Apakah jenis model yang perlu digunakan untuk mengkaji kualiti air?



Model untuk kualiti air adalah rumusan matematik yang mensimulasikan tingkah laku dan kesan pencemar di dalam air. Dalam pengertian ini, kemungkinan senario kesan polutan ditunjukkan, menggunakan pelbagai formula yang bermula dari parameter dan pembolehubah tertentu.

Terdapat model kualiti air yang berbeza bergantung kepada sumber pencemaran dan badan air yang anda mahu menilai. Model-model ini terdiri daripada program komputer berdasarkan algoritma matematik.

Model-model ini menyatukan data medan pelbagai pembolehubah dan faktor-faktor, ditambah syarat kemasukan tertentu. Dari data ini, model menghasilkan senario yang mungkin, data ekstrapolasi dalam masa dan ruang berdasarkan kebarangkalian.

Parameter yang paling bermaklumat untuk menilai pencemaran badan air ialah permintaan oksigen biokimia (BOD). Kebanyakan model termasuk anggaran variasi BOD sebagai kriteria untuk menghasilkan senario mereka.

Kerajaan telah menetapkan peraturan mutu air yang harus dipenuhi untuk mendapatkan izin untuk pelaksanaan kegiatan berpotensi mencemarkan. Dalam pengertian ini, model adalah alat yang berguna untuk memahami kesan yang mungkin terhadap kualiti air aktiviti tertentu.

Indeks

  • 1 Asas matematik
    • 1.1 Parameter
  • 2 Klasifikasi
    • 2.1 Dinamik
    • 2.2 Kepintaran
  • 3 Contoh
    • 3.1 Model QUAL2K dan QUAL2Kw (Model Kualiti Air)
    • 3.2 Model STREETER-PHELPS
    • 3.3 Model MIKE11
    • 3.4 model RIOS
    • 3.5 Model QUASAR (Simulasi Kualiti Di sepanjang Sungai Sistem)
    • 3.6 WASP (Program Simulasi Analisis Kualiti Air)
    • 3.7 model AQUASIM
  • 4 Rujukan

Asas matematik

Model-model yang digunakan untuk meramalkan tingkah laku kualiti air adalah berdasarkan persamaan kebezaan. Persamaan ini mengaitkan jumlah perubahan fungsi tertentu dengan magnitud perubahan pada yang lain.

Dalam model kualiti air persamaan pembezaan linear digunakan, kerana proses adalah pencemaran air kompleks (tidak bertindak balas kepada linear sebab-akibat).

Parameter

Apabila memohon model tertentu, perlu mengambil kira beberapa parameter.

Secara amnya, parameter asas dianggarkan seperti Permintaan Oksigen Biologi (BOD), Permintaan Oksigen Kimia (COD), nitrogen dan fosforus..

BOD adalah salah satu petunjuk pencemaran yang paling penting, kerana nilai tinggi menunjukkan sejumlah besar mikroorganisma. Untuk bahagiannya, COD menunjukkan jumlah oksigen yang diperlukan untuk mengoksida bahan organik dengan cara kimia.

Parameter yang akan dinilai bergantung kepada jenis badan air, sama ada lentic (tasik, laguna, rawa) atau loteri (sungai, sungai). Ia juga perlu mengambil kira aliran, kawasan yang dilindungi, jumlah air, suhu dan iklim.

Ia juga perlu untuk mempertimbangkan sumber pencemaran untuk dinilai, kerana setiap pencemar mempunyai tingkah laku dan kesan yang berbeza.

Dalam kes pelepasan ke dalam badan air, jenis pelepasan, pencemaran yang terkandung di dalamnya dan isipadunya dipertimbangkan..

Pengkelasan

Terdapat banyak model matematik untuk mensimulasikan tingkah laku pencemar dalam badan air. Mereka boleh dikelaskan bergantung kepada jenis proses yang dianggap (fizikal, kimia, biologi) atau jenis kaedah penyelesaian (empirikal anggaran mudah).

Faktor-faktor yang diambil kira untuk mengklasifikasikan model-model ini adalah dinamik dan dimensi.

Dinamik

Model pegun menganggap bahawa ia mencukupi untuk menubuhkan taburan kebarangkalian keadaan pencemar pada masa atau ruang tertentu. Selepas itu, ekstrapolasi bahawa taburan kebarangkalian mengingati ia sama rata dalam semua masa dan ruang badan air itu.

Dalam model dinamik, diandaikan bahawa kebarangkalian tingkah laku pencemaran boleh berubah dalam masa dan ruang. Model quasi-dinamik melakukan analisis di bahagian-bahagian dan menghasilkan penghampiran separa kepada dinamik sistem.

Terdapat program yang boleh berfungsi dalam model dinamik dan quasi-dinamik.

Dimensi

Bergantung kepada dimensi ruang yang dipertimbangkan oleh model, terdapat dimensi, satu dimensi (1D), dua dimensi (2D) dan tiga dimensi (3D).

Model tanpa dimensi menganggap bahawa medium adalah homogen dalam semua arah. Model 1D dapat menerangkan variasi spatial di sepanjang sungai, tetapi tidak dalam keratan rentas atau menegaknya. Model 2D akan mempertimbangkan dua dimensi ini, manakala satu 3D akan merangkumi semua.

