Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước ĐỀ BÀI SỐ 24 Câu 1: Tính tốn lập biểu đồ lan truyền BOD kênh thẳng có chiều rộng trung bình B = 18 m, vận tốc dịng chảy trung bình v = 0,29 m/s đến khoảng cách x = 6000 m với nồng độ BOD ban đầu nước thải Cx,0 = 180 mg/l Hệ số K = 2,15.10-5/s Câu 2: Các phương pháp mơ hình hố tốn học trình biến đổi chất lượng nước Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước Câu Kết tính tốn lập biểu đồ giao động BOD kênh thẳng SƠ ĐỒ TÍNH TỐN QUAL 2-E for Windows (32 bit version) copyright 1997/99 by C.R Nippert and J Davis Widener University, Chester Pa all rights reserved ======================= CONTROL DATA ========================= INPUT DATA File : D:\QUAL2E99\Do Quoc Tri\tri.TXT Basin : TIEU LUAN MO HINH CHAT LUONG NUOC Run : Lap bieu su lan truyen chat BOD Date : 7/19/2010 Time : 11:1 Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước SIMULATION OPTIONS Temperature NO BOD YES Algae NO Periphyton NO Phosphorous cycle Nitrogen cycle NO NO Disolved oxygen Fecal Coliforms YES NO Conservative Minerals NO Arbitrary Non-conservative NO CONTROL OPTIONS List data input NO Write optional summary NO Flow Augmentation NO Steady state simumlation YES Trapezoidal channels YES Print LCD/solar data NO Plot BOD on CRT YES Set downstream quality NO Data is METRIC YES SIMULATION PARAMETERS Length of element Maximum iterations Temperature 0.50 km 12 1.000 C Nitrification Inhibition 0.00100 Algae growth rate 0.01000 1/hr Dissolved Oxygen 0.00100 mg/L Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước ========================= BASIN DATA =========================== BASIN STRUCTURE Number of headwaters Number of reaches w/o headwaters Total reaches Number of junctions Number or point loads/sinks Number of dams Number of all elements 12 BASIN GEOGRAPHY Latitiude 45.00 Longitude 45.00 Standard Meridian 45.00 BASIN METEORLOGICAL DATA Day of year Date mon/dy 1/1 Time of Day 12.00 Evaporation coefficients AE 6.2E-06 m/hr mbar BE 5.5E-06 m/hr mbar (m/sec) Net solar radiation 0.000 Langleys/hr REACH CLIMATE DATA No Name Elevation Dust Cloudiness Wind Attenuation Speed (m) (mps) -Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước Thuong nguon Kenh thang 0.00 0.0650 0.0000 0.250 REACH CLIMATE DATA (cont.) No Name Dry Wet Pressure Bulb Bulb (C) (C) (mbar) -1 Thuong nguon Kenh thang 25.0 20.0 1013.00 TEMPERATURE CORRECTION FACTORS BOD Decay 1.04700 BOD Settling 1.02400 Reareation 1.02400 SOD Uptake 1.06000 Organic N Decay 1.04700 Organic N Settling 1.02400 Ammonia Decay 1.08300 Ammonia Source 1.07400 Nitrite Decay 1.04700 Organic P Decay 1.04700 Organic P Settling 1.02400 Dissolved P Source Algae Growth Algae Respiration Algae Settling Coliform Decay 1.07400 1.04700 1.04700 1.02400 1.04700 Nonconservative Decay 1.00000 Nonconservative Settling 1.02400 Nonconservative Source 1.00000 Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước ALGAE, NITROGEN AND PHOSPHOROUS DATA Oxygen Balance Data O2 uptake by NH3 oxidation 0.000 mg O2/mg N O2 uptake by NO2 oxidation 0.000 mg O2/mg N O2 production by algae 1.600 mg O2/mg algae O2 uptake by algae 2.000 mg O2/mg algae Algae properties Algae Nitrogen Content 0.085 