MODELIŲ, TAIKOMŲ TIRIANT VANDENS KOKYBĘ, TIPAI - APLINKA - 2025

Vandens kokybės modeliai yra matematiniai receptai, imituojantys teršalų elgesį ir poveikį vandenyje. Šia prasme pateikiami galimi teršalų poveikio scenarijai, naudojant įvairias formules, kurios prasideda nuo tam tikrų parametrų ir kintamųjų.

Yra skirtingi vandens kokybės modeliai, atsižvelgiant į užteršimo šaltinį ir vertinamą vandens telkinį. Šiuos modelius sudaro kompiuterinės programos, pagrįstos matematiniais algoritmais.

Vandens kokybės vertinimas. Šaltinis: CSIRO

Modeliai integruoja įvairių kintamųjų ir veiksnių lauko duomenis bei tam tikras įvesties sąlygas. Iš šių duomenų modeliai generuoja galimus scenarijus, ekstrapoluodami duomenis laike ir erdvėje, remdamiesi tikimybėmis.

Informatyviausias vandens telkinio užterštumo įvertinimo parametras yra biocheminis deguonies poreikis (BDS). Į daugelį modelių įtrauktas BDS variacijos įvertinimas kaip kriterijus jų scenarijams generuoti.

Vyriausybės nustatė vandens kokybės taisykles, kurių turi būti laikomasi norint gauti leidimus vykdyti galimai taršą. Šia prasme modeliai yra naudinga priemonė norint suprasti galimą tam tikros veiklos poveikį vandens kokybei.

Matematinis pagrindas

Vandens kokybės elgsenai prognozuoti naudojami modeliai grindžiami diferencialinėmis lygtimis. Šios lygtys susieja vienos funkcijos pokyčio dydį su kitos pokyčio dydžiu.

Vandens kokybės modeliuose naudojamos netiesinės diferencialinės lygtys, nes vandens taršos procesai yra sudėtingi (jie nereaguoja į tiesinį priežasties ir pasekmės ryšį).

Parametrai

Taikant tam tikrą modelį, būtina atsižvelgti į parametrų seką.

Apskritai yra įvertinti pagrindiniai parametrai, tokie kaip biologinis deguonies poreikis (BDS), cheminio deguonies poreikis (COD), esantis azotas ir fosforas.

BDS yra vienas iš svarbiausių užteršimo rodiklių, nes didelės vertės rodo daugybę mikroorganizmų. Savo ruožtu COD nurodo deguonies kiekį, reikalingą organinėms medžiagoms oksiduoti cheminėmis priemonėmis.

Vertintini parametrai priklauso nuo vandens telkinio tipo: lentiško (ežerai, tvenkiniai, pelkės) arba lotinio (upės, upeliai). Taip pat reikia atsižvelgti į srautą, uždengtą plotą, vandens tūrį, temperatūrą ir klimatą.

Taip pat būtina įvertinti taršos šaltinį, nes kiekvienas teršalas turi skirtingą elgesį ir poveikį.

Išleidžiant į vandens telkinį, atsižvelgiama į išleidimo tipą, jame esančius teršalus ir jo tūrį.

klasifikacija

Yra daugybė matematinių modelių, kuriais imituojamas teršalų elgesys vandens telkiniuose. Jie gali būti klasifikuojami atsižvelgiant į proceso tipą (fizikinį, cheminį, biologinį) arba tirpalo metodo tipą (empirinis, apytikslis, supaprastintas).

Veiksniai, į kuriuos atsižvelgiama klasifikuojant šiuos modelius, yra dinamika ir matmenys.

Dinamiškas

Stacionarūs modeliai mano, kad pakanka nustatyti teršalo būklės tikimybės pasiskirstymą tam tikru momentu ar erdvėje. Vėliau jis ekstrapoliuoja tą tikimybės pasiskirstymą, manydamas, kad jis yra vienodas per visą to vandens telkinio laiką ir erdvę.

Dinaminiuose modeliuose daroma prielaida, kad teršalų elgesio tikimybė gali kisti laike ir erdvėje. Kvazidinaminiai modeliai analizuoja dalimis ir sukuria dalinį sistemos dinamikos suderinimą.

Yra programų, kurios gali veikti tiek dinamiškai, tiek kvazidinamiškai.

Matmenys

Priklausomai nuo erdvinių matmenų, kuriuos atsižvelgia modelis, yra be matmenų, vienmatis (1D), dvimatis (2D) ir trimatis (3D).

Be matmens modelis laikoma, kad terpė yra vienalytė visomis kryptimis. 1D modelis gali apibūdinti upės erdvinį kitimą, bet ne jo vertikalų ar skerspjūvį. 2D modelyje bus atsižvelgiama į dvi iš šių dimensijų, o 3D modelyje bus visi šie aspektai.

Pavyzdžiai

Taikytinas modelio tipas priklauso nuo tiriamo vandens telkinio ir tyrimo tikslo, jis turi būti kalibruojamas kiekvienai konkrečiai būklei. Be to, reikia atsižvelgti į informacijos prieinamumą ir modeliuojamus procesus.

Žemiau aprašomi keli upių, upelių ir ežerų vandens kokybės tyrimų modelių pavyzdžiai:

QUAL2K ir QUAL2Kw (vandens kokybės modelis)

Imituoja visus vandens kokybės kintamuosius, modeliuodamas nuolatinį srautą. Imituoja du BDS lygius, kad būtų galima sukurti upės ar upelio sugebėjimo skaidyti organinius teršalus scenarijus.

Šis modelis taip pat leidžia modeliuoti susidariusį anglies, fosforo, azoto, neorganinių kietų medžiagų, fitoplanktono ir detrito kiekį. Taip pat jis imituoja ištirpusio deguonies kiekį, kuris numato galimas eutrofikacijos problemas.

Kiti kintamieji, tokie kaip pH ar gebėjimas pašalinti patogenus, taip pat numatomi netiesiogiai.

STREETER-PHELPS modelis

Tai yra labai naudingas modelis, skirtas įvertinti konkretaus teršalo koncentracijos kitimą išleidimo į upę srityje.

Vienas iš teršalų, kuris daro didžiausią poveikį, yra organinės medžiagos, todėl informatyviausias šio modelio kintamasis yra ištirpusio deguonies poreikis. Todėl tai apima pagrindinių procesų, susijusių su upėje ištirpusiu deguonimi, matematinę formulę.

Modelis MIKE11

Jis imituoja įvairius procesus, tokius kaip organinių medžiagų skaidymas, vandens augalų fotosintezė ir kvėpavimas, nitrifikacija ir deguonies mainai. Jis apibūdinamas imituojant teršalų virsmo ir sklaidos procesus.

RIOS modelis

Šis modelis buvo sukurtas atsižvelgiant į baseino valdymą ir apjungė biofizinius, socialinius ir ekonominius duomenis.

Tai kaupia naudingą informaciją ištaisymo priemonių planavimui ir apima tokius parametrus kaip ištirpęs deguonis, BDS, koliformos ir toksiškų medžiagų analizė.

QUASAR modelis (Kokybės modeliavimas upių sistemose)

Upė modeliuojama padalijant į dalis, kurias apibrėžia intakai, išpylimo takai ir viešosios upės, atplaukiančios arba iš jos išplaukiančios.

Be kitų parametrų, joje atsižvelgiama į amoniako, nitratų, Escherichia coli ir ištirpusio deguonies srautą, temperatūrą, pH, BDS ir koncentraciją.

WASP (vandens kokybės analizės modeliavimo programa)

Galite kreiptis į vandens telkinio tyrimą skirtingais matmenimis (1D, 2D ar 3D). Naudodamasis ja, vartotojas gali pasirinkti įvesti nuolatinius ar laiką kintančius kinetinio transportavimo procesus.

Gali būti įtrauktos atliekų išmetimo ir ne taškinės atliekos, o jų pritaikymas apima įvairias fizikines, chemines ir biologines modeliavimo sistemas. Čia galima įtraukti įvairius aspektus, tokius kaip eutrofikacija ir toksiškos medžiagos.

AQUASIM modelis

Šis modelis naudojamas tiriant upių ir ežerų vandens kokybę. Tai veikia kaip schema, leidžianti imituoti daugybę parametrų.

Nuorodos

1. Castro-Huertas MA (2015). QUAL2KW pritaikymas modeliuojant Gvajaikos upės vandens kokybę, Kaldas departamentas, Kolumbija. Laipsnis darbas. Kolumbijos nacionalinio universiteto Chemijos inžinerijos katedros Inžinerijos ir architektūros fakultetas. Kolumbija. 100 psl.
2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick ir RV Thomann (1981) vandens kokybės analizės modeliavimo programa (WASP) ir modelio patikrinimo programa (MVP) - dokumentacija. „Hydroscience, Inc.“, Westwood, NY, JAV AAA, Duluth, MN, sutarties Nr. 68-01-3872.
3. „López-Vázquez CM“, „G Buitrón-Méndez“, „HA García“ ir „FJ Cervantes-Carrillo“ (Eds.) (2017). Biologinis nuotekų valymas. Principai, modeliavimas ir dizainas. IWA leidyba. 580 psl.
4. Matovelle C (2017) Tabakajaus upės mikro baseine pritaikytas matematinis vandens kokybės modelis. „Killkana“ techninis žurnalas 1: 39–48.
5. Ordoñez-Moncada J ir M Palacios-Quevedo (2017) Vandens kokybės modelis. „Concesionaria Vial Unión del Sur“. SH konsorciumas. Dviguba važiuojamoji dalis. Rumichaca-Pasto. Nariño departamentas. HSE, Asesoría e Ingeniería Ambiental SAS 45 psl.
6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - naudotojo vadovas, kompiuterinė programa vandens sistemoms identifikuoti ir imituoti, Šveicarijos federalinis aplinkos mokslo ir technologijos institutas (EAWAG), Šveicarija.
7. Rendón-Velázquez CM (2013) Matematiniai vandens kokybės modeliai ežeruose ir rezervuaruose. Baigiamasis darbas Inžinerijos fakultetas. Nacionalinis Meksikos autonominis universitetas. Meksika, DF 95 p.