Milyen típusú modelleket kell alkalmazni a vízminőség vizsgálatára?



A vízminőség modelljei olyan matematikai formulációk, amelyek a vízben lévő szennyeződések viselkedését és hatásait szimulálják. Ebben az értelemben a szennyező anyagok hatásának lehetséges forgatókönyveit mutatják be különböző paraméterekkel, amelyek bizonyos paraméterekből és változókból indulnak ki.

A szennyezettség forrásától és a kiértékelendő víztesttől függően különböző vízminőségi modellek találhatók. Ezek a modellek matematikai algoritmusokon alapuló számítógépes programokból állnak.

A modellek különböző változók és tényezők terepi adatait, valamint bizonyos belépési feltételeket tartalmazzák. Ezekből az adatokból a modellek generálják az esetleges forgatókönyveket, extrapolálják az adatokat időben és térben valószínűségek alapján.

A víztestek szennyeződésének felmérésére leginkább informatív paraméter a biokémiai oxigénigény (BOD). A legtöbb modell magában foglalja a BOD variáció becslését kritériumként a forgatókönyvek létrehozásához.

A kormányok olyan vízminőségi előírásokat állapítottak meg, amelyeknek meg kell felelniük a potenciálisan szennyező tevékenységek végrehajtásához szükséges engedélyek megszerzéséhez. Ebben az értelemben a modellek hasznos eszközek ahhoz, hogy megértsék az adott tevékenység vízminőségére gyakorolt ​​lehetséges hatásokat.

index

  • 1 Matematikai alap
    • 1.1 Paraméterek
  • 2 Osztályozás
    • 2.1 Dinamika
    • 2.2 Méretesség
  • 3 Példák
    • 3.1 QUAL2K és QUAL2Kw modell (vízminőség modell)
    • 3.2 STREETER-PHELPS modell
    • 3.3 MIKE11 modell
    • 3.4 RIOS modell
    • 3.5 QUASAR modell (Minőségi szimuláció a folyórendszerek mentén)
    • 3.6 WASP (vízminőség-elemzési szimulációs program)
    • 3.7 AQUASIM modell
  • 4 Referenciák

Matematikai alapítvány

A vízminőség viselkedésének előrejelzésére használt modellek differenciálegyenleteken alapulnak. Ezek az egyenletek egy bizonyos függvény változásának összegét a másikban bekövetkezett változás nagyságával kötik össze.

A vízminőségi modellekben nemlineáris differenciálegyenleteket alkalmaznak, mivel a vízszennyezési folyamatok összetettek (nem felelnek meg a lineáris ok-okozati összefüggésnek).

paraméterek

Egy adott modell alkalmazása során figyelembe kell venni egy sor paramétert.

Általában az alapvető paramétereket becsüljük meg, mint például a biológiai oxigénigény (BOD), a kémiai oxigénigény (COD), a nitrogén és a foszfor..

A BOD az egyik legfontosabb szennyezési mutató, mivel a magas értékek nagy mennyiségű mikroorganizmust jeleznek. A COD részéről az oxigén mennyisége a szerves anyagok kémiai úton történő oxidálásához szükséges.

Az értékelendő paraméterek függenek a víztest típusától, legyen az lentic (tavak, lagúnák, mocsarak) vagy lótusz (folyók, patakok). Figyelembe kell vennie az áramlást, a lefedett területet, a vízmennyiséget, a hőmérsékletet és az éghajlatot.

Szükséges figyelembe venni az értékelendő szennyező forrást is, mivel minden szennyező anyagnak eltérő viselkedése és hatása van.

A víztestbe való kibocsátás esetén figyelembe veszik a kibocsátás típusát, a benne lévő szennyeződéseket és mennyiségét..

besorolás

Számos matematikai modell létezik a szennyező anyagok víztestekben való viselkedésének szimulálására. Ezeket az eljárástól függően (fizikai, kémiai, biológiai) vagy az oldat módszerének (empirikus, közelítő, egyszerűsített) típusától függően lehet besorolni.

A modellek besorolásához figyelembe vett tényezők a dinamika és a dimenzió.

dinamikus

A helyhez kötött modellek úgy vélik, hogy elegendő a szennyezőanyag állapotának valószínűségi eloszlásának megállapítása egy adott időben vagy térben. Ezután extrapolálja ezt a valószínűségi eloszlást, tekintve, hogy az egyenlő az egész vízben és időben.

Dinamikus modellekben feltételezzük, hogy a szennyeződés viselkedésének valószínűsége idő és térben változhat. A kvázi-dinamikus modellek elemezéseket végeznek részekben, és részleges közelítést generálnak a rendszer dinamikájához.

Vannak olyan programok, amelyek dinamikus és kvázi-dinamikus modellekben is működhetnek.

dimenziószámcsökkentő

A modell által figyelembe vett térbeli dimenzióktól függően dimenzió nélküli, egydimenziós (1D), kétdimenziós (2D) és háromdimenziós (3D).

A dimenzió nélküli modell úgy véli, hogy a közeg minden irányban homogén. Az 1D modell leírhatja a folyó térbeli változását, de nem keresztmetszetében vagy függőlegesen. A 2D-modell két ilyen dimenziót fog figyelembe venni, míg a 3D-ben mindegyik tartalmazza őket.

