Chapter043水質(zhì)模型課件

2023/1/41第二節(jié)常用的河流水質(zhì)模型河流水質(zhì)模型簡介河流的混合稀釋模型河流水質(zhì)零維模型河流水質(zhì)一維模型河流水質(zhì)二維模型S-P模型重點難點.重點了解了解2022/12/261第二節(jié)常用的河流水質(zhì)模型重點難點.重水質(zhì)模型是一個用于描述物質(zhì)在水中混合、遷移等變化過程的數(shù)學方程，即描述水體中污染物與時間、空間的定量關(guān)系。水質(zhì)模型的分類：1、按水域類型：河流、河口、河網(wǎng)、湖泊2、按水質(zhì)組分：單一組分、耦合組分（BOD-DO模型）、多重組分（比較復(fù)雜，如綜合水生態(tài)模型）3、按水力學和排放條件：穩(wěn)態(tài)模型、非穩(wěn)態(tài)模型水質(zhì)模型分類水質(zhì)模型是一個用于描述物質(zhì)在水中混合、遷移等變化過程的數(shù)學方2023/1/43水質(zhì)模型按

空間維數(shù)分類零維水質(zhì)模型一維水質(zhì)模型二維水質(zhì)模型三維水質(zhì)模型2022/12/263水質(zhì)模型按

2023/1/44水質(zhì)模型維數(shù)的選擇零維：3個方向都不考慮一維：僅考慮縱向二維：考慮縱向、橫向三維：3個方向都考慮2022/12/264水質(zhì)模型維數(shù)的選擇零維：3個方向都不考2023/1/45均勻混合段混合段背景段污水注入點完全混合點L混合段總長度均勻混合段背景段污水注入點瞬間完全混合既是污水注入點，也是完全混合點混合段背景段污水注入點沒有完全混合點L混合段總長度2022/12/265均勻混合段混合段背景段污水注入點完全混2023/1/46

河流的混合稀釋模型在最早出現(xiàn)的水質(zhì)完全混合斷面，有：式中：Qh－河水流量，m3/s；Ch－河水背景斷的污染物濃度，mg/L；CP－廢水中污染物的濃度，mg/L；QP－廢水的流量，m3/s；C－完全混合的水質(zhì)濃度，mg/L。2022/12/266河流的混合稀釋模型式中：Qh－2023/1/47完全混合模型適用條件穩(wěn)態(tài)：河流；排污下游某點廢水和河水在整個斷面上達到了均勻混合持久性的污染物該河流無支流和其他排污口進入

2022/12/267完全混合模型適用條件穩(wěn)態(tài)：河流；排污2023/1/48例題1：完全混合模型P1353計劃在河邊建一座工廠，該廠將以2.83m3/s的流量排放廢水，廢水中總?cè)芙夤腆w（總可濾殘渣和總不可濾殘渣）濃度為1300mg/L，該河流平均流速為0.457m/，平均河寬為13.72m，平均水深為0.61m，總?cè)芙夤腆w濃度為310mg/L，如果該工廠的廢水排入河中能與河水迅速混合，那么總?cè)芙夤腆w的濃度是否超標（設(shè)標準為500mg/L）？答案：731mg/L，超標0.46倍2022/12/268例題1：完全混合模型P13532023/1/49穩(wěn)態(tài)條件下基本模型的解析解什么是穩(wěn)態(tài)？

在環(huán)境介質(zhì)處于穩(wěn)定流動狀態(tài)和污染源連續(xù)穩(wěn)定排放的條件下，環(huán)境中的污染物分布狀況也是穩(wěn)定的。這時，污染物在某一空間位置的濃度不隨時間變化，這種不隨時間變化的狀態(tài)稱為穩(wěn)定。參看P119+1202022/12/269穩(wěn)態(tài)條件下基本模型的解析解什么是穩(wěn)態(tài)？2023/1/4101、零維模型零維是一種理想狀態(tài)，把所研究的水體如一條河或一個水庫看成一個完整的體系，當污染物進入這個體系后，立即完全均勻的分散到這個體系中，污染物的濃度不會隨時間的變化而變化。2022/12/26101、零維模型零維是一種理想狀態(tài)，把所2023/1/411河流零維模型的應(yīng)用條件對于較淺、較窄的河流，如果不考慮污染物的降解項時，當滿足符合下面兩個條件之一的環(huán)境問題可化為零維模型：（1）河水流量與污水流量之比大于20；（2）不需要考慮污水進入水體的混合距離。一般用于持久性污染物2022/12/2611河流零維模型的應(yīng)用條件對2023/1/412穩(wěn)態(tài)條件下的河流的零維模型式中：C－流出河段的污染物濃度，mg/L;

