ứng dụng mô hình qual2k quản lý lưu vực sông

Tính chất thủy lực, hằng số tốc độ phản ứng, điều kiện ban đầu và dữ liệu để tính toán các phần tử cũng giống như trong mộtđoạn sông.Giới hạn mô hình QUAL2E sẽ phác họa một chương trình

Mở Đầu

Vấn đề quản lý lưu vực sông hiện nay đang là vấn đề vô cùngcần thiết và cấp bách, trên thế giới hiện nay để có thể quản lýđược tốt người ta dùng rất nhiều các mô hình tính toán, dưới đây

là một trong số đó, QUAL2K, đây là phần mềm mô hình củaEPA’s cục bảo vệ môi trường Mỹ chúng ta sẽ nghiên cứu môhình này để xem chúng hữu ích và độ chính xác như thế nào để

có thể đưa ra các cách giải quyết chính xác

Phần 1 Cơ sở lý thuyết của mô hình QUAl2K.

Cơ sở của phương pháp là hệ phương trình thủy lực, ổn định một chiều Hệ phương trình thủy lực Saint – Venant một chiều từ

hệ phương trình tính được cân bằng thủy lực

hệ thống sông thành các đoạn sông, đó là một đoạn sông của hệ thống với tính chất thủy lực đồng nhất

Mỗi đoạn sông lại được phân chia thành các phần tử tính toán

có độ dài bằng nhau Tất cả các đoạn sông phải bao gồm số phần

tử tính toán phải là một số nguyên

Có 7 loại khác nhau của phần tử tính toán

Tính chất thủy lực, hằng số tốc độ phản ứng, điều kiện ban đầu và dữ liệu để tính toán các phần tử cũng giống như trong mộtđoạn sông.

Giới hạn mô hình

QUAL2E sẽ phác họa một chương trình chung, tuy nhiên, chắc chắn giới hạn chiều sẽ bắt buộc trong quá trình chạy, các giới hạn đó là:

Đoạn sông : max 25

Phần tử tính toán :  20% số đoạn sông hoặc tổng bằng 250

Phần tử nguồn : max 7

Phần tử nối : max 6

Phần tử vào và ra : max25

Mục đích đầu tiên của mô hình chất lượng nước là tạo ra công

cụ có khả năng mô phỏng tính chất thủy lực và chất lượng nước

Mô tả công thức

Công thức cơ bản được giải bởi QUAL2E là một chiều, phát tán dọc trục, công thức vận chuyển khối lượng bao gồm bình lưu,phát tán, pha loãng, thành phần phản ứng, và sự tác động qua lại giữa chúng, nguồn sông và lắng đọng Công thức có thể được viết như sau:

Ax : diện tích mặt cắt ngang (L2)

DL hệ số phát tán (L2T-1)

u: tốc độ trung bình (LT-1)S: nguồn sông hoặc lắng đọng (MT-1)

b Mô hình QUAL2KQUAL2K ( hoặc Q2K) là một mô hình về chất lượng nước của sông và dòng chảy nó được cải tiến từ cho mô hình QUAL2E(Q2E) do (Brown and Barnwell 1987) Q2K tương tự như Q2E với những đặc điểm sau:

 Một chiều Lòng sông là những nguồn nước trộn lẫn theo chiều dọc và chiều sâu

 Nhánh sông Hệ thống có thể bao gồm một sông chính với các sông nhánh

 Khối nhiệt ngày đêm Khối nhiệt và nhiệt độ được mô phỏngnhư một công thức khí tượng học trên một mức độ thời gian

 Tính chất thủy lực là ổn định Đồng nhất, dòng chảy ổn địnhđược mô phỏng

 Động học chất lượng nước cả ngày đêm Chất lượng nước thay đổi mô phỏng theo các mức độ thời gian

 Nhiệt và khối lượng đầu vào Điểm và không điểm chịu tải

và nước chảy ra đều được mô phỏng

QUAL2K còn bao gồm các phần tử mới:

 Phần mềm môi trường và giao diện Q2K là một công cụ trong môi trường Microsoft Windows Số lượng tính toán dùng chương trình Fortran 90 Excel được sử dụng để hiển thị đồ thị trên giao diện cho người sử dụng Tất cả các giao diện này có tác dụng là chương trình trong Microsoft Office dùng ngôn ngữ: Công cụ Visual Basic( VBA)

 Mô hình chia nhỏ Q2E chia hệ thống thành các đoạn sông gồm các phần tử có khoảng cách bằng nhau Q2K phân chia hệ thống thành các đoạn sông và các phần tử Thêm vào đó, khối lượng và các dòng chảy ra có thể vào nhiều phần tử

 Sự hình thành cacbon BOD Q2K sử dụng 2 dạng Cacbon BOD tượng trưng carbon hữu cơ Hai dạng đó là dạng

oxy hóa chậm (slow CBOD) và dạng oxy hóa nhanh (fast

CBOD)

 Sự thiếu Oxy(Anoxia) Q2K điều chỉnh lượng thiếu Oxy bởi sự làm giảm phản ứng oxy hóa đến không với mức oxy thấp Thêm vào đó, quá trình khử Nito như là mô hình phản ứng bậc 1 làm cho nồng độ oxy xuống thấp

 Tác động qua lại giữa nước và trầm tích Nước và trầm tích chảy mạnh làm hòa tan Oxy và dinh dưỡng có thể mô phỏng bên trong hơn là bắt buộc Do đó lượng oxy (SOD) và dòng chảy dinh dưỡng được mô phỏng như một công thức ổn định về vật chất hữu cơ, phản ứng trong trầm tích, và nồng độ ở dạng hòa tan

sẽ làm nước quá bão hòa

 Tảo dưới nước Mô hình hiện mô phỏng gắn liền với tảo dưới nước Tảo này có thể thay đổi hóa học lượng pháp

 Sự tiêu hủy ánh sáng Sự tiêu hủy ánh sáng được tính toán như một công thức của tảo, chất rắn vô cơ và các vật vụn

 pH Cả tính kiềm và tổng cacbon vô cơ đều có thể mô phỏng pH của các dòng sông được tính toán cơ bản dựa trên hai lượng ở trên

 Mầm bệnh Một đặc điểm chung của giống bệnh sẽ được

mô phỏng việc thủ tiêu mầm bệnh được xác định như một công thức của nhiệt độ, ánh sáng, ổn định

 Tính chất động lực đặc trưng của đoạn sông Q2K cho phép bạn chỉ rõ nhiều tính chất động lực trên một đoạn sông đặc trưng cơ bản

 Đập và thác nước, tính chất thủy lực của đập nước sẽ ảnhhưởng đến đập và thác nước mà sự vận chuyển là rất rõ ràng

2 Bắt đầu chương trình.

Ngay dưới đây sẽ cho thấy dạng chương trình như thế nào, Excel sẽ phục vụ cho các giao diện của QUAL2K Tất cả các đầuvào và đầu ra của mô hình sẽ được thực hiện bằng công cụ trong Excel, tất cả các công thức trong Excel dùng ngôn ngữ: Visual Basic for Applications (VBA) Tất cả các công thức tính toán bằng công cụ Fortran 90 được thi hành mau lệ Tiếp sau đây là các bước có bao nhiêu mô hình có thể cài đặt lên máy tính của bạn và

tiên trên giao diện của Q2K cho phép bạn chạy Q2K và biểu lộ kết quả của nó Thứ hai là Fortran có thể thực hiện được công việc thực tế tính toán mô hình Sẽ có hai file trong đường dẫn giống nhau để mô hình có thể chạy chính xác Chú ý sau khi bạn chạy mô hình, một số file sẽ tự động được tạo ra bởi Fortran có thể trao đổi thông tin với Excel.

