《青岛科技大学环境评价4第四章ppt课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《青岛科技大学环境评价4第四章ppt课件.ppt（95页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 4.2.1 河流水质模型简介河流水质模型简介 4.2.2 河流的混合稀释模型河流的混合稀释模型 4.2.3 守恒污染物在均匀流场中守恒污染物在均匀流场中的扩散模型的扩散模型 4.2.4 Streeter-Phelps（S-P）模型模型 4.2.5河流水质模型中参数估值河流水质模型中参数估值4.2.1 河流水质模型河流水质模型污染物在河流中的迁移转化过程污染物在河流中的迁移转化过程物理过程物理过程化学过程化学过程生物过程生物过程污染物进入水体污染物进入水体分散分散稀释稀释降低污染物浓度降低污染物浓度微生物降解微生物降解氧化氧化还原还原污染物相互污染物相互作用改变原作用改变原来组成来组成水体中污
2、染物的迁移水体中污染物的迁移按时间特性分类，分动态模型和静态模型。按时间特性分类，分动态模型和静态模型。按空间维数分：分为按空间维数分：分为零维、一维、二维、三维零维、一维、二维、三维水质模型。水质模型。当把所考察的水体看成是一个完全混合反应器当把所考察的水体看成是一个完全混合反应器时，即水体中水质组分的浓度是均匀分布的，时，即水体中水质组分的浓度是均匀分布的，描述这种情况的水质模型称为描述这种情况的水质模型称为零维的水质模型零维的水质模型。描述水质组分的迕移变化在一个方向上是重要描述水质组分的迕移变化在一个方向上是重要的，另外两个方向上是均匀分布的，这种水质的，另外两个方向上是均匀分布的，这
3、种水质模型称为模型称为一维水质模型一维水质模型一维水质模型一维水质模型。描述水质组分的迁移变化在两个方向上是重要描述水质组分的迁移变化在两个方向上是重要的，在另外的一个方向上是均匀分布的，这种的，在另外的一个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为水质模型称为二维水质模型二维水质模型二维水质模型二维水质模型。描述水质组分，迁移变化在三个方向进行的描述水质组分，迁移变化在三个方向进行的水质模型称为水质模型称为三维水质模型三维水质模型三维水质模型三维水质模型。河河流流水水质质模模型型简简介介水质模型类型水质模型类型 河流及污染物特征河流及污染物特征适用的水质模式适用的水质模式持久性污染物持久性污染物持
4、久性污染物持久性污染物(连续排放连续排放连续排放连续排放)完全混合过程段完全混合过程段河流完全混合模式河流完全混合模式 横向混合过程段横向混合过程段（1）平直河段）平直河段河流二维稳态混合模式河流二维稳态混合模式（2）弯曲河段）弯曲河段河流二维稳态累积流量模式河流二维稳态累积流量模式沉降作用明显的河段沉降作用明显的河段河流一维稳态模式，沉降作用近似为河流一维稳态模式，沉降作用近似为非持久性污染物非持久性污染物非持久性污染物非持久性污染物(连续排放连续排放连续排放连续排放)完全混合过程段完全混合过程段河流一维稳态模式，一级动力学方程河流一维稳态模式，一级动力学方程横向混合过程段横向混合过程段 （
5、零维模型）（零维模型）（1）平直河段）平直河段河流二维稳态混合衰减模式河流二维稳态混合衰减模式（2）弯曲河段）弯曲河段河流二维稳态累积流量衰减模式河流二维稳态累积流量衰减模式沉降作用明显的河段沉降作用明显的河段河流一维稳态模式，考虑沉降作用的反应方程河流一维稳态模式，考虑沉降作用的反应方程式近似为式近似为溶解氧溶解氧溶解氧溶解氧河流一维河流一维DOBOD耦合模式（如耦合模式（如SP模式）模式）瞬时源（或有限时段源）瞬时源（或有限时段源）瞬时源（或有限时段源）瞬时源（或有限时段源）中、小河流中、小河流河流一维准稳态模式（河流一维准稳态模式（流量定常污染负荷变化）流量定常污染负荷变化）大型河流大型
6、河流河流二维准稳态模式河流二维准稳态模式a、完全混合模式的适用条件完全混合模式的适用条件完全混合模式的适用条件完全混合模式的适用条件：河流充分混合：河流充分混合段；持久性污染物；河流为恒定流；废水连段；持久性污染物；河流为恒定流；废水连续稳定排放。续稳定排放。b、一维稳态模式的适用条件：一维稳态模式的适用条件：一维稳态模式的适用条件：一维稳态模式的适用条件：河流充分混合河流充分混合段；非持久性污染物；河流为恒定流；废水段；非持久性污染物；河流为恒定流；废水连续稳定排放。连续稳定排放。c、二维稳态混合模式的适用条件二维稳态混合模式的适用条件二维稳态混合模式的适用条件二维稳态混合模式的适用条件：平
