6.1 水质模型的分类在线视频

各位同学大家好

我是天津大学环境学院

环境规划管理影响评价的主讲老师李楠

今天我们继续学习第六章内容

地表水环境影响评价

那么在上节课

我们是学习了地表水体的污染和自净过程

今天我们是开始学习河流河口的水质模型

首先我们需要明确

在河流河口水质模型当中的一些基本的概念

这里面所涉及到的第一个概念

就是河流和河口的概念

所谓河流是沿地表的线形低凹部分集中的经常性

或周期性的水流

其中较大的叫做河或者是江

较小的叫做溪

那么河口是河流注入海洋湖泊或其他河流的河段

可以分为入海河口 入湖河口以及支流河口

我们来看一下水质模型的定义

那么河流河口水质模型

它是描述水体中污染物

随时间和空间迁移转化规律的数学方程

那么从这个定义当中我们就可以看出

对水质模型来说

它的最基础的分类方式就是按照时间来划分

按照空间来划分以及按照污染物类型来进行划分

那么按照时间特征来分

可以将水质模型分为动态模型和静态模型

那么我们将描述水体中水质组分

它的浓度会随时间发生变化的水质模型

称之为动态模型

那么如果我们描述的水体

它的水质组分的浓度不随时间发生变化

这样的水质模型我们将它称之为静态模型

那么如果按照水质模型的空间维数分

可以把模型分为零维 一维 二维和三维水质模型

我们如果把所考察的水体

看成是一个完全混合的反应器

也就是说水体中水质组份的浓度它是均匀分布的

那么描述这种情况的水质模型

我们可以将它称之为是零维的水质模型

那么如果我们描述的水质组分的迁移变化

会在一个方向上呈现非常显著的一个变化

而在其他另外两个方向上是均匀分布的

我们将这种水质模型称之为一维水质模型

那么如果我们描述的水质组分

在两个方向上会发生显著迁移转化

而在另外一个方向是均匀分布

我们将这种水质模型称为二维水质模型

如果我们描述水质组分在三个方向

都会呈现显著的迁移转化的过程

那么这样的水质模型我们将其称为三维水质模型

那么从理论上来说

污染物在水中的迁移转化过程

在三个方向上都会发生

因此我们要用三维水质模型来进行预测和描述

但是在实际应用当中

应用的比较广泛的是一维和二维的模型

其中一维模型常用于

污染物浓度在断面上比较均匀分布的

中小型河流水质的预测

而二维模型常用于

污染物浓度在垂向分布比较均匀

而在横向和纵向上分布不均匀的大河

那么对于小型湖泊来说

我们往往可以采用更为简单的零维模型

也就是认为水体当中的污染物浓度是均匀分布的

第三种分类方法就是按照描述水质组分的多少

可以将水质模型分成

单一组分的水质模型和多组分的水质模型

那么所谓单一组分水质模型

就是水体当中某一个组分

它的迁移转化与其他组分没有关系

那么描述这样的组分

它的迁移转化规律的水质模型

我们将它称之为单一组分的水质模型

如果水体当中的某一组分

它的迁移转化

与另外一个组分或者是几个组分的迁移转化

是相互联系 互相影响的

那么描述这种情况的水质模型

称为多组分水质模型

这个在环境影响评价当中也是非常常见的

我们来看下一种分类方法

就是按照水质组分

它的具体的成分可以分成耗氧有机物模型

也就是BOD-DO模型

这个模型我们在后面会进行比较详细的学习

那么这个模型其实它是一个多组分的模型

就是因为在水体当中有机物的衰减过程

与DO浓度的变化是直接关系的

那么还有一些其他的模型

像无机盐 悬浮物 放射性物质等等

它们都是单一组份的水质模型

还有难降解有机物水质模型

还有重金属迁移转化水质模型等

我们在环境规划管理影响评价当中

用水质模型进行评价

往往它的应用范围都是在均匀流场当中的

那么不同的污染物在均匀流场当中

它的浓度变化特征也有差异

我们在前面曾经学过

进入环境当中的污染物可以分成两个大类

分别是持久性污染物和非持久性污染物

那么这两大类污染物

它们在均匀流场当中的迁移转化规律

是有很大的差异的

那么持久性污染物进入环境之后

主要是随着介质的运动

不断的变换所处的空间位置

此外还会由于分散作用不断向周围扩散

降低它的初始浓度

但是对于持久性污染物而言

它的总量不会发生改变

污染物不会发生衰减

