一維水質(zhì)模型對河流污染物擴散的簡單模擬

1、河南水利與南水北調(diào)20092009 年第 9 9 期水文與水資源henanhenan常建中（鄭州水文水資源勘測局） 摘要：利用一維水質(zhì)數(shù)學模型模擬污染物擴散情況，以此進行水質(zhì)預報和預警預 測，制訂污染物排放標準和水質(zhì)規(guī)劃，有效文中一維水質(zhì)模型用 lw-limlw-lim 進行離散，然后借助二維水質(zhì)模擬軟件，考慮一維 擴散條件下進行數(shù)值計算，揭示污地防治水污染。染物擴散趨勢和影響范圍。關(guān)鍵詞：水質(zhì)模型；數(shù)值模擬；一維對流擴散；逆風格式一、水質(zhì)模型的概念及研究意義水是人類生命之源，同時也是關(guān)系到國計民生的重要資源。合理進行水環(huán)境規(guī)劃 管理、水污染綜合防治是環(huán)境工作者的重要任務之一，水質(zhì)數(shù)學模型（簡

2、稱水質(zhì) 模型）是水環(huán)境污染治理規(guī)劃決策分析中不可缺少的重要工具。水質(zhì)模型，是描述參加水循環(huán)的水體中各水質(zhì)組分所發(fā)生的物理、化學、生物和 生態(tài)學等諸多方面變化規(guī)律和相互影響關(guān)系的數(shù)學方法。研究水質(zhì)模型的目的， 主要是為了描述污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，為水環(huán)境保護服務。它可用于 水質(zhì)模擬和水質(zhì)評價，進行水質(zhì)預報和預警預測，制訂污染物排放標準和水質(zhì)規(guī) 劃，是水污染防治的重要工具。二、水質(zhì)模型簡介水質(zhì)模型是描述水體（河流、湖泊等）水質(zhì)要素（bod，do化學、生物等） 作用下隨時間和空間變化等）在其他因素（物理、關(guān)系的數(shù)學表達式，經(jīng)過近百 年發(fā)展，水質(zhì)模型已經(jīng)相當成熟。污染物進入水體后隨水流遷移，在

3、遷移過程中 受水力學、水文、物理、化學、生物、生態(tài)、氣候等因素影響，引起污染物的輸 移、混合、分解、稀釋和降解。建立水質(zhì)模型的目的就是力圖把這些互相制約因 素的定量關(guān)系確定下來，對水質(zhì)進行預報，為水質(zhì)控制和管理服務。規(guī)劃、 水質(zhì)模型按其建模方法和求解特點可分為確定性模型和隨機模型；按模型描述的 系統(tǒng)是否具有時間穩(wěn)定性可分為穩(wěn)態(tài)模型和動態(tài)模型；按系統(tǒng)內(nèi)參數(shù)的空間分布 特性可分為一維、二維和三維模型，如果參數(shù)在3個方向上都均勻分布，水體處 于完全混合狀態(tài)，這種模型為零維模型；按水質(zhì)參數(shù)的轉(zhuǎn)移特性可分為隨流模 型、擴散模型和隨流擴散模型；按反應動力學性質(zhì)可分為純轉(zhuǎn)移模型、純反應模 型、轉(zhuǎn)移及反應模型

4、和生態(tài)模型?，F(xiàn)代科學技術(shù)的進步和環(huán)境學科的發(fā)展為我們 進行水環(huán)境管理提供了科學理論和依據(jù)，并用來指導我們進行科學決策。三、污染物擴散階段污染物進入河流后，與河水的混合一般分為3個階段：第一階段，污水在離開排放口以后，以射流（維持運動的主要動力是初始動能）或浮射流（動力是污水和受納河水的密度差及初始動能）方式與周圍水體摻混及擴 散，這個階段又稱初始稀釋階段。第二階段，從污水在排放口附近初始稀釋至污 水擴散到污水僅占據(jù)河寬的部全河寬有一個較長過程。在這段過程中，分空間，形成所謂的污染帶。大多數(shù)河流的寬度比深度要大得多，所以污水很快 在垂向完全混合，濃度分布均勻。接著，污水主要向河寬橫向紊動擴散。如

5、果污 水是動力惰性物質(zhì)，與周圍水體密度相同，紊動擴散主要在縱向和橫向進行，則 此階段的這是污水在橫斷面上近擴散可視為二維擴散問題。第三階段， 似均勻混合后的下游分散階段，沿縱向的隨流分散占主導地位，可作為一維縱向 分散問題看待。四、一維對流擴散方程計算結(jié)果及分析對于中小河流的較長河段，污染物在橫向和垂向的濃度梯度可忽略時，常用一維 水質(zhì)模型描述污染物在水流方向上的濃度變化。污染物由排污斷面到垂向和橫向 兩者都達到均勻混合所需距離，對順直河段可用下式估算：lx= aulty（1）式中：lx為垂向和橫向都達到均勻混合時的距離（m）;lt = 0.50.7b，b為河流平均寬度（m）; u為水流平均流