mg N/mg algae Algae Phosphorous Content 0.013 mg P/mg algae Algae Growth Rate 0.000 1/dy Algae Respiration Rate 0.000 1/dy Nitrogen half sat coef P half sat coef 0.150 mg/L 0.025 mg/L Algae selfshade extinction coefficients Linear term 0.000 1/m(ug cha/L) Nonlinear term 0.000 1/m(ug cha/L)^2/3 Algae Pref for Ammonia 0.000 Periphyton properties Temperature Factor 1.0000 Max Photosynthesis Rate Respiration Rate Ratio 0.000 3.0000 N half sat coef 0.000 mg/L P half sat coef 0.000 mg/L Fraction of solar radiation converted to heat Nitrification coefficient 1.0000 10.0000 LIGHT SIMULATION OPTIONS Light function option: Half Saturation Daily averaging option: Daily Average Algae growth option: Multiplicative Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước Light saturation coef 1.0000 Langleys/min Light averaging factor 0.920 Hours of daylight 12.000 Total daily radiation 0.000 Langleys DOWNSTREAM CONDITIONS Set downstream quality Temperature -17.8 C Coliform DO NO 0.00 0.00 BOD 0.00 Mineral 0.00 Mineral 0.00 Mineral 0.00 Arbitrary Nocnonservative Algae 0.00 0.0000 Organic Nitrogen 0.00 Ammonia 0.00 Nitrite 0.00 Nitrate 0.00 Orgainc Phosphorus 0.00 Dissolved Phosphorous 0.00 ======================== REACH DATA =========================== IDENTIFICATION No Name From (km) To Elements (km) -1 Thuong nguon Kenh thang 6.00 0.00 12 INITIAL CONDITIONS Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước No Name Temp DO BOD Coliform (C) (mg/L) (mg/L) (No/100mL) -1 Thuong nguon Kenh thang 25.00 6.90 180.00 0.00 INITIAL NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS No Name Chloropyhll Organic Dissolved Phosphorus Phosphorus (ug/L) (mg/L) (mg/L) -1 Thuong nguon Kenh thang 0.000 0.000 0.000 INITIAL NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS (continued) No Name Organic Ammonia Nitrite Nitrate Nitrogen As N As N As N (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) -1 Thuong nguon Kenh thang 0.0000 0.0000 0.0000 0.0000 HYDRAULIC DATA Trapezoidal channels No Name YES Side Side Bottom Channel Manning Slope Slope Channel Slope N (m/m) (m/m) (m) (m/m) -1 Thuong nguon Kenh thang 0.010 0.010 Discharge coefficients No Name NO Disp K 59.1 0.000 0.020 Coef Vel Vel Depth Depth Exp Coef Exp -Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước Thuong nguon Kenh tha 0.00 0.000 0.000 0.000 FLOW AUGMENTATION Flow Augmentation NO REACTION COEFFICIENTS No Name Option BOD BOD Decay Removal Rate Rate -1 Thuong nguon Kenh thang OConnor and Dobbins (3) 1.7280 0.0100 REACTION COEFFICIENTS (continued) No Name Sediment K2 a b Oxygen Demand g/m^2dy -1 Thuong nguon Kenh thang 0.0000 0 0.0000 NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS No Name Organic Organic Ammonia Benthos No Name Nitrogen Nitrogen Oxidation Ammonia Hydrolysis Settling (1/dy) Source (1/dy) (1/dy) (mg/m^2 dy) -1 Thuong nguon Kenh tha 0.000 0.000 0.000 0.000 NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS (continued) No Name Nitrite Phos Phos Dissolvd Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước Oxidation Decay Settling Phos (1/dy) (1/dy) (1/dy) (mg/m^2 dy) -1 Thuong nguon Kenh thang 0.000 0.0000 0.0000 0.000 ALGAE AND OTHER COEFFICIENTS No Name Chloropyll