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(jiǎn)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(diǎn)難點(diǎn).重點(diǎn)了解了解2022/12/261第二節(jié)常用的河流水質(zhì)模型重點(diǎn)難點(diǎn).重水質(zhì)模型是一個(gè)用于描述物質(zhì)在水中混合、遷移等變化過(guò)程的數(shù)學(xué)方程，即描述水體中污染物與時(shí)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：?jiǎn)我唤M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(xué)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(gè)用于描述物質(zhì)在水中混合、遷移等變化過(guò)程的數(shù)學(xué)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(gè)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(gè)方向都考慮2022/12/264水質(zhì)模型維數(shù)的選擇零維：3個(gè)方向都不考2023/1/45均勻混合段混合段背景段污水注入點(diǎn)完全混合點(diǎn)L混合段總長(zhǎng)度均勻混合段背景段污水注入點(diǎn)瞬間完全混合既是污水注入點(diǎn)，也是完全混合點(diǎn)混合段背景段污水注入點(diǎn)沒(méi)有完全混合點(diǎn)L混合段總長(zhǎng)度2022/12/265均勻混合段混合段背景段污水注入點(diǎn)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(diǎn)廢水和河水在整個(gè)斷面上達(dá)到了均勻混合持久性的污染物該河流無(wú)支流和其他排污口進(jìn)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(jì)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?jiān)涂偛豢蔀V殘?jiān)舛葹?300mg/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(biāo)（設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為500mg/L）？答案：731mg/L，超標(biāo)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(dòng)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(shí)，污染物在某一空間位置的濃度不隨時(shí)間變化，這種不隨時(shí)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(gè)水庫(kù)看成一個(gè)完整的體系，當(dāng)污染物進(jìn)入這個(gè)體系后，立即完全均勻的分散到這個(gè)體系中，污染物的濃度不會(huì)隨時(shí)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(duì)于較淺、較窄的河流，如果不考慮污染物的降解項(xiàng)時(shí)，當(dāng)滿足符合下面兩個(gè)條件之一的環(huán)境問(wèn)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(jìn)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(duì)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(jì)算出的濃度值，mg/L;

x－河段長(zhǎng)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(gè)斷面之間的流動(dòng)時(shí)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(zhǎng)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(dòng)力學(xué)降解規(guī)律的一般污染物，如氰、酚、有機(jī)毒物、重金屬、BOD、COD等單項(xiàng)指標(biāo)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(dāng)快，認(rèn)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(guò)程而假設(shè)在排污口斷面瞬時(shí)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(diǎn)完全混合點(diǎn)L混合段總長(zhǎng)度均勻混合段背景段污水注入點(diǎn)適用1適用2瞬間完全混合既是污水注入點(diǎn)，也是完全混合點(diǎn)2022/12/2616一維模型適用的兩種條件均勻混合段混2023/1/417點(diǎn)源一維模型的應(yīng)用條件如果河段長(zhǎng)度大于下列計(jì)算的結(jié)果時(shí)，可以采用一維模型進(jìn)行模擬：2022/12/2617點(diǎn)源一維模型的應(yīng)用條件如果河段長(zhǎng)度大2023/1/418混合過(guò)程段長(zhǎng)度計(jì)算[重點(diǎn)]混合過(guò)程段的長(zhǎng)度可由下式估算：式中，L－混合過(guò)程段長(zhǎng)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(dāng)河段長(zhǎng)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(cè)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(guò)程段長(zhǎng)度是多少米？例題（米）

