水量水质模型论文

2024-06-20

水量水质模型论文（共8篇）

水量水质模型论文篇1

湿地是介于陆地和水体之间的过渡带, 是遍布全球的、参与地球系统水、物质和能量循环的重要部分, 并由其特殊的水文条件和水成土支持了复杂的生物系统。由于湿地丰富的生物多样性, 并在供水、抵御洪水、调节径流、防止盐水侵入、分解有害物质、调节区域气候起到重要作用, 被称为“地球之肾”, 同时湿地还是重要的天然产品源和能源输出源[1,2,3]。

研究湿地需要对湿地系统建立模型, 传统的生态模型只是静态的模拟生物与环境间的关系, 缺乏湿地重要水力要素, 这些要素却是影响生物存在特性的重要因素, 水力要素形成了各种湿地的功能。而基于数理方程的水动力学模型的引入将整个湿地生物、环境变化过程动态化, 以解释一些静态模型难以解释的生态问题[4]。生态水力学作为水动力学和生态学的交叉学科, 通过研究水文水力学要素与流域环境、生物过程之间的关系, 可为湿地利用保护及流域综合管理起到指导作用。目前生态水力学研究侧重于河流水动力学与河流生态系统之间的关系, 而针对有大量挺水植被的沼泽、湖泊、滩涂等湿地类型的研究并不多[5]。同时, 对湿地水质、生化过程的研究还主要集中在水文数据分析与静态模型的结合上[6,7,8]。下面结合已有湿地表面流连续方程[5]对湿地环境下的水量平衡、水质模拟进行探讨。

1 湿地区域内水量变化

湿地水量平衡将湿地作为一个闭合系统, 它满足常规的水量平衡方程, 即:

ΔV=Pn+Si+Gi-ET-S0-G0±T (1)

这是一个通用的湿地水量平衡方程[9], 其中ΔV为湿地水量变化, Pn为净降水量, Si为表层入流量, Gi为地下水入流量, ET为蒸散发, S0为表层出流量, G0为地下水出流量, T为潮汐入流量和出流量 (河口滩涂湿地) 。根据不同的湿地类型, 各个变量会发生变化。

在这里, 简单的假设为有一个地表水补给源及一个出水口;有明显的弱透水下伏层 (即垂向水力联系忽略不计) 的淡水湿地 (见图1) 。式 (1) 即简化为:

ΔV=Pn+Si-ET-S0 (2)

宋新山、邓伟在文献[5]中给出了湿地表面流方程:

n=0.048 4h-0.3501。

h为水深, 令 $(Η - Ζ)^{5 / 3} (n | \frac{\partial Η}{\partial l} |^{1 / 2})^{- 1} = E_{l}$ ;

$\frac{\partial Η}{\partial t} = \frac{\partial}{\partial x} (E_{x} \frac{\partial Η}{\partial x}) + \frac{\partial}{\partial y} (E_{y} \frac{\partial Η}{\partial y})$ (3)

(3) 式中Z为地面高程, n为表面曼宁糙率, H为水位高程。入流处边界条件[5]:

在出流边界处有[5]:

其中, Fu、Fl分别表示入流边界和出流边界的湿地表面流水位变化函数。

在非流边界, 假定水流不向模拟区域外流动, 则其边界条件[5]:

令, $F_{u} = \frac{\partial^{2} S_{i}}{\partial x \partial y}, F_{l} = \frac{\partial^{2} S_{0}}{\partial x \partial y}$ (7)

将 (3) 式代入能量守恒和质量守恒方程[10,11], 可得两个方向的方程组:

及

其中, Cchezy为谢才系数;R为水力半径 (m) ;α是动能校正系数;β是动量校正系数。式 (8) 的边界条件为式 (4) 、式 (5) , 式 (9) 的边界条件为式 (6) 。

将Fu、Fl, 代入式 (7) 可确定Si、S0。Pn值可以观测, ET可使用Penman-Monteith蒸散发模型或Priestly-Taylor联合蒸散发模型, 通过常规气象观测资料计算, 这两个模型相对其它众多蒸散发模型, 在各种条件下被证实有较好的可靠性和适用性[9]。由此, ΔV可以确定。

2 湿地水质模型

水力学模型包括水质变化模拟, 用来描述水中元素循环转化、物质的支流与去除、污染物净化、沉积物拦截等过程[9,12], 。基于弱透水下伏层的假设, 仅对湿地表面水质进行讨论。

根据扩散定律[12,13], 对污染物在湿地中的扩散规律做如下假设: (1) 在区域内部, 由于水流缓慢, 只考虑扩散;在边界, 既考虑扩散也考虑移流 (见图1) 。 (2) 湿地水域内各向匀质。可得如下方程:

${\begin{cases} \frac{\partial C}{\partial t} = D (\frac{\partial^{2} C}{\partial x^{2}} + \frac{\partial^{2} C}{\partial y^{2}} + \frac{\partial^{2} C}{\partial h^{2}}) ； x \neq 0, x \neq x_{B} \\ \frac{\partial C}{\partial t} - \frac{\partial^{2} (E_{x} \partial Η)}{\partial x^{2} \partial t} \frac{\partial C}{\partial x} - \frac{\partial^{2} (E_{y} \partial Η)}{\partial y^{2} \partial t} \frac{\partial C}{\partial y} + \frac{\partial Η}{\partial t} \frac{\partial C}{\partial h} = \\ D (\frac{\partial^{2} C}{\partial x^{2}} + \frac{\partial^{2} C}{\partial y^{2}} + \frac{\partial^{2} C}{\partial h^{2}}) ； x = 0, x = x_{B} \end{cases} (10)$