Contohnya

Jenis model yang digunakan bergantung kepada badan air untuk dikaji dan objektif kajian, dan ia mesti ditentukur untuk setiap keadaan tertentu. Di samping itu, ketersediaan maklumat dan proses yang anda ingin model mesti dipertimbangkan.

Beberapa contoh model untuk kajian kualiti air di sungai, sungai dan tasik diterangkan di bawah:

Model QUAL2K dan QUAL2Kw (Model Kualiti Air)

Simulasikan semua pembolehubah kualiti air di bawah aliran malar simulasi. Simulasikan dua peringkat BOD untuk membangunkan senario sungai atau kapasiti semasa untuk menurunkan bahan pencemar organik.

Model ini juga dapat mensimulasikan jumlah karbon, fosforus, nitrogen, pepejal bukan organik, fitoplankton dan detritus yang dihasilkan. Begitu juga, menyerupai jumlah oksigen terlarut, yang meramalkan masalah potensi eutrophication.

Pembolehubah lain seperti pH atau keupayaan untuk menghapuskan patogen juga diproyeksikan secara tidak langsung.

Model STREETER-PHELPS

Ia adalah model yang sangat berguna untuk menilai tingkah laku kepekatan tertentu dalam kawasan pengaruh tumpahan ke arah sungai.

Salah satu bahan pencemar yang menghasilkan kesan yang lebih penting adalah bahan organik, maka pemboleh ubah yang paling bermaklumat dalam model ini adalah permintaan oksigen terlarut. Oleh itu, ia merangkumi perumusan matematik proses utama yang berkaitan dengan oksigen terlarut di sungai.

Model MIKE11

Simulasi pelbagai proses seperti degradasi bahan organik, fotosintesis dan respirasi tumbuhan akuatik, nitrifikasi dan pertukaran oksigen. Ia dicirikan dengan mensimulasikan proses transformasi dan penyebaran bahan pencemar.

Model RIOS

Model ini dirancang dalam konteks pengurusan DAS dan menggabungkan data biofisik, sosial dan ekonomi.

Menjana maklumat berguna untuk merancang langkah pemulihan dan termasuk parameter seperti oksigen terlarut, BOD, koliform dan analisis bahan toksik.

Model QUASAR (Simulasi Kualiti Along Sungai Sistem)

Sungai itu dimodelkan secara berasingan ke dalam seksyen, yang ditakrifkan oleh cawangan-cawangan, tapak pelupusan dan cawangan-cawangan awam yang tiba atau bertolak daripadanya.

Pertimbangkan antara parameter lain iaitu kadar aliran, suhu, pH, BOD dan kepekatan nitrat ammonia, Escherichia coli, dan oksigen terlarut.

WASP (Program Simulasi Analisis Kualiti Air)

Anda boleh menghampiri kajian badan air dalam dimensi yang berbeza (1D, 2D atau 3D). Apabila menggunakannya, pengguna boleh memilih untuk memasukkan proses pengangkutan kinetik yang berterusan atau berubah mengikut masa.

Pelepasan buangan titik dan bukan titik boleh dimasukkan dan aplikasi mereka termasuk beberapa rangka kerja pemodelan fizikal, kimia dan biologi. Di sini anda boleh memasukkan pelbagai aspek seperti eutrofikasi dan bahan toksik.

Model AQUASIM

Model ini digunakan untuk mengkaji kualiti air di sungai dan tasik. Ia berfungsi sebagai gambarajah aliran, yang membolehkan untuk mensimulasikan sejumlah besar parameter.

Rujukan

  1. Castro-Huertas MA (2015) Penggunaan QUAL2KW kualiti pemodelan air sungai Guacaica, jabatan Caldas, Colombia. Kerja Ijazah Fakulti Kejuruteraan dan Senibina, Jabatan Kejuruteraan Kimia, Universiti Kebangsaan Colombia. Colombia 100 p.
  2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick yRV Thomann (1981) Program Simulasi Analisis Kualiti Air (WASP) dan Program Pengesahan Model (MVP) - Dokumentasi. Hydroscience, Inc., Westwood, NY, untuk A.S. EPA, Duluth, MN, Kontrak No. 68-01-3872.
  3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, HA García dan FJ Cervantes-Carrillo (Eds.) (2017). Rawatan air kumbahan biologi. Prinsip, pemodelan dan reka bentuk. Penerbitan IWA. 580 p.
  4. Matovelle C (2017) Model kualiti air matematik yang digunakan dalam mikrobasin sungai Tabacay. Ulasan Teknikal Killkana 1: 39-48.
  5. Ordoñez-Moncada J dan M Palacios-Quevedo (2017) Model kualiti air. Konsesi Jalan Raya Southern Union. SH Consortium Double Road Rumichaca-Pasture. Jabatan Nariño. HSE, Perunding Alam Sekitar dan Kejuruteraan S.A.S. 45 p.
  6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - Manual pengguna, program komputer bagi pengenalan dan simulasi sistem akuatik, Institut Persekutuan Sains dan Teknologi Persekitaran Switzerland (EAWAG), Switzerland.
  7. Rendón-Velázquez CM (2013) Model matematik kualiti air di tasik dan takungan. Tesis Sekolah Kejuruteraan. Universiti Autonomi Nasional Mexico. Mexico, D.F. 95 p.