Tiểu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ TIU LUN MễN HC MÔ HìNH CHấT lợng nớc đề 14 Cõu 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 C x,0 = 180 mg/l Hệ số K = 2,15.10 /s Câu 2: Các phương pháp mơ hình hố tốn học q trình biến đổi chất lượng nước Bµi lµm Câu 1: Phần mềm Qual2E: Qual2E phần mềm tính tốn cho dịng chảy mặt, chủ yếu áp dụng cho sơng ngịi Chương trình có khả tính tốn mơ tới 15 tiêu chất lượng nước với kết cấu định nghĩa mơ hình tính tốn người dùng đề Các chi tiết bao gồm: Oxy hịa tan DO - Nhu cầu oxy sinh hóa BOD - Nhiệt độ - Tảo tính theo Chlorophyll A - Nitơ hữu tính theo Nitơ - Ammonia tính theo Nitơ - Nitrit tính theo Nitơ - Nitrat tính theo Nitơ - Phospho hữu tính theo Phospho - Phospho hịa tan tính theo Phospho - Coliform - Một số thông số đặc trưng chất bền vững - thông số chất không bền vững - Phần mềm Qual2e chương trình mơ q trình xáo trộn khuếch tán chất thải từ điểm xả nhánh sơng vào lưu vực sơng cần kiểm sốt nồng độ ô nhiễm Dựa vào liệu đưa vào như: BOD, COD, pH, N, P, tảo…từ cửa điểm Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH CNMT 8/2009 Tiểu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ xả nhánh sơng từ máy cho kết thành phần chất nhiễm có lưu vực sơng điểm tính tốn Qua kết luận điểm lưu vực sơng có đạt tiêu chuẩn cho phép hay khơng đưa kết luận nhận xét, giải pháp phù hợp Giới hạn tính tốn chương trình: Lưu vực tính tốn tối đa: 25 lưu vực - Số phân đoạn tính tốn cho khu vực: khơng lớn 20 phân đoạn/lưu vực Tổng số phân đoạn không 250 phân đoạn - Số điểm lưu vực: tối đa - Số điểm nối: Tối đa - Số điểm xả điểm lấy nước: tối đa 25 - Cấu trúc liệu đưa vào gồm thành phần: Cài đặt đơn vị tính tốn chương trình : áp lực, vận tốc, nhiệt độ, - Các thông số cần nhập vào kênh, hồ hay nhánh sông : -    Tên kênh, sông hay nhánh sông Nhiệt độ, DO, BOD, lưu lượng Cốt điểm nghiên cứu, hệ số pha loãng, tình trạng độ phủ mây, áp suất khơng khí, tốc độ gió Hình 1: Giao diện tính tốn Häc viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH CNMT 8/2009 Tiểu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH CNMT 8/2009 Tiểu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ 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\Ngo Huyen Trang\trang.TXT Basin : TIEU LUAN MO HINH CHAT LUONG NUOC Run : Lap bieu su lan truyen chat BOD Date : 10/31/2010 Time : 11:1 Học viên: Ngô Thị Huyền Trang – Líp CH – CNMT 8/2009 TiĨu ln môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ 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 Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH CNMT 8/2009 Tiểu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức H¹ Dissolved Oxygen 0.00100 mg/L ========================= 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 Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH CNMT 8/2009 Tiểu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ Attenuation Speed (m) (mps) -1 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 SOD Uptake 1.02400 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 Học viên: Ngô Thị Huyền Trang – Líp CH – CNMT 8/2009 TiĨu ln m«n học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ Nonconservative Decay 1.00000 Nonconservative Settling 1.02400 Nonconservative Source 1.00000 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 1.0000 Học viên: Ngô Thị Huyền Trang – Líp CH – CNMT 8/2009 TiĨu ln môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ Nitrification coefficient 10.0000 LIGHT SIMULATION OPTIONS Light function option: Half Saturation Daily averaging option: Daily Average Algae growth option: Multiplicative 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 Dissolved Phosphorous 0.00 0.00 ======================== REACH DATA =========================== Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH CNMT 8/2009 Tiểu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức H¹ IDENTIFICATION No Name From (km) To Elements (km) -1 Thuong nguon Kenh thang 6.00 0.00 12 INITIAL CONDITIONS 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 Side YES Side Bottom Channel Manning Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Líp CH – CNMT 8/2009 10 TiĨu ln m«n häc: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ 8 0.294 0.020 0.233 18.006 2.1e+03 9 0.297 0.020 0.236 18.005 2.12e+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 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 Häc viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH CNMT 8/2009 17 Tiểu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ all rights reserved ======================== CONTROL DATA ========================= REACTION COEFFICIENTS File : D:\QUAL2E99\Ngo Huyen Trang\trang.