Chú ý không xóa file Zip Nếu một vài lý do, bạn sửa Q2k, bạn có thể sử dụng file zip để cài đặt lại mô hình

Bước 2: tạo ra file theo đường dẫn C:\Q2Kv2_07 gọi là file dữ liệu Datafiles

Bước 3: mở Excel và chắc chắn macro security ở mức trung bình (tranh 1) có thể yêu cầu sử dụng : Tools  Macro  Security

Figure 2 The Excel Macro security dialogue box In order to run Q2K, the

Enable Macros button must be selected.

Kích vào nút Enable Macros.

Bước 5 : Trên QUAL2K Worksheet di chuyểnđến cột 10 và vàođường dẫn đến DataFiles, C:\QUAL2K\DataFiles xem bức tranh thứ 3

Figure 3 The QUAL2K Worksheet showing the entry of the file path into

cell B10.

Bước 6 : Kích vào nút Run Fortran

Nếu chương trình làm việc không chính xác

Có hai lý do cơ bản làm chương trình làm việc không chính xác Đầu tiên bạn phải sử dụng một phiên bản cũ của Microsoft

Office mặc dù Excel phiên bản cũ có thể làm việc được Q2K không làm việc với các phiên bản quá cũ.

Thứ hai bạn đã tạo ra một số lỗi trong công cụ ở các bước trước Một lỗi thường gặp bạn vẫn mơ hồ về đường dẫn bạn vào cột 10 giả sử bạn vẫn không biết đường dẫn C:\Q2KFortranv2_07\ DataFles bạn sẽ nhận được một lỗi như sau :

Figure 4 An error message that will occur if you type the incorrect file

path into cell B10 on the QUAL2K Worksheet.

Nếu xảy ra kích Ok cho chạy và quay trở lại QUAL2K Worksheet tại đó bạn phải vào đúng đường dẫn

Nếu chương trình làm việc chính xác

Q2K bắt đầu thi hành một cửa sổ mở ra cho thấy Fortran tính toán (tranh 5)

Figure 5 This window is displayed showing the progress of the model computations as executed in Fortran It allows you to follow the progress of a

model run.

Chương trình sẽ mô phỏng sông chính với hai nhánh sông Nếu chương trình làm việc chính xác hộp thoại sau đây sẽ xuất hiện nếu bạn chạy thành công

Ấn Ok, tiếp theo hộp thoại sau sẽ xuất hiện.

Hộp thoại trên sẽ cho phép bạn chọn phần của hệ thống bạn muốn vẽ đồ thị Như đã thấy, nó mặc định là sông chính Ấn Ok

và nhìn thấy thời gian chạy của sông chính Chú ý tất cả các đồ thị đều được cập nhật khi nhấn OK

Ngắt một lúc bạn nhìn thấy đồ thị của một nhánh sông, bạn nhấn nút dưới bên trái bị che khuất

Nguyên nhân là do đồ thị hộp thoại được chọn xuất hiện Kéo xuống bạn có thể chọn một nhánh khác.

Bước 7: Trên QUAL2K Worksheet click nút Open Old File Mở đường dẫn C:\Q2Kv2_07\DataFiles Bạn nhìn thấy một file mới được tạo ra với tên chỉ rõ ở cột 9 (trong trường hợp trên bức tranhthứ 3 là Bogus062807.q2k) click nút hủy bỏ cacel quay trở lại Q2K

Chú ý trong thời gian Q2K chạy Một file dữ liệu sẽ được tạo

ra với tên file chỉ rõ trong cột 9 trên QUAL2K Worksheet (Figure 3).

Chương trình tự động thêm vào phần mở rộng q2k cho tên file

Từ đó nó sẽ đè lên phiên bản của file trước, chắc chắn tạo ra sự thay đổi tên file khi bạn làm một ứng dụng mới

Bây giờ bạn có thể chạy thành công Q2K trên máy tính của bạn, trang tiếp theo là các tài liệu khoa học làm nền tảng cho mô hình

3 Sự chia ra từng đoạn và tính chất thủy lực

Mô hình miêu tả một dòng sông như một dãy các đoạn sông

Nó tượng trưng cho quãng sông có tính chất thủy lực giống nhau ( ví dụ độ dốc, độ rộng đáy dưới ) như được miêu tả bởi bức tranh thứ 6, số các đoạn sông tăng theo thứ tự bắt đầu từ thượng nguồn của đoạn sông chính

Chú ý cả các điểm nguồn và không phải điểm nguồn cũng nhưcác điểm chảy ra và các điểm chảy vào có thể có bất kỳ vị trí nào theo suốt chiều dài của sông

1 2 3 4 5 6

8 7

Non-point withdrawal Non-point

Downstream boundary Point source

Figure 6 QUAL2K segmentation scheme for a river with no tributaries.

Hệ thống gồm các sông nhánh (hình7) Số lượng các đoạn sông được đánh số bắt đầu từ đoạn 1 và tăng dần ở thượng nguồncủa con sông chính Khi đến chỗ nối với một nhánh sông là một đoạn sông số thứ tự tiếp tục được đánh từ thượng nguồn từ nhánhsông này Quan sát cả thượng nguồn và các nhánh sông các số là liên tiếp nhau theo một dãy sắp xếp tương tự đến các đoạn sông Chú ý các nhánh sông lớn của hệ thống đều được quy về như mộtđoạn sông Đặc biệt thực tế này rất quan trọng bởi vì phần mềm cung cấp đồ thị của đầu ra mô hình trên một đoạn sông cơ bản Phần mềm tạo ra các đồ thị riêng biệt trên hệ thống sông chính cũng như các sông nhánh

19 18 17 16

19 18 17 16

1

5 4 3 2 1

5 4 3 2

20

28 27 26 21

29

20

28 27 26 21

29

12

15 14 13 12

15 14 13 8

7

6

8 7 6

9

11 10 9

11 10

24 23 22

25

HW#1 HW#2

Figure 7 QUAL2K segmentation scheme for (a) a river with tributaries The Q2K

reach representation in (b) illustrates the reach, headwater and tributary

numbering schemes.