Példák

Az alkalmazandó modell típusa a vizsgált víztesttől és a vizsgálat céljától függ, és minden egyes állapothoz kalibrálni kell. Ezenkívül figyelembe kell venni az információk elérhetőségét és a modellezni kívánt folyamatokat is.

Néhány példa a folyók, folyók és tavak vízminőségi tanulmányainak modelljeire:

QUAL2K és QUAL2Kw modell (vízminőség modell)

Szimulálja az összes vízminőségi változót szimulált állandó áramlás mellett. A BOD két szintjét szimulálja a folyó szennyezésének vagy a szerves szennyeződések lebontásához szükséges jelenlegi forgatókönyvek kifejlesztéséhez.

Ez a modell lehetővé teszi a kapott szén, foszfor, nitrogén, szervetlen szilárd anyagok, fitoplankton és detritus mennyiségének szimulálását is. Hasonlóképpen szimulálja az oldott oxigén mennyiségét, amely előrejelzi az eutrofizáció lehetséges problémáit.

Más változók, mint például a pH vagy a kórokozók felszámolásának képessége is közvetetten vetül ki.

STREETER-PHELPS modell

Nagyon hasznos modell egy adott szennyező anyag koncentrációjának viselkedésének értékelésére a folyadéknak a folyó felé gyakorolt ​​hatása alatt..

Az egyik szennyezőanyag, amely jelentősebb hatást fejt ki, a szerves anyag, így a modellben a leginkább informatív változó az oldott oxigén iránti kereslet. Ezért magában foglalja a folyadékban oldott oxigénhez kapcsolódó fő folyamatok matematikai megfogalmazását.

MIKE11 modell

Számos olyan folyamatot szimulál, mint a szerves anyagok lebomlása, a vízi növények fotoszintézise és légzése, nitrifikáció és oxigéncsere. Jellemzője a szennyező anyagok átalakulásának és diszperziójának folyamatainak szimulálása.

RIOS modell

Ezt a modellt a vízgyűjtő-gazdálkodás összefüggésében tervezték, és ötvözi a biofizikai, társadalmi és gazdasági adatokat.

Hasznos információkat hoz létre a kármentesítési intézkedések megtervezéséhez, és olyan paramétereket tartalmaz, mint az oldott oxigén, a BOD, a koliformák és a toxikus anyagok elemzése.

QUASAR modell (Minőségi szimuláció folyórendszerek mentén)

A folyót külön-külön modellezzük a mellékfolyók, a hulladéklerakók és a belépők által meghatározott szakaszokba.

Más paraméterek között figyelembe kell venni az áramlási sebességet, a hőmérsékletet, a pH-t, a BOD-t és az ammónia-nitrátok koncentrációját, Escherichia coli, és oldott oxigén.

WASP (Vízminőség-elemzési szimulációs program)

A víztest vizsgálatához különböző dimenziókban (1D, 2D vagy 3D) lehet megközelíteni. Használatakor a felhasználó választhat, hogy állandó vagy változó kinetikus szállítási folyamatokat vezet be az idő múlásával.

A pont- és nem-hulladékhulladék-kibocsátás is belefoglalható, és alkalmazásuk számos fizikai, kémiai és biológiai modellezés keretrendszerét tartalmazza. Ide tartozhatnak különböző szempontok, például az eutrofizáció és a mérgező anyagok.

AQUASIM modell

Ezt a modellt a folyók és tavak vízminőségének tanulmányozására használják. Ez áramlási diagramként működik, amely lehetővé teszi számos paraméter szimulálását.

referenciák

  1. Castro-Huertas MA (2015) A QUAL2KW alkalmazása a Guacaica folyó vízminőség-modellezésében, Caldas, Kolumbiában. Fokozatos munka Műszaki és Építészeti Kar, Kolumbiai Nemzeti Egyetem Vegyészmérnöki Tanszék. Kolumbiában. 100 p.
  2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick yRV Thomann (1981) Vízminőség-elemzési szimulációs program (WASP) és modellellenőrzési program (MVP) - Dokumentáció. Hydroscience, Inc., Westwood, NY, USA EPA, Duluth, MN, szerződés 68-01-3872.
  3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, HA García és FJ Cervantes-Carrillo (szerk.) (2017). A szennyvíz biológiai kezelése. Alapelvek, modellezés és tervezés. IWA Publishing. 580 p.
  4. Matovelle C (2017) A Tabacay folyó mikrobazinájában alkalmazott vízminőség matematikai modellje. Killkana Technical Review 1: 39-48.
  5. Ordoñez-Moncada J és M Palacios-Quevedo (2017) Vízminőségi modell. Déli Union Road Concessionaire. SH konzorcium Double Road Rumichaca-Pasto. Nariño Tanszék. HSE, Környezetvédelmi Tanácsadó és Mérnöki Tanszék S.A.S. 45 o.
  6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - Felhasználói kézikönyv, vízi rendszerek azonosítására és szimulációjára szolgáló számítógépes program, Svájci Szövetségi Környezettudományi és Technológiai Intézet (EAWAG), Svájc.
  7. Rendón-Velázquez CM (2013) A tavak és tározók vízminőségének matematikai modelljei. Tézis. Műszaki Iskola. Mexikói Nemzeti Autonóm Egyetem. Mexikó, D.F. 95 p.