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) (1/dy) BOD SOD Decay Settling Rate (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 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 Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH CNMT 8/2009 18 Tiểu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ 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 REACTION COEFFICIENT SUMMARY (part 3) El Rch El OrgP No No No OrgP DisP Coliform Decay Settling Source (1/dy) Decay (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 Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH – CNMT 8/2009 19 TiĨu ln m«n häc: M« hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần §øc H¹ 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\Ngo Huyen Trang\trang.QUA Basin : TIEU LUAN MO HINH CHAT LUONG NUOC Run : Lap bieu su lan truyen chat BOD Date : 10/31/2010 Time : 11:1 STEADY STATE SIMULATION WATER QUALITY VARIABLES (part 1) El Rch El No No No Conservative Minerals Temp (C) Häc viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH CNMT 8/2009 20 Tiểu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ 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 (mg/L) BOD OrgN NH3N NO2N (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) -Thuong nguon Kenh thang 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 Học viên: Ngô Thị Huyền Trang – Líp CH – CNMT 8/2009 21 TiĨu ln môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ 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 Total NO3N (mg/L) N OrgP (mg/L) (mg/L) DisP P (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 11 11 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 12 12 0.00 0.000 0.000 0.000 0.000 WATER QUALITY VARIABLES (part 3) El Rch El Coliform No No No NO3N CHLA (#/100mL) (ug/L) Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH CNMT 8/2009 22 Tiểu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức H¹ (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 File : D:\QUAL2E99\Ngo Huyen Trang\trang.DOD Basin : TIEU LUAN MO HINH CHAT LUONG NUOC Run : Lap bieu su lan truyen chat BOD Date : 10/31/2010 Time : 11:1 Học viên: Ngô ThÞ Hun Trang – Líp CH – CNMT 8/2009 23 Tiểu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ STEADY STATE SIMULATION DISOLVED OXYGEN (part 1) El Rch El DO No No No Temperature Sat (C) DO DAM DO def (mg/L) (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 Fact -Thuong nguon Kenh thang 1 0.00 188.414 59.442 -33.886 -0.000 Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH – CNMT 8/2009 24 TiĨu ln m«n häc: M« hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần §øc H¹ 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 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 Học viên: Ngô Thị Huyền Trang – Líp CH – CNMT 8/2009 25 TiĨu ln môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ BIU LAN TRUYN 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 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 cht ụ nhim dũng chy Học viên: Ngô Thị Hun Trang – Líp CH – CNMT 8/2009 26 TiĨu luận môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ 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 trình xảy dịng tới phân bố chất 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 dịng 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: 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 vt cht Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH – CNMT 8/2009 27 TiĨu ln m«n häc: M« hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần §øc H¹ b - thơng 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 dịng 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 nhiễm dịng chảy biến đổi thông số chất lượng nước như: oxy hòa 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 Phương trình có dạng mơ hỡnh n nh mt chiu: Học viên: Ngô Thị Huyền Trang – Líp CH – CNMT 8/2009 28 TiĨu ln môn học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ V c 2c = Ex ∂x ∂x (4) Trong đó: V - vận tốc trung bình dịng 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 không 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 hịa tan oxy vào dịng 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 cỏc sụng, h Học viên: Ngô Thị Huyền Trang – Líp CH – CNMT 8/2009 29 TiĨu ln m«n học: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ H s khuch tỏn theo chiu dài (hướng dòng chảy chủ đạo) E x phụ thuộc vào bán kính thủy lực R vận tốc động học dịng chảy V * Giá trị Ex thơng 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 thơng số thủy lực dịng chảy Đối với nguồn nước động, có hệ số dịng chảy, hệ số khuếch tán E x xác định theo cơng thức Fischer,1979 sau: E x = 0,001 V 2xB2 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 sông, suối Đối với sơng, suối nhỏ, sử dụng cơng thức Velner để tính hệ số Ex Ex = 1,5BVx Đối với sơng 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 thc ca le Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Líp CH – CNMT 8/2009 30 TiĨu ln m«n häc: Mô hình chất lợng nớc Thầy hớng dẫn: PGS TS Trần Đức Hạ Ey = HV x B 3524 H 1, 378 Bansal thường dùng cho sơng có chiều rộng 100m Ey = 0,23HV* Hệ số khuếch tán theo phương ngang xác định theo công 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 sơng lớn, khu vực đồng sử dụng công 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 dòng chảy chủ đạo xác lập tác động yếu tố Hệ số khuếch tán E x trường hợp tăng lờn Học viên: Ngô Thị Huyền Trang Lớp CH – CNMT 8/2009 31