Cuối cùng một mô hình đoạn sông có thể chia thêm một dãy các phần tử có khoảng cách bằng nhau Trong bức tranh thứ 8 chỉ

rõ số phần tử mong muốn

n = 4

Figure 8 If desired, any model reach can be further subdivided into a

series of n equal-length elements.

Tóm lại thuật ngữ được sử dụng miêu tả cách tổ chức địa hìnhdòng sông theo Q2K

Đoạn sông Độ dài của con sông với tính chất thủy lực giống nhau

Phần tử Đơn vị cơ bản của mô hình tính toán cái mà được chia nhỏ bằng nhau của một đoạn sông

Khúc sông Một tập hợp các đoạn sông tượng trưng cho một một nhánh của hệ thống nó bao gồm nhánh chính như mỗi sông nhánh

Thượng nguồn Ranh giới bên trên của một mô hình đoạn sông

3.1.Cân bằng dòng chảy.

Như đã được miêu tả ở phần trước, đơn vị cơ bản của mô hình Q2K là phần tử Một dòng chảy ổn định cân bằng là phươngtiện cho mỗi mô hình phần tử

i out i in i

Q  1 ,  , [1]

Trong đó Q i là lượng chảy ra từ phần tử i vào phần tử xuôi dòng i + 1 [m3/d], Q i–1 là lượng chảy vào từ phần tử ngược dòng i – 1 [m 3/d], Q in,i là tổng lượng chảy vào trong phần tử từ điểm nguồn và không phải điểm nguồn [m3/d], và Q out,ilà tổng lượng chảy ra từ phần tử đó đến điểm chảy ra và không phải điểm chảy

ra [m3/d] Vì vậy, lượng chảy ra xuôi dòng chỉ là sự chênh lệch giữa lượng vào và nguồn nước tăng thêm trừ đi lượng chảy ra mất mát

i i + 1

i  1

Q in,i Q out,i

Figure 9 Element flow balance.

Tổng lượng chảy vào từ nguồn tính toán như sau

j

j i ps i

Q

1

, 1

,

Trong đó Q ps,i,j là lượng chảy vào từ điểm nguồn thứ j đến phần tử i, psi tổng số điểm nguồn đến phần tử i, Q nps,i,jlà lượng chảy vào từ điểm không phải điểm nguồn chảy tới phần tử i, và npsi là tổng số điểm không phải điểm nguồn chảy vào phần tử i

Tổng lượng chảy ra từ các nguồn chảy ra được tính toán như sau:

j

j i pa i

Q

1

, 1

,

Trong đó Q pa,i,j là lượng chảy ra ở điểm chảy ra thứ j từ phần

tử i, pai tổng số điểm chảy ra từ phần tử i, Q npa,i,jlà lượng chảy ra

ở các điểm là không phải điểm chảy ra thứ j từ phần tử i, và npai tổng số các điểm là không phải các điểm chảy ra từ phần tử i.Các điểm không phải là điểm nguồn và không phải điểm chảy

ra sẽ được mô hình như đường nguồn Nhìn bức tranh10, các điểm là không phải điểm nguồn hoặc không phải điểm chảy ra được phân ranh giới bởi điểm bắt đầu và điểm kết thúc dài đến hàng kilomet Nó chảy phân bố từ mỗi phần tử , theo chiều dài vàchiều rộng

 Nếu chiều rộng và chiều cao của đập được nhập vào, đập nước sẽ được chọn làm phương tiện tính toán.

 Nếu chiều rộng và chiều cao của đập bằng 0 và hệ số đường cong ( a và  ) được nhập vào Phương tiện rating curves được chọn làm phương tiện tính toán

 Nếu không có quy định trước là mét Q2K sử dụng công thức Manning

3.2.1 Đập nước

Bức tranh 11 cho thấy có bao nhiêu đập nước được miêu tả trong Q2K Chú ý một cái đập nước chỉ có thể xảy ra ở điểm cuốicủa một phần tử đơn của một đoạn sông, bức tranh 11 cho thấy các thông số sau Hi là chiều sâu của phần tử ngược dòng của đập nước [m], Hi+1 là chiều sâu của phần tử xuôi dòng của đập [m], elev2i độ cao so với mực nước biển điểm cuối của phần tử ngược dòng [m], elev1i+1 độ cao so với mực nước biển điểm đầu của phần tử xuôi dòng Hw độ cao của đập trên elev2i , Hd là độ hạ thấp giữa độ cao mực nước của bề mặt của phần tử i và phần tử i+1

Figure 11 A sharp-crested weir occurring at the boundary between two

Trong đó Qi là lượng chảy ra từ phần tử ngược dòng của đập,

m3/s, Bw, Hh là mét Công thức 4 có thể được làm sang tỏ như sau:

3 / 2 83

Và có thể tính độ hạ thấp trên đập

1 1

Chú ý độ hạ thấp có thể sử dụng để tính toán lượng Oxy và

CO2 di chuyển qua đập ( xem trang 55 và 60)

Tại các khu vực mặt cắt ngang, chiều sâu, diện tích bề mặt và thể tích phần tử i có thể được tính toán như sau

i i i

A ,  [8]

i c

i i

A

Q U

,

i i i

A,  

i i i

Trong đó Bi độ rộng của phần tử i, ∆xi chiều dài của phần tử i.Chú ý nhiều đoạn sông với nhiều đập, đoạn sông với chiều rộng được nhập vào Giá trị được nhập vào cột AA ( nhãn "Bottom Width") của Reach Worksheet.

3.2.2 Hệ số đường cong

Phương trình lũy thừa có thể sử dụng mối liên quan giá trị trung bình của chiều dọc và chiều sâu của phần tử trong một đoạnsông

để xác định diện tích mặt cắt ngang và chiều rộng bởi

A s  

x BH

Số mũ b và  được đặc trưng trong bảng 1 chú ý tổng của b

và  phải kém hơn hoặc bằng 1 Nếu đây không phải là trường hợp mà chiều rộng sẽ giảm với sự gia tăng dòng chảy Nếu tổng của chúng bằng 1 kênh sông là hình chữ nhật

Table 1 Typical values for the exponents of rating curves used to determine velocity and depth from flow (Barnwell et al 1989).

làm bởi sự sắp đặt b và  bằng 0 và sắp xếp a cân bằng với yêu cầu chiều dọc và α cân bằng với yêu cầu chiều sâu.

