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河流、湖泊、水库、湿地水环境容量计算模型

河流、湖泊、水库、湿地水环境容量计算模型
河流、湖泊、水库、湿地水环境容量计算模型

水环境容量计算模型

1)河流水环境容量模型

水环境容量是在水资源利用水域内,在给定的水质目标、设计流量和水质条件的情况下,水体所能容纳污染物的最大数量。按照污染物降解机理,水环境容量W 可划分为稀释容量W 稀释和自净容量W 自净两部分,即:

W W W =+稀释自净

稀释容量是指在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时,依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量。自净容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用,给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。

河段污染物混合概化图如图。根据水环境容量定义,可以给出该河段水环境容量的计算公式:

图 完全混合型河段概化图

0()i si i i W Q C C =-稀释

i i si i W K V C =??自净

即:0()i i si i i i si W Q C C K V C =-+??

考虑量纲时,上式整理成:

086.4()0.001i i si i i i si W Q C C K V C =-+??

其中:

当上方河段水质目标要求低于本河段时:0i si C C =

当上方河段水质目标要求高于或等于本河段时:00i i C C =

式中:i W —第i 河段水环境容量(kg/d );

i Q —第i 河段设计流量(m 3/s );

i V —第i 河段设计水体体积(m 3);

i K —第i 河段污染物降解系数(d -1);

si C —第i 河段所在水功能区水质目标值(mg/L );

0i C —第i 河段上方河段所在水功能区水质背景值

(mg/L ),取上游来水浓度。 若所研究水功能区被划分为n 个河段,则该水功能区的水环境容量是n 个河段水环境容量的叠加,即:

1n

i i W W ==∑

01131.536()0.000365n n

i si i i i i i i W Q C C K V C ===-+??∑∑

式中:W —水功能区水环境容量(t/a );

其他符合意义和量纲同上。

2)湖泊、水库水环境容量计算模型

有机物COD 、氨氮的水环境容量模型:

在目前国内外的研究中,多采用完全均匀混合箱体水质模型来预测水库水体长期的动态变化,即将水库视为一个完全混合反应器时,有机物的容量计算模型可以用水体质量平衡基本方程计算。水库中有机物容量模型如下:

C t kV S t C t Q t C t Q dt

dc c out in in )()()()()(V(t)++?-?= 假设条件:水量为稳态,出流水质混合均匀。

式中:V(t)——箱体在t 时刻的水量,m 3;

dt dc ——箱体水质参数COD 、氨氮的变化率;

)(t Q in ——t 时刻水库的入流水量,m 3/a ;

)(t Q out ——t 时刻水库的出流水量,m 3/a ;

)(t C in ——t 时刻水库的COD 、氨氮入流浓度值,mg/L ;

)(t C ——t 时刻水库的COD 、氨氮出流浓度值,mg/L ;

c S ——其他未计入的外部源和漏污染量;

k ——COD 、氨氮的综合降解系数。

由此模型推导出的COD 、氨氮环境容量的计算公式如下:

)(out KV Q Cs W +=

转换量纲后公式为:

6out 10*)(-+=KV Q Cs W

W ——水库环境容量,t/a ;

Cs ——水库功能区目标值,mg/L ;

out Q ——水库的出流水量,m 3/a ;

K ——COD 、氨氮的综合降解系数;

V ——水库死库容,m 3。

总氮总磷的水环境容量计算模型

水库中氮和磷等营养盐物质随时间的变化率,是输入、输出和在水库内沉积的该种污染物的量的函数,因此营养盐物质容量计算可采用沃伦威得尔模型(Vollen —welder),即可以用质量平衡方程表示。

总氮总磷的水环境容量模型可采用吉柯奈尔-迪龙(Kirchner-Dillon )水库营养物浓度预测模型,其形式如下:

εγ?--=V

R I dt )1(dC

式中:C —总氮总磷的浓度(g/m 3);

I —总氮总磷的总负荷(g/a );

R —总氮总磷在水库中的滞留系数;

V —水库的容积;(m 3);

γ—冲刷速度常数(a -1);

γ=Qout/V ,式中Qout 为水库输出流量。

给定初始条件:当t=0时,C=Co ,可以求得上式的解析解:

πγγ-----=e V

Co V ]R 1I [R 1I C )()( 假设水库的入流、出流与污染物的输入处于稳定状态,当∞→t ,可得上式的平衡浓度Cp :

R

V Cp I V Cp -=-=1R 1I γγ)

( 式中Cp —总氮总磷的平衡浓度(mg/L )。用总氮总磷的水环境质量标准来衡量。滞留系数R 可以根据流入和流出支流的流量和营养物浓度近似计算:

Wi Wout QiPi outPout -=-=∑

∑1Q 1R 式中Qi 、Qout —水库输入和输出流量(m 3/a );

Pi 、Pout —水库输入和输出总氮总磷浓度(g/m );

Wi 、Wout —水库输入和输出总氮总磷量(g/a )。

3)人工湿地水环境容量计算模型

湿地水环境容量计算模式如下:(出水达标情况下)

W 净化=净化C 进

式中:

净化

W -人工湿地工程净化量,kg/d ; 净化Q -人工湿地工程净化的废水量,m 3/s ;

进C -排入人工湿地工程的污染物浓度,mg/L 。

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