3.Streeter-Phelps模式<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />
S-P模式是研究河流溶解氧与BOD关系的最早的、最简单的耦合模型。
它的基本假设为:河流为一维恒定流,污染物在河流横断面上完全混合;氧化和复氧都是一级反应,反应速率常数是定常的,氧亏的净变化仅是水中有机物耗氧和通过液-气界面的大气复氧的函数。
其中,
式中:
Qp——废水排放量,m3/s;
Qh——河流流量,m3/s;
D——亏氧量即DOf-DO,mg/L;
D0——计算初始断面亏氧量,mg/L;
Dp——上游来水中溶解氧亏值,mg/L;
Dh——污水中溶解氧亏值,mg/L;
u——河流断面平均流速,m/s;
X——沿程距离,m;
c——沿程浓度,mg/L。
DOf——溶解氧浓度,mg/L;
DOf——饱和溶解氧浓度,mg/L;
K1——耗氧系数,1/d;
K2——复氧系数,1/d。
沿河水流动方向的溶解氧分布为一悬索型曲线,通常称为氧垂曲线,如图6-3所示。
氧垂曲线的最低点C称为临界氧亏点,临界氧亏点的亏氧量称为最大氧亏值。
在临界亏氧点左侧,耗氧大于复氧,水中的溶解氧逐渐减少;污染物浓度因净化作用而逐渐减少。
达到临界亏氧点时,耗氧和复氧平衡;
临界点右侧,耗氧量因污染物浓度减少而减少,复氧量相对增加,水中溶解氧增多,水质逐渐恢复,如排入的耗氧污染物过多将溶解氧耗尽,则有机物受到厌氧菌的还原作用生成甲烷气体,同时水中存在的硫酸根离子将由于硫酸还原菌的作用而成为硫化氢,引起河水发臭,水质严重恶化。
临界氧亏点xC的位置为:
式中:
u*—,
g——重力加速度;
i——河流比降;
②用累积流量坐标表示的二维水质方程。
累积流量的定义为:
式中:
qc——距一岸的横向距离为y时的累积流量;
My——河流横断面的形状系数;
h——当地水深;
u——当地垂向平均流速;
y——横向坐标。
y=0时,qc(0)=0;y=B(河宽)时,qc(B)=Q(河流总流量);qc(y)沿横向y方向的典型分布如图6-4所示。
引入累积流量坐标qc(y),代替直角坐标y,相应的水质方程为:
式中:
Mc——横向混合因子,Mc=mx·h·
mx——河流纵向形状系数,mx≈1;
设Mc为常数,并用K/
式中:
Q——河流总流量;
u——平均流速;
qcs——排放源的累积流量坐标;
n——河岸的反射次数。
在岸边排放(qcs=0),忽视对岸反射作用(n=0),方程式(6-16)简化为:
岸边的浓度为: