词条 | 水质数学模型 |
释义 | shuizhi shuxue moxing 水质数学模型(卷名:大气科学 海洋科学 水文科学) water quality models 描述水体中水质变化规律的数学表达式。水文数学模型之一。它主要以物质守恒原理为基础,模拟污染物质排入水体以后,水体的水质在物理、化学和生物化学等过程中的变化。水质数学模型反映污染物排放与水体质量的定量关系,主要用于水体污染特性、水体纳污容量的研究和水质预测。 按研究的水体,水质数学模型分为:地表水(河流、湖泊等)水质数学模型、地下水水质数学模型和海水水质数学模型。本条目涉及前两种模型。 河流水质数学模型 河流水质研究较多,各国学者提出了许多模型。从河流点污染源、确定性单变量的水质数学模型方面说,大致有如下三种。 推流模型 一般在河流纵向上,由于水流的推动,污染物的平流(又称对流)输送,远比扩散显著。根据流动方向上的推流作用,导出推流模型,近似地模拟(初始条件下河流横断面上水质浓度、流速分布是均匀的)水质变化。其一维模型为: ![]() 如上游污水来量和水流都是稳定的,即 ![]() ![]() ![]() ![]() 扩散模型 污染物质进入河流,在初始横断面上基本均匀后往下流动时,由于断面流速不均匀,实际上不仅存在推流作用,还存在着分(弥,离)散作用,因此应增加分散项,成为一维的扩散-推流模型,简称扩散模型。 ![]() 当污染物质在河流水深方向是均匀分布时,只存在横向与纵向的扩散作用,可以导出二维扩散模型,如果污染物在水深方向也是不均匀的,则可导出三维扩散模型。 槽列模型 这种模型按物质守恒原理把受污染的河流模拟为一系列连续搅拌即完全混合的串联水槽流,称为CSTR模型,其形式为 ![]() 湖泊水质数学模型 湖泊通常具有水域广阔、水流缓慢和风浪作用明显等特点,其水质模型的建立更趋复杂。 完全均匀混合型模型 污水排入湖泊后,在湖流和风浪作用下,可能出现湖内各处水质浓度均一的完全均匀混合现象,这时可按物质平衡原理,模拟湖泊内物质收支和积存的关系建立各种水质模型,例如描述大湖中营养物质积存过程的福朗沃多(Vollonwerdor)模型 ![]() 不均匀混合型模型 污水在湖水稀释扩散过程中往往有二维或三维的扩散现象,为了简化湖水中的水质现象,有时不采用直角坐标,而以圆柱形坐标建立水质方程。对难降解的污染物质可用下列模型 ![]() 地下水水质数学模型 污染物进入含水层以后,一方面被水挟带随水流运动;另一方面由于和原来的地下水中的该物质含量存在浓度差,产生分子扩散;结果,随着地下水流动,污染物在含水层中分布的范围越来越大,这种现象称为水动力弥散。据此导出的地下水水质数学模型称为对流-弥散模型,是一种最常用的地下水水质模型。其难降解污染物一维模型的偏微分方程为 ![]() 参考书目 A.K.Biswas,ed.,Models for Water Quality Management,McGraw-Hill,New York,1981. A.James,MathematicalModels in Water Pollution Control,John Wiley & Sons,New York,1978. |
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