C0-完全混合模型計算出的濃度值，mg/L;

x－河段長度，m。k-污染物的衰減速率常數(shù)1/d；

u－河水的流速，m/s;

t－兩個斷面之間的流動時間。2022/12/2612穩(wěn)態(tài)條件下的河流的零維模型式中：C－2023/1/413例題2：河流的零維模型P1354有一條比較淺而窄的河流，有一段長1km的河段，穩(wěn)定排放含酚廢水1.0m3/s;含酚濃度為200mg/L，上游河水流量為9m3/s，河水含酚濃度為0，河流的平均流速為40km/d，酚的衰減速率常數(shù)k＝21/d，求河段出口處的河水含酚濃度為多少？答案：21mg/L2022/12/2613例題2：河流的零維模型P13542023/1/4142、一維模型

適用于符合一維動力學降解規(guī)律的一般污染物，如氰、酚、有機毒物、重金屬、BOD、COD等單項指標的污染物。2022/12/26142023/1/415一維模型適用條件一維模型適用的假設(shè)條件是橫向和垂直方向混合相當快，認為斷面中的污染物的濃度是均勻的?；蛘呤歉鶕?jù)水質(zhì)管理的精確度要求允許不考慮混合過程而假設(shè)在排污口斷面瞬時完成充分混合。2022/12/2615一維模型適用條件一2023/1/416一維模型適用的兩種條件均勻混合段混合段背景段污水注入點完全混合點L混合段總長度均勻混合段背景段污水注入點適用1適用2瞬間完全混合既是污水注入點，也是完全混合點2022/12/2616一維模型適用的兩種條件均勻混合段混2023/1/417點源一維模型的應(yīng)用條件如果河段長度大于下列計算的結(jié)果時，可以采用一維模型進行模擬：2022/12/2617點源一維模型的應(yīng)用條件如果河段長度大2023/1/418混合過程段長度計算[重點]混合過程段的長度可由下式估算：式中，L－混合過程段長度；B－河流寬度；A－排放口距岸邊的距離（0=<a<0.5B）;u－河流斷面平均流速；H－平均水深；g－重力加速度，9.81m/s2；I－河流坡度。采用幾維模型的依據(jù)當河段長度大于L，可采用0維或一維模型2022/12/2618混合2023/1/419某河流預(yù)測河段平均寬度50.0米，平均水深＝1.2米，河底坡度0.90/00，平均流速0.1m/S，排放口到岸邊距離0米，混合過程段長度是多少米？例題（米）

L＝2022/12/2619某河流預(yù)測河段平均寬度50.02023/1/420河流的一維模型可根據(jù)河流水流特點分兩種情況，即不考慮彌散作用和考慮彌散作用。2022/12/2620河流的一維模型可根據(jù)河流水流特點2023/1/421河流的一維模型

[考慮彌散的一維穩(wěn)態(tài)模型]式中：C－下游某一點的污染物濃度，mg/L；

C0－完全混合斷面的污染物濃度，mg/L；u－河水的流速，m/s；D－x方向上的擴散系數(shù)，m2/s；k1－污染物降解的速率常數(shù)（1/d）；

x－下游某一點到排放點的距離，m。2022/12/2621河流的一維模型

2023/1/422河流的一維模型

[忽略彌散的一維穩(wěn)態(tài)模型]式中：C－下游某一點的污染物濃度，mg/L；

C0－完全混合斷面的污染物濃度，mg/L；u－河水的流速，m/s；k1－污染物降解的速率常數(shù)（1/d）；

x－下游某一點到排放點的距離，m。2022/12/2622河流的一維模型

2023/1/423例題3：河流的一維模型P1355

一個改擴工程擬向河流排放廢水，廢水量為0.15m3/s，苯酚濃度為30mg/L,河流流量為5.5m3/s，流速為0.3m/s，苯酚背景濃度為0.5mg/L，苯酚的降解系數(shù)k＝0.2/d，縱向彌散系數(shù)D為10m2/s。求排放點下游10km處的苯酚濃度。答案：考慮彌散作用，1.19mg/L;忽略彌散作用，1.19mg/L?？梢钥闯觯诜€(wěn)態(tài)條件下，忽略彌散系數(shù)與考慮彌散系數(shù)的差異很小，?？梢院雎浴?022/12/2623例題3：河流的一維模型P13552023/1/424總結(jié)在利用數(shù)學模式預(yù)測河流水質(zhì)時，充分混合段可以采用一維模式或零維模式預(yù)測斷面平均水質(zhì)；混合過程段需采用二維模式進行預(yù)測。2022/12/2624總結(jié)在利用數(shù)學模式2023/1/425BOD-DO耦合模型（S-P模型）描述河流水質(zhì)的第一個模型是由斯特里特(H.Streeter)和菲爾普斯(E.Phelps)在1925年提出的，簡稱S-P模型。S-P模型迄今仍得到廣泛的應(yīng)用，它也是各種修正和復(fù)雜模型的先導和基礎(chǔ)。