(10) 式中, C为溶质浓度, D为扩散系数, 为紊动扩散系数和分散系数之和。与河流不同的是, 在湿地内部水流不可假设为一维, 流速也较小, 并不易测定[9], 故在上式中以单宽流量的变化率来表示水平流速, 而以水位高程的变化率来表示垂向流速。

在这个保守模型的基础上加上污染物的化学和生化降解作用[12,14], 对于单一的某种污染物可得:

${\begin{cases} \frac{\partial C}{\partial t} = D (\frac{\partial^{2} C}{\partial x^{2}} + \frac{\partial^{2} C}{\partial y^{2}} + \frac{\partial^{2} C}{\partial h^{2}}) - k C ； x \neq 0, x \neq x_{B} \\ \frac{\partial C}{\partial t} - \frac{\partial^{2} (E_{x} \partial Η)}{\partial x^{2} \partial t} \frac{\partial C}{\partial x} - \frac{\partial^{2} (E_{y} \partial Η)}{\partial y^{2} \partial t} \frac{\partial C}{\partial y} + \frac{\partial Η}{\partial t} \frac{\partial C}{\partial h} = \\ D (\frac{\partial^{2} C}{\partial x^{2}} + \frac{\partial^{2} C}{\partial y^{2}} + \frac{\partial^{2} C}{\partial h^{2}}) - k C ； x = 0, x = x_{B} \end{cases} (11)$

其中k为一级动力反应速率。文献[14]中, 作者对8种不同成分的降解速度进行了比较, 分别得出了不同结果。

对于BOD-DO (生物耗氧量-溶解氧) , 考虑湿地中的底泥和生物作用, 参考几种主要水质模型[15], BOD方程可由 (11) 改写成:

${\begin{cases} \frac{\partial C}{\partial t} = D (\frac{\partial^{2} C}{\partial x^{2}} + \frac{\partial^{2} C}{V y^{2}} + \frac{\partial^{2} C}{\partial h^{2}}) - (k_{1} + k_{2} + k_{3}) L + \\ \frac{S_{t}}{Η} ； x \neq 0, x \neq x_{B} \\ \frac{\partial C}{\partial t} - \frac{\partial^{2} (E_{x} \partial Η)}{\partial x^{2} \partial t} \frac{\partial C}{\partial x} - \frac{\partial^{2} (E_{y} \partial Η)}{\partial y^{2} \partial t} \frac{\partial c}{\partial y} + \frac{\partial Η}{\partial t} \frac{\partial C}{\partial h} = \\ D (\frac{\partial^{2} C}{\partial x^{2}} + \frac{\partial^{2} C}{\partial y^{2}} + \frac{\partial^{2} C}{\partial h^{2}}) - (k_{1} + k_{2} + k_{3}) L + \frac{S_{t}}{Η} ； \\ x = 0, x = x_{B} \end{cases} (12)$

(12) 式中, L为平均BOD浓度, k1为耗氧系数, k2为复氧系数, k3为沉降系数, St为因底泥释放和径流引起的BOD变化。DO方程可写为:

O为DO浓度, Os为一定温度下饱和溶解氧浓度, P-R表示藻类光合作用和呼吸作用及径流引起的DO变化。

式 (12) 、式 (13) 的初始条件为L (x, y, z, 0) =L0, O (x, y, z, 0) =O 0。

式中的k1可在实验室中测定, Bosko建立了实验室里测定的k1, L与河流中实际的耗氧速率k1, R之间的关系[15]。

$k_{1, R} = k_{1, L} + n_{a} \frac{u}{h}$ (14)

这里na为河床的活度系数, 河流坡度越大, 该值越大, 具体数值见文献[15], u为河流流速, h为水深。在本文假设湿地条件下, na很小, 可忽略;且水流缓慢, 故在此k1, L与k1, R可近似相等, 有

k1, R≈k1, L (15)

P-R可通过黑白瓶试验求得。黑、白瓶分别为两个密闭的装有水样的碘量瓶, 其中黑瓶用黑幕罩住, 并置入水中。黑瓶模拟黑夜的呼吸作用, 白瓶模拟白天的光合作用和呼吸作用。根据两瓶中DO的变化, 可得各自氧平衡方程[15]:

白瓶: $\frac{24 (C_{1} - C_{0})}{Δ t} = Ρ - R - k_{c} L_{0}$ (16)

黑瓶: $\frac{24 (C_{1} - C_{0})}{Δ t} = - R - k_{c} L_{0}$ (17)

其中, C0为实验开始时水样的DO浓度, C1、C2为实验终了时白、黑瓶中水样的DO浓度, kc为试验温度下的BOD降解速率常数, △t为试验延续时长, L0为实验开始时水体中的BOD浓度。

3 结语

泥炭质淡水湿地流速缓慢、表面糙率大, 其中的流量和流速不易测定。本文根据通用的湿地水量平衡方程, 将文献[5]中的变量引入能量守恒和质量守恒方程, 建立了湿地水量动态变化模式, 以水位的变化反映流量变化, 在实际应用中只需测量湿地内水深即可计算湿地的水量变化, 进而得出湿地蓄流能力。在水质方程中也以水位的变化项来反映原水中扩散方程的水量项, 可用于动态反映湿地中污染物的扩散, 而这里需要测定污染物的初始浓度。

摘要：考虑到以前生态水力学研究多集中在河流、水库方面, 结合现有的湿地水文、水力研究成果, 从生态水利角度建立了沼泽湿地环境下的水量、水质方程。

关键词：湿地,生态水力学,表面流,水量平