Dalintis:
Kokius modelius reikėtų taikyti vandens kokybės tyrimui?
Vandens kokybės modeliai yra matematinės formuluotės, kurios imituoja teršalų elgseną ir poveikį vandenyje. Šia prasme pateikiami galimi teršalų poveikio scenarijai, naudojant įvairias formules, kurios prasideda nuo tam tikrų parametrų ir kintamųjų.
Yra įvairių vandens kokybės modelių, priklausomai nuo užteršimo šaltinio ir vandens telkinio, kurį norite įvertinti. Šiuos modelius sudaro kompiuterinės programos, pagrįstos matematiniais algoritmais.
Modeliai integruoja įvairių kintamųjų ir veiksnių lauko duomenis bei tam tikras įvažiavimo sąlygas. Remiantis šiais duomenimis, modeliai generuoja galimus scenarijus, ekstrapoliuodami duomenis laiku ir erdvėje pagal tikimybes.
Informatyviausias parametras vandens telkinio užteršimui įvertinti yra biocheminis deguonies poreikis (BOD). Dauguma modelių apima BOD variacijos vertinimą kaip kriterijų, kuriuo siekiama sukurti jų scenarijus.
Vyriausybės nustatė vandens kokybės taisykles, kurių turi būti laikomasi norint gauti leidimus vykdyti potencialiai teršiančią veiklą. Šia prasme modeliai yra naudinga priemonė suprasti galimą poveikį tam tikros veiklos vandens kokybei.
Indeksas
- 1 Matematinis pagrindas
- 1.1 Parametrai
- 2 Klasifikacija
- 2.1 Dinamika
- 2.2 Dimensija
- 3 Pavyzdžiai
- 3.1 Modelis QUAL2K ir QUAL2Kw (vandens kokybės modelis)
- 3.2 STREETER-PHELPS modelis
- 3.3 MIKE11 modelis
- 3.4 RIOS modelis
- 3.5 QUASAR modelis (kokybės modeliavimas prie upės sistemų)
- 3.6 WASP (vandens kokybės analizės modeliavimo programa)
- 3.7 AQUASIM modelis
- 4 Nuorodos
Matematinis pagrindas
Vandens kokybės elgsenai prognozuoti naudojami modeliai yra pagrįsti diferencialinėmis lygtimis. Šios lygtys yra susijusios su tam tikros funkcijos pokyčio dydžiu su kitoje esančio pokyčio dydžiu.
Vandens kokybės modeliuose naudojamos nelinijinės diferencialinės lygtys, nes vandens užterštumo procesai yra sudėtingi (jie neatitinka linijinio priežastinio ryšio).
Parametrai
Taikant tam tikrą modelį būtina atsižvelgti į keletą parametrų.
Apskritai apskaičiuojami pagrindiniai parametrai, pvz., Biologinis deguonies poreikis (BOD), cheminis deguonies poreikis (COD), azotas ir fosforas..
BOD yra vienas iš svarbiausių taršos rodiklių, nes didelės vertės rodo didelį mikroorganizmų kiekį. Savo ruožtu COD rodo deguonies kiekį, reikalingą organinėms medžiagoms oksiduoti cheminėmis priemonėmis.
Vertintini parametrai priklauso nuo vandens telkinio tipo, ar tai būtų lentos (ežerai, lagūnos, pelkės), ar lotosai (upės, upeliai). Taip pat reikėtų atsižvelgti į srautą, apimtį, vandens kiekį, temperatūrą ir klimatą.
Taip pat būtina atsižvelgti į įvertintiną taršos šaltinį, nes kiekvienas teršalas turi skirtingą elgesį ir poveikį.
Jei išleidžiama į vandens telkinį, atsižvelgiama į išleidimo tipą, jo teršalus ir jo tūrį..
Klasifikacija
Yra daug matematinių modelių, kurie imituoja teršalų elgesį vandens telkiniuose. Jie gali būti klasifikuojami atsižvelgiant į tai, kokio tipo procesą jie laiko (fiziniu, cheminiu, biologiniu) ar tirpalo metodo tipu (empirinis, apytikslis, supaprastintas)..
Veiksniai, į kuriuos atsižvelgiama klasifikuojant šiuos modelius, yra dinamika ir dimensiškumas.
Dinamika
Stacionarūs modeliai mano, kad užtenka nustatyti teršalo būklės tikimybės pasiskirstymą tam tikru laiku ar erdvėje. Vėliau ekstrapoliuoti šią tikimybės pasiskirstymą, atsižvelgiant į tai, kad jis lygus visam to vandens telkinio laikui ir erdvei.
Dinaminiuose modeliuose daroma prielaida, kad teršalų elgsenos tikimybės gali keistis laiku ir erdvėje. Kvazi-dinamiški modeliai atlieka analizę dalimis ir sukuria dalinį suderinimą su sistemos dinamika.
Yra programų, kurios gali veikti tiek dinamiškuose, tiek kvazi-dinaminiuose modeliuose.
Matmenys
Priklausomai nuo modelio svarstomų erdvinių matmenų, yra matmenų, vieno matmens (1D), dvimatis (2D) ir trimatis (3D).
Modeliuojamas modelis mano, kad terpė yra vienoda visomis kryptimis. 1D modelis gali apibūdinti erdvinį skirtumą upėje, bet ne jo skerspjūvyje ar vertikalioje padėtyje. 2D modelis apsvarstys du iš šių matmenų, o 3D - juos visus.
Pavyzdžiai
Naudojamo modelio tipas priklauso nuo tiriamo vandens telkinio ir tyrimo tikslo ir turi būti kalibruotas kiekvienai konkrečiai būklei. Be to, reikia atsižvelgti į informacijos prieinamumą ir procesus, kuriuos norite modeliuoti.
Toliau aprašyti kai kurie upių, upelių ir ežerų vandens kokybės tyrimų modeliai:
QUAL2K ir QUAL2Kw modelis (vandens kokybės modelis)
Imituoja visus vandens kokybės kintamuosius imituojant pastovų srautą. Imituoja du BSP lygius, siekiant sukurti upės ar dabartinio gebėjimo degraduoti organinius teršalus scenarijus.
Šis modelis taip pat leidžia imituoti gautą anglies, fosforo, azoto, neorganinių kietųjų medžiagų, fitoplanktono ir detritų kiekį. Panašiai imituoja ištirpusio deguonies kiekį, kuris numato galimas eutrofikacijos problemas.
Netiesiogiai taip pat prognozuojami kiti kintamieji, tokie kaip pH arba gebėjimas pašalinti ligų sukėlėjus.
STREETER-PHELPS modelis
Tai labai naudingas modelis tam, kad būtų galima įvertinti konkretaus teršalo koncentracijos elgesį išsiliejimo į upę linkme..
Vienas iš reikšmingesnio poveikio sukeliančių teršalų yra organinė medžiaga, todėl informatyviausias šio modelio kintamasis yra ištirpusio deguonies poreikis. Todėl jis apima matematinį pagrindinių procesų, susijusių su ištirpusiu deguonimi, susidarymą upėje.
Modelis MIKE11
Imituoja įvairius procesus, pavyzdžiui, organinių medžiagų skaidymą, fotosintezę ir vandens augalų kvėpavimą, nitrifikaciją ir deguonies mainus. Jis apibūdinamas kaip teršalų transformacijos ir sklaidos procesų imitavimas.
RIOS modelis
Šis modelis buvo sukurtas atsižvelgiant į baseino valdymą ir sujungia biofizinius, socialinius ir ekonominius duomenis.
Kuria naudingą informaciją, kad būtų galima planuoti valymo priemones, ir apima tokius parametrus kaip ištirpusio deguonies, BDS, koliforminės medžiagos ir toksinių medžiagų analizė.
QUASAR modelis (kokybės modeliavimas prie upės sistemų)
Upė yra modeliuojama atskirai į sekcijas, kurias apibrėžia intakai, sąvartynai ir viešieji padaliniai, kurie atvyksta arba nukrypsta nuo jo.
Be kitų parametrų, apsvarstykite srauto greitį, temperatūrą, pH, BOD ir amoniako nitratų koncentraciją, Escherichia coli, ir ištirpusio deguonies.
WASP (vandens kokybės analizės modeliavimo programa)
Galite kreiptis į vandens telkinio tyrimą įvairiais matmenimis (1D, 2D arba 3D). Naudodamas jį vartotojas gali pasirinkti, kad laikui bėgant būtų įvesti pastovūs ar kintantys kinetiniai transportavimo procesai.
Galima įtraukti taškinių ir ne taškų atliekas, o jų panaudojimas apima keletą fizinio, cheminio ir biologinio modeliavimo sistemų. Čia galite įtraukti įvairius aspektus, pvz., Eutrofikaciją ir toksiškas medžiagas.
AQUASIM modelis
Šis modelis naudojamas vandens kokybei upėse ir ežeruose tirti. Jis veikia kaip srauto schema, leidžianti imituoti daugybę parametrų.
Nuorodos
- „Castro-Huertas“ MA (2015) „QUAL2KW“ taikymas Guacaica upės, Caldo, Kolumbijos, vandens kokybės modeliavime. Laipsnis Kolumbijos nacionalinis universitetas, Inžinerijos ir architektūros fakultetas, Chemijos inžinerijos katedra. Kolumbija 100 p.
- Di Toro DM, JJ Fitzpatrick yRV Thomann (1981) Vandens kokybės analizės modeliavimo programa (WASP) ir modelio patikros programa (MVP) - dokumentacija. Hydroscience, Inc., Westwood, NY, JAV EPA, Duluth, MN, sutartis Nr. 68-01-3872.
- López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, HA García ir FJ Cervantes-Carrillo (red.) (2017 m.). Biologinis nuotekų valymas. Principai, modeliavimas ir dizainas. IWA leidyba. 580 p.
- Matovelle C (2017) Matematinis vandens kokybės modelis, taikomas Tabacay upės mikrobazėje. Killkana Technical Review 1: 39-48.
- Ordoñez-Moncada J ir M Palacios-Quevedo (2017) Vandens kokybės modelis. Pietų Sąjungos kelių koncesininkas. SH konsorciumas Dvivietis kelias Rumichaca-Ganykla. Nariño katedra. HSE, Aplinkosaugos konsultacijos ir inžinerija S.A.S. 45 p.
- Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - vartotojo vadovas, vandens sistemų identifikavimo ir imitavimo kompiuterių programa, Šveicarijos federalinis aplinkos mokslų ir technologijų institutas (EAWAG), Šveicarija.
- Rendón-Velázquez CM (2013) Vandens kokybės matematiniai modeliai ežeruose ir rezervuaruose. Darbas Inžinerijos mokykla. Nacionalinis autonominis Meksikos universitetas. Meksika, D.F. 95 p.