《环境质量评价学》PPT课件.ppt

环境质量评价与系统分析 四 主讲 冯流 三 河流水质模型 续 3 二维河流水质模型污染物在完成横向混合前 在纵向和横向都存在浓度梯度 需采用二维模型进行描述当河床形状较为规则 流场均匀稳定的条件下 可利用二维基本模型的解析解进行水质模拟 实际河床往往不规则 难以满足流场均匀稳定的要求 无法应用解析解 往往需采用数值解进行模拟 2020 3 31 2 3 1正交曲线坐标系统在给定的河段中 沿水流方向将河段分成m个流带 同时在垂直水流方向将河段分成n个子河段 可组成一个包含m n个有限单元的平面网格系统 2020 3 31 3 问题 横向水流分量难以准确区分并确定解决思路 通过流带划分 使每条流带内的流量保持恒定并相同如何实现 确定各流带的合适宽度 2020 3 31 4 流带宽度的确定方法 计算单宽流量q Q为河流流量 B为河流断面的水面宽度 H为河流的平均水深 h为河流断面上某一单位宽度上的局部水深 a和b为根据断面流量分布估计的参数 Sium 平直河道 若50 B H 70 a 1 0 b 5 3 若70 B H a 0 92 b 7 4弯曲河道 若50 B H 100 0 80 a 0 95 1 78 b 2 48 2020 3 31 5 2020 3 31 6 根据单宽流量计算断面的横向累积流量 绘制横向累积流量曲线 根据该曲线确定相对于某一确定流量的流带的宽度 3 2二维BOD模型任取一有限单元 设为i j单元 则纵向水流输入 输出该单元的BOD总量为 纵向弥散作用输入 输出该单元的BOD总量为 横向弥散作用输入 输出该单元的BOD总量为 2020 3 31 7 式中 qj为第j个流带中的流量 Lij为ij单元中的BOD浓度 Dij kl为单元ij和kl间的弥散系数 为上下游相邻单元间的平均距离 为横向相邻单元间的平均距离 Aij kl为相邻单元ij和kl间的界面面积令 ij单元内BOD衰减量为 系统外输入ij单元的BOD总量 2020 3 31 8 根据质量平衡原理 可得到如下差微分方程 对于连续稳定污染源排放 各单元内dL dt 0 同时忽略纵向弥散作用 可得到简化方程 2020 3 31 9 对于二维正交曲线坐标系统中的初始河段 i 1 及其边界流带 j 1和j m 有 L0j为河流上游BOD的本底浓度 Q1 L1分别为第一河段 i 1 边界排放的流量及其BOD浓度 2020 3 31 10 转化成矩阵方程为 为I河段1 m流带中BOD的量组成的m维向量为I河段上游河段1 m流带中BOD的量及边界 系统外排放BOD的量组成的m维向量其中 2020 3 31 11 A为m m阶系数矩阵其中 2020 3 31 12 4 河口和感潮河流水质模型河口 指入海河流受到潮汐作用影响明显河段 如长江口感潮河流 汇入河口 受潮汐作用影响明显的河流段 如汇入长江口的黄浦江及其支流苏州河判断标准 落潮最大断面平均流速与涨潮时最小断面平均流速之差等于0 5m s的断面作为河口或感潮河流与普通河流的界限 2020 3 31 13 4 1河口的水文特征非恒定性流动 水体混合具有明显的时变特征存在潮汐的抽吸和阻滞作用 局地环流剩余环流 地球自转引起 抽吸环流 潮汐作用与海床相互作用引起存在分层流动和斜压环流作用淡水和海水之间存在密度差 导致分层流动密度差导致水流内部产生环流 2020 3 31 14 4 2河口的冲洗时间河口的冲洗时间 上游径流作用将守恒污染物从河口的某一特定位置输送到河口外所需的时间反映污染物进入河口后停留的时间可采用淡水分数法计算 Ti为河段总的冲洗时间 fi为第i河段的淡水分数 Ri为第i河段在一个潮周期内所得的河水水量 Pi为第i河段在一个潮周期内的进潮量 Vi为第i河段河水的实际体积 Ss为河口外海水的盐度 Si为第i河段平均盐度 2020 3 31 15 4 3河口水质模型4 3 1河口水质基本模型4 3 2一维动态混合衰减模型 2020 3 31 16 在一维河口中 纵向弥散起主要作用 如以污染物浓度的潮周平均值作为考察对象 则一维河口水质模型可简化为 S为系统外输入的污染物 mg L Ml为断面纵向混合系数 m2 s 2020 3 31 17 解析解对于均匀河口 且s 0时 上述模型的解析解为 Ch为河流上游污染物本底浓度 Cp为污染物排放浓度 Qh为河流流量 Qp为废水排放量 2020 3 31 18 纵向混合系数Ml的估计示踪测定经验公式法估算淡水含量百分比法 3 5个断面平均 Bowden法Hobbey Harbemanand Fisher法Diaehishon法Hefling O Conner法 2020 3 31 19 4 3 3BOD DO耦合模型对于一维稳态情形 描述河口氧亏的基本模型为 当给定边界条件 即x 时 D 0 得到解析解 2020 3 31 20