第三节河流水质模型

第三节河流水质模型演示文稿第一页，共16页。（优选）第三节河流水质模型第二页，共16页。3.1河流中的水质问题一、污染物与河水的混合污染物排入河流后，从污水排放口到污染物在河流横断面上达到均匀分布，通常需经历竖向混合和横向混合两个阶段。第三页，共16页。竖向混合——污染物进入河流后，在较短距离内即达到竖向的均匀分布横向混合——污染物达到竖向均匀分布到污染物在整个断面上达到均匀分布的过程

注：直道中，主要动力为横向弥散作用;

弯道中，横向环流大大加速了横向扩散第四页，共16页。竖向混合：三维混合问题横向混合：二维混合问题完成两种混合后混合问题位移为混合问题保守物质将一直保持断面浓度；非保守性物质由于生物化学等作用产生浓度变化，但在整个断面分布始终是均匀的。第五页，共16页。二、生物化学分解

1.河流中的有机物经过生物降解所产生的浓度变化，可由一级反应式表示：

L=L0e-Kc*t

L－t时刻有机物的剩余生物化学需氧量

L0－初始时刻有机物的总生物化学需氧量

Kc—含碳有机物的降解速度常数，为温度的函数

实验室测定Kc值：通过实验室中测定生化需氧量（BOD）和时间的关系

2.1961年，托马斯（H·Thomas）提出了河流中BOD衰减的另一个原因—沉淀，如果反映生化作用和沉淀作用的BOD衰减速度常数分别为Kd和Ks，则

Kc＝Kd+Ks

第六页，共16页。3.1966年，K·Bosko研究了河流中生化作用的BOD衰减速度常数Kd和实验室的数值Kc之间的关系：

η为河床活度常数，综合反映河流对有机物生化降解作用的影响。4.稳态河流中BOD的变化规律满足下式：5.含氮有机物排入河流后，同样发生生物化学氧化过程：Kd＝Kc+η

uxHLc=L0〔exp（-Kcxux）〕LN=LN0〔exp（-KNxux）〕第七页，共16页。三、大气复氧

水中溶解氧的主要来源是大气。氧气由大气进入水中的质量传递速度：

C-河流水中溶解氧的浓度Cs-河流水中饱和溶解氧的浓度KL-质量传递系数A-气体扩散的表面积V-水的体积

dtdC=KLAV(Cs-C)第八页，共16页。

欧康奈尔（D.O’·Conner）和多宾斯（W·Dobbins）在1958年提出根据河流的流速、水深计算大气复氧速度常数的方法：

饱和溶解氧浓度Cs是温度、盐度和大气压力的函数。在760mmHg压力下，淡水中的饱和溶解氧浓度为

T为0cKL=CuxnHmCs=46831.6+T第九页，共16页。四、光合作用

水生植物的光合作用是河流溶解氧的另一个重要来源。欧康奈尔假定光合作用的速度随着光照强度的变化而变化。中午光照强度最大时，产氧速度最快，夜晚没有光照时，产氧速度为零。五、藻类的呼吸作用

藻类的呼吸作用要消耗河水中的溶解氧，通常把藻类呼吸耗氧速度看作是常数.六、底栖动物和沉淀物的耗氧

底泥耗氧的主要原因是由于底泥中的耗氧物返回到水中和底泥顶层耗氧物质的氧化分解.第十页，共16页。3.2单一河段水质模型定义：在所研究的河段内只有一个排放口时称该河段为单一河段坐标：在研究单一河段时，一般把排放口置于河段的起点，即定义排放口处的纵向坐标x＝0.S-P模型—描述河流水质的第一个模型，由斯特里特（H•Streeter）和菲而普斯（E•Phelps）在1925年建立。基本假设：河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应，反应速度为常数；河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。第十一页，共16页。S-P氧垂公式O—河流中的溶解氧值Os—饱和溶解氧值L0－河流起始点的BOD值D0－河流起始点的氧亏值Dc－临界点的氧亏值tc—由起始点到临界点的流经时间耗氧曲线复氧曲线氧垂曲线tc时间t溶解氧DO饱和溶解氧浓度Cs污水排放点河流BOD＝L0

溶解氧氧垂曲线DcD0O=Os-D=Os-Ka-Kd[e-Kdt-e-Ka

t]-D0e-KatKdL0第十二页，共16页。临界点氧亏值:

Dc=

Kae-Kdtc

KdL0第十三页，共16页。S-P模型的修正型

卡普修正式上游来量及旁侧入流叠加

托马斯修正式考虑泥沙、悬浮固体对有机物的吸附沉降，化学絮凝沉降及水流冲刷再悬浮。

托曼修正式考虑断面流速和浓度分布不均匀而引起的剪切流纵向分散。

杜宾斯修正式考虑底泥释放或沿程地表径流加入的BOD浓度

沃康纳修正式认为BOD5不能反映有机污染物BOD的总量第十四页，共16页。3.3多河段水质模型一、多河段水质模型的概化

水质模型的解析解是在均匀和稳定的水流条件下取得的，划分断面的原则：

a）河