7、直河流、：平直河流、断面形状规则的河流混合过程段；持久性污断面形状规则的河流混合过程段；持久性污染物；河流为恒定流；连续稳定排放；对于染物；河流为恒定流；连续稳定排放；对于非持久性污染物，需采用相应的衰减模式非持久性污染物，需采用相应的衰减模式。河流水质模型适用条件河流水质模型适用条件d、二维稳态混合累积流量模式的适用条件二维稳态混合累积流量模式的适用条件二维稳态混合累积流量模式的适用条件二维稳态混合累积流量模式的适用条件：弯曲河：弯曲河流、断面形状不规则河流的混合过程段；持久性污流、断面形状不规则河流的混合过程段；持久性污染物；河流为恒定流；连续稳定排放；对于非持久染物；河流为恒定流；连续稳
8、定排放；对于非持久性污染物，需采用相应的衰减模式。性污染物，需采用相应的衰减模式。e、S-PS-P模式的适用条件：模式的适用条件：模式的适用条件：模式的适用条件：河流充分混合段；污染物河流充分混合段；污染物为耗氧性有机污染物；需要预测河流溶解氧状态；为耗氧性有机污染物；需要预测河流溶解氧状态；河流为恒定流；污染物连续稳定排放。河流为恒定流；污染物连续稳定排放。f、河流混合过程段计算模式河流混合过程段计算模式河流混合过程段计算模式河流混合过程段计算模式:适用于排污口下混合适用于排污口下混合过程段长度的界定。一般情况下，评价河段分为：过程段长度的界定。一般情况下，评价河段分为：排污口上游河段排污口
9、上游河段、充分、充分混合段、混合过程段；混合段、混合过程段；通过混合过程段长度计算通过混合过程段长度计算，来，来判断预测河段的水质判断预测河段的水质混合情况，合理选择水质预测模型。混合情况，合理选择水质预测模型。4.2.2 河流的混合稀释模型河流的混合稀释模型由于一般河流的河宽远大于水深，因此污染物由于一般河流的河宽远大于水深，因此污染物进入水体后进入水体后垂向（沿水深方向）容易混合均匀垂向（沿水深方向）容易混合均匀，且，且水体流动（流速）对污染物的迁移作用要大于扩散。水体流动（流速）对污染物的迁移作用要大于扩散。因此，如要进行污染带（或超标水域）预测时，常因此，如要进行污染带（或超标水域）预
10、测时，常采用二维模式，在实用水质模型公式中，采用二维模式，在实用水质模型公式中，纵向（沿纵向（沿纵向（沿纵向（沿水流方向）主要考虑对流作用水流方向）主要考虑对流作用水流方向）主要考虑对流作用水流方向）主要考虑对流作用，横向（沿河宽方向）横向（沿河宽方向）横向（沿河宽方向）横向（沿河宽方向）仅考虑扩散作用仅考虑扩散作用仅考虑扩散作用仅考虑扩散作用，垂向一般认为水质分布均匀。，垂向一般认为水质分布均匀。均匀混合段均匀混合段混合段混合段L？背景段背景段 河水河水Qp(m3/s)，染物浓度染物浓度Cp(mg/L)污染物浓度污染物浓度Ch(mg/L)废水流量废水流量 Qh(m3/s)污染物污染物浓度浓度
11、C?(mg/L)总流量总流量 Qh+Qp(m3/s)污染物浓度污染物浓度Cx?(mg/L)总流量总流量 Qh+Qp(m3/s)预测范围内的河段可分为预测范围内的河段可分为上游河段上游河段（背景段）、（背景段）、混合过程段混合过程段和和充分（均匀）混合段充分（均匀）混合段。C废水与河水废水与河水混合后的浓度混合后的浓度，mg/L；Cp河流上游河流上游某污染物的浓度，某污染物的浓度，mg/L；Qp河流上游河流上游的流量，的流量，m3/s：Ch排放口处排放口处污染物的浓度，污染物的浓度，mg/L；Qh排放口处排放口处的污水量，的污水量，m3/s。（4-30）混合均匀段混合均匀段的浓度的浓度C完成横向
12、均匀混合的距离完成横向均匀混合的距离断面上河对岸浓度达到同一断断面上河对岸浓度达到同一断面面最大浓度的最大浓度的5，定义为污染定义为污染物到达对岸。这一距离称为污物到达对岸。这一距离称为污染物到达对岸的染物到达对岸的纵向距离纵向距离纵向距离纵向距离。污染物浓度在断面上均匀分布的污染物浓度在断面上均匀分布的河段，当断面上河段，当断面上任意一点的浓度任意一点的浓度与断面平均浓度之差小于平均浓与断面平均浓度之差小于平均浓度的度的5%时时，可认为达到均匀分布。，可认为达到均匀分布。完成横向均匀混合的断面的距离完成横向均匀混合的断面的距离称为称为完全混合距离完全混合距离。混合过程段极限的长度用下式估算：
13、混合过程段极限的长度用下式估算：Lmax混合过程段极限长度（混合过程段极限长度（m）；）；B河段平均河流（断面）宽度（河段平均河流（断面）宽度（m）；）；a排污口与近岸水边的距离（排污口与近岸水边的距离（m）；）；u河段（断面）平均流速（河段（断面）平均流速（m/s）；）；H河段平均（断面）水深（河段平均（断面）水深（m）；）；g重力加速度（重力加速度（m/s2）,9.8 m/s2；J河段河流坡度，河段河流坡度，m/m。充分混合段充分混合段选择零维模式（持久性污染物）选择零维模式（持久性污染物）或一维模式（非持久性污染物）；或一维模式（非持久性污染物）；混合过程段应采用二维模式混合过程段应采用
14、二维模式混合过程段应采用二维模式混合过程段应采用二维模式。混合过程段污染物浓度混合过程段污染物浓度 Ci 及混合段长度及混合段长度 L 一河段的上断面处有一岸边污水排放口一河段的上断面处有一岸边污水排放口一河段的上断面处有一岸边污水排放口一河段的上断面处有一岸边污水排放口稳定地向河流排放污水，其污水特征为：稳定地向河流排放污水，其污水特征为：稳定地向河流排放污水，其污水特征为：稳定地向河流排放污水，其污水特征为：QQE E=19440m=19440m3 3/d/d，BODBOD5 5(E)=81.4mg/L(E)=81.4mg/L。河流水环境参数值为：河流水环境参数值为：河流水环境参数值为：河
15、流水环境参数值为：QQp p6.0 m6.0 m3 3/s/s，BODBOD5 5(p)(p)6.16mg/L6.16mg/L，B B50.0m50.0m，HH1.2m1.2m，u u0.1m/s0.1m/s，J J0.90.9，KK1 1=0.3/d=0.3/d。试计算混合过程段（污染带）长度。如试计算混合过程段（污染带）长度。如试计算混合过程段（污染带）长度。如试计算混合过程段（污染带）长度。如果忽略污染物质在该段内的降解和沿程果忽略污染物质在该段内的降解和沿程果忽略污染物质在该段内的降解和沿程果忽略污染物质在该段内的降解和沿程河流水量的变化，在河流水量的变化，在河流水量的变化，在河流水量
16、的变化，在距完全混合断面距完全混合断面距完全混合断面距完全混合断面10km10km的下游某断面处，河水中的的下游某断面处，河水中的的下游某断面处，河水中的的下游某断面处，河水中的BODBOD5 5浓浓浓浓度是多少？度是多少？度是多少？度是多少？解答：根据混合解答：根据混合过过程程长长度度L L的的计计算算公式：公式：一岸一岸边污边污水排放口水排放口a=0=0=2463m 污污水的流量水的流量为为：19440/（3600024）=0.225 m3/s初始混合初始混合浓浓度度C0=(CpQP+CEQE)/(QE+QP)=6.166.0+81.40.225/(0.225+6.0)=8.88mg/L
17、达到达到10km的下游的下游历经历经的的时间时间t=101000/0.1=100000s=1.157dC=C0 exp(-kt)=8.88 exp(-0.31.157)=6.28 mg/L混合混合过过程段（程段（污污染染带带）长长度度为为2463m。距完全混合断面距完全混合断面10km的下游某断面的下游某断面处处，污污水中的水中的BOD5浓浓度是度是6.28 mg/L。水质完全混合模型适用条件：水质完全混合模型适用条件：水质完全混合模型适用条件：水质完全混合模型适用条件：河流是稳态的，定常排污，即河床截面积、流河流是稳态的，定常排污，即河床截面积、流速、流量及污染物的输入量不随时间变化；速、流
18、量及污染物的输入量不随时间变化；污污染物在整个河段内均匀混合，即河段内各点污染染物在整个河段内均匀混合，即河段内各点污染物浓度相等，污染物能在物浓度相等，污染物能在瞬间分布瞬间分布到空间的各个到空间的各个部位；部位；废水的污染物为废水的污染物为持久性物质持久性物质，不分解也，不分解也不沉淀；不沉淀；河流无支流和其它排污口废水进入。河流无支流和其它排污口废水进入。计划在河边建一厂，该厂将以计划在河边建一厂，该厂将以2.83m3/s的流量排放废水，废水中总的流量排放废水，废水中总溶解固体浓度为溶解固体浓度为1300mg/L，该河流，该河流平均流速平均流速v为为0.457m/s，平均河宽，平均河宽W
