Tapos modeli, które mają zastosowanie do badania jakości wody

Modele jakości wody są preparatami matematycznymi, które symulują zachowanie i skutki zanieczyszczeń w wodzie. W tym sensie przedstawiono możliwe scenariusze wpływu zanieczyszczeń, przy użyciu różnych formuł, które zaczynają się od niektórych parametrów i zmiennych.

Istnieją różne modele jakości wody w zależności od źródła zanieczyszczenia i zbioru wody, którą chcesz ocenić. Modele te składają się z programów komputerowych opartych na algorytmach matematycznych.

Ocena jakości wody. Źródło: CSIRO [CC o 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/3.0)]

Modele integrują dane terenowe różnych zmiennych i czynników, bardziej pewne warunki wejścia. Z tych danych modele generują możliwe scenariusze, ekstrapolując dane w czasie i przestrzeni w oparciu o prawdopodobieństwa.

Najbardziej pouczającym parametrem oceny zanieczyszczenia zbiornika wodnego jest biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT). Większość modeli obejmuje oszacowanie zmienności BZT jako kryterium generowania ich scenariuszy.

Rządy ustanowiły przepisy dotyczące jakości wody, które należy spełnić w celu uzyskania zezwoleń do wykonania potencjalnie zanieczyszczenia działań. W tym sensie modele są przydatnym narzędziem do zrozumienia możliwego wpływu na jakość wody danej czynności.

[TOC]

Fundacja matematyczna

Modele stosowane do prognozowania zachowania jakości wody oparte są na równaniach różniczkowych. Równania te odnoszą ilość zmiany określonej funkcji z wielkością zmiany w innej.

W modelach jakości wody stosuje się nieliniowe równania różniczkowe, ponieważ procesy zanieczyszczenia wody są złożone (nie reagują na liniowy stosunek przyczynowy).

Parametry

Podczas stosowania określonego modelu należy wziąć pod uwagę serię parametrów.

Zasadniczo szacuje się podstawowe parametry, takie jak biologiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT), zapotrzebowanie na tlen chemiczny (DQO), azot i fosfor.

BZT jest jednym z najważniejszych wskaźników zanieczyszczenia, ponieważ wysokie wartości wskazują na dużą liczbę mikroorganizmów. Ze swojej strony ChZT wskazuje ilość tlenu niezbędnego do utleniania materii organicznej za pomocą środków chemicznych.

Może ci służyć: erozja lodowca: cechy, typy, produkty, konsekwencje, przykłady

Parametry, które należy ocenić, zależą od rodzaju zbiornika wody, LEX (jeziora, laguny, bagna) lub Lobic (rzeki, strumienie). Należy również wziąć pod uwagę przepływ, obszar obejmujący, objętość wody, temperaturę i klimat.

Konieczne jest również rozważenie źródła zanieczyszczenia do oceny, ponieważ każde zanieczyszczenie ma inne zachowanie i efekt.

W przypadku wycieków do zbiornika wodnego rodzaj wyładowania, zawierane przez niego zanieczyszczenia i rozważana jest jego objętość.

Klasyfikacja

Istnieje wiele modeli matematycznych do symulacji zachowania zanieczyszczeń w zbiornikach wodnych. Można je klasyfikować w zależności od rodzaju rozważanego procesu (fizycznego, chemicznego, biologicznego) lub rodzaju metody rozwiązania (empiryczna, przybliżona, uproszczona).

Czynniki uwzględnione w klasyfikacji tych modeli to dynamika i wymiarowość.

Dynamiczny

Modele stacjonarne uważają, że wystarczy ustalić rozkład prawdopodobieństwa stanu zanieczyszczenia w chwili lub przestrzeni. Następnie ekstrapola ten rozkład prawdopodobieństwa, biorąc pod uwagę go tak samo przez cały czas i przestrzeń tego zbiornika wodnego.

W modelach dynamicznych zakłada się, że prawdopodobieństwo zachowania zanieczyszczeń mogą się zmieniać w czasie i przestrzeni. Modele quasi-dynamiczne wykonują analizę w częściach i generują częściowe podejście do dynamiki systemu.

Istnieją programy, które mogą działać zarówno w modelu dynamicznym, jak i quasi-dynamicznym.

Wymiarowość

W zależności od wymiarów przestrzennych, które rozważa model, istnieją wymiarowe, jeden -wymiarowy (1d), dwukenowy (2d) i trzy -wymiarowy (3D) (3D) (3D) (3D) (3D) (3D).

Dodatkowy model uważa, że ​​medium jest jednorodne we wszystkich kierunkach. Model 1D może opisać zmienność przestrzenną wzdłuż rzeki, ale nie w przekroju krzyżowym lub pionowym. Model 2D rozważy dwa z tych wymiarów, a jeden 3D zawiera je wszystkie.

Przykłady

Rodzaj modelu, który należy zastosować, zależy od zbiornika wody do badania i celu badania i musi być skalibrowany dla każdego konkretnego warunku. Ponadto należy wziąć pod uwagę dostępność informacji i procesy, które mają być modele.