S-P模型用于描述一維穩(wěn)態(tài)河流中的BOD－DO的變化規(guī)律。P1212022/12/2625BOD-DO耦合模型（S-P模型）臨界氧虧最大氧虧污水排入河流DO濃度氧垂曲線距離或時間飽和DO濃度BOD曲線水質(zhì)最差點虧氧量為飽和溶解氧濃度與實際溶解氧濃度之差當BOD隨污水進入河流后，由于耗氧微生物的生物氧化作用，其濃度逐漸降低，而水中的DO則被消耗，逐漸降低。與此同時，河流還存在著復(fù)氧作用，在氧消耗的同時，還不斷有氧氣進入水體，如下圖所示：臨界氧虧最大氧虧污水排入河流DO濃度氧垂曲線距離或時間飽和D2023/1/427BOD-DO耦合模型（S-P模型）S-P模型的建立基于三項假設(shè)：（1）河流中的BOD衰減反應(yīng)和溶解氧的復(fù)氧都是一級反應(yīng)；（2）反應(yīng)速度是恒定的；（3）河流中的耗氧只是BOD衰減反應(yīng)引起的，而河流中的溶解氧來源則是大氣復(fù)氧。BOD的衰減反應(yīng)速率與河水中溶解氧(DO)的減少速率相同，復(fù)氧速率與河水中的虧氧量D成正比。見word文件。2022/12/2627BOD-DO耦合模型（S-P模型）S2023/1/428S-P模型的適用條件5個條件a、河流充分混合段；b、污染物為耗氧性有機污染物；c、需要預(yù)測河流溶解氧狀態(tài)；d、河流為恒定流動；e、污染物連續(xù)穩(wěn)定排放。2022/12/2628S-P模型的適用條件5個條件2023/1/429BOD-DO耦合模型（S-P模型）S-P模型的基本方程為：式中:L—河水中的BOD值，mg/L；D—河水中的虧氧值，mg/L,是飽和溶解氧濃度Cs（mg/L）與河水中的實際溶解氧濃度C(mg/L)的差值；k1—河水中BOD耗氧速度常數(shù)，1/d；k2—河水中的復(fù)氧速度常數(shù)，1/d；t—

河水中的流行時間，

d。[S-P模型的Excel模板]2022/12/2629BOD-DO耦合模型（S-P模型）S2023/1/430這兩個方程式是耦合的。當邊界條件時，其解析解為:氧垂曲線示意圖2022/12/2630這兩個方程式是耦合的。當邊界條件時，2023/1/431S-P模型的臨界點和臨界點氧濃度一般的，最關(guān)心的是溶解氧濃度最低點（臨界點），此時水質(zhì)最差。在臨界點，河水的氧虧值最大，且變化率為0。式中:L0—河流起始點的BOD值，mg/L；D0—河流起始點的虧氧值，mg/L；k1—河水中BOD耗氧速度常數(shù)，1/d；k2—河水中的復(fù)氧速度常數(shù)，1/d；tc—

由起始點到達臨界點的流行時間，

d。2022/12/2631S-P模型的臨界點和臨界點氧濃2023/1/4322022/12/26322023/1/433S-P模型

S-P模型廣泛的應(yīng)用于河流水質(zhì)的模擬預(yù)測中，是預(yù)測河流中BOD和DO變化規(guī)律的較好模型。它也用于計算河流的最大允許排污量。2022/12/2633S-P模型S2023/1/434使用水質(zhì)模型最重要的一環(huán)是參數(shù)估計，水質(zhì)模型應(yīng)用的成敗在很大程度上取決于參數(shù)估計是否正確，S－P模型最重要的兩個參數(shù)是耗氧系數(shù)和復(fù)氧系數(shù)，這兩個參數(shù)的獲取方法，由于一、二、三級評價預(yù)測精度要求不同，在“導則”中也有不同的要求，一般采用實驗室測定法、兩點法、多點法、經(jīng)驗公式法等等。2022/12/2634使用水質(zhì)模型最重要的一環(huán)是參數(shù)估計，2023/1/435圖1河流S-P模型實驗虛擬儀器的儀器面板