Algae Nonalgal Coliform To Algae Settling Light Ratio Decay Rate Extinc Coef (ug chla/mg) (ft/dy) (1/ft) (1/dy) -1 Thuong nguon Kenh thang 0.00000 0.0000 0.0000 0.0000 ALGAE/OTHER COEFFICIENTS (continued) No Name Abitrary Arbitrary Benthos Noncons Noncons Source Decay Settling (1/dy) (1/dy) Rate (mg/m^2 dy) -1 Thuong nguon Kenh thang 0.000 0.000 0.000 INCREMENTAL INFLOW No Name Flow Temp DO BOD Coliform (cms) (C) (mg/L) (mg/L) (No/100mL) -1 Thuong nguon Kenh t 0.290 25.0 0.00 180.00 0.00 INCREMENTAL INFLOW NITROGEN AND PHOSPHOREOUS COEFFICIENTS No Name Chloropyhll Organic Dissolved Phosphorus Phosphorus (ug/L) (mg/L) (mg/L) Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 10 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước 12 12 0.50 0.00 1.33 0.0242 HYDRAULICS SUMMARY (part 2) El Rch El Velocity Travel Depth No No No Width Volume Time (m/s) (day) (m) (m) (m^3) -Thuong nguon Kenh thang 1 0.171 0.034 0.102 18.001 918 2 0.280 0.021 0.216 3 0.283 0.020 0.219 18.010 1.97e+03 4 0.285 0.020 0.222 18.009 5 0.287 0.020 0.225 18.008 2.02e+03 6 0.290 0.020 0.228 18.007 2.05e+03 7 0.292 0.020 0.230 18.006 2.07e+03 8 0.294 0.020 0.233 18.006 9 0.297 0.020 0.236 18.005 2.12e+03 18.011 1.95e+03 2e+03 2.1e+03 10 10 0.299 0.019 0.239 18.005 2.15e+03 11 11 0.301 0.019 0.241 18.004 2.17e+03 12 12 0.303 0.019 0.244 18.004 2.2e+03 HYDRAULICS SUMMARY (part 3) El Rch El Bottom X-sec No No No Area Area (m^2) (m^2) Dispersion Coef (m^2/s) -Thuong nguon Kenh thang 1 9104 1.835 2 9218 3.893 3 9221 3.945 Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 14 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước 4 9224 3.996 5 9227 4.047 6 9230 4.098 7 9233 4.148 8 9235 4.198 9 9238 4.247 10 10 9241 4.296 11 11 9244 4.345 12 12 9246 4.393 QUAL 2-E for Windows (32 bit version) copyright 1997/99 by C.R Nippert and J Davis Widener University, Chester Pa all rights reserved ======================== CONTROL DATA ========================= REACTION COEFFICIENTS File : D:\QUAL2E99\Do Quoc Tri\tri.REA Basin : TIEU LUAN MO HINH CHAT LUONG NUOC Run : Lap bieu su lan truyen chat BOD Date : 7/19/2010 Time : 11:1 REACTION COEFFICIENT SUMMARY (part 1) El Rch El DO O2 BOD No No No Saturation Reair (mg/L) BOD SOD Decay Settling Rate (1/dy) (1/dy) (1/dy) (g/m^2dy) Thuong nguon Kenh thang OConnor and Dobbins (3) 1 8.264 56.561 2.174 0.011 0.000 Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 15 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước 2 8.264 39.995 2.174 0.011 0.000 3 8.264 23.248 2.174 0.011 0.000 4 8.264 22.893 2.174 0.011 0.000 5 8.264 22.551 2.174 0.011 0.000 6 8.264 22.220 2.174 0.011 0.000 7 8.264 21.901 2.174 0.011 0.000 8 8.264 21.592 2.174 0.011 0.000 9 8.264 21.294 2.174 0.011 0.000 10 10 8.264 21.005 2.174 0.011 0.000 11 11 8.264 20.726 2.174 0.011 0.000 12 12 8.264 20.455 2.174 0.011 0.000 REACTION COEFFICIENT SUMMARY (part 2) El Rch El OrgN No No No OrgN NH3 NH3 Decay Settling Decay (1/dy) NO2 Source Decay (1/dy) (1/dy) (mg/m^2dy) (1/dy) Thuong nguon Kenh thang OConnor and Dobbins (3) 1 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 2 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 3 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 4 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 5 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 6 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 7 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 8 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 9 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 10 10 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 11 11 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 12 12 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 16 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước REACTION COEFFICIENT SUMMARY (part 3) El Rch El OrgP No No No OrgP DisP Coliform Decay Settling Source Decay (1/dy) (1/dy) (mg/m^2dy)(1/dy) -Thuong nguon Kenh thang OConnor and Dobbins (3) 1 0.000 0.000 0.000 0.000 2 0.000 0.000 0.000 0.000 3 0.000 0.000 0.000 0.000 4 0.000 0.000 0.000 0.000 5 0.000 0.000 0.000 0.000 6 0.000 0.000 0.000 0.000 7 0.000 0.000 0.000 0.000 8 0.000 0.000 0.000 0.000 9 0.000 0.000 0.000 0.000 10 10 0.000 0.000 0.000 0.000 11 11 0.000 0.000 0.000 0.000 12 12 0.000 0.000 0.000 0.000 QUAL 2-E for Windows (32 bit version) copyright 1997/99 by C.R Nippert and J Davis Widener University, Chester Pa all rights reserved ======================== CONTROL DATA ========================= WATER QUALITY DATA File : D:\QUAL2E99\Do Quoc Tri\tri.QUA Basin : TIEU LUAN MO HINH CHAT LUONG NUOC Run : Lap bieu su lan truyen chat BOD Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 17 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước Date : 7/19/2010 Time : 11:1 STEADY STATE SIMULATION WATER QUALITY VARIABLES (part 1) El Rch El Conservative Minerals No No No Temp (C) -Thuong nguon Kenh thang 1 25.00 2 25.00 3 25.00 4 25.00 5 25.00 6 25.00 7 25.00 8 25.00 9 25.00 10 10 25.00 11 11 25.00 12 12 25.00 STEADY STATE SIMULATION WATER QUALITY VARIABLES (part 2) El Rch El No No No DO BOD (mg/L) (mg/L) OrgN NH3N (mg/L) (mg/L) NO2N (mg/L) -Thuong nguon Kenh thang Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 18 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước 1 7.21 15.583 0.000 0.000 0.000 2 1.79 148.402 0.000 0.000 0.000 3 0.00 142.739 0.000 0.000 0.000 4 0.00 137.467 0.000 0.000 0.000 5 0.00 132.553 0.000 0.000 0.000 6 0.00 127.966 0.000 0.000 0.000 7 0.00 123.679 0.000 0.000 0.000 8 0.00 119.668 0.000 0.000 0.000 9 0.00 115.911 0.000 0.000 0.000 10 10 0.00 112.387 0.000 0.000 0.000 11 11 0.00 109.078 0.000 0.000 0.000 12 12 0.00 105.968 0.000 0.000 0.000 STEADY STATE SIMULATION WATER QUALITY VARIABLES (part 3) El Rch El No No No Total NO3N (mg/L) Total N (mg/L) OrgP DisP P (mg/L) (mg/L) (mg/L) -Thuong nguon Kenh thang 1 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 2 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 3 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 4 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 5 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 6 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 7 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 8 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 9 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 10 10 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 19 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước 11 11 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 12 12 0.000 0.00 0.000 0.000 0.000 WATER QUALITY VARIABLES (part 3) El Rch El Coliform No No No NO3N CHLA (#/100mL) (ug/L) (SI) -Thuong nguon Kenh thang 1 0.00 0.000 2 0.00 0.000 3 0.00 0.000 4 0.00 0.000 5 0.00 0.000 6 0.00 0.000 7 0.00 0.000 8 0.00 0.000 9 0.00 0.000 10 10 0.00 0.000 11 11 0.00 0.000 12 12 0.00 0.000 QUAL 2-E for Windows (32 bit version) copyright 1997/99 by C.R Nippert and J Davis Widener University, Chester Pa all rights reserved ======================== CONTROL DATA ========================= DISSOLVED OXYGEN DATA Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 20 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước File : D:\QUAL2E99\Do Quoc Tri\tri.DOD Basin : TIEU LUAN MO HINH CHAT LUONG NUOC Run : Lap bieu su lan truyen chat BOD Date : 7/19/2010 Time : 11:1 STEADY STATE SIMULATION DISOLVED OXYGEN (part 1) El Rch El DO No No No Temperature Sat (C) (mg/L) DO DAM DO def (mg/L) Input (mg/L) (mg/L) -Thuong nguon Kenh thang 1 25.00 8.264 7.213 1.051 0.000 2 25.00 8.264 1.794 6.469 0.000 3 25.00 8.264 0.000 8.264 0.000 4 25.00 8.264 0.000 8.264 0.000 5 25.00 8.264 0.000 8.264 0.000 6 25.00 8.264 0.000 8.264 0.000 7 25.00 8.264 0.000 8.264 0.000 8 25.00 8.264 0.000 8.264 0.000 9 25.00 8.264 0.000 8.264 0.000 10 10 25.00 8.264 0.000 8.264 0.000 11 11 25.00 8.264 0.000 8.264 0.000 12 12 25.00 8.264 0.000 8.264 0.000 STEADY STATE SIMULATION DISOLVED OXYGEN (part 2) El Rch El Nitr No No No Inhib F fcn O2 C-BOD SOD Input Reair Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 21 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước Fact -Thuong nguon Kenh thang 1 0.00 188.414 59.442 -33.886 -0.000 2 0.00 33.387 258.736 -322.699 -0.000 3 0.00 0.000 192.113 -310.385 -0.000 4 0.00 0.000 189.179 -298.921 -0.000 5 0.00 0.000 186.349 -288.235 -0.000 6 0.00 0.000 183.617 -278.260 -0.000 7 0.00 0.000 180.980 -268.939 -0.000 8 0.00 0.000 178.430 -260.217 -0.000 9 0.00 0.000 175.965 -252.046 -0.000 10 10 0.00 0.000 173.579 -244.383 -0.000 11 11 0.00 0.000 171.268 -237.189 -0.000 12 12 0.00 0.000 169.030 -230.426 -0.000 STEADY STATE SIMULATION DISOLVED OXYGEN (part 3) El Rch El No No No Net P-R NH3-H NO2-H -Thuong nguon Kenh thang 1 0.000 -0.000 -0.000 2 0.000 -0.000 -0.000 3 0.000 -0.000 -0.000 4 0.000 -0.000 -0.000 5 0.000 -0.000 -0.000 6 0.000 -0.000 -0.000 7 0.000 -0.000 -0.000 8 0.000 -0.000 -0.000 Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 22 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước 9 0.000 -0.000 -0.000 10 10 0.000 -0.000 -0.000 11 11 0.000 -0.000 -0.000 12 12 0.000 -0.000 -0.000 BIỂU ĐỒ LAN TRUYỀN BOD Câu Sau nước thải nhập dòng chảy, chất ô nhiễm phát tán chuyển hóa nhờ q trình vật lý, hóa học, sinh học xảy dịng Các q trình chia sau: - Các trình vận chuyển đối lưu khuếch tán rối (q trình xáo trộn, pha lỗng nước thải với nước nguồn) làm thay đổi nồng độ chất bẩn - Các trình biến đổi (phân hủy chuyển hóa) thành phần nồng độ chất bẩn Ảnh hưởng trình lên nồng độ cấu tử phát tán khác tuân theo quy luật cân khối lượng Do q trình phát tán chất Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 23 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước nhiễm dịng chảy mơ tả phương trình vi phân cân vật chất có dạng sau:  ∂C ∂C ∂C ∂C  ∂  ∂C  ∂  ∂C  ∂  ∂C   +  Ex  +  Ez = −V x + Vy + Vz  +  Ey + F ∂t ∂y ∂z  ∂x  ∂x  ∂y  ∂y  ∂z  ∂z   ∂x Trong đó: C - nồng độ chất ô nhiễm dòng chảy Vx, Vy, Vz - thành phần vận tốc dòng chảy theo phương x, y, z Ex, Ey, Ez - hệ số khuếch tán theo phương x, y, z F - lượng vật chất sinh biến đổi nguồn theo thời gian t Các đại lượng V, E, F đặc trưng cho ảnh hưởng q trình xảy dịng tới phân bố chất ô nhiễm sau: - Vận tốc dòng chảy V hệ số khuếch tán E đặc trưng cho trình vận chuyển vật chất ảnh hưởng chúng tới thông số Trường vận tốc V đặc trưng cho trình vận chuyển chất nhờ đối lưu Giả thiết dòng chảy ổn định lưu lượng đủ nhỏ để khơng ảnh hưởng tới chế độ dịng chảy Như vậy, vận tốc dịng chảy thay đổi theo khơng gian mà không phụ thuộc vào thời gian Hệ số khuếch tán E đặc trưng cho trình vận chuyển chất nhờ gradient nồng độ chế độ rối dòng chảy, mà cịn gọi hệ số khuếch tán rối Các hệ số không phụ thuộc vào chất cấu tử khuếch tán mơi trường mà cịn phụ thuộc vào chế độ thủy động học dịng chảy Do hệ số khuếch tán rối E thay đổi theo không gian không đẳng hướng - Đại lượng F đặc trưng cho thay đổi nồng độ chất ô nhiễm theo thời gian mà khơng phụ thuộc vào q trình phát tán vật chất Đại lượng phụ thuộc vào chất chất ô nhiễm Như vậy, F biểu thị lượng chất sinh hai nguồn tồn dịng chảy, q trình biến đổi nguồn nước nguồn thải: F = ∑ ri + I (1) Trong đó: ri - lượng chất sinh trình biến đổi i định đơn vị thời gian đơn vị thể tích nước I - lượng chất cung cấp từ nguồn thải đơn vị thời gian tính cho đơn vị thể tích nước Q trình biến đổi vật chất nguồn nước thường biểu diễn dạng phản ứng bậc Vì biểu thức (1) viết dạng: F = − KC + b (2) Trong đó: Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 24 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước C - nồng độ cấu tử vật chất dòng chảy K - hệ số đặc trưng cho trình biến đổi tuân theo quy luật phản ứng bậc mà cấu tử vật chất tham gia K hàm số nhiệt độ, đặc trưng dòng chảy, chất cấu tử vật chất b - thông số đặc trưng cho nguồn thải Trong trường hợp cấu tử chất bẩn không bị biến đổi theo thời gian (chất bẩn bền vững) nguồn thải ổn định, giá trị F Quá trình lan truyền dòng chất bẩn nguồn nước đặc trưng phương trình khuếch tán rối: ∂C ∂C ∂C ∂C ∂ 2c ∂ 2c ∂ 2c + Vx + Vy + Vz = Ex + E y + Ez ∂t ∂x ∂y ∂z ∂x ∂y ∂z (3) Trong đó: C - nồng độ chất bẩn Vx, Vy, Vz - vận tốc dòng chảy theo phương x, y, z Ex, Ey, Ez - hệ số khuếch tán theo phương x, y, z Việc giải phương trình (3) cho biết phân bố nồng độ chất ô nhiễm dòng chảy biến đổi thơng số chất lượng nước như: oxy hịa tan (DO), BOD, SS Đây phương trình sở cho tất mơ hình chất lượng nước Nó phương trình vi phân riêng phần có đạo hàm tới cấp hai, phụ thuộc vào bốn biến số (một biến số thời gian ba biến số khơng gian) Do việc giải phương trình gặp nhiều khó khăn Trên thực tế, tùy trường hợp áp dụng, triệt tiêu số biến phương trình mơ hình đơn giản sau: * Mơ hình chiều: + Ổn định: phụ thuộc biến không gian + Không ổn định: phụ thuộc biến không gian biến thời gian * Mơ hình hai chiều: + Ổn định: phụ thuộc hai biến không gian + Không ổn định: phụ thuộc hai biến không gian biến thời gian * Mơ hình ba chiều ổn định: phụ thuộc ba biến không gian x, y, z Trong trường hợp xả nước thải chứa chất ô nhiễm bền vững liên tục vào sông với: ∂c ∂c ∂c = 0, = 0, =0 ∂y ∂t ∂z ∂ 2c ∂ 2c = , = 0, Vy = 0, Vz = ∂y ∂z Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 25 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước Phương trình có dạng mơ hình ổn định chiều: V ∂c ∂ 2c = Ex ∂x ∂x (4) Trong đó: V - vận tốc trung bình dòng chảy Trường hợp khuếch tán rối theo phương x phương z không đáng kể D x = Dz = 0, phương trình (3) có dạng mơ hình ổn định hai chiều: V ∂c ∂ 2c = Ey ∂x ∂y (5) Khi xác định phân bố nồng độ chất bẩn khơng gian, phương trình (3) viết dạng mơ hình ba chiều ổn định: V ∂c ∂ 2c ∂ 2c = E y + Ez ∂x ∂y ∂z (6) Khi cấu tử chất bẩn thay đổi theo thời gian tuân theo quy luật phản ứng bậc một, biểu thức (4) (5) biểu diễn dạng mơ hình khơng ổn định Mơ hình khơng ổn định chiều là: ∂c ∂c ∂ 2c +V = E x − Kc ∂t ∂x ∂x (7) Trong đó: K - hệ số phân hủy chất bẩn theo thời gian Ví dụ: mơ hình chế độ oxy hịa tan dịng chảy sơng biểu diễn sau: ∂D ∂D ∂2D +V = Ex + K1 L − K D ∂t ∂x ∂x Trong đó: D - độ thiếu hụt oxy, mg/l L - nồng độ BOD, mg/l K1 - hệ số tốc độ tiêu thụ oxy sinh hóa, d-1 K2 - hệ số hòa tan oxy vào dòng chảy sơng, d-1 Để giải phương trình vi phân mơ tả q trình lan truyền chuyển hóa chất bẩn nguồn nước, cần xác định hệ số khuyếch tán E x Ey Các hệ số phụ thuộc điều kiện cụ thể sông, hồ Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 26 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước Hệ số khuếch tán theo chiều dài (hướng dòng chảy chủ đạo) E x phụ thuộc vào bán kính thủy lực R vận tốc động học dòng chảy V * Giá trị Ex thông thường xác định công thức thực nghiệm dạng: Ex = aRV* Trong đó: a - giá trị khơng đổi; lấy từ 8,7 đến 640 phụ thuộc vào thông số thủy lực dịng chảy Đối với nguồn nước động, có hệ số dòng chảy, hệ số khuếch tán E x xác định theo cơng thức Fischer,1979 sau: V 2xB2 E x = 0,001 HV * Trong đó: Vx - vận tốc dịng chảy theo phương x V* - vận tốc động học dòng chảy H - chiều sâu dòng chảy B - chiều rộng sơng, suối Đối với sơng, suối nhỏ, sử dụng cơng thức Velner để tính hệ số Ex Ex = 1,5BVx Đối với sông rộng cửa sơng dùng cơng thức Paal để tính E x Ex V  = 16 x*  RV x V  1, 25 Vận tốc động học dịng chảy V* xác định theo công thức sau: V * = Vx λ V * = gHS V* = Vx g Cs Hệ số khuếch tán theo phương nằm ngang E y thường xác định theo biểu thức Ơle Ey = HV x B 3524  H 1, 378 Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 27 Tiểu luận: Mơ hình chất lượng nước Bansal thường dùng cho sơng có chiều rộng 100m Ey = 0,23HV* Hệ số khuếch tán theo phương ngang xác định theo cơng thức thực nghiệm Carausep sau: Ey = gHV x MC s Trong đó: M - hàm hệ số sezi Cs, m0,5/s xác định sau: - Khi 10≤Cs≤60 M = 0,7Cs + - Khi Cs>60 M = 0,48 Đối với sông lớn, khu vực đồng sử dụng cơng thức Popanov để xác định Ey: Ey = HV x 200 Đối với nguồn nước biển, hồ chứa nước, hồ lớn trình phát tán chất bẩn nước chủ yếu nhờ gió thủy triều Hướng dịng chảy chủ đạo xác lập tác động yếu tố Hệ số khuếch tán Ex trường hợp tăng lên Học viên: Đỗ Quốc Trí - Lớp Cao học CNMT T02/2009 28