Może ci służyć: las sosny

Niektóre przykłady modeli badań jakości wody w rzekach, prądach i jeziorach opisano poniżej:

Model Qual2k i Qual2kW (model jakości wody)

Symuluje wszystkie zmienne jakości wody w symulowanym stałym przepływie. Symuluje dwa poziomy BZT do opracowania scenariuszy pojemności rzecznej lub prądu w celu degradacji zanieczyszczeń organicznych.

Ten model umożliwia również symulację wynikającej z tego ilości węgla, fosforu, azotu, nieorganicznych ciał stałych, fitoplanktonu i detrytus. W ten sam sposób symuluje ilość rozpuszczonego tlenu, co przewiduje możliwe problemy z eutrofiką.

Inne zmienne, takie jak pH lub zdolność do eliminowania patogenów, są również rzutowane pośrednio.

Model Streeter -Phelps

Jest to bardzo przydatny model do oceny zachowania stężenia określonego zanieczyszczenia w obszarze wpływu zwolnień w kierunku rzeki.

Jednym z zanieczyszczeń, które powodują bardziej znaczący efekt, jest materia organiczna, więc najbardziej pouczającą zmienną w tym modelu jest zapotrzebowanie na rozpuszczony tlen. Dlatego obejmuje matematyczne sformułowanie głównych procesów związanych z rozpuszczonym tlenem w rzece.

Model Mike11

Symuluje różne procesy, takie jak degradacja materii organicznej, fotosynteza i oddychanie roślin wodnych, nitryfikacja i wymiana tlenu. Charakteryzuje się symulacją procesów transformacji i rozproszenia zanieczyszczeń.

Model RIOS

Ten model został zaprojektowany w kontekście zarządzania basenami i łączy dane biofizyczne, społeczne i ekonomiczne.

Generuje przydatne informacje do planowania miar naprawczych i zawiera parametry, takie jak rozpuszczony tlen, BZT, coli, coliform i analiza substancji toksycznych.

Model Quasar (symulacja jakości wzdłuż systemów rzecznych)

Oddzielna rzeka jest modelowana w sekcjach, zdefiniowanych przez dopływy, składowiska i ujęcia publiczne, które przybywają lub zaczynają się od niej.

Może ci służyć: rodzaje ekosystemów i ich cechy

Rozważmy między innymi parametry przepływ, temperaturę, pH, BZT i stężenie azotanów amoniaku, Escherichia coli, i rozpuszczony tlen.

WASP (program symulacji analizy jakości wody)

Możesz zająć się badaniem zbiornika wodnego w różnych wymiarach (1D, 2D lub 3D). Podczas korzystania z niego użytkownik może zdecydować się na wprowadzenie stałych lub zmiennych procesów transportu kinetycznego.

Można uwzględnić zrzuty odpadów punktualnych i nieintalnych, a ich zastosowania obejmują kilka ramek fizycznych, chemicznych i biologicznych. Tutaj można uwzględnić różne aspekty, takie jak eutrofizacja i substancje toksyczne.

Model Aquasim

Ten model służy do badania jakości wody zarówno w rzekach, jak i jeziorach. Działa jako schemat przepływu, umożliwiając symulację dużej ilości parametrów.

Bibliografia

1. Castro-Huertas MA (2015) Zastosowanie Qual2kW w modelowaniu jakości wody Guacaica River, Department of Caldas, Kolumbia. Praca stopnia. Wydział Inżynierii i Architektury, Departament Inżynierii Chemicznej, National University of Columbia. Kolumbia. 100 p.
2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick Yrv Thomann (1981) Program symulacji analizy jakości wody (WASP) i program weryfikacji modelu (MVP) - dokumentacja. Hydrocience, inc., Westwood, NY, dla ciebie.S. EPA, Duluth, MN, umowa nr. 68-01-3872.
3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, García i FJ Cervantes-Rarrillo (red.) (2017). Biologiczne oczyszczanie ścieków. Zasady, modelowanie i projektowanie. Publishing IWA. 580 p.
4. Matovelle C (2017) Model matematyczny jakości wody zastosowany w mikrobazie rzeki Tabacay. Magazyn Kilkana Technika 1: 39-48.
5. Ordoñez-Moncada J i M Palacios-Quevedo (2017) Model jakości wody. Koncesyjnik South Union Road. SH Consortium. Podwójna droga. Rumichaca-pasto. Departament Nariño. HSE, Porady i inżynieria środowiska S.DO.S. 45 p.
6. Reichert P (1998) Aquasim 2.0 - Podręcznik użytkownika, program komputerowy do identyfikacji i symulacji systemów wodnych, Szwajcarski Federalny Instytut Nauk i Technologii Środowiska (EAWAG), Szwajcaria.
7. Rendón-Velázquez CM (2013) Modele matematyczne jakości wody w jeziorach i zbiornikach. Praca dyplomowa. Wydział Inżynierii. National Autonomous University of Mexico. Meksyk, d.F. 95 p.