Које типове модела треба примијенити на проучавање квалитета воде?

Модели за квалитет воде су математичке формулације које симулирају понашање и ефекте загађивача у води. У том смислу, приказани су могући сценарији утицаја загађивача, користећи различите формуле које полазе од одређених параметара и варијабли.

Постоје различити модели квалитета воде у зависности од извора контаминације и воде коју желите да процените. Ови модели се састоје од рачунарских програма заснованих на математичким алгоритмима.

Модели интегрирају податке о пољима различитих варијабли и фактора, уз одређене увјете уласка. Из ових података, модели генеришу могуће сценарије, екстраполирајући податке у времену и простору на основу вероватноће.

Најинформативнији параметар за процјену контаминације водног тијела је биокемијска потреба за кисеоником (БОД). Већина модела укључује процену БОД варијације као критеријум за генерисање њихових сценарија.

Владе су успоставиле прописе о квалитети воде који морају бити задовољени за добијање дозвола за извршење потенцијално загађујућих активности. У том смислу, модели су корисно средство за разумевање могућег утицаја на квалитет воде одређене активности.

Индек

• 1 Математичка основа
  • 1.1 Параметри
• 2 Класификација
  • 2.1 Динамика
  • 2.2 Димензионалност
• 3 Примери
  • 3.1 Модел КУАЛ2К и КУАЛ2Кв (модел квалитета воде)
  • 3.2 Модел СТРЕЕТЕР-ПХЕЛПС
  • 3.3 Модел МИКЕ11
  • 3.4 РИОС модел
  • 3.5 Модел КУАСАР (Симулација квалитета уз ријечне системе)
  • 3.6 ВАСП (Симулациони програм за анализу квалитета воде)
  • 3.7 АКУАСИМ модел
• 4 Референце

Математичка основа

Модели који се користе за предвиђање понашања квалитета воде заснивају се на диференцијалним једначинама. Ове једначине односе се на количину промене одређене функције са величином промене у другој.

У моделима квалитета воде користе се нелинеарне диференцијалне једначине, јер су процеси контаминације воде сложени (не реагују на линеарну узрочно-последичну везу)..

Параметри

Приликом примјене одређеног модела потребно је узети у обзир низ параметара.

Уопштено, процењују се основни параметри као што је биолошка потрошња кисеоника (БОД), хемијска потрошња кисеоника (ЦОД), присутан азот и фосфор..

БОД је један од најважнијих индикатора загађења, јер високе вредности указују на велику количину микроорганизама. Са своје стране, ЦОД указује на количину кисеоника која је потребна за оксидацију органске материје хемијским средствима.

Параметри који се процјењују зависе од врсте воденог тијела, било да је ријеч о лентици (језера, лагуне, мочваре) или лото (ријеке, потоци). Такође би требало да узме у обзир проток, покривено подручје, запремину воде, температуру и климу.

Такође је потребно размотрити извор контаминације који ће се процјењивати, јер сваки загађивач има различито понашање и учинак.

У случају испуштања у водени организам, разматрају се тип испуштања, контаминанти које он садржи и његов волумен..

Класификација

Постоје бројни математички модели за симулацију понашања загађивача у воденим тијелима. Они се могу класификовати у зависности од типа процеса (физичке, хемијске, биолошке) или типа методе решавања (емпиријски, приближни, поједностављени)..

Фактори који се узимају у обзир приликом класификације ових модела су динамика и димензионалност.

Динамицс

Стационарни модели сматрају да је довољно да се утврди расподела вероватноће стања загађивача у датом времену или простору. Затим, екстраполирајте ту расподелу вероватноће узимајући у обзир да је она једнака у све време и простору тог воденог тела.

У динамичким моделима, претпоставља се да се вјероватноће понашања контаминаната могу промијенити у времену и простору. Квази-динамички модели обављају анализе у деловима и генеришу делимичну апроксимацију динамике система.

Постоје програми који могу радити у динамичким и квази-динамичким моделима.

Димензионалност

У зависности од просторних димензија које модел разматра, постоје бездимензионални, једнодимензионални (1Д), дводимензионални (2Д) и тродимензионални (3Д).

Модел без димензија сматра да је медијум хомоген у свим правцима. 1Д модел може описати просторну варијацију дуж ријеке, али не у њеном попречном или вертикалном пресјеку. 2Д модел ће узети у обзир две од ових димензија, док ће један 3Д обухватити све њих.

Примери

Тип модела који ће се користити зависи од воде која се проучава и циља студије, и мора бити калибрисана за сваки поједини услов. Поред тога, потребно је узети у обзир доступност информација и процесе које желите моделирати.