19、为为13.72m，平均水深，平均水深h为为0.61m，总，总溶解固体溶解固体C0为为310mg/L，问该工厂的，问该工厂的废水排入河后，总溶解固体的浓度是废水排入河后，总溶解固体的浓度是否超标否超标(设标准为设标准为500 mg/L)？P135例题例题解答：解答：Cp=310mg/L Ch=1300 mg/L Qh=2.83 m3/s河流的流量为：河流的流量为：Qp=vWh=0.45713.720.61=3.82m3/s 根据完全混合模型混合后的浓度为：根据完全混合模型混合后的浓度为：C=(CpQp+ChQh)/(Qp+Qh)=731.8mg/L 因此河水中的总溶解固体浓度是超因此河水中的总溶
20、解固体浓度是超标的（标的（731.8mg/L500 mg/L）。）。4.2.3 守恒污染物守恒污染物在在均匀流场中的扩散均匀流场中的扩散模型模型1均匀流场中的扩散方程均匀流场中的扩散方程在均匀流场中的在均匀流场中的一维扩散方程为一维扩散方程为:水深方向水深方向(z方向方向)均匀混合，均匀混合，x 方向和方向和 y 方向存在浓度梯度时，二维扩散方程：方向存在浓度梯度时，二维扩散方程：Dx x 坐标方向的弥散系数；坐标方向的弥散系数；ux x方向的流速分量；方向的流速分量；Dy y 坐标方向的弥坐标方向的弥散系数；散系数；uy y方向的流速分量。方向的流速分量。2 无限大均匀流场中移流无限大均匀流
21、场中移流扩散方程的解扩散方程的解若在无限大均匀流场中，坐标原点设在污染物排若在无限大均匀流场中，坐标原点设在污染物排若在无限大均匀流场中，坐标原点设在污染物排若在无限大均匀流场中，坐标原点设在污染物排放点，污染物浓度的分布呈高斯分布，则任意一点放点，污染物浓度的分布呈高斯分布，则任意一点放点，污染物浓度的分布呈高斯分布，则任意一点放点，污染物浓度的分布呈高斯分布，则任意一点（x,yx,y）污染物浓度为）污染物浓度为）污染物浓度为）污染物浓度为:Q 是连续点源的源强是连续点源的源强(mg/s);h 为河流平均深度，为河流平均深度，m；Dy 为纵向弥散系数，为纵向弥散系数，m2/s；u为流速，为流
22、速，m/s。河宽为河宽为 B，只计河岸一次反射时的二维静，只计河岸一次反射时的二维静态河流岸边排放连续点源水质模型的解为态河流岸边排放连续点源水质模型的解为3考虑河岸反射时移流扩散方程的解考虑河岸反射时移流扩散方程的解C（x,y）（x,y）点污染物垂向平均点污染物垂向平均浓度，浓度，mg/L；H平均水深，平均水深，m；B河流宽度，河流宽度，m；a排放口与近排放口与近岸水边的距离，岸水边的距离，m；My横向混合横向混合系数，系数，m2/s；Ch河流水质背景浓河流水质背景浓度（度（mg/L）。）。岸边排放岸边排放非岸边排放非岸边排放适用条件适用条件：平直、断面形状规平直、断面形状规则则河流混合过程
23、段河流混合过程段；持久性污染；持久性污染物；河流为恒定流动；连续稳定物；河流为恒定流动；连续稳定排放；对于非持久性污染物，需排放；对于非持久性污染物，需采用相应的衰减模式。采用相应的衰减模式。例题：连续点源单位时间例题：连续点源单位时间守恒污染物守恒污染物排放量为排放量为100mg/s，河流水深，河流水深1.5m，流速流速0.3m/s，横向弥散系数，横向弥散系数Dy=5m2/s，求，求(1)无边界约束条件下，无边界约束条件下，x=2000m,y=10m处的污染物浓度处的污染物浓度;(2)在岸边排放，河流宽度无穷大，在岸边排放，河流宽度无穷大，x=2000m,y=10m处的污染物浓度；处的污染物
24、浓度；（3）岸边排放，河宽）岸边排放，河宽B=100m时时x=2000m,y=10m处的污染物浓度。处的污染物浓度。（1）无边界约束条件，）无边界约束条件，=0.3434mg/L（2）在岸边排放，河流宽度无穷大，浓度）在岸边排放，河流宽度无穷大，浓度应为第一种情况的应为第一种情况的2倍，即倍，即0.6868mg/L.（3）在岸边排放，河流宽度）在岸边排放，河流宽度=100m代入计算取代入计算取2次反射得：次反射得：C（x,y）=4.10mg/L如果如果P=4次，次，C3（x,y）=4.38mg/L4.2.4 非守恒污染物非守恒污染物在在均匀流场中的扩散模型均匀流场中的扩散模型1零维水质模型的基
25、本方程零维水质模型的基本方程零维水质模型的基本思想是把一个水体，零维水质模型的基本思想是把一个水体，如一个河段、一个湖泊、一个水库或一如一个河段、一个湖泊、一个水库或一个局部水域看作一个完全混合的反应器，个局部水域看作一个完全混合的反应器，流进该系统后立即完全分散到整个系统流进该系统后立即完全分散到整个系统中，其各水团是完全混合均匀的。中，其各水团是完全混合均匀的。C反应器反应器C0根据质量守衡可写根据质量守衡可写出完全混合反应出完全混合反应器的平衡方程器的平衡方程,即即零维模型零维模型 连续流完全混合反应器连续流完全混合反应器Q,C0Q,CSV,CV反应器内水的体积（反应器内水的体积（L）;