2022/12/2635圖1河流S-P模型實驗虛擬儀器的儀2023/1/436圖2河流S-P模型實驗虛擬儀器的操作流程

2022/12/2636圖2河流S-P模型實驗虛擬儀器的操作2023/1/437練習：教材P1356說明：漁業(yè)水質(zhì)標準關(guān)于溶解氧的規(guī)定：連續(xù)24h中，16h以上必須大于5，其余任何時候不得低于3，對于鮭科魚類棲息水域冰封期其余任何時候不低于4。2022/12/2637練習：教材P1356說明：2023/1/438課堂講解[S-P模型]P1357某工廠的排污斷面上，假設(shè)廢水與河水瞬間完全混合，此時BOD5的濃度為65mg/L，DO為7mg/L，受納廢水的河流平均流蘇為1.8km/d，河水的K1＝0.18（1/d）,K2=2（1/d），求：（1）距離為1.5km處的BOD5和DO的濃度；（2）DO臨界濃度Cc和臨界距離Xc。2022/12/2638課堂講解[S-P模型]P1352023/1/439Excel繪制氧垂曲線2022/12/2639Excel繪制氧垂曲線S－P模型的缺陷回顧一下S－P模型的假設(shè)條件。影響溶解氧的主要因素包括：（1）大氣復(fù)氧（2）光合作用（3）呼吸作用（4）有機污染物氧化作用底泥釋放BOD地表徑流（BOD和DO）懸浮物的沉降可去除部分BOD考慮硝化作用的影響奧康納模型多賓斯－坎普模型托馬斯模型S－P模型的缺陷回顧一下S－P模型的假設(shè)條件。奧康納模型多賓2023/1/4413、二維模型描述水質(zhì)組分的遷移變化在兩個方向上是重要的，在另外的一個方向上是均勻分布的，這種水質(zhì)模型稱為二維水質(zhì)模型。2022/12/26413、二維模型描述水質(zhì)組分的遷移變化在2023/1/4424.2.2河流的混合稀釋模型均勻混合段混合段背景段河水流量QE(m3/s)，污染物濃度為CE(mg／L)污染物濃度為CP

(mg／L)廢水流量為QP(m3/s)污水注入點完全混合點L混合段總長度最早出現(xiàn)的水質(zhì)完全混合斷面完全混合段是指污染物濃度在斷面上均勻分布的河段，當斷面上任意一點的濃度與斷面平均濃度之差小于平均濃度的5％時，可以認為達到均勻分布。二維模型2022/12/26424.2.2河流的混合稀釋模型均勻2023/1/443均勻混合斷面敏感點斷面排污口2022/12/2643均勻混合斷面敏感點斷面排2023/1/444均勻混合斷面敏感點斷面排污口2022/12/2644均勻混合斷面敏感點斷面排2023/1/445二維模型污水進入水體后，不能在短距離內(nèi)達到全斷面濃度混合均勻的河流均應(yīng)采用二維模型。實際應(yīng)用中，水面平均寬度超過200m的河流應(yīng)采用二維模型。2022/12/2645二維模型污水進入水體后，不能在短距離2023/1/446二維穩(wěn)態(tài)混合模型岸邊排放x——預(yù)測點離排放點的距離，m；y——預(yù)測點離排放口的橫向距離，m；c——預(yù)測點(x，y)處污染物的濃度，mg/L；cp—污水中污染物的濃度，mg/L；Qp—污水流量，m3/s；ch—河流上游污染物的濃度(本底濃度)，mg/L；H——河流平均水深，m；My—河流橫向混合(彌散)系數(shù)，m2/s；u——河流流速，m/s；B——河流平均寬度，m；π——圓周率。本式要求河流在截面上近似矩形。2022/12/2646二維穩(wěn)態(tài)混合模型岸邊排放x——預(yù)測點2023/1/447二維穩(wěn)態(tài)衰減模型岸邊排放x——預(yù)測點離排放點的距離，m；y——預(yù)測點離排放口的橫向距離，m；c——預(yù)測點(x，y)處污染物的濃度，mg/L；cp—污水中污染物的濃度，mg/L；Qp—污水流量，m3/s；ch—河流上游污染物的濃度(本底濃度)，mg/L；H——河流平均水深，m；My—河流橫向混合(彌散)系數(shù)，m2/s；u——河流流速，m/s；B——河流平均寬度，m；π——圓周率。本式要求河流在截面上近似矩形。2022/12/2647二維穩(wěn)態(tài)衰減模型岸邊排放x——預(yù)測點2023/1/448舉例：紙業(yè)環(huán)評