3.2.3 Công thức manning.

Mỗi phần tử trong đoạn sông riêng biệt có thể lý tưởng hóa như một hình thang ( trang 12) Với điều kiện dòng chảy ổn định công thức manning có thể sử dụng thể hiện mối quan hệ giữa dòng chảy và chiều sâu

3 / 2

3 / 5 2 / 1 0

P

A n

S

Trong đó Q là lưu lượng dòng chảy [m3/s], S0 độ dốc đáy sông[m/m] , n là hệ số gồ ghề, Ac diện tích mặt cắt ngang [m2] và P là chu vi thấm ướt [m]

Figure 12 Trapezoidal channel.

Diện tích mặt cắt ngang của một lòng sông hình thang được tính toán như sau

A c  0  0 5 ( s1  s2) [15]

Trong đó B0 là chiều rộng đáy sông [m], ss1 và ss2 là hai độ dốccạnh xem hình 12, [m/m], và H là chiều sâu của phần tử [m].Chu vi thấm ướt được tính như sau

1

1 22

2 1

B H s s H s s

Sau khi biến đổi các công thức 16, 15 và 14 có thể tính toán

sự lặp lại của chiều sâu (Chapra and Canale 2006),

10 / 3

5 / 2 2 2 1 2

1 1 0 5 / 3

) (

5 0

1 1

) (

s k s

k k

H s s B

S

s H s

H B Qn

Trong đó k = 1, 2, …n n là số lần lặp Ban đầu ước chừng

H0 = 0 được dùng Phương pháp kết thúc khi đánh giá sai số bên dưới nhỏ hơn 0.001% Đánh giá sai số được tính như sau

% 100

H H

Diện tích mặt cắt ngang được xác định bởi công thức 15 và vận tốc có thể xác định từ công thức sau,

B1  0  ( s1  s2)

Diện tích bề mặt và thể tích của phần tử có thể được tính toán như sau:

x B

A s  1

x BH

Đề xuất giá trị hệ số manning cho trong bảng 2, n đặc trưng cho giá trị dòng chảy và chiều sâu (Gordon et al 1992) Chiều sâu giảm trong chiều dòng chảy thấp, liên quan đến sự dao động thường xuyên được tăng lên Giá trị của hệ số manning đã được công bố từ 0.015 của lòng sông nhẵn nhịu đến 0.15 các lòng sông

gồ ghề nó miêu tả tình trạng dòng chảy có khả năng tạo thành bãingầm (Rosgen, 1996) Điều kiện tới hạn của độ sâu ước lượng chất lượng nước đại thể là kém hơn bãi ngầm sâu và nó liên quan đến tính chất gồ ghề của độ cao

Table 2 The Manning roughness coefficient for various open channel surfaces (from Chow et al 1988).

3.2.3 Thác nước

Trong phần 3.2.1 sự chảy của nước trên đập được tính toán, giá trị cần được tính toán tăng dần xảy ra trong một vài trường hợp Thêm vào các đập , sự chảy xuống có thể hầu như xảy ra trong các thác nước Chú ý thác nước chỉ có thể xảy ra tại điểm cuối của đoạn sông.

Hi+1

Hi

Hdelev2i

elev1i+1

Figure 13 A waterfall occurring at the boundary between two reaches.

Qual2k sẽ tính toán dòng chảy trong trường hợp độ cao so vớimực nước biển rất dốc trong ranh giới giữa hai đoạn sông , công thức 7 dùng để tính toán sự hạ thấp dòng chảy Chú ý sự hạ thấp này chỉ tính toán khi độ cao so với mực nước biển xuôi dòng kết thúc ở đoạn sông là lớn hơn điểm bắt đầu của đoạn sông xuôi dòng tiếp theo nghĩa là elev2 i > elev1 i+1

3.3Travel Time (Thời gian di chuyển)Thời gian lưu của mỗi phần tử được tính toán như sau:

k

k k Q

Hai lựa chọn được sử dụng để xác định sự phát tán dọc trục cho ranh giới giữa hai phần tử Đầu tiên, người sử dụng có thể đánh giá, giá trị nhập vào trên Reach Worksheet Nếu người sử dụng không nhập giá trị, một công thức bên trong sẽ được dùng tính toán phát tán cơ bản tính chất thủy lực lòng sông (Fischer et al 1979),

*

2 2 , 0 011

i i

i i i

p

U H

B U

Trong đó Ep,i là hệ số phát tán dọc trục giữa phần tử i và phần

tử i+1 [m2/s], Ui vận tốc [m/s], Bi chiều rộng [m], Hi giá trị trung

bình chiều sâu [m] và U i* vận tốc cắt [m/s] Nó cơ bản được tính như sau

i i

x U

E   [25].

Độ phát tán của mô hình là Ei ( giá trị này sẽ được sử dụng tính toán trong mô hình)

Nếu E n,i  E p,i, độ phát tán của mô hình, Ei = E p,i  E n,i

Nếu E n,i > E p,i, độ phát tán mô hình bằng Ei= 0

Trong một số trường hợp dưới đây, kết quả độ phát tán của

mô hình là lớn hơn độ phát tán vật lý Như vậy, thì sự trộn lẫn phát tán sẽ cao hơn thực tế, Chú ý dòng sông chảy ổn định, tập trung độ dốc là không đáng kể Nếu sự khác nhau là quan trọng, chỉ lựa chọn các phần tử có chiều dài nhỏ hơn số phát tán mô hình trở thành nhỏ hơn số phát tán vật lý

3 Nhiệt độ của mô hình

Như hình 14, cân bằng nhiệt cần tính toán sự trao đổi nhiệt từ các phần tử gần kề, chiếu xuống, dòng chảy ra, không khí và trầm tích Một cân bằng nhiệt có thể được viết với phần tử i, như sau:

m cm

100

m cm

10

m

3 ,

1

' 1

' 1 ,

1 1

i pw w

i s i

pw w

i a i

pw w

i h

i i i

i i i i

i i i

i out i i

i i i

i i

H C

J H

C

J V

C W

T T V

E T T V

E T V

Q T V

Q T V

Q dt dT

từ các điểm nguồn và không phải điểm nguồn trong phần tử i[cal/

d] w tỷ trọng của nước [g/m3], C pwnhiệt dung riêng của nước

[cal/(g oC)], J a,idòng chảy nhiệt giữa không khí và nước [cal/(cm 2 d)],

J s,idòng chảy nhiệt giữa nước và trầm tích [cal/(cm 2 d)].

sediment-water transfer sediment

Figure 14 Heat balance for an element.

Hệ số phát tán có thể tính toán như sau:

, '

i c i

A E

Chú ý hai loại điều kiện biên được sử dụng đến điểm cuối cùng của dòng chảy xuôi dòng của sông, (1) điều kiện phát tán

bằn 0 và (2) điều kiện biên bắt buộc ở điểm cuối dòng chảy, cơ

hội lựa chọn tạo ra trên Downstream Worksheet.