26、Q流量流量(m3/s)；C0、C分别为流入和器内的污染物浓度分别为流入和器内的污染物浓度（mg/L）;S系统内源和汇的总和（系统内源和汇的总和（mg/s）；）；r(c)反应器化学反应速率（反应器化学反应速率（mg/s.L）S=0时，时，假设反应器符合一级反应动力学衰减，假设反应器符合一级反应动力学衰减，r(c)=-kC则：则：k1 一级反应速率常数（一级反应速率常数（1/s）在稳定条件下，在稳定条件下，则：则：0Q(C0-C)-k1CV此模型适用于较浅、较窄的河流或水库此模型适用于较浅、较窄的河流或水库 零维模型的零维模型的应用条件应用条件所研究的环境介质看作是一个完全混合的反应所研究的环境介
27、质看作是一个完全混合的反应器，进入的污染物器，进入的污染物能在瞬间分布到空间的各个能在瞬间分布到空间的各个部位，达到污染物的均匀分布部位，达到污染物的均匀分布。对于河流常用零维模型解决的问题有：对于河流常用零维模型解决的问题有：不考虑混合距离的重金属污染物、部分有毒不考虑混合距离的重金属污染物、部分有毒物质等其他持久性污染物的下游浓度预测。物质等其他持久性污染物的下游浓度预测。有机物降解物质的降解项可忽略时，可采用有机物降解物质的降解项可忽略时，可采用零维模型。零维模型。对于有机物降解性物质，需考虑降解时，可对于有机物降解性物质，需考虑降解时，可采用零维模型采用零维模型分段模拟分段模拟，但精度
28、和实用性较差，但精度和实用性较差，最好用一维模型求解。最好用一维模型求解。例题：一水库容量为例题：一水库容量为1105m3，进水和出水，进水和出水的流量均为的流量均为4104m3/d，降解系数，降解系数k=0.5，进，进水水BOD=8mg/L，河水与库水可迅速混合，求，河水与库水可迅速混合，求出水的出水的BOD浓度是多少？浓度是多少？答：完全混合时，答：完全混合时，C0=8mg/L进水与库容水完全混合需要的时间：进水与库容水完全混合需要的时间：V/Q=1105/4104=2.5d根据公式：根据公式：C=C0/(1+kt)=8/(1+0.51105/4104)=3.56mg/L例例题题:有一条比
29、有一条比较较浅而窄浅而窄的的河流，有一段河流，有一段长长1km的河段，的河段，稳稳定排放含酚定排放含酚废废水水Qh=1.0m3/s，含，含酚酚浓浓度度为为Ch=200mg/L，上游河，上游河水流量水流量为为Qp9m3/s，河水含酚，河水含酚浓浓度度为为Cp=0，河流的平均流速，河流的平均流速为为v40km/d，酚的衰减速率系，酚的衰减速率系数数为为K=2 d-1，求河段出口，求河段出口处处的的含酚含酚浓浓度度为为多少多少?解答：河段起始断面河水中含酚解答：河段起始断面河水中含酚浓浓度度为为：C0=(CpQp+ChQh)/(Qp+Qh)=（90+1200）/（9+1）=20mg/L河段出口河段出
30、口处处含酚含酚浓浓度度为为：1km河段以河段以v40km/d流流过过所所经历经历的停留的停留时间时间为为：t=1/40(d)C=19.0476 mg/L2.一维模型一维模型一维水质模型一维水质模型一维河流静态水一维河流静态水质模型基本方程质模型基本方程。Dx弥散系数，单位，弥散系数，单位，m2/s；u流流速，速，m/s，x距离，距离，m；k1降解系降解系数，数，s-1(非非d-1)。忽略扩散项，沿程的坐标忽略扩散项，沿程的坐标x=ut,dC/dt=-k1C,这是一个二阶线性常微分方程这是一个二阶线性常微分方程 代入初始条件代入初始条件 x=0,C=C0方程的解为方程的解为 u河流的平均流速，河
31、流的平均流速，m/d或或m/s；K1污染物的衰减系数，污染物的衰减系数，l/d或或l/s；x河水向下游流经的距离，河水向下游流经的距离，m。例题：一个改扩工程拟向例题：一个改扩工程拟向河流排放废水，废水量河流排放废水，废水量Qh0.15m3s，苯酚浓度为，苯酚浓度为Ch=30mg/L，河流流量，河流流量Qp5.5m3s，流速，流速vx=0.3m/s，苯酚背景浓度，苯酚背景浓度Cp=0.5mg/L，苯酚的降解，苯酚的降解系数系数K=0.2d-1，纵向弥散，纵向弥散系数系数Dx=10m2/s。求排放。求排放点下游点下游10km处的苯酚浓度。处的苯酚浓度。解：解：计计算起始算起始处处完全混合后的初始