6、速（m/s）;ky為河 流橫向擴散系數(shù)（m2/s）。此式說明，當污染物流出距離超過lx時，污染物在垂向和橫向上都達到均勻混合，屆時可用經(jīng)典的一維對流擴散方程來描述污染物沿水流方向的濃度變化。一維水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程：墜c+u墜c=e墜2c+ esi墜t墜x墜x2穩(wěn)態(tài)均勻河段河流一維水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程：2u墜c = e墜+ esi（2）e為分子擴散系數(shù)、紊動擴散系數(shù)、和離散系數(shù)之和。（下轉(zhuǎn)第 6363 頁）河南水利與南水北調(diào)20092009 年第 9 9 期工程建設與管理henanhenan此作為作業(yè)隊伍人工費結(jié)算依據(jù)。（二）材料管理1.材料用量控制對于有消耗定額的材料，項目以消耗定額為依據(jù)，

7、實行限額發(fā)料制度。項目各工 長只能在規(guī)定限額內(nèi)，分期分批領(lǐng)用。需要超過限額領(lǐng)用的材料，必須先查明原 因，經(jīng)過一定審批手續(xù)方可領(lǐng)料。對于沒有消耗定額的材料，則實行計劃管理和 按指針控制的辦法，根據(jù)上期實際耗用，結(jié)合當月具體情況和節(jié)約要求，制定領(lǐng) 用材料標準，據(jù)以控制發(fā)料。超過標準的材料，必須經(jīng)過一定的審批手續(xù)方可領(lǐng) 用。2.材料價格控制買價控制：買價的變動主要是由市場因素引起的。但在內(nèi)部控制方面，應事先對 供貨商進行考察，建立合格供貨商臺賬。采購材料時，必須在合格供貨商名冊 中，選定供貨商，實行貨比三保量的前提下，選取最低買價。同時，實行項目監(jiān) 家。在保質(zhì)、督，項目部對材料部門采購的物資，有權(quán)過

8、問與詢價。對買價過高的物資，可以 根據(jù)成本預算處理。此外，材料部門對項目所需的物資，可以分類批量采購，以 降買價。損耗控制：要求項目現(xiàn)場材料驗收人員，及時嚴格辦理驗收手續(xù)，準確計量，以 防止將損耗或短缺部分計入材料成本內(nèi)。（三） 機械管理機械費用主要由臺班數(shù)量和臺班單價2方面決定，為有效督控制臺班費用支出。 主要控制目的是合理地安排施工生產(chǎn)，促項目加強設備租賃計劃管理，減少因安 排不當引起的設備閑置。項目也需協(xié)助機械設備的調(diào)度工作，盡量避免怠工，提 咼現(xiàn)場設備利用率。加強監(jiān)督現(xiàn)場設備的維修保養(yǎng)，避免因不正當使用造成機械設備 的停置或損耗。做好上機員工與輔助生產(chǎn)員工的協(xié)調(diào)與配合，提高機械臺班產(chǎn)

9、量。（四） 安全管理安全就是效益是企業(yè)生存的保障，減少了安全生產(chǎn)事故，也就減少了直接或間接 的經(jīng)濟損失。建立、完善以項目經(jīng)理為首的安全生產(chǎn)領(lǐng)導組織，有組織、有領(lǐng)導地開展安全管 理活動，承擔組織、領(lǐng)導安全生產(chǎn)的責任。建立各級人員安全生產(chǎn)責任制度，明 確各級人員的安全責任。抓制度落實、抓責任落實，定期檢查安全責任落實情 況。（五） 質(zhì)量管理項目成本與其產(chǎn)品的質(zhì)量水平存在著密切的相互依存關(guān)系。在施工過程中努力尋 找各種降低成本、提高工效的新工藝、新技術(shù)、新材料。嚴把質(zhì)量關(guān)，減少返工 浪費。在施工中嚴格做到：按圖施工，按合同施工，按規(guī)范施工，嚴把質(zhì)量關(guān)， 減少返工造成人工和材料的浪費；控制間接費及其它

10、直接費；精簡管理機構(gòu)，減 少管理層次，節(jié)約施工管理費。三、結(jié)束語成本控制工作不僅要從技術(shù)下功夫，更要建立以項目經(jīng)理為主的統(tǒng)一領(lǐng)導的機 制。作為項目經(jīng)理，首先要全面了解、掌握各專業(yè)的工序、設計的要求。由專人 統(tǒng)一指揮，解決各施工班組的協(xié)調(diào)工作，這樣才有可能保證施工的每一個環(huán)節(jié)實 施成本最低化且有序到位，達到可能實現(xiàn)最低目標成本的要求。收稿日期：2009-07-14a（上接第 5555 頁）式中：u表示斷面平均流速，u =m/s）。初始濃度以公式計算，即c（x，0）=105 xvxv15 xnx4 0 xx6 0 xt=6.3t=6.3 時刻，不同 t t 計算的距離濃度曲線圖由圖可以看出，濃度曲線均呈相似的形狀，但峰值因步長的不同而略有不同，步 長越小，計算循環(huán)次數(shù)越多，計算結(jié)果越精確，濃度曲線峰值較低，峰形較長步 長的峰形略顯矮胖。0.90.45收稿日期：2009-09-082009-09-08c（x，0）=10sin2程序中輸入文件diff1.inp中未考慮化