Mạng nhiệt chiếu xuống từ nguồn được tính toán như sau

j

j psi j i ps p

, ,

T ps,i,jlà nhiệt độ của điểm nguồn thứ j đối với phần tử i[0C] và

i[0C]

4.1 Dòng nhiệt bề mặtNhư được miêu tả ở hình 15, sự thay đổi nhiệt độ bề mặt được

mô hình hóa như một sự kết hợp của 5 quá trình

e c br an

solar shortwave radiation

atmospheric longwave radiation

water longwave radiation

conduction and convection

evaporation and condensation radiation terms non-radiation terms

net absorbed radiation water-dependent terms Figure 15 The components of surface heat exchange.

4.1.1 Bức xạ mặt trời.

Mô hình tính toán số lượng lớn các bức xạ mặt trời vào nước tại một đường vĩ độ (Lat) và kinh độ (Llm) đặc biệt trên bề mặt tráiđất

Số lượng là một công thức của bức xạ ở tầng trên của khí quyển trái đất, cái mà sự vận chuyển không khí là rất yếu, không khí rất loãng, mây bao phủ, sự phản xạ, bóng tối

n attenuatio

n attenuatio

radiation

) 1 ( ) 1 (

) 0

[30].

Trong đó I(0) là bức xạ mặt trời trong bề mặt nước [cal/cm 2 /d],

I0 bức xạ ngoài khí quyển ( tầng trên của khí quyển trái đất),

[cal/cm 2 /d], at không khí loãng, ac mây mỏng, Rs suất phản chiếu (phản xạ nhỏ), Sf hệ số hiệu quả bóng tối bởi sinh vật và địa

hình)

Sự phát xạ ngoài khí quyển được đánh giá như sau:



sin 2

0 0

r W

W0 là hằng số mặt trời [1367 W/m 2 or 2823 cal/cm 2 /d], r là bán kính tiêu chuẩn của quỹ đạo trái đất ( tỷ lệ giữa khoảng cách trái đất – mặt trời thực tế tới khoảng cách trái đất – mặt trời trung bình), và α là độ cao của mặt trời [radians], nó có thể tính toán như sau.

Và góc giờ của địa phương tính bằng radian được cho bởi

180

180 4

eqtime localTime

ime

Trong đó trueSolarTime là thời gian mặt trời xác định từ vị trí thực tế của mặt trời trong bầu trời [minutes], localTime là thời gianđịa phương [thời gian chuẩn của địa phương], Llm kinh độ của địaphương, timezone đới thời gian của địa phương liên quan đến giờchuẩn căn cứ theo kinh tuyến (GMT) Ví dụ như -8h ở đới Thái Bình Dương là giờ chuẩn, thời gian địa phương ở các đới được chọn trên QUAL2K Worksheet Giá trị eqtime tượng trưng cho sự khác nhau giữa thời gian mặt trời chính xác và thời gian mặt trời trung bình

QUAL2K tính toán độ nghiêng của mặt trời, múi giờ, độ cao mặt trời và bán kính tiêu chuẩn ( khoảng cách giữa trái đất và mặttrời), thời gian lúc mặt trời mọc và lúc mặt trời lặn sử dụng bởi thuật toán Meeus (1999) như là một công cụ bởi nhánh nghiên cứu bức xạ bề mặt NOAA’s

NOAA sẽ xác định vị trí mặt trời dựa vào QUAL2K bao gồm một điều chỉnh tác động của khúc xạ khí quyển Đây là phương pháp tính toán rất thành công được sử dụng để xác định vị trí mặttrời, mặt trời mọc, mặt trời lặn trong phụ lục B

Chu kỳ sáng [h] được tính toán như sau:

sr

ss t t

f   [35].

Trong đó tss là thời gian mặt trời lặn [h], tsr là thời gian mặt trời mọc [h]

Sự làm loãng khí quyển Sự khác nhau của nhiều phương thức

để đánh giá phân bố làm loãng khí quyển từ một bầu trời sạch (at) Hai phương thức có thể tìm được trong QUAL2K đánh giá at

( chú ý mô hình bức xạ mặt trời được chọn trên Light and Heat

1, Bras (mặc định)

Phương pháp Bras (1990) tính toán at như sau:

m a n

) 885 3 ( 15 0 sin

dlà độ cao trong mức độ từ đường chân trời =   (180o/).

2 Ryan and Stolzenbach

Mô hình The Ryan and Stolzenbach (1972) tính toán at từ góc nâng của mặt đất và độ cao mặt trời bằng :

256 5

288 0065 0 288

có dữ liệu thay đổi từ Mỹ ( http://www.atdd.noaa.gov/isis.htm ) Chọn

cả hai mô hình bức xạ mặt trời Bras or Ryan-Stolzenbach với hệ số mật độ không khí thích hợp hoặc hệ số truyền không khí một công cụ đặc biệt để lý tưởng hóa so sánh với bức xạ mặt trời trước đó với giá trị được cân nhắc ở từng địa phương

Sự suy giảm mây: sự giảm bức xạ mặt trời do bao phủ của mây được tính toán với

2

65 0

a   [40].

CL là hệ số bao phủ bầu trời bởi mây

Reflectivity Reflectivity được tính toán như sau:

B d

R   [41].

Trong đó A và B là hai hệ số liên quan đến bao phủ mây ( bảng 3)

Table 3 Coefficients used to calculate reflectivity based on cloud cover.

1.18 0.77 2.20 0.97 0.95 0.75 0.35 0.45

Shade Shade là một biến vào của mô hình QUAL2K Shade được định nghĩa như phần nhỏ của bức xạ mặt trời ngăn chặn bởikhối địa hình và sinh vật Một Excel/ chương trình VBA tên là shade.xls có thể dùng được từ Washington Department of Ecology

Đánh giá shade từ địa hình và sinh vật ven sông (Ecology 2003)

Giá trị vào tích hợp hằng giờ đánh giá shade mỗi đoạn sông vào

4.1.2 Bức xạ sóng dài trong không khí.

Bức xạ sóng dài từ không khí xuống trái đất là một khoảng rộng trong cân bằng nhiệt bề mặt Dòng chảy có thể tính toán sử dụng Stefan-Boltzmann

J    2734  1  [42].

