适用于水质研究的模型类型 - 环境 - 2025

水质模型是模拟水中污染物行为和影响的数学公式。从这个意义上讲，使用从某些参数和变量开始的各种公式，介绍了污染物影响的可能情况。

根据污染源和要评估的水体，有不同的水质模型。这些模型由基于数学算法的计算机程序组成。

水质评估。资料来源：CSIRO

这些模型整合了来自各种变量和因素的现场数据，以及某些输入条件。模型从这些数据生成可能的方案，根据概率在时间和空间上推断数据。

评估水体污染的最有用的参数是生化需氧量（BOD）。大多数模型都将BOD的变化估计作为生成方案的标准。

政府已经制定了水质法规，必须获得水质法规才能获得许可证，以进行可能造成污染的活动。从这个意义上讲，模型是了解特定活动对水质可能产生影响的有用工具。

数学基础

用于预测水质行为的模型基于微分方程。这些方程将一个函数的变化量与另一个函数的变化量联系起来。

水质模型中使用了非线性微分方程，因为水污染过程非常复杂（它们不响应线性因果关系）。

参量

在应用某个模型时，有必要考虑一系列参数。

通常，估算基本参数，例如生物需氧量（BOD），化学需氧量（COD），氮和磷。

BOD是最重要的污染指标之一，因为高值表明大量微生物。就其本身而言，COD表示通过化学方法氧化有机物所需的氧气量。

要评估的参数取决于水体的类型，无论是透镜状的（湖泊，池塘，沼泽）还是乳液（河流，溪流）。还必须考虑流量，覆盖面积，水量，温度和气候。

还必须考虑要评估的污染源，因为每种污染物具有不同的行为和效果。

对于排放到水体的情况，应考虑排放的类型，排放的污染物及其体积。

分类

有许多数学模型可以模拟水体中污染物的行为。可以根据所考虑的过程类型（物理，化学，生物学）或解决方法的类型（经验，近似，简化）对它们进行分类。

对这些模型进行分类时要考虑的因素是动力学和维数。

动态

固定模型认为，在给定的瞬间或空间建立污染物状态的概率分布就足够了。随后，他推断出该概率分布在水域的所有时间和空间中都相同。

在动态模型中，假设污染物行为的概率会随时间和空间而变化。准动力学模型部分执行分析，并生成系统动力学的部分近似值。

有些程序可以在动态和准动态模型中工作。

维数

根据模型所考虑的空间维度，有无量纲，一维（1D），二维（2D）和三维（3D）。

无量纲模型认为介质在所有方向上都是均匀的。一维模型可以描述沿河的空间变化，但不能描述其垂直或横截面。2D模型将考虑其中的两个维度，而3D模型将包括所有这些维度。

例子

使用的模型类型取决于要研究的水体和研究的目标，并且必须针对每种特定条件进行校准。另外，必须考虑信息的可用性和要建模的过程。

下面描述了一些研究河流，溪流和湖泊水质的模型示例：

QUAL2K和QUAL2Kw（水质模型）

在模拟恒定流量下模拟所有水质变量。模拟两个水平的生化需氧量以开发河流或溪流降解有机污染物的能力的方案。

该模型还可以模拟碳，磷，氮，无机固体，浮游植物和碎屑的最终含量。同样，它模拟溶解氧的量，从而预测可能发生的富营养化问题。

其他变量，例如pH值或消除病原体的能力，也可以间接预测。

STREETER-PHELPS模型

这是一个非常有用的模型，可用来评估特定污染物浓度在河流排放影响区域内的行为。

产生最显着影响的污染物之一是有机物，因此该模型中最有用的变量是溶解氧需求。因此，它包括与河流中溶解氧有关的主要过程的数学公式。

型号MIKE11

它模拟了各种过程，例如有机物的降解，水生植物的光合作用和呼吸作用，硝化作用和氧气交换。它的特点是模拟污染物的转化和扩散过程。

RIOS模型

该模型是在流域管理的背景下设计的，并结合了生物物理，社会和经济数据。

它产生有用的信息以计划补救措施，并包括诸如溶解氧，BOD，大肠菌群和有毒物质分析等参数。

QUASAR模型（​​沿河系统的质量模拟）

河流的模型被分成由支流，溢洪道和到达或离开河流的公共入口定义的部分。

在其他参数中，它考虑了流量，温度，pH，BOD以及氨，硝酸盐，大肠杆菌和溶解氧的浓度。

WASP（水质分析模拟程序）

您可以研究不同维度（1D，2D或3D）的水体。使用时，用户可以选择输入恒定或随时间变化的动力学传输过程。

可以包括点废物和非点废物的排放，其应用包括各种物理，化学和生物建模框架。这里可以包括富营养化和有毒物质等不同方面。

AQUASIM模型

该模型用于研究河流和湖泊的水质。它像流程图一样工作，可以模拟大量参数。

参考文献

1. Castro-Huertas MA（2015），QUAL2KW在瓜达卡河水质建模中的应用，哥伦比亚卡尔达斯省。学位工作。哥伦比亚国立大学化学工程系工程与建筑学院。哥伦比亚。100羽
2. Di Toro DM，JJ Fitzpatrick和RV Thomann（1981）水质分析模拟程序（WASP）和模型验证程序（MVP）-文档。纽约州韦斯特伍德的Hydroscience，Inc.，美国明尼苏达州德卢斯市的美国EPA，合同号68-01-3872。
3. 洛佩斯·巴斯克斯（López-VázquezCM），布特龙·门德斯（GBuitrón-Méndez），加西亚（HAGarcía）和塞万提斯·卡里略（FJ Cervantes-Carrillo）（编辑）（2017年）。生物废水处理。原理，建模和设计。IWA出版。580羽
4. Matovelle C（2017）塔巴凯河微流域水质数学模型。Killkana技术杂志1：39-48。
5. Ordoñez-MoncadaJ和M Palacios-Quevedo（2017）水质模型。Concesionaria VialUnióndel Sur。上海财团。双行车道。Rumichaca-Pasto。纳里尼奥部门。HSE，AsesoríaeIngenieríaAmbiental SAS 45页。
6. Reichert P（1998）AQUASIM 2.0-用户手册，用于识别和模拟水生系统的计算机程序，瑞士瑞士联邦环境科学技术研究所（EAWAG），瑞士。
7. Rendón-VelázquezCM（2013）湖泊和水库水质的数学模型。论文。工程学部。墨西哥国立自治大学。墨西哥，DF 95羽。