地表水環(huán)境影響預(yù)測與評價2022/12/2648舉例：紙業(yè)環(huán)評

地表水環(huán)境影響預(yù)測與練習1一河段的K斷面處有一岸邊污水排放口穩(wěn)定地向河流排放污水，其污水特征為：Qp=19440m3/d，BOD5（p）=81.4mg/L，河水Qh=6.0m3/s，BOD5（h）=6.16mg/L，B=50.0m，H均=1.2m，u=0.1m/s，I=9‰，K1=0.31/d，試計算混合過程污染帶長度。如果忽略污染物質(zhì)在該段內(nèi)的降解和沿程河流水量的變化，在距完全混合斷面10km的下游某段處，河流中BOD5濃度是多少？

練習1一河段的K斷面處有一岸邊污水排放口穩(wěn)定地向河流2023/1/450練習2一家食品加工廠產(chǎn)生廢水4800m3/d,廢水中主要含BOD5。處理后，BOD5的排放濃度為30mg/L。該股廢水用管道引到一條較為平直的小河排放。排入小河后，該股廢水中的BOD5的耗氧率為0.481/d。排污口設(shè)在距離小河左岸10m處。小河的平均寬度為60m，平均水深4.79m,斷面平均流速0.1m/s,平均水面坡降為2.7‰。試預(yù)測該股廢水對小河排污口下游3000m處水質(zhì)的影響程度。

2022/12/2650練習2一家食品加工廠產(chǎn)生廢水482023/1/451復(fù)習1.復(fù)習s-p模型，包括模型的各種參數(shù)及單位。2.看Excel的氧垂曲線，分析臨近點，及氧垂曲線的意義。3.由計算結(jié)果是負數(shù)引出s-p的各種修正模型。4.岸邊排放二維穩(wěn)態(tài)衰減模型。5.各種參數(shù)的估算。P128-1336.引入新課，第四節(jié)，地面水環(huán)境影響評價。2022/12/2651復(fù)習1.復(fù)習s-p模型，包括模型Chapter043水質(zhì)模型課件2023/1/453第二節(jié)常用的河流水質(zhì)模型河流水質(zhì)模型簡介河流的混合稀釋模型河流水質(zhì)零維模型河流水質(zhì)一維模型河流水質(zhì)二維模型S-P模型重點難點.重點了解了解2022/12/261第二節(jié)常用的河流水質(zhì)模型重點難點.重水質(zhì)模型是一個用于描述物質(zhì)在水中混合、遷移等變化過程的數(shù)學方程，即描述水體中污染物與時間、空間的定量關(guān)系。水質(zhì)模型的分類：1、按水域類型：河流、河口、河網(wǎng)、湖泊2、按水質(zhì)組分：單一組分、耦合組分（BOD-DO模型）、多重組分（比較復(fù)雜，如綜合水生態(tài)模型）3、按水力學和排放條件：穩(wěn)態(tài)模型、非穩(wěn)態(tài)模型水質(zhì)模型分類水質(zhì)模型是一個用于描述物質(zhì)在水中混合、遷移等變化過程的數(shù)學方2023/1/455水質(zhì)模型按

空間維數(shù)分類零維水質(zhì)模型一維水質(zhì)模型二維水質(zhì)模型三維水質(zhì)模型2022/12/263水質(zhì)模型按

2023/1/456水質(zhì)模型維數(shù)的選擇零維：3個方向都不考慮一維：僅考慮縱向二維：考慮縱向、橫向三維：3個方向都考慮2022/12/264水質(zhì)模型維數(shù)的選擇零維：3個方向都不考2023/1/457均勻混合段混合段背景段污水注入點完全混合點L混合段總長度均勻混合段背景段污水注入點瞬間完全混合既是污水注入點，也是完全混合點混合段背景段污水注入點沒有完全混合點L混合段總長度2022/12/265均勻混合段混合段背景段污水注入點完全混2023/1/458

河流的混合稀釋模型在最早出現(xiàn)的水質(zhì)完全混合斷面，有：式中：Qh－河水流量，m3/s；Ch－河水背景斷的污染物濃度，mg/L；CP－廢水中污染物的濃度，mg/L；QP－廢水的流量，m3/s；C－完全混合的水質(zhì)濃度，mg/L。2022/12/266河流的混合稀釋模型式中：Qh－2023/1/459完全混合模型適用條件穩(wěn)態(tài)：河流；排污下游某點廢水和河水在整個斷面上達到了均勻混合持久性的污染物該河流無支流和其他排污口進入