32、完全混合后的初始浓浓度得到：度得到：C0=1.28mg/L考虑纵向弥散条件下，下游考虑纵向弥散条件下，下游10km处的苯处的苯酚浓度：酚浓度：t=L/v=10000/(0.386400)=0.3858dm=1.0005143=1.28exp=1.18497 mg/L）=1.18495 mg/L由此可见，在稳态条件下，由此可见，在稳态条件下，忽略纵向弥散系数与考虑纵忽略纵向弥散系数与考虑纵向弥散系数的差异可以忽略向弥散系数的差异可以忽略不计（相差仅不计（相差仅0.0002%）。）。忽略纵向弥散时下游忽略纵向弥散时下游10km处处的苯酚浓度：的苯酚浓度：=1.28exp（-作业题：一河段上断面处有
33、一岸边作业题：一河段上断面处有一岸边污水排放口稳定地向河流排放污水，污水排放口稳定地向河流排放污水，其污水特征为：其污水特征为：QE=19440m3/d，CODCr(E)=100mg/L。河流水环境参河流水环境参数值为：数值为：Qp6.0 m3/s，CODCr(P)12mg/L，u0.1m/s，Kc=0.5/d。假设污水进入河流后立即与河水均假设污水进入河流后立即与河水均匀混合，在距排污口下游匀混合，在距排污口下游10km的某的某断面处，断面处，河水中河水中CODcr浓度是多少？浓度是多少？4.2.5 Streeter-Phelps（S-P）模型）模型S-P模型基本方程及其解模型基本方程及其解
34、S-P模型建立基于两项假设：模型建立基于两项假设：只考虑好氧微生物参加的只考虑好氧微生物参加的BOD衰减反应，并认为该反衰减反应，并认为该反应为一级反应。应为一级反应。河流中的耗氧只是河流中的耗氧只是BOD衰减衰减反应引起的。反应引起的。BOD的衰减反的衰减反应速率与河水中溶解氧应速率与河水中溶解氧(DO)的减少速率相同，复氧速率的减少速率相同，复氧速率与河水中的亏氧量与河水中的亏氧量 D 成正比。成正比。式中式中:L河水中的河水中的BOD值，值，mg/L；D河水中的亏氧值，河水中的亏氧值，mg/L,是饱和溶解氧浓度是饱和溶解氧浓度Cs 与河水中的实际溶解氧浓度与河水中的实际溶解氧浓度C的差值
35、；的差值；k1河水中河水中BOD衰减衰减(耗氧耗氧)速度常数，速度常数，1d；k2河水中的复氧速度常数，河水中的复氧速度常数，1d；t河水中的流行时间，河水中的流行时间，d。S-P模型的基本方程模型的基本方程这两个方程式是耦合的，当边界条件这两个方程式是耦合的，当边界条件时，解析解为时，解析解为:在排污口下游河水中，在排污口下游河水中，在排污口下游河水中，在排污口下游河水中，DODO含量因有机物生物含量因有机物生物含量因有机物生物含量因有机物生物氧化的脱氧作用而显著下降，又由于下游大氧化的脱氧作用而显著下降，又由于下游大氧化的脱氧作用而显著下降，又由于下游大氧化的脱氧作用而显著下降，又由于下游
36、大气复氧和生物光合作用等而使气复氧和生物光合作用等而使气复氧和生物光合作用等而使气复氧和生物光合作用等而使DODO含量增加。含量增加。含量增加。含量增加。下垂曲线的临界点下垂曲线的临界点下垂曲线的临界点下垂曲线的临界点(氧垂点氧垂点氧垂点氧垂点)，其，其，其，其DODO含量最小。含量最小。含量最小。含量最小。溶氧下垂曲线溶氧下垂曲线2S-P 模型的临界点和临界点氧浓度模型的临界点和临界点氧浓度讨论讨论 S-P 模型临界点氧浓度求出负值怎么模型临界点氧浓度求出负值怎么办。办。系统分析方法如何应对模型的失效系统分析方法如何应对模型的失效 （2）溶解氧浓度公式：）溶解氧浓度公式：O=Os (Os O
37、0)exp(-k2x/u)+k1 C0/(k1 k2)exp(-k1x/u)exp(-k2x/u)O河水（从排放口）向下游任意距河水（从排放口）向下游任意距离处的溶解氧浓度（离处的溶解氧浓度（mg/L);Os河水的饱和溶解氧浓度（河水的饱和溶解氧浓度（mg/L);O0河水与污水混合后的溶解氧浓度河水与污水混合后的溶解氧浓度（mg/L);K2复氧系数，复氧系数，l/d或或l/s3S-P 模型的修正型模型的修正型(1)托马斯托马斯(Thomas)模型模型对一维静态河流，在对一维静态河流，在SP模型模型的基础上考虑沉淀、絮凝、冲的基础上考虑沉淀、絮凝、冲刷和再悬浮过程对刷和再悬浮过程对BOD去除的去