L＝2022/12/2619某河流預(yù)測(cè)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(kuò)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(diǎn)到排放點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)到排放點(diǎn)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(gè)改擴(kuò)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(diǎn)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?，在穩(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，常可以忽略。2022/12/2623例題3：河流的一維模型P13552023/1/424總結(jié)在利用數(shù)學(xué)模式預(yù)測(cè)河流水質(zhì)時(shí)，充分混合段可以采用一維模式或零維模式預(yù)測(cè)斷面平均水質(zhì)；混合過(guò)程段需采用二維模式進(jìn)行預(yù)測(cè)。2022/12/2624總結(jié)在利用數(shù)學(xué)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(gè)模型是由斯特里特(H.Streeter)和菲爾普斯(E.Phelps)在1925年提出的，簡(jiǎn)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(dǎo)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(shí)間飽和DO濃度BOD曲線水質(zhì)最差點(diǎn)虧氧量為飽和溶解氧濃度與實(shí)際溶解氧濃度之差當(dāng)BOD隨污水進(jìn)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(shí)，河流還存在著復(fù)氧作用，在氧消耗的同時(shí)，還不斷有氧氣進(jìn)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(shí)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(xiàng)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(jí)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(lái)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(jiàn)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(gè)條件a、河流充分混合段；b、污染物為耗氧性有機(jī)污染物；c、需要預(yù)測(cè)河流溶解氧狀態(tài)；d、河流為恒定流動(dòng)；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(gè)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(shí)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(shí)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(gè)方程式是耦合的。當(dāng)邊界條件時(shí)，其解析解為:氧垂曲線示意圖2022/12/2630這兩個(gè)方程式是耦合的。當(dāng)邊界條件時(shí)，2023/1/431S-P模型的臨界點(diǎn)和臨界點(diǎn)氧濃度一般的，最關(guān)心的是溶解氧濃度最低點(diǎn)（臨界點(diǎn)），此時(shí)水質(zhì)最差。在臨界點(diǎn)，河水的氧虧值最大，且變化率為0。式中:L0—河流起始點(diǎn)的BOD值，mg/L；D0—河流起始點(diǎn)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(diǎn)到達(dá)臨界點(diǎn)的流行時(shí)間，

d。2022/12/2631S-P模型的臨界點(diǎn)和臨界點(diǎn)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(cè)中，是預(yù)測(cè)河流中BOD和DO變化規(guī)律的較好模型。它也用于計(jì)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(jì)，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(jì)是否正確，S－P模型最重要的兩個(gè)參數(shù)是耗氧系數(shù)和復(fù)氧系數(shù)，這兩個(gè)參數(shù)的獲取方法，由于一、二、三級(jí)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)精度要求不同，在“導(dǎo)則”中也有不同的要求，一般采用實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法、兩點(diǎn)法、多點(diǎn)法、經(jīng)驗(yàn)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(jì)，2023/1/435圖1河流S-P模型實(shí)驗(yàn)虛擬儀器的儀器面板

2022/12/2635圖1河流S-P模型實(shí)驗(yàn)虛擬儀器的儀2023/1/436圖2河流S-P模型實(shí)驗(yàn)虛擬儀器的操作流程

2022/12/2636圖2河流S-P模型實(shí)驗(yàn)虛擬儀器的操作2023/1/437練習(xí)：教材P1356說(shuō)明：漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)候不得低于3，對(duì)于鮭科魚(yú)類棲息水域冰封期其余任何時(shí)候不低于4。2022/12/2637練習(xí)：教材P1356說(shuō)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(shí)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(jī)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(gè)方向上是重要的，在另外的一個(gè)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(diǎn)完全混合點(diǎn)L混合段總長(zhǎng)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(dāng)斷面上任意一點(diǎn)的濃度與斷面平均濃度之差小于平均濃度的5％時(shí)，可以認(rèn)為達(dá)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(diǎn)斷面排污口2022/12/2643均勻混合斷面敏感點(diǎn)斷面排2023/1/444均勻混合斷面敏感點(diǎn)斷面排污口2022/12/2644均勻混合斷面敏感點(diǎn)斷面排2023/1/445二維模型污水進(jìn)入水體后，不能在短距離內(nèi)達(dá)到全斷面濃度混合均勻的河流均應(yīng)采用二維模型。實(shí)際應(yīng)用中，水面平均寬度超過(guò)200m的河流應(yīng)采用二維模型。2022/12/2645二維模型污水進(jìn)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(cè)點(diǎn)離排放點(diǎn)的距離，m；y——預(yù)測(cè)點(diǎn)離排放口的橫向距離，m；c——預(yù)測(cè)點(diǎn)(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(cè)點(diǎn)2023/1/447二維穩(wěn)態(tài)衰減模型岸邊排放x——預(yù)測(cè)點(diǎn)離排放點(diǎn)的距離，m；y——預(yù)測(cè)點(diǎn)離排放口的橫向距離，m；c——預(yù)測(cè)點(diǎn)(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(cè)點(diǎn)2023/1/448舉例：紙業(yè)環(huán)評(píng)