Trong đó  là hằng số Stefan-Boltzmann =11.7x10 -8 cal/(cm 2 d K 4 ),

T airnhiệt độ khí quyển [0C], ε sky hệ số phát xạ không khí [không thứ nguyên], RL hệ số phản xạ sóng dài [không thứ nguyên] Độ phát xạ là tỷ số giữa bức xạ sóng dài từ một vật đối với bức xạ phát ra từ một vật hoàn toàn trong khoảng nhiệt độ như nhau Suất phản chiếu nói chung là nhỏ và được cho là bằng 0.03

Mô hình bức xạ sóng dài không khí sẽ được chọn trên Light

dụng trong qual2k tượng trưng cho hệ số phát xạ (sky):

1 Brunt ( mặc định )

Công thức Brunt’s là một mô hình kinh nghiệm thường được

sử dụng trong mô hình chất lượng nước (Thomann and Mueller 1987),

air b a clear A  A e

Trong đó Aa và Ab là hệ số kinh nghiệm Giá trị Aa có thể xác định gián tiếp từ 0.5 đến 0.7 và giá trị Ab có thể xác định gián tiếp từ 0.031 đến 0.076 mmHg-0.5 tùy thuộc vào độ rộng của không khí QUAL2K sử dụng một mặc định khoảng ở giữa Aa = 0.6 cùng với một giá trị Ab = 0.031 mmHg-0.5 nếu phương pháp Brunt được chọn trên Light and Heat Worksheet

7 / 1 333224

1 24

d

d

T T

27 17

596

Trong đó Td là nhiệt độ điểm sương [0C]

3 KobergKoberg (1964) gián tiếp đưa ra Aa trong công thức Brunt’s phụ thuộc vào cả nhiệt độ không khí và tỷ số của bức xạ mặt trờivới bức xạ không khí sạch (Rsc), nhìn tranh 16, có sự hiện diện của một dãy đường cong A0 tăng thêm với Tair và làm giảm với

Rsc với Ab là hằng số 0.0263 millibars 0.5 (about 0.031 mmHg 0.5 )

Tiếp theo đa thức được sử dụng trong Qual2k cung cấp một xấp xỉ liên tục của đường cong Koberg’s

k air k air k

Trong đó:

0.0001106 0.00073087

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

1.00 Ratio of incident to clear sky radiationR sc

Figure 16 The points are sampled from Koberg’s family of curves for

determining the value of the A a constant in Brunt’s equation for atmospheric

longwave radiation (Koberg, 1964) The lines are the functional representation used in Q2K.

4.1.3 Bức xạ sóng dài trong nước

Sự phản xạ từ bề mặt nước miêu tả bởi quy luật Boltzmann.

4.1.5 Sự bốc hơi và sự cô đặc

Sự mất nhiệt do bốc hơi có thể miêu tả bởi quy luật Dalton’s

) )(

T T

e  237.3

27 17 596

4.2 Sự vận chuyển nhiệt tại lớp nước – trầm tích.

Một cân bằng nhiệt dưới đáy trầm tích một phần tử nước i có thể được viết như sau:

i sed ps s

i s i

s

H C

J dt

dT

,

, ,

/ ,

i sed

s ps s i

H C

Table 4 Thermal properties for natural sediments and the materials that comprise natural sediments.

Table 4 Thermal properties of various materials

w/m/°C cal/s/cm/°C m 2 /s cm 2 /s g/cm3 cal/(g °C) cal/(cm^3 °C)

Miscellaneous measurements:

Average of composite materials: 1.37 0.0033 6.13E-07 0.0061 1.670 0.432 0.632

(1) Andrews and Rodvey (1980) (2) Geiger (1965)

(3) Nakshabandi and Kohnke (1965) (4) Chow (1964) and Carslaw and Jaeger (1959) (5) Hutchinson 1957, Jobson 1977, and Likens and Johnson 1969 (6) Cengel, Grigull, Mills, Bejan, Kreith and Bohn

thermal conductivity thermal diffusivity

4 Cấu trúc mô hình

Thànhphần và cân bằng khối chung

Cấu trúc mô hình được cho thấy trong bảng 5

Table 5 Model state variables

Conductivity s mhos

i i i i

i i i

i out i i

i i i

i

V

W c c V

E c c V

E c V

Q c V

Q c V

Q dt

' 1 ,

1 1

sediments bottom algae

Figure 17 Mass balance.

Độ rộng bên ngoài tính toán như sau:

j

j psi j i ps

W

1

, , 1

,

Trong đó c ps,i,j là nồng độ điểm nguồn thứ j đối với phần tử i,

[mg/L or g/L], và c nps,i,j nồng độ tại điểm không phải điểm nguồn đối với phần tử i, [mg/L or g/L].

Đối với tảo dưới đáy sự vận chuyển và loading terms có thể bỏ đi.

i b i

dt

da

, ,

 [55].

i bN

b S dt

dIN

,  [56].

i bP

b S dt

dIP

,  [57].

Trong đó S b,i lòng sông bị lắng xuống của sinh khối tảo dưới đáy do phản ứng [mgA/m 2/d], S bN,Ilòng sông bị lắng xuống nitrogen

tảo dưới đáy do phản ứng [mgN/m 2/d], S bP,ilòng sông bị lắng xuốngcủa sinh khối phosphorus do phản ứng [mgP/m 2 /d].

s

s

s

sod cf

s

s

s

sod cf

hydrolysis (h), oxidation (ox), nitrification (n), denitrification (dn),

photosynthesis (p), respiration (r), excretion (e), death (d),

respiration/excretion (rx) Mass transfer processes are reaeration (re),

settling (s), sediment oxygen demand (SOD), sediment exchange (se), and sediment inorganic carbon flux (cf).

4 2

[58]

Nitrate as substrate:

2 1

16 110 263 106 R

P + 2

2 4 3

4NO O

5CH2  3    2  2  2 [61].

Chú ý một số phản ứng được thêm vào sử dụng trong mô hìnhrất phức tạp với sự mô phỏng pH và ammonia Vấn đề này sẽ

được thảo luận trong các tài liệu sau:

5.2.2 Hóa học lượng phápcủa vật chất hữu cơ

Mô hình yêu cầu phải có Stoichiometry của vật chất hữu cơ chỉ

rõ bởi người sử dụng Mô tả theo một đề xuất như là một xấp xỉ đầu tiên (Redfield et al 1963, Chapra 1997),

mgA 1000 mgP 1000 mgN 7200 gC 40 gD

Trong đó gX là khối lượng của phần tử X[g], mgY là khối lượng của phần tử Y[mg] Với D, C, N, P và A là trọng lượng

khô của carbon, nitrogen, phosphorus, and chlorophyll, a tương ứng

Chú ý số lượng của chất diệp lục a có thể thay đổi xấp xỉ từ

500-2000 mgA, (Laws and Chalup 1990, Chapra 1997).