38、除的影响，引入了影响，引入了BOD沉浮系数沉浮系数k3(2)多宾斯多宾斯坎普坎普(DobbinsCamp)模型模型一维静态河流一维静态河流,考虑地面径流和底泥释放考虑地面径流和底泥释放BOD所引起的所引起的BOD变化速率，该速率以变化速率，该速率以 R表示。考虑藻类光合作用和呼吸作用表示。考虑藻类光合作用和呼吸作用以及地面径流所引起的溶解氧变化速率，以以及地面径流所引起的溶解氧变化速率，以 P表示。表示。(3)奥康纳奥康纳(OConnon)模型模型式中，式中，kn 硝化硝化BOD衰减衰减速度常数，速度常数，1/d；kn 硝硝化化BOD衰减速度常数，衰减速度常数，1/d；Lc0,河流河流x=0
39、处，含碳处，含碳有机物有机物BOD浓度，浓度，mg/L。Ln0,河流河流x=0 处，含氮处，含氮有机物有机物BOD浓度，浓度，mg/L。一维静态河流，奥康纳假设条件为，总一维静态河流，奥康纳假设条件为，总BOD是碳化和硝化是碳化和硝化BOD两部分之和，即两部分之和，即L=Lc+Ln，4S-P 模型的缺陷和修正方法模型的缺陷和修正方法引入自净系数引入自净系数 fk2/k1，当，当 dD/dt0 时有时有 LfD：LfD，dD/dt0，河流中的河流中的溶解氧呈下降态势；溶解氧呈下降态势；L=fD，dD/dt=0，河流中的河流中的溶解氧保持不变；溶解氧保持不变；LfD，dD/dt0，河流中的河流中的
40、溶解氧呈上升态势；溶解氧呈上升态势；对对于于SP模型失效的重污染河流可以进行分段讨论。模型失效的重污染河流可以进行分段讨论。根据这一思想建立的根据这一思想建立的S-P 模型网络实验模型网络实验例题例题:某一河段河水流量某一河段河水流量Q=300104 m3/d，河水的流速，河水的流速v=25km/d，水温，水温T=14.8 oC，河水，河水的耗氧系数的耗氧系数K1=0.66d-1，复氧系数，复氧系数K2=1.74d-1，上游河水，上游河水BOD5=0，DO=8.98mg/L，河段起始端排放，河段起始端排放Q1=100104 m3/d的废水，废水的的废水，废水的水温为水温为22.6 oC，废水的
41、，废水的BOD5=100 mg/L，DO=0，求该河流河段，求该河流河段x=10km处河水的处河水的BOD5值和氧亏量。值和氧亏量。混合初始混合初始BOD0=（3001040+100100104）/（300104+100104）=25mg/L混合后的初始混合后的初始DO0=（3001048.98+0100104）/（300104+100104=6.735mg/L 混合后初始水温混合后初始水温=（30010414.8+22.6100104）/（300104+100104）=16.75 oC河段河段x=10km处处所所经历经历的的时间为时间为：10/25=0.40d 根据根据L=L0exp(-k1
42、t)，河水，河水经经0.40d后的后的BOD浓浓度度为为：L=25e-0.40.66=19.20 mg/L 16.75oC时的饱和时的饱和DO：C(O2)=9.68 mg/L 河水河水历经历经0.40d后后DO值值：C=Cs-(Cs-C0)e(-k2t)+k1L0/(k1-k2)(e-k1t-e-k2t)=9.68-（9.68-6.735）e-1.740.4+0.6625/(0.66-1.74)(e-0.40.66-e-0.41.74)=4.10 mg/L则则氧氧亏亏量量为为：9.68mg/L-4.10mg/L=5.58mg/L因此河水在因此河水在x=10km处处的的BOD5和氧和氧亏亏量分量
43、分别为别为19.20mg/L和和5.58mg/L。一均匀河段，有一含一均匀河段，有一含BOD5的废水稳的废水稳定地流入，河水的平均流速为定地流入，河水的平均流速为u=10km/d，起始断面河水中，起始断面河水中BOD5 L0=20mg/L，氧亏量为，氧亏量为D0=2mg/L，耗氧系数耗氧系数k1=0.5d-1，复氧系数，复氧系数k2=1.0d-1，试用，试用S-P水质模型计算水质模型计算x=2km处河水中的处河水中的BOD5浓度浓度L和氧和氧亏量亏量D；如果增加一项沉浮系数；如果增加一项沉浮系数k3=-0.17d-1,计算计算x=2km处河水中处河水中的的BOD5浓度浓度L和氧亏量和氧亏量D。
44、一个拟建工厂，将废水经过处理后排入附一个拟建工厂，将废水经过处理后排入附近的一条河流中，已知现状条件下，河流近的一条河流中，已知现状条件下，河流中中BOD5的浓度为的浓度为2.0mg/L，溶解氧浓度，溶解氧浓度8.0 mg/L，河水水温，河水水温20oC，河流流量，河流流量14m3/s，排放的工业污水，排放的工业污水BOD5的浓度在的浓度在处理前为处理前为800mg/L，水温，水温20oC，流量，流量3.5m3/s，废水排放前经过处理使溶解氧浓，废水排放前经过处理使溶解氧浓度达到度达到4.0mg/L。假定废水与河水在排放。假定废水与河水在排放口附近迅速混合，混合后河道中平均水深口附近迅速混合，