Неки примери модела за испитивање квалитета воде у рекама, потоцима и језерима су описани у наставку:

Модел КУАЛ2К и КУАЛ2Кв (модел квалитета воде)

Симулира све варијабле квалитета воде под симулираним константним протоком. Симулира два нивоа БОД-а за развој сценарија ријечних или текућих капацитета за разградњу органских загађивача.

Овај модел такође омогућава симулацију количине угљеника, фосфора, азота, неорганских чврстих материја, фитопланктона и детритуса. Слично томе, симулира се количина отопљеног кисеоника, која предвиђа потенцијалне проблеме еутрофикације.

Друге варијабле као што су пХ или способност да се елиминишу патогени су такође пројектоване индиректно.

Модел СТРЕЕТЕР-ПХЕЛПС

То је врло користан модел за процјену понашања концентрације одређеног загађивача у подручју утјецаја излијевања према ријеци.

Један од загађивача који производи значајнији ефекат је органска материја, тако да је најинформативнија варијабла у овом моделу потреба за раствореним кисеоником. Стога, она укључује математичку формулацију главних процеса везаних за отопљени кисик у ријеци.

Модел МИКЕ11

Симулира различите процесе као што су деградација органске материје, фотосинтеза и дисање водених биљака, нитрификација и размена кисеоника. Карактерише га симулација процеса трансформације и дисперзије загађивача.

РИОС модел

Овај модел је дизајниран у контексту управљања сливом и комбинира биофизичке, социјалне и економске податке.

Ствара корисне информације за планирање мјера ремедијације и укључује параметре као што су отопљени кисик, БОД, колиформне и токсичне анализе.

Модел КУАСАР (Симулација квалитета уз ријечне системе)

Река је моделирана одвојено у секције, дефинисане притокама, депонијама и јавним локацијама које стижу или одлазе..

Узети у обзир, поред осталих параметара, брзину протока, температуру, пХ, БПК и концентрацију амонијачних нитрата, Есцхерицхиа цоли, и раствореног кисеоника.

ВАСП (Симулациони програм за анализу квалитета воде)

Можете приступити проучавању воденог тијела у различитим димензијама (1Д, 2Д или 3Д). Када се користи, корисник може изабрати да унесе константне или променљиве кинетичке транспортне процесе током времена.

Могу се укључити пражњења тачкастог и не-точкастог отпада, а њихове примене укључују неколико оквира физичког, хемијског и биолошког моделирања. Овде можете укључити различите аспекте као што су еутрофикација и токсичне супстанце.

Модел АКУАСИМ

Овај модел се користи за проучавање квалитета воде у ријекама и језерима. Ради као дијаграм тока, који омогућава симулацију великог броја параметара.

Референце

1. Цастро-Хуертас МА (2015) Примјена КУАЛ2КВ у моделирању квалитета воде ријеке Гуацаица, одјел Цалдас, Колумбија. Дегрее ворк Факултет инжењерства и архитектуре, Одсек за хемијско инжењерство, Национални универзитет Колумбије. Колумбија 100 п.
2. Ди Торо ДМ, ЈЈ Фитзпатрицк иРВ Тхоманн (1981) Програм за анализу квалитета воде (ВАСП) и Програм верификације модела (МВП) - Документација. Хидросциенце, Инц., Вествоод, НИ, за САД ЕПА, Дулутх, МН, Уговор бр. 68-01-3872.
3. Лопез-Вазкуез ЦМ, Г Буитрон-Мендез, ХА Гарциа и ФЈ Цервантес-Царрилло (ур.) (2017). Биолошка обрада отпадних вода. Принципи, моделирање и дизајн. ИВА Публисхинг. 580 п.
4. Матовелле Ц (2017) Математички модел квалитета воде примијењен у микробасиници ријеке Табацаи. Киллкана Тецхницал Ревиев 1: 39-48.
5. Ордонез-Монцада Ј и М Палациос-Куеведо (2017) Модел квалитета воде. Концесионар Соутхерн Унион Роад. СХ Цонсортиум Доубле Роад Румицхаца-Пастуре. Департмент оф Нарино. ХСЕ, Еколошки консалтинг и инжењеринг С.А.С. 45 п.
6. Реицхерт П (1998) АКУАСИМ 2.0 - Кориснички приручник, компјутерски програм за идентификацију и симулацију водених система, Швајцарски савезни институт за науку и технологију животне средине (ЕАВАГ), Швајцарска.
7. Рендон-Велазкуез ЦМ (2013) Математички модели квалитета воде у језерима и акумулацијама. Тхесис Техничка школа. Национални аутономни универзитет у Мексику. Мекицо, Д.Ф. 95 п.