2022/12/267完全混合模型適用條件穩(wěn)態(tài)：河流；排污2023/1/460例題1：完全混合模型P1353計劃在河邊建一座工廠，該廠將以2.83m3/s的流量排放廢水，廢水中總?cè)芙夤腆w（總可濾殘渣和總不可濾殘渣）濃度為1300mg/L，該河流平均流速為0.457m/，平均河寬為13.72m，平均水深為0.61m，總?cè)芙夤腆w濃度為310mg/L，如果該工廠的廢水排入河中能與河水迅速混合，那么總?cè)芙夤腆w的濃度是否超標（設(shè)標準為500mg/L）？答案：731mg/L，超標0.46倍2022/12/268例題1：完全混合模型P13532023/1/461穩(wěn)態(tài)條件下基本模型的解析解什么是穩(wěn)態(tài)？

在環(huán)境介質(zhì)處于穩(wěn)定流動狀態(tài)和污染源連續(xù)穩(wěn)定排放的條件下，環(huán)境中的污染物分布狀況也是穩(wěn)定的。這時，污染物在某一空間位置的濃度不隨時間變化，這種不隨時間變化的狀態(tài)稱為穩(wěn)定。參看P119+1202022/12/269穩(wěn)態(tài)條件下基本模型的解析解什么是穩(wěn)態(tài)？2023/1/4621、零維模型零維是一種理想狀態(tài)，把所研究的水體如一條河或一個水庫看成一個完整的體系，當污染物進入這個體系后，立即完全均勻的分散到這個體系中，污染物的濃度不會隨時間的變化而變化。2022/12/26101、零維模型零維是一種理想狀態(tài)，把所2023/1/463河流零維模型的應(yīng)用條件對于較淺、較窄的河流，如果不考慮污染物的降解項時，當滿足符合下面兩個條件之一的環(huán)境問題可化為零維模型：（1）河水流量與污水流量之比大于20；（2）不需要考慮污水進入水體的混合距離。一般用于持久性污染物2022/12/2611河流零維模型的應(yīng)用條件對2023/1/464穩(wěn)態(tài)條件下的河流的零維模型式中：C－流出河段的污染物濃度，mg/L;

C0-完全混合模型計算出的濃度值，mg/L;

x－河段長度，m。k-污染物的衰減速率常數(shù)1/d；

u－河水的流速，m/s;

t－兩個斷面之間的流動時間。2022/12/2612穩(wěn)態(tài)條件下的河流的零維模型式中：C－2023/1/465例題2：河流的零維模型P1354有一條比較淺而窄的河流，有一段長1km的河段，穩(wěn)定排放含酚廢水1.0m3/s;含酚濃度為200mg/L，上游河水流量為9m3/s，河水含酚濃度為0，河流的平均流速為40km/d，酚的衰減速率常數(shù)k＝21/d，求河段出口處的河水含酚濃度為多少？答案：21mg/L2022/12/2613例題2：河流的零維模型P13542023/1/4662、一維模型

適用于符合一維動力學降解規(guī)律的一般污染物，如氰、酚、有機毒物、重金屬、BOD、COD等單項指標的污染物。2022/12/26142023/1/467一維模型適用條件一維模型適用的假設(shè)條件是橫向和垂直方向混合相當快，認為斷面中的污染物的濃度是均勻的?；蛘呤歉鶕?jù)水質(zhì)管理的精確度要求允許不考慮混合過程而假設(shè)在排污口斷面瞬時完成充分混合。2022/12/2615一維模型適用條件一2023/1/468一維模型適用的兩種條件均勻混合段混合段背景段污水注入點完全混合點L混合段總長度均勻混合段背景段污水注入點適用1適用2瞬間完全混合既是污水注入點，也是完全混合點2022/12/2616一維模型適用的兩種條件均勻混合段混2023/1/469點源一維模型的應(yīng)用條件如果河段長度大于下列計算的結(jié)果時，可以采用一維模型進行模擬：2022/12/2617點源一維模型的應(yīng)用條件如果河段長度大2023/1/470混合過程段長度計算[重點]混合過程段的長度可由下式估算：式中，L－混合過程段長度；B－河流寬度；A－排放口距岸邊的距離（0=<a<0.5B）;u－河流斷面平均流速；H－平均水深；g－重力加速度，9.81m/s2；I－河流坡度。采用幾維模型的依據(jù)當河段長度大于L，可采用0維或一維模型2022/12/2618混合2023/1/471某河流預(yù)測河段平均寬度50.0米，平均水深＝1.2米，河底坡度0.90/00，平均流速0.1m/S，排放口到岸邊距離0米，混合過程段長度是多少米？例題（米）