Kết hợp các giá trị trên có thể xác định tỷ số hóa học lượng pháp như sau:

gD 100





da

5.2.2.1 Sự phát sinh và sự tiêu thụ Oxy

Mô hình yêu cầu sự phát sinh và tiêu hủy oxy là bắt buộc Nếuammonia là chất nền theo tỷ số (based on Eq 58) có thể sử dụng để xác định số gam oxy phát sinh thay thế cho mỗi gam vật chất

thực vật đó là kết quả của sự quang hợp

gC

gO 67 2 ) gC/moleC 12

( moleC 106

) /moleO gO

32 ( moleO

gO 47 3 ) gC/moleC 12

( moleC 106

) /moleO gO

32 ( moleO

( moleN 1

) /moleO gO

32 ( moleO

mgN

gO 0.00286 mgN

1000

gN 1 gN/moleN 14

moleN 4

gC/moleC 12

moleC 5

gC

gO 67

20 ) 20 ( )

f s

m r a r r

c c

Tổng Nitrogen (gN/L):

p na n a

o p r a p

TP   [71].

Tổng Kjeldahl Nitrogen (gN/L):

p na a

o n r a n

TKN    [72].

Tổng chất rắn lơ lửng

i o p

da a m m r

TSS   [73].

Cuối cùng là cacbon BOD, (mgO 2 /L):

o cd oc p ca oc f s

u c c r r a r r m

5.4 Mối liên hệ biến số mô hình và dữ liệu

Tất cả cacbon BOD chậm và nhanh (cs và cf), tồn tại một liên quan không phức tạp giữa các giá trị mô hình và phép đo chất

lượng nước Tiếp theo là những đặc điểm chung Chúng tôi cùng thảo luận vấn đề liên quan đến nhiều vấn đề khó của phép đo CBOD.

Tiếp theo là phép đo cần so sánh giá trị non – BOD với hiệu suất của mô hình

TEMP = temperature (oC)TKN = total kjeldahl nitrogen (gN/L) or TN = total nitrogen (gN/L)

NH4 = ammonium nitrogen (gN/L)NO2 = nitrite nitrogen (gN/L)NO3 = nitrate nitrogen (gN/L)

CHLA = chlorophyll a (gA/L)

TP = total phosphorus (gP/L)SRP = soluble reactive phosphorus (gP/L)TSS = total suspended solids (mgD/L)VSS = volatile suspended solids (mgD/L)TOC = total organic carbon (mgC/L)DOC = dissolved organic carbon (mgC/L)

DO = dissolved oxygen (mgO2/L)

PH = pHALK = alkalinity (mgCaCO3/L)COND = specific conductance (mhos)Giá trị của phép đo có thể liên hệ với phép đo như sau

a p = CHLA

m o = VSS – r da CHLA or r dc (TOC – DOC) – r da CHLA

pH = PH Alk = ALK

và a0) hữu cơ, chỉ một phép đo không lọc không cung cấp cơ bản và chính xác phân biệt các dạng riêng lẻ Thêm vào đó một thành phần của BOD, phytoplankton (a0) có thể thêm sự phát sinhOxy qua sự quang hợp

Nitrogenous BOD Tiếp theo với sự oxy hóa của cacbon hữu cơ (CBOD) Sự nitart hóa hầu như sẽ góp phần làm mất oxy (NBOD), như vậy nếu mẫu bao gồm biến đổi nito, sự nitrat hóa

là không ngăn chặn được, phép đo bao gồm cả hai loại BOD

Thời gian Incubation, trong thời gian ngắn, thường là 5 ngày, BOD

là loại điển hình Bởi vìQ2K sử dụng CBOD cuối cùng, trong 5 ngày BOD chuyển thành BOD cuối cùng, cao nhất trong một

độ nhạy nhất định Chúng tôi dề nghì theo như cách đo CBOD trong một loại tính toán trên nhân tố và kết quả được đo là thíchhợp với Qual2k

Cách lọc: Mẫu phải được lọc trước khi làm để phân hủy riêng

từ cacbon hữu cơ

Sự ngăn chặn khi lọc Lọc có thể ngăn chặn bởi nó có thể ngăn chặn các chất hóa học như TCMP (2-chloro-6-(trichloro methyl) pyridine Phép đo đúng sẽ phản ánh BOD Trong trường hợp ngăn chặn không được Giá trị phép đo có thể đúng cho nitơ bởi hiệu của lượng oxy tương đương sẽ làm giảm nito (= r on  TKN) trong mẫu Tuy nhiên như với tất cả sự điều chỉnh cơ bản khác nhau, sựhiệu chỉnh phải đưa ra các lỗi chính xác

Incubation time Mô hình CBOD tối đa là cơ bản, như vậy thì hai sự gần đúng có thể làm được (1) sử dụng thời gian đủ dài như vậy giá trị cuối cùng có thể đo được, hoặc (2) sử dụng phép

đo trong 5 ngày và ngoại suy kết quả cuối cùng Phương pháp cuối cùng thường tính toán với công thức:

số phân hủy trong chai, [/d].

Ngoài ra cần chú ý xem xét sự tiêu hủy thời gian, lợi ích từ việc sử dụng phép đo 5 ngày với ngoại suy, đúng hơn là biểu diễnthời gian dài hơn nữa CBOD Mặc dù phép ngoại suy đưa vào vàilỗi, giá trị trong 5 ngày có thể có lợi nó yêu cầu giảm đến mức tốithiểu tác động của sự nitrat hóa, ngang bằng khi ngăn chặn có thểbắt đầu sử dụng trên cấu trúc thời gian dài

Nếu tất cả sự chuẩn bị trên có thể thi hành kết quả sẽ phù hợp với biến số mô hình bởi:

c f + c s = CBODFNU

CBOD nhanh chống lại với CBOD chậm Câu hỏi cuối cùng liên quan đến sự phân biệt giữa CBOD chậm và CBOD nhanh Mặc dù chúng tôi tin tưởng ở đó sự hiện hành không đơn lẻ, đơn

lẻ, khả thi và tiết kiệm trả lời cho vấn đề Chúng tôi nghĩ rằng nên lựa chọn theo 2 cách tốt nhất sau đây:

Lựa chọn 1: Miêu tả tất cả sự phân hủy, cacbon hữu cơ có thể oxy hóa với một lưu vực đơn lẻ ( CBOD nhanh) Mô hình bao gồm các thông số CBOD chậm Nếu không có CBOD chậm đầu vào được nhập vào thì kết quả rất thiếu chính xác từ mô hình Trong trường hợp đó

c f = CBODFNU

c s = r ocDOC – CBODFNU

lựa chọn thứ hai làm việc rất thích hợp với hệ thống trong đó hai loại dễ thấy của CBOD được hiện diện

Ví dụ nước thải sông nhánh và cacbon bản địa từ chuỗi thức

ăn dưới nước phải xem xét CBOD nhanh Trái lại, nước thải côngnghiệp như thực phầm và nhà máy giấy phát thải hoặc DOC từ

1 The nomenclature FNU stands for Filtration, Nitrification inhibition and Ultimate

lưu vực sông cần phải được xem xét lại trong các phần BOD chậm, trong trường hợp này sự thủy phân bao gồm cả nhanh và chậm được xét bằng không, chắc chắn hai dạng độc lập.

