Cõn bằng oxy trong dũng chảy sụng là khả năng chứa và quỏ trỡnh hũa tan oxy
Cỏc quỏ trỡnh ảnh hƣởng đến nồng độ oxy hũa tan:
-Cỏc quỏ trỡnh tiờu thụ oxy trong dũng chảy bao gồm : quỏ trỡnh nitrat húa và khử nitrat húa, quỏ trỡnh hụ hấp của hệ thực vật nƣớc, quỏ trỡnh oxy húa cỏc chất ở lớp bựn đỏy và sự phõn hủy cỏc hợp chất hữu cơ.
-Cỏc quỏ trỡnh bổ sung lƣợng oxy hũa tan bao gồm : quỏ trỡnh hũa tan và khuếch tỏn oxy từ mụi trƣờng khụng khớ qua bề mặt thoỏng, quỏ trỡnh quang hợp của hệ thực vật nƣớc. Nhƣ vậy, từ cỏc phõn tớch cỏc quỏ trỡnh sinh húa trong dũng chảy ta cú phƣơng trỡnh tổng quỏt mụ tả cõn bằng oxy hũa tan trong dũng chảy :
4 2 BH 3 4 1 5 1 4 6 2 2 k dDO k DO DO A k L NH NO dt d (2.21) Trong đú :
k2 (ka) - Hằng số tốc độ khuếch tỏn oxy qua bề mặt thoỏng, ngày-1 k1(kd) - Hằng số tốc độ phõn hủy cỏc chất hữu cơ, ngày-1
Hỡnh. 2.5.Sơ đồ cõn bằng oxy trong nguồn nƣớc
oxy hũa tan
Trao đổi oxy tự nhiờn
Nitrat húa Khử nitrat húa
Nhu cầu oxy do hụ hấp Nhu cầu oxy
của bựn đỏy Nhu cầu oxy
phõn hủy sinh húa Bổ sung do quỏ trỡnh quang hợp
A - Nồng độ sinh khối tảo, mgA/l
k4 - Nhu cầu oxy của quỏ trỡnh hụ hấp trong lớp cặn đỏy, mg/m2.ngđ. DO - Nồng độ oxy hũa tan, mg/l
DOBH - Nồng độ oxy hũa tan trạng thỏi bóo hũa, mg/l L - Nồng độ chất hữu cơ theo BOD, mg/l
D - Chiều sõu cột nƣớc trung bỡnh, m
α3 - Hệ số tốc độ sản xuất oxy do quỏ trỡnh quang hợp của một đơn vị sinh khối tảo, mgO/mgA.
α4 - Hệ số tốc độ tiờu thụ oxy của quỏ trỡnh hụ hấp một đơn vị sinh khối tảo, mgO/mgA.
α5 - Hằng số tốc độ tiờu thụ oxy khi oxy húa một đơn vị NH4+ (mgO/mgN)
α6 - Hằng số tốc độ tiờu thụ oxy khi oxy húa một đơn vị NO2- (mgO/mgN)
μ - Hằng số tốc độ sinh trƣởng của tảo
β1 - Hằng số tốc độ của quỏ trỡnh oxy húa 4 NH+ sang 2 NO− ,ngày-1 β2 - Hằng số tốc độ của quỏ trỡnh oxy húa 2 NO− sang 3 NO− , ngày-1 ξ - Hệ số hụ hấp của tảo, ngày-1
Quỏ trỡnh khuếch tỏn oxy qua bề mặt thoỏng
Quỏ trỡnh hũa tan oxy từ khụng khớ vào nƣớc sụng đƣợc biểu thị bằng hệ số ka. Hệ số này phụ thuộc vào mức độ thiếu hụt oxy trong dũng chảy, tốc độ hũa tan theo định luật Henry. Cỏc yếu tố phụ thuộc bao gồm : ỏp suất, nhiệt độ, diện tớch bề mặt thoỏng và độ mặn... Trong dũng chảy sụng, phụ thuộc vào sự chuyển động của khối dũng chảy, nhiệt độ mụi trƣờng khụng khớ, nhiệt độ nƣớc và sự cú mặt của cỏc chất hoạt tớnh bề mặt trong nguồn nƣớc sụng và đƣợc xỏc định bằng cỏc cụng thức thực nghiệm đối với cỏc dũng chảy cú cỏc chế độ thủy lực khỏc nhau. Cỏc cụng thức thực nghiệm về hằng số tốc độ thụng khớ (reaeration) trong dũng chảy thƣờng đƣợc biểu thị theo tốc độ dũng chảy và chiều sõu cột nƣớc hoặc sự phõn tỏn cỏc chất và chiều sõu cột nƣớc.
Cỏc cụng thức thực nghiệm:
Hàm của tốc độ dũng chảy và chiều sõu cột nƣớc. O'Connor và Dobbin's: k u H a 12 9 0 5 1 5 , , , (2.22) Owen - Edwards - Gibbs k u
H
a 231 75,0 75, (2.23) Churchill - Elmore - Buckingham k u
H
a 111 67, (2.24) Trong đú : (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ka -Giỏ trị logarit tự nhiờn -hằng số tốc độ tỏi hũa tan oxy(ngày-1) u -Vận tốc trung bỡnh dũng chảy, m/s
H -Chiều sõu trung bỡnh, m.
Q -Lƣu lƣợng của dũng chảy, m3/s t -Thời gian, ngày-1.
Hàm của tốc độ dũng chảy, sự phõn tỏn và chiều sõu cột nƣớc.