地表水環(huán)境影響預(yù)測(cè)與評(píng)價(jià)2022/12/2648舉例：紙業(yè)環(huán)評(píng)

地表水環(huán)境影響預(yù)測(cè)與練習(xí)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(jì)算混合過(guò)程污染帶長(zhǎng)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(xí)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(xí)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(cè)該股廢水對(duì)小河排污口下游3000m處水質(zhì)的影響程度。

2022/12/2650練習(xí)2一家食品加工廠產(chǎn)生廢水482023/1/451復(fù)習(xí)1.復(fù)習(xí)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(diǎn)，及氧垂曲線的意義。3.由計(jì)算結(jié)果是負(fù)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(píng)價(jià)。2022/12/2651復(fù)習(xí)1.復(fù)習(xí)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(jiǎn)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(diǎn)難點(diǎn).重點(diǎn)了解了解2022/12/261第二節(jié)常用的河流水質(zhì)模型重點(diǎn)難點(diǎn).重水質(zhì)模型是一個(gè)用于描述物質(zhì)在水中混合、遷移等變化過(guò)程的數(shù)學(xué)方程，即描述水體中污染物與時(shí)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：?jiǎn)我唤M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(xué)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(gè)用于描述物質(zhì)在水中混合、遷移等變化過(guò)程的數(shù)學(xué)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(gè)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(gè)方向都考慮2022/12/264水質(zhì)模型維數(shù)的選擇零維：3個(gè)方向都不考2023/1/457均勻混合段混合段背景段污水注入點(diǎn)完全混合點(diǎn)L混合段總長(zhǎng)度均勻混合段背景段污水注入點(diǎn)瞬間完全混合既是污水注入點(diǎn)，也是完全混合點(diǎn)混合段背景段污水注入點(diǎn)沒(méi)有完全混合點(diǎn)L混合段總長(zhǎng)度2022/12/265均勻混合段混合段背景段污水注入點(diǎn)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(diǎn)廢水和河水在整個(gè)斷面上達(dá)到了均勻混合持久性的污染物該河流無(wú)支流和其他排污口進(jìn)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(jì)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?jiān)涂偛豢蔀V殘?jiān)舛葹?300mg/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(biāo)（設(shè)標(biāo)準(zhǔn)為500mg/L）？答案：731mg/L，超標(biāo)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(dòng)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(shí)，污染物在某一空間位置的濃度不隨時(shí)間變化，這種不隨時(shí)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(gè)水庫(kù)看成一個(gè)完整的體系，當(dāng)污染物進(jìn)入這個(gè)體系后，立即完全均勻的分散到這個(gè)體系中，污染物的濃度不會(huì)隨時(shí)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(duì)于較淺、較窄的河流，如果不考慮污染物的降解項(xiàng)時(shí)，當(dāng)滿足符合下面兩個(gè)條件之一的環(huán)境問(wèn)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(jìn)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(duì)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(jì)算出的濃度值，mg/L;

x－河段長(zhǎng)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(gè)斷面之間的流動(dòng)時(shí)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(zhǎng)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(dòng)力學(xué)降解規(guī)律的一般污染物，如氰、酚、有機(jī)毒物、重金屬、BOD、COD等單項(xiàng)指標(biāo)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(dāng)快，認(rèn)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(guò)程而假設(shè)在排污口斷面瞬時(shí)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(diǎn)完全混合點(diǎn)L混合段總長(zhǎng)度均勻混合段背景段污水注入點(diǎn)適用1適用2瞬間完全混合既是污水注入點(diǎn)，也是完全混合點(diǎn)2022/12/2616一維模型適用的兩種條件均勻混合段混2023/1/469點(diǎn)源一維模型的應(yīng)用條件如果河段長(zhǎng)度大于下列計(jì)算的結(jié)果時(shí)，可以采用一維模型進(jìn)行模擬：2022/12/2617點(diǎn)源一維模型的應(yīng)用條件如果河段長(zhǎng)度大2023/1/470混合過(guò)程段長(zhǎng)度計(jì)算[重點(diǎn)]混合過(guò)程段的長(zhǎng)度可由下式估算：式中，L－混合過(guò)程段長(zhǎng)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(dāng)河段長(zhǎng)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(cè)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(guò)程段長(zhǎng)度是多少米？例題（米）

