Modele jakości wody to sformułowania matematyczne, które symulują zachowanie i skutki zanieczyszczeń w wodzie. W tym sensie przedstawiono możliwe scenariusze oddziaływania zanieczyszczeń przy użyciu różnych formuł, które wychodzą od określonych parametrów i zmiennych..
Istnieją różne modele jakości wody w zależności od źródła zanieczyszczenia i części wody, która ma zostać poddana ocenie. Modele te składają się z programów komputerowych opartych na algorytmach matematycznych.
Modele integrują dane terenowe z różnych zmiennych i czynników, a także pewne warunki wejściowe. Na podstawie tych danych modele generują możliwe scenariusze, ekstrapolując dane w czasie i przestrzeni w oparciu o prawdopodobieństwa..
Najbardziej pouczającym parametrem służącym do oceny zanieczyszczenia zbiornika wodnego jest biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT). Większość modeli uwzględnia oszacowanie zmienności BZT jako kryterium generowania ich scenariuszy..
Rządy ustanowiły przepisy dotyczące jakości wody, których należy przestrzegać, aby uzyskać pozwolenie na prowadzenie potencjalnie zanieczyszczającej działalności. W tym sensie modele są użytecznym narzędziem do zrozumienia możliwego wpływu danej działalności na jakość wody..
Indeks artykułów
Modele używane do prognozowania zachowania jakości wody oparte są na równaniach różniczkowych. Równania te wiążą wielkość zmiany jednej funkcji z wielkością zmiany innej..
Nieliniowe równania różniczkowe są stosowane w modelach jakości wody, ponieważ procesy zanieczyszczenia wody są złożone (nie odpowiadają liniowej zależności przyczynowo-skutkowej)..
Przy stosowaniu określonego modelu należy wziąć pod uwagę szereg parametrów.
Ogólnie rzecz biorąc, szacuje się podstawowe parametry, takie jak biologiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT), chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT), obecność azotu i fosforu..
BZT jest jednym z najważniejszych wskaźników zanieczyszczenia, ponieważ wysokie wartości wskazują na dużą liczbę mikroorganizmów. Ze swojej strony ChZT wskazuje ilość tlenu potrzebną do utlenienia materii organicznej środkami chemicznymi.
Oceniane parametry zależą od rodzaju zbiorników wodnych, czy to wód stojących (jeziora, stawy, bagna), czy loticznych (rzeki, strumienie). Należy również wziąć pod uwagę przepływ, powierzchnię, objętość wody, temperaturę i klimat..
Konieczne jest również rozważenie źródła zanieczyszczenia, które ma zostać ocenione, ponieważ każde zanieczyszczenie ma inne zachowanie i skutek..
W przypadku zrzutów do części wód bierze się pod uwagę rodzaj zrzutu, zawarte w nim zanieczyszczenia i ich objętość..
Istnieje wiele modeli matematycznych do symulacji zachowania zanieczyszczeń w zbiornikach wodnych. Można je sklasyfikować w zależności od rodzaju rozpatrywanego procesu (fizyczny, chemiczny, biologiczny) lub rodzaju metody rozwiązania (empiryczna, przybliżona, uproszczona).
Czynniki brane pod uwagę przy klasyfikowaniu tych modeli to dynamika i wymiarowość..
Modele stacjonarne uznają, że wystarczy ustalić rozkład prawdopodobieństwa stanu zanieczyszczenia w danej chwili lub przestrzeni. Następnie ekstrapoluje ten rozkład prawdopodobieństwa, uznając go za równy w całym czasie i przestrzeni tego zbiornika wodnego..
W modelach dynamicznych zakłada się, że prawdopodobieństwo zachowania się zanieczyszczenia może zmieniać się w czasie i przestrzeni. Modele quasi-dynamiczne wykonują analizę w częściach i generują częściowe przybliżenie dynamiki układu.
Istnieją programy, które mogą pracować zarówno w modelach dynamicznych, jak i quasi-dynamicznych.
W zależności od wymiarów przestrzennych, które bierze pod uwagę model, istnieją bezwymiarowe, jednowymiarowe (1D), dwuwymiarowe (2D) i trójwymiarowe (3D).
Model bezwymiarowy traktuje medium jako jednorodne we wszystkich kierunkach. Model 1D może opisywać zmienność przestrzenną wzdłuż rzeki, ale nie w jej przekroju pionowym lub poprzecznym. Model 2D będzie uwzględniał dwa z tych wymiarów, podczas gdy model 3D będzie zawierał je wszystkie..
Rodzaj używanego modelu zależy od badanej części wód oraz celu badania i należy go skalibrować dla każdego konkretnego warunku. Ponadto należy wziąć pod uwagę dostępność informacji i modelowanych procesów..
Poniżej opisano przykłady modeli do badań jakości wody w rzekach, strumieniach i jeziorach:
Symuluje wszystkie zmienne jakości wody w symulowanym stałym przepływie. Symuluje dwa poziomy BZT w celu opracowania scenariuszy zdolności rzeki lub strumienia do degradacji zanieczyszczeń organicznych.
Model ten umożliwia również symulację uzyskanej ilości węgla, fosforu, azotu, nieorganicznych ciał stałych, fitoplanktonu i detrytusu. Podobnie symuluje ilość rozpuszczonego tlenu, co pozwala przewidzieć możliwe problemy z eutrofizacją..
Inne zmienne, takie jak pH lub zdolność do eliminacji patogenów, są również rzutowane pośrednio.
Jest to bardzo przydatny model do oceny zachowania się stężenia określonego zanieczyszczenia w obszarze wpływu zrzutu do rzeki.
Jednym z zanieczyszczeń, które wywołują najbardziej znaczący efekt, jest materia organiczna, więc najbardziej informacyjną zmienną w tym modelu jest zapotrzebowanie na rozpuszczony tlen. Dlatego zawiera matematyczne sformułowanie głównych procesów związanych z rozpuszczonym tlenem w rzece..
Symuluje różne procesy, takie jak degradacja materii organicznej, fotosynteza i oddychanie roślin wodnych, nitryfikacja i wymiana tlenu. Charakteryzuje się symulacją procesów przemian i dyspersji zanieczyszczeń.
Model ten został zaprojektowany w kontekście zarządzania działem wodnym i łączy dane biofizyczne, społeczne i ekonomiczne.
Generuje przydatne informacje do planowania środków zaradczych i obejmuje parametry, takie jak rozpuszczony tlen, BZT, bakterie z grupy coli i analiza substancji toksycznych.
Rzeka jest modelowana z podziałem na odcinki, zdefiniowane przez dopływy, przelewy i publiczne ujęcia, które do niej wpływają lub z niej wypływają..
Uwzględnia między innymi przepływ, temperaturę, pH, BZT i stężenie azotanów amoniaku, Escherichia coli, i rozpuszczony tlen.
Możesz podejść do badania zbiornika wodnego w różnych wymiarach (1D, 2D lub 3D). Kiedy jest używany, użytkownik może wybrać wprowadzenie stałych lub zmiennych w czasie kinetycznych procesów transportu.
Punktowe i niepunktowe zrzuty odpadów mogą być uwzględnione, a ich zastosowania obejmują różne ramy modelowania fizycznego, chemicznego i biologicznego. Można tu uwzględnić różne aspekty, takie jak eutrofizacja i substancje toksyczne.
Model ten służy do badania jakości wody w rzekach i jeziorach. Działa jak schemat blokowy, umożliwiając symulację dużej liczby parametrów.
Jeszcze bez komentarzy