L＝2022/12/2619某河流預(yù)測河段平均寬度50.02023/1/472河流的一維模型可根據(jù)河流水流特點分兩種情況，即不考慮彌散作用和考慮彌散作用。2022/12/2620河流的一維模型可根據(jù)河流水流特點2023/1/473河流的一維模型

[考慮彌散的一維穩(wěn)態(tài)模型]式中：C－下游某一點的污染物濃度，mg/L；

C0－完全混合斷面的污染物濃度，mg/L；u－河水的流速，m/s；D－x方向上的擴散系數(shù)，m2/s；k1－污染物降解的速率常數(shù)（1/d）；

x－下游某一點到排放點的距離，m。2022/12/2621河流的一維模型

2023/1/474河流的一維模型

[忽略彌散的一維穩(wěn)態(tài)模型]式中：C－下游某一點的污染物濃度，mg/L；

C0－完全混合斷面的污染物濃度，mg/L；u－河水的流速，m/s；k1－污染物降解的速率常數(shù)（1/d）；

x－下游某一點到排放點的距離，m。2022/12/2622河流的一維模型

2023/1/475例題3：河流的一維模型P1355

一個改擴工程擬向河流排放廢水，廢水量為0.15m3/s，苯酚濃度為30mg/L,河流流量為5.5m3/s，流速為0.3m/s，苯酚背景濃度為0.5mg/L，苯酚的降解系數(shù)k＝0.2/d，縱向彌散系數(shù)D為10m2/s。求排放點下游10km處的苯酚濃度。答案：考慮彌散作用，1.19mg/L;忽略彌散作用，1.19mg/L?？梢钥闯觯诜€(wěn)態(tài)條件下，忽略彌散系數(shù)與考慮彌散系數(shù)的差異很小，?？梢院雎浴?022/12/2623例題3：河流的一維模型P13552023/1/476總結(jié)在利用數(shù)學模式預(yù)測河流水質(zhì)時，充分混合段可以采用一維模式或零維模式預(yù)測斷面平均水質(zhì)；混合過程段需采用二維模式進行預(yù)測。2022/12/2624總結(jié)在利用數(shù)學模式2023/1/477BOD-DO耦合模型（S-P模型）描述河流水質(zhì)的第一個模型是由斯特里特(H.Streeter)和菲爾普斯(E.Phelps)在1925年提出的，簡稱S-P模型。S-P模型迄今仍得到廣泛的應(yīng)用，它也是各種修正和復(fù)雜模型的先導和基礎(chǔ)。

S-P模型用于描述一維穩(wěn)態(tài)河流中的BOD－DO的變化規(guī)律。P1212022/12/2625BOD-DO耦合模型（S-P模型）臨界氧虧最大氧虧污水排入河流DO濃度氧垂曲線距離或時間飽和DO濃度BOD曲線水質(zhì)最差點虧氧量為飽和溶解氧濃度與實際溶解氧濃度之差當BOD隨污水進入河流后，由于耗氧微生物的生物氧化作用，其濃度逐漸降低，而水中的DO則被消耗，逐漸降低。與此同時，河流還存在著復(fù)氧作用，在氧消耗的同時，還不斷有氧氣進入水體，如下圖所示：臨界氧虧最大氧虧污水排入河流DO濃度氧垂曲線距離或時間飽和D2023/1/479BOD-DO耦合模型（S-P模型）S-P模型的建立基于三項假設(shè)：（1）河流中的BOD衰減反應(yīng)和溶解氧的復(fù)氧都是一級反應(yīng)；（2）反應(yīng)速度是恒定的；（3）河流中的耗氧只是BOD衰減反應(yīng)引起的，而河流中的溶解氧來源則是大氣復(fù)氧。BOD的衰減反應(yīng)速率與河水中溶解氧(DO)的減少速率相同，復(fù)氧速率與河水中的虧氧量D成正比。見word文件。2022/12/2627BOD-DO耦合模型（S-P模型）S2023/1/480S-P模型的適用條件5個條件a、河流充分混合段；b、污染物為耗氧性有機污染物；c、需要預(yù)測河流溶解氧狀態(tài)；d、河流為恒定流動；e、污染物連續(xù)穩(wěn)定排放。2022/12/2628S-P模型的適用條件5個條件2023/1/481BOD-DO耦合模型（S-P模型）S-P模型的基本方程為：式中:L—河水中的BOD值，mg/L；D—河水中的虧氧值，mg/L,是飽和溶解氧濃度Cs（mg/L）與河水中的實際溶解氧濃度C(mg/L)的差值；k1—河水中BOD耗氧速度常數(shù)，1/d；k2—河水中的復(fù)氧速度常數(shù)，1/d；t—