1.5 0.5 5 . 0 x a E H u k (2.25)
CHƢƠNG 8. THIẾT LẬP Mễ HèNH CHẤT LƢỢNG NƢỚC, Mễ HèNH DO&BOD
8.1. Cỏc bƣớc thực hiện xõy dựng mụ hỡnh chất lƣợng nƣớc 8.1.1. Bƣớc đầu
- Mục đớch của việc xõy dựng mụ hỡnh, vấn đề đặt ra để nghiờn cứu là vấn đề gỡ, tớnh cấp thiết của vấn đề cần nghiờn cứu.
- Vấn đề nghiờn cứu: cỏi gỡ sẽ chuyển biến, thay đổi và sẽ xảy ra trong dũng chảy mà chỳng ta nghiờn cứu.
- Khả năng cho phộp chỳng ta nghiờn cứu. Cỏc yếu tố cần xỏc định cũng nhƣ khả năng và điều kiện cho phộp chỳng ta cú thể xỏc định đƣợc...
- Cỏc vấn đề chớnh cần xỏc định: độ nhớt, tỷ trọng, dũng chảy, hệ số chuyển hoỏ hay là cỏc quỏ trỡnh phỳ dƣỡng hoỏ cần xem xột...Cỏc vấn đề cần đi sõu
nghiờn cứu, cỏc vấn đề cần giới hạn.
8.1.2. Bƣớc tiếp theo
- Cõn nhắc lựa chọn mụ hỡnh để nghiờn cứu : mụ hỡnh vật lý hay mụ hỡnh số (numericl model).
Mụ hỡnh vật lý: tốn kộm do việc phải xõy dựng một mụ hỡnh thu nhỏ, chi phớ vận hành và hiệu chỉnh cỏc thụng số mụ phỏng điều kiện tự nhiờn ...tốn kộm và đũi hỏi cỏc nhúm chuyờn gia cú kinh nghiệm lõu năm trong lĩnh vực này.
Mụ hỡnh số: cõn nhắc lựa chọn giữa mụ hỡnh 1D,2D và 3D. Khoảng
thời gian tớnh toỏn với cỏc hệ số. Trung bỡnh trong một chu kỳ thời gian hay tức thời.
Mụ hỡnh 1 chiều (1D) : kinh tế thoả món yờu cầu. Việc tớnh toỏn đơn giản và cú thể tớnh tay. Giỳp chỳng ta cú thể xỏc định nhanh và cú thể sơ bộ xỏc định đƣợc cỏc cỏc hệ số trong quỏ trỡnh khảo sỏt và đo đạc thực nghiệm để hiệu chỉnh mụ hỡnh. Cỏc loại mụ hỡnh này rất phổ biến do số liệu đầu vào đơn giản hơn rất nhiều.
8.2. Lựa chọn mụ hỡnh chất lƣợng nƣớc 8.2.1. Lựa chọn mụ hỡnh
Việc lựa chọn mụ hỡnh chất lƣợng nƣớc : cần xem xột mụ hỡnh nào là thớch hợp cho đối tƣợng mà chỳng ta nghiờn cứu dựa trờn cơ sở lý thuyết. Thƣờng vấn đề này đó cú ngƣời khỏc lựa chọn vấn đề này giỳp chỳng ta rồi. Đú là cỏc mụ hỡnh đó sử dụng rất rộng rói gần hơn 100 năm của lịch sử phỏt triển MHCLN. Tuy nhiờn cần lƣu ý : trong cỏc mụ hỡnh chất lƣợng nƣớc đó sử dụng rộng rói thỡ cỏc hệ số, cỏc sai số trong điều kiện thực tế của họ đó đƣợc hiệu chỉnh trong điều kiện cụ thể của họ. Nhƣ vậy, chỳng cú sự thừa nhận trong con mắt của rất nhiều ngƣời (những ngƣời thừa nhận mụ hỡnh). Nhƣng khi ỏp dụng vào điều kiện thực tế của chỳng ta sẽ xuất hiện cỏc vấn đề:
-Kinh phớ đầy đủ để mua toàn bộ chƣơng trỡnh tớnh toỏn.
-Cỏc dữ liệu, cỏc hệ số cú thể thu thập và xỏc định trong điều kiện cụ thể trờn đối tƣợng của bạn hay khụng. Nếu khụng cú đủ sẽ xảy ra vấn đề là : đối tƣợng nghiờn cứu của bạn một phần sẽ trong điều kiện của địa phƣơng nghiờn cứu và một phần sẽ nằm tại địa điểm của ngƣời xõy dựng chƣơng trỡnh này.
Quỏ trình lan truyền chất Dữ liệu Chuổi số liệu
Ứng dụng sơ bộ
Kiểm tra,so sánh với các số liệu đo Hiệu chỉnh Áp dụng vào tính toán Kiểm tra Sửa chữa Chuổi số liệu Chuổi số liệu Chuổi số liệu Mô hình so sánh Phát triển lý thuyết Ph-ơng pháp số Lý thuyết Mô hình mới Tổng quát tính toán Dự báo chất l-ợng n-ớc Chất l-ợng n-ớc thực tế
Vấn đề này, cú thể vớ dụ nhƣ một chiếc ụ tụ cú thể là rất thớch hợp, rất tốt trong điều kiện ụn đới nhƣng nú cú thể trở thành khụng cú giỏ trị trong điều kiện nhiệt đới. Khụng cú sản phẩm thƣơng mại nào mà cú thể ỏp dụng cho mọi đối tƣợng. Nhƣ vậy khi muốn sử dụng một chƣơng trỡnh cú sẵn cần thiết phải cú hiểu rất sõu về cỏc giới hạn, cỏc điều kiện biờn, cỏc hệ số của chƣơng trỡnh để cú thể cải tiến và hiệu chỉnh cần thiết.
Điều kiện tiờn quyết ở đõy là: bạn phải xõy dựng và lựa chọn cỏc hệ số trong điều kiện cụ thể của bạn.