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一维水质模型

2020-04-09 21:02

模拟水质沿水体空间一个方向上变化的数学表达式。

河流一维水质模型可由河流的连续方程和质量方程联解求得。美国学者H.W.斯特里特和E.B.费尔普斯于1925年首先提出了这类模型。一维水质模型在预测、预报较长距离的河段水质变化方面比较实用,在水质规划和水污染综合防治研究方面也有重要意义。

河流一维水质模型的表达式为

式中,C为某水质组分浓度;x为河流纵向距离;Q为河流流量;A为河流横断面积;t为时间;

为纵向离散系数;∑S为源与汇项。

在解河流一维水质模型时,可视所研究河流的实际情况,进一步将一维水质模型简化。例如,在稳态条件下,即?C/?t=0,且系均匀河段时,则式(1)可简化为

如略去离散项,则为

,故如∑S在对五日生化需氧量(BOD5)(L)模拟时只考虑K1L(K1为耗氧系数),对氧亏(D)模拟时只考虑氧平衡的两项,即K1L和K2D(K2为复氧系数),则式(3)变为

这就是斯特里特—费尔普斯简化一维耦合水质模型,其解析解为

式中,L(t)为t时刻的BOD5;L0为初始的BOD5;D(t)为t时刻的氧亏量,其值为饱和溶解氧减去现存溶解氧;D0为初始的氧亏量;K1为耗氧系数;K2为复氧系数。

式(4)对源与汇项考虑过于简化,不大符合实际。考虑沉淀、絮凝、冲刷和溶出再悬浮等过程,BOD方程引入沉浮系数K3,则有离散项的非稳态方程组为

式中,DO为溶解氧;其他符号意义同前。

考虑到旁侧分散入流项和藻类的呼吸和光合作用的影响,式(6)可修正为

式中,Sl为BOD5旁侧入流;P为藻类光合作用产氧率;R为藻类呼吸耗氧率;其他符号意义同前。

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