那么非持久性污染物进入环境之后

不仅会随着介质流动而改变位置

并不断扩散而降低浓度

此外它还会由于自身的衰减

而加速它的浓度的下降

那么非持久性污染物浓度衰减主要有两种方式

一种是由于自身的运动变化规律所决定的

比如说放射性物质

那么放射性物质具有半衰期

这是物质本身自我存在的一种特性

与环境要素没有直接的关系

那么另外一种是在环境因素的作用下

由于化学或者是生物化学的反应而不断衰减的

比如说可生化降解的有机物

在水体微生物作用下发生的氧化分解过程

就是在环境因素作用下的一种衰减

我们在实际应用水质模型进行模拟的时候

由于河流河口它的流场是非常复杂的

所以我们往往需要对水环境

以及污染源来进行一系列的简化

我们首先来看水环境的简化

那么对于河流而言

我们可以将它简化成矩型平直河流

矩型弯曲河流和非矩型河流

那么对于河流的断面宽深比大于等于20的

这样的河流我们可以将其视为矩型河流

对于大中河流

如果我们预测河段的弯曲比较大

最大弯曲系数大于1.3

我们可以将这样的河流视作弯曲河流

否则也就是说弯曲系数小于等于1.3的时候

我们可以将这样的大中河流简化为平直河流

那么对于小河

我们可以直接将小河简化为矩形平直河流

来简化我们的模型和简化计算

对于河口而言

我们可以将它划分为河流汇合部

河流感潮部 口外滨海段

河流与湖泊 水库的汇合部

那么对于河流汇入河流的这样的一种河口

那么河流汇合部可以将它分成

支流 汇合前主流 汇合后主流

之后对各个部分

分别按照河流的水质模型来进行模拟和预测

那么如果是小河汇入到大河

我们可以直接将小河作为一个点源

这样可以进一步的来简化这样的模型

河流感潮段它是受到潮气作用比较明显的河段

那么对于这样的河段

可以将落潮最大断面平均流速

与涨潮最小断面平均流速之差

等于0.05每秒的断面作为其与河流的界限

在河流感潮段应用相应的河口模型来进行预测

那么河流与湖泊 水库的汇合部

可以以汇合部来作为界限

分别作为河流或者是湖泊水库来进行预测

那么这里面需要注意的是

如果河流汇入大型的湖泊 水库

那么这样的湖泊 水库也会受到潮汐作用

所以它的一个模拟和计算的方法以及模型的应用

我们可以参考河流感潮段

并用适当的这种河口的模型来进行预测

那么接下来对污染源的简化

它主要包括两种

分别是排放形式的简化

还有排放规律的简化

那么对于排放形式而言

我们可以将污染源划分成点源和面源

那么对于排放规律而言

我们可以将排放规律划分为连续恒定排放

和非连续恒定排放

那么我们实际上在对水环境进行影响预测的时候

通常使用比较多的是

将排放规律直接简化为连续恒定的排放形式

我们再用水质模型来模拟的时候

需要有一定的假设条件

我们在用水质模型预测河流水质的时候

通常假设河段内无支流

而且在预测的时期内

河段的水利条件是稳态的

只有在河流的起点处

有恒定浓度和流量的废水

或者是污染物的排入

那么如果实际情况和我们的假设条件有不符

也就是说如果在河段内有支流汇入

而且沿河有多个污染源的时候

我们这时应该将河流划分为多个河段

采用多河段模型来进行模拟

那么对于水质模型的选择

我们选择水质模型

必须对所研究的水质组分的迁移转化规律

有非常清楚的了解

因为水质组分它的迁移就包括扩散

也包括平流

它是取决于水体的水文特征以及水动力学特征的

那么在流动的河流当中平流迁移往往占主导地位

对某些组分可以忽略扩散项

而在受潮汐影响的河口

扩散是主导的迁移现象

那么这种情况下扩散项就必须考虑

而不能忽略

对这两种情况

就是平流迁移为主还有扩散项为主

受潮汐影响和不受潮汐影响

那么选择的模型是不应该完全相同的

还有像河床规整 断面不变

污染物排入量不变的水体

我们可以使用静态模型

那么为了减少模型的复杂性和减少所需的资料

对河流系统的水质模型往往选用静态模型

那么对于河口

由于它受到潮汐的影响

整个断面的情况以及断面的流速都是在变化的

那么往往选用动态模型

我们在进行水质模型的选择的时候

模型必须要反映所研究的水质组分

而且应用条件与现实条件要尽可能的接近

那么这是关于水质模型的一些概述部分的内容