L＝2022/12/2619某河流預(yù)測(cè)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(kuò)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(diǎn)到排放點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)到排放點(diǎn)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(gè)改擴(kuò)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(diǎn)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?，在穩(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?。2022/12/2623例題3：河流的一維模型P13552023/1/476總結(jié)在利用數(shù)學(xué)模式預(yù)測(cè)河流水質(zhì)時(shí)，充分混合段可以采用一維模式或零維模式預(yù)測(cè)斷面平均水質(zhì)；混合過(guò)程段需采用二維模式進(jìn)行預(yù)測(cè)。2022/12/2624總結(jié)在利用數(shù)學(xué)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(gè)模型是由斯特里特(H.Streeter)和菲爾普斯(E.Phelps)在1925年提出的，簡(jiǎn)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(dǎo)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(shí)間飽和DO濃度BOD曲線水質(zhì)最差點(diǎn)虧氧量為飽和溶解氧濃度與實(shí)際溶解氧濃度之差當(dāng)BOD隨污水進(jìn)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(shí)，河流還存在著復(fù)氧作用，在氧消耗的同時(shí)，還不斷有氧氣進(jìn)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(shí)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(xiàng)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(jí)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(lái)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(jiàn)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(gè)條件a、河流充分混合段；b、污染物為耗氧性有機(jī)污染物；c、需要預(yù)測(cè)河流溶解氧狀態(tài)；d、河流為恒定流動(dòng)；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(gè)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(shí)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(shí)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(gè)方程式是耦合的。當(dāng)邊界條件時(shí)，其解析解為:氧垂曲線示意圖2022/12/2630這兩個(gè)方程式是耦合的。當(dāng)邊界條件時(shí)，2023/1/483S-P模型的臨界點(diǎn)和臨界點(diǎn)氧濃度一般的，最關(guān)心的是溶解氧濃度最低點(diǎn)（臨界點(diǎn)），此時(shí)水質(zhì)最差。在臨界點(diǎn)，河水的氧虧值最大，且變化率為0。式中:L0—河流起始點(diǎn)的BOD值，mg/L；D0—河流起始點(diǎn)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(diǎn)到達(dá)臨界點(diǎn)的流行時(shí)間，

d。2022/12/2631S-P模型的臨界點(diǎn)和臨界點(diǎn)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(cè)中，是預(yù)測(cè)河流中BOD和DO變化規(guī)律的較好模型。它也用于計(jì)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(jì)，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(jì)是否正確，S－P模型最重要的兩個(gè)參數(shù)是耗氧系數(shù)和復(fù)氧系數(shù)，這兩個(gè)參數(shù)的獲取方法，由于一、二、三級(jí)評(píng)價(jià)預(yù)測(cè)精度要求不同，在“導(dǎo)則”中也有不同的要求，一般采用實(shí)驗(yàn)室測(cè)定法、兩點(diǎn)法、多點(diǎn)法、經(jīng)驗(yàn)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(jì)，2023/1/487圖1河流S-P模型實(shí)驗(yàn)虛擬儀器的儀器面板

2022/12/2635圖1河流S-P模型實(shí)驗(yàn)虛擬儀器的儀2023/1/488圖2河流S-P模型實(shí)驗(yàn)虛擬儀器的操作流程

2022/12/2636圖2河流S-P模型實(shí)驗(yàn)虛擬儀器的操作2023/1/489練習(xí)：教材P1356說(shuō)明：漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(shí)候不得低于3，對(duì)于鮭科魚(yú)類棲息水域冰封期其余任何時(shí)候不低于4。2022/12/2637練習(xí)：教材P1356說(shuō)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(shí)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(jī)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(gè)方向上是重要的，在另外的一個(gè)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(diǎn)完全混合點(diǎn)L混合段總長(zhǎng)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(dāng)斷面上任意一點(diǎn)的濃度與斷面平均濃度之差小于平均濃度的5％時(shí)，可