Trong cả hai sự lựa chọn CBODFNU có thể mỗi phép đo được

sử dụng trực tiếp theo thời gian hoặc tính toán bởi phép ngoại suyvới công thức 7.5 Trong cả hai hoàn cảnh thời gian từ một vài tuần đến một tháng ( ví dụ từ 20 – 30 ngày CBOD) là một thời kỳ

ổn định để oxy hóa nhanh chóng cacbon hữu cơ Chúng tôi có cơ

sở để tỷ số chai lọ chất thải chuyển hóa từ cacbon hữu cơ từ 0.05 đến 0.3/d Trên hình 19 đề ra tỷ lệ phải oxy hóa nhanh chóng CBOD sử dụng từ 20 đến 30 ngày

0 0.5 1

CBOD u

time (days)

CBOD CBOD u

0.3/d 0.1/d 0.05/d

Figure 19 Progression of CBOD test for various levels of the bottle decomposition rate.

Thêm vào đó, chúng tôi tin tưởng rằng xem xét CBOD trong thời gian dài kiểm tả ở 300C đúng hơn là thường ở nhiệt độ 200C Lựa chọn ở 200C bắt đầu từ nhiệt độ trung bình hằng ngày của thiết bị xử lý nước và nước thải trong nhiệt độ đới mùa hè là xấp

xỉ 200C

Nếu phép đo CBOD có dụng ý được sử dụng để điều chỉnh đểđánh giá thiết bị xử lý tạo ra các hướng tiêu chuẩn hóa kiểm tra trong một nhiệt độ đặc biệt Và với mục đích như vậy, 200C là nhiệt độ thích hợp được chọn Tuy nhiên, với mục đích là phép

đo một CBOD cuối cùng, mọi quá trình nhanh chóng không làm hại đến tính đúng đắn của phép đo dường như rất có ích

Vi khuẩn hoại sinh sẽ phân hủy cacbon hữu cơ không sống trong nước thiên nhiên và nước cống phát triển nhất ở nhiệt độ từ

200C – 400C Như vậy, nhiệt độ 300C là không đủ cao tập hợp vi khuẩn thay thế cho nhiệt độ của cơ thể không đúng kiểu của nướcthiên nhiên và nước cống Lợi ích của việc tốc độ oxy hóa cao kếtquả phân tích ngắn hơn thời gian của phép đo CBOD Q10  2 là

một giá trị xấp xỉ cho phân hủy vi khuẩn, BOD trong 20 ngày ở

300C tương đương với BOD trong 30 ngày ở 200C

5.5 Phản ứng cơ bản

Mối liên hệ toán học miêu tả các phản ứng cơ bản và sự tập trung của mô hình có thể thay đổi (bảng 5) có mặt trong đoạn tiếptheo

5.5.1 Bảo toàn vật chấtĐịnh nghĩa bởi, bảo toàn vật chất lệ thuộc vào phản ứng

S s = 0 [76].

5.5.2 sự quang hợp (a0)Hấp thụ ánh sáng làm tăng quá trình quang hợp Chúng qua đường hô hấp, chết, seetling

PhytoSettl PhytoDeath

PhytoResp PhytoPhoto   



ap

5.5.2.1 sự quang hợpThực vật quang hợp tính toán như sau:

  ( ) [79].

Trong đó k gp (T) là tốc độ quang hợp lớn nhất ở nhiệt độ T[/d],

Np nhân tố làm loãng dinh dưỡng ở thực vật [không thứ nguyên giữa 0 và 1], và Lp hệ số làm loãng ánh sang [không thứ nguyên giữa 0 và 1]

Giới hạn dinh dưỡngCông thức Michaelis-Menten được sử dụng để miêu tả giới hạn

sự phát triển đối với nitơ hữu cơ, photpho, cacbon hữu cơ, giá trị nhỏ nhất dùng để tính toán nhân tố làm loãng dinh dưỡng

] HCO [ ] CO H [ , ,

min

3

* 3 2

3

* 3 2

sCp i sPp

i n a sNp

n a Np

k p k

p n

n k

n n

Trong đó k sNphằng số bán bão hòa nitơ [gN/L] k sPp là hằng số bán bão hòa photpho, [gP/L], k sCp hằng số bán bão hòa cacbon hữu

cơ, [mole/L], [H 2 CO 3 ] nồng độ carbon dioxide hòa tan [mole/L],

[HCO 3] nồng độ bicarbonate [mole/L].

 ( 0 ) )

Trong đó PAR(z) bức xạ ánh sáng có thể ở độ sâu z dưới bề mặt nước [ly/d] 2 , và ke là hệ số tiêu hủy ánh sang [m-1] PAR trongnước là một phần cố định của bức xạ mặt trời (Szeicz 1984, Baker and Frouin 1987):

PAR(0) = 0.47 I(0)

Hệ số phân hủy liên qua đến biến số mô hình:

3 / 2

p pn p p o o i i eb

k          [82].

Trong đó k ebhệ số nền tính toán phân hủy trong nước và màu

[/m], i, o, p, and pn, là hệ số bất biết bởi tác động của chất rắn

vô cơ lơ lửng, [L/mgD/m], tính chất của vật chất hữu cơ [L/mgD/m],

và chất diệp lục tương ứng [L/gA/m and (L/gA) 2/3 /m].

Đề xuất giá trị cho hệ số xem trong bảng 6

Table 6 Suggested values for light extinction coefficients

Steele Half-saturation

Smith

Figure 20 The three models used for phytoplankton and bottom algae photosynthetic light dependence The plot shows growth attenuation versus PAR intensity [ly/d]

Bán bão hòa (Michaelis-Menten) mô hình ánh sáng (Baly 1935):

) (

) (

z I K

z I F

Lp Lp



Trong đó F Lpsự quang hợp làm loãng ánh sáng và K Lpthông số ánh sáng quang hợp trong trường hợp mô hình bán bão hòa, thông số ánh sáng là hệ số bán bão hòa [ly/d] Công thức có thể kết hợp với quy luật Beer-Lambert và tích phân trên toàn bộ độ sâu nước H [m], hệ số làm loãng ánh sáng:

2 ly/d = langley per day A langley is equal to a calorie per square centimeter Note that a ly/d is related to the E/m 2 /d by the following approximation: 1 E/m 2 /s  0.45 Langley/day (LIC-OR, Lincoln, NE).