45、混合后河道中平均水深达到达到0.8m，河宽，河宽15.0m，参数，参数k1(20 oC)=0.23 d-1，参数，参数k2(20 oC)=3.0 d-1，若，若河流溶解氧标准为河流溶解氧标准为5.0mg/L，计算工厂排，计算工厂排出废水中允许进入河流的最高出废水中允许进入河流的最高BOD5的浓度。的浓度。解答：混合后的流量解答：混合后的流量=14+3.5=17.5 m3/s河流的流速：河流的流速：v=Q/b*h=17.5/(0.815)=1.46 m/s起始的溶解氧的起始的溶解氧的浓浓度：度：Qo=(8.014+4.03.5)/17.5=7.2 mg/L20oC时饱时饱和溶解氧和溶解氧浓浓度：
46、度：Qs=468/（31.6+20）=9.07 mg/L起始点的氧起始点的氧亏亏量量=9.07-7.2=1.87 mg/L则则最大允最大允许许氧氧亏亏量量为为：9.07-5.0=4.07 mg/L工厂排放工厂排放废废水中最高允水中最高允许许BOD5浓浓度：度：tc=Dc=(0.23L0/3.0)(e-0.23tc)采用试算法，假定不同的起点采用试算法，假定不同的起点BOD5浓度，得到相应于溶解浓度，得到相应于溶解氧浓度不低于氧浓度不低于5.0mg/L临界氧临界氧亏量，见下表。亏量，见下表。计计计计算算算算次数次数次数次数假定起点假定起点假定起点假定起点BODBOD5 5浓浓浓浓度（度（度（度（
47、mg/Lmg/L）临临临临界流界流界流界流动动动动时间时间时间时间氧氧氧氧亏亏亏亏量量量量（mg/Lmg/L）1 11001000.8350.8356.336.332 275750.7980.7984.794.793 350500.7110.7113.263.264 465650.7740.7744.174.175 563630.7670.7674.054.056 663.563.50.7690.7694.084.087 763.363.30.7680.7684.074.07允允允允许许许许L Lo o值值值值DODO不低于不低于不低于不低于5.0mg/L5.0mg/L因此取因此取Lo值值=6
48、3.3 mg/L工厂处理后排出废水工厂处理后排出废水BOD5允许浓度：允许浓度：BOD5=（17.563.3-142）/3.5=308.5 mg/L而废水中实际的而废水中实际的BOD5浓度为浓度为800mg/L，因此必须采取措施进行削减，削减因此必须采取措施进行削减，削减61.44%后才能排放。后才能排放。4.2.6 河流水质模型河流水质模型中参数估值中参数估值1.纵向扩散系数纵向扩散系数 Dx 的估的估值值2.耗氧系数耗氧系数 k1 的估值方的估值方法法3.复氧系数复氧系数 k2 的估值方的估值方法法系数，由实验确定；系数，由实验确定；Dx扩散系数，扩散系数，m2/s；H 断面平均水深，断面
49、平均水深，m；U 摩阻流速摩阻流速(或称或称“剪切流速剪切流速”I 水面比降；水面比降；g重力加速重力加速度，度，9.81 m/s2；)，m/s；污染物质自然衰减系数污染物质自然衰减系数K的求法的求法反推法反推法(湖、库水体）湖、库水体）设每天进入湖泊的污染物的量为设每天进入湖泊的污染物的量为p公斤，湖泊中污染物质的初始公斤，湖泊中污染物质的初始总量为总量为Q0公斤，经公斤，经t天后湖泊中的污染物质总量为天后湖泊中的污染物质总量为Qt公斤。公斤。实验室模拟法实验室模拟法(S-P方程方程)经验系数经验系数 污染物类型污染物类型 K值值(1/d)难氧化的化合物难氧化的化合物 0.0010.05 一
50、般氧化的化合物一般氧化的化合物 0.050.30 易氧化的化合物易氧化的化合物 0.34.4 湖泊水库模型与评价湖泊水库模型与评价4.4.1 湖泊环境概述湖泊环境概述4.4.2 湖泊环境质量现状评价湖泊环境质量现状评价对湖泊环境质量现状评价主要包括以下几对湖泊环境质量现状评价主要包括以下几个方面：水质评价、底质评价、生物评价个方面：水质评价、底质评价、生物评价和综合评价和综合评价水质评价方法水质评价方法：污染指数法、分级聚类法、：污染指数法、分级聚类法、模糊数学方法模糊数学方法 湖泊环境质量的综合评价。综合评价方法湖泊环境质量的综合评价。综合评价方法有三种：算术平均值法，选择最大值法和有三种：