汐作用影響明顯河段，如長江口感潮河流：匯入河口、受潮汐作用影響明顯的河流段，如匯入長江口的黃浦江及其支流蘇州河判斷標(biāo)準(zhǔn)：落潮最大斷面平均流速與漲潮時(shí)最小斷面平均流速之差等于0.5m/s的斷面作為河口或感潮河流與普通河流的界限2023/6/12134.1河口的水文特征非恒定性流動(dòng)：水體混合具有明顯的時(shí)變特征存在潮汐的抽吸和阻滯作用：局地環(huán)流剩余環(huán)流〔地球自轉(zhuǎn)引起〕抽吸環(huán)流：潮汐作用與海床相互作用引起存在分層流動(dòng)和斜壓環(huán)流作用淡水和海水之間存在密度差，導(dǎo)致分層流動(dòng)密度差導(dǎo)致水流內(nèi)部產(chǎn)生環(huán)流2023/6/12144.2河口的沖洗時(shí)間河口的沖洗時(shí)間：上游徑流作用將守恒污染物從河口的某一特定位置輸送到河口外所需的時(shí)間反映污染物進(jìn)入河口后停留的時(shí)間可采用淡水分?jǐn)?shù)法計(jì)算Ti為河段總的沖洗時(shí)間；fi為第i河段的淡水分?jǐn)?shù)；Ri為第i河段在一個(gè)潮周期內(nèi)所得的河水水量；Pi為第i河段在一個(gè)潮周期內(nèi)的進(jìn)潮量；Vi為第i河段河水的實(shí)際體積；Ss為河口外海水的鹽度；Si為第i河段平均鹽度2023/6/12154.3河口水質(zhì)模型河口水質(zhì)根本模型一維動(dòng)態(tài)混合衰減模型2023/6/1216在一維河口中，縱向彌散起主要作用如以污染物濃度的潮周平均值作為考察對(duì)象，那么一維河口水質(zhì)模型可簡化為：S為系統(tǒng)外輸入的污染物，mg/L；Ml為斷面縱向混合系數(shù)，m2/s2023/6/1217解析解對(duì)于均勻河口，且s=0時(shí)，上述模型的解析解為Ch為河流上游污染物本底濃度；Cp為污染物排放濃度；Qh為河流流量；Qp為廢水排放量2023/6/1218縱向混合系數(shù)Ml的估計(jì)示蹤測(cè)定經(jīng)驗(yàn)公式法估算淡水含量百分比法〔3~5個(gè)斷面平均〕Bowden法Hobbey-Harbemanand-Fisher法Diaehishon法Hefling-O’Conner法2023/6/12194.3.3BOD-DO耦合模型對(duì)于一維穩(wěn)態(tài)情形，描述河口氧虧的根本模型為：當(dāng)給定邊界條件，即x=時(shí)，D=0，得到解析解2023/6/