河水中的流行時間，

d。[S-P模型的Excel模板]2022/12/2629BOD-DO耦合模型（S-P模型）S2023/1/482這兩個方程式是耦合的。當邊界條件時，其解析解為:氧垂曲線示意圖2022/12/2630這兩個方程式是耦合的。當邊界條件時，2023/1/483S-P模型的臨界點和臨界點氧濃度一般的，最關(guān)心的是溶解氧濃度最低點（臨界點），此時水質(zhì)最差。在臨界點，河水的氧虧值最大，且變化率為0。式中:L0—河流起始點的BOD值，mg/L；D0—河流起始點的虧氧值，mg/L；k1—河水中BOD耗氧速度常數(shù)，1/d；k2—河水中的復(fù)氧速度常數(shù)，1/d；tc—

由起始點到達臨界點的流行時間，

d。2022/12/2631S-P模型的臨界點和臨界點氧濃2023/1/4842022/12/26322023/1/485S-P模型

S-P模型廣泛的應(yīng)用于河流水質(zhì)的模擬預(yù)測中，是預(yù)測河流中BOD和DO變化規(guī)律的較好模型。它也用于計算河流的最大允許排污量。2022/12/2633S-P模型S2023/1/486使用水質(zhì)模型最重要的一環(huán)是參數(shù)估計，水質(zhì)模型應(yīng)用的成敗在很大程度上取決于參數(shù)估計是否正確，S－P模型最重要的兩個參數(shù)是耗氧系數(shù)和復(fù)氧系數(shù)，這兩個參數(shù)的獲取方法，由于一、二、三級評價預(yù)測精度要求不同，在“導則”中也有不同的要求，一般采用實驗室測定法、兩點法、多點法、經(jīng)驗公式法等等。2022/12/2634使用水質(zhì)模型最重要的一環(huán)是參數(shù)估計，2023/1/487圖1河流S-P模型實驗虛擬儀器的儀器面板

2022/12/2635圖1河流S-P模型實驗虛擬儀器的儀2023/1/488圖2河流S-P模型實驗虛擬儀器的操作流程

2022/12/2636圖2河流S-P模型實驗虛擬儀器的操作2023/1/489練習：教材P1356說明：漁業(yè)水質(zhì)標準關(guān)于溶解氧的規(guī)定：連續(xù)24h中，16h以上必須大于5，其余任何時候不得低于3，對于鮭科魚類棲息水域冰封期其余任何時候不低于4。2022/12/2637練習：教材P1356說明：2023/1/490課堂講解[S-P模型]P1357某工廠的排污斷面上，假設(shè)廢水與河水瞬間完全混合，此時BOD5的濃度為65mg/L，DO為7mg/L，受納廢水的河流平均流蘇為1.8km/d，河水的K1＝0.18（1/d）,K2=2（1/d），求：（1）距離為1.5km處的BOD5和DO的濃度；（2）DO臨界濃度Cc和臨界距離Xc。2022/12/2638課堂講解[S-P模型]P1352023/1/491Excel繪制氧垂曲線2022/12/2639Excel繪制氧垂曲線S－P模型的缺陷回顧一下S－P模型的假設(shè)條件。影響溶解氧的主要因素包括：（1）大氣復(fù)氧（2）光合作用（3）呼吸作用（4）有機污染物氧化作用底泥釋放BOD地表徑流（BOD和DO）懸浮物的沉降可去除部分BOD考慮硝化作用的影響奧康納模型多賓斯－坎普模型托馬斯模型S－P模型的缺陷回顧一下S－P模型的假設(shè)條件。奧康納模型多賓2023/1/4933、二維模型描述水質(zhì)組分的遷移變化在兩個方向上是重要的，在另外的一個方向上是均勻分布的，這種水質(zhì)模型稱為二維水質(zhì)模型。2022/12/26413、二維模型描述水質(zhì)組分的遷移變化在2023/1/4944.2.2河流的混合稀釋模型均勻混合段混合段背景段河水流量QE(m3/s)，污染物濃度為CE(mg／L)污染物濃度為CP

(mg／L)廢水流量為QP(m3/s)污水注入點完全混合點L混合段總長度最早出現(xiàn)的水質(zhì)完全混合斷面完全混合段是指污染物濃度在斷面上均勻分布的河段，當斷面上任意一點的濃度與斷面平均濃度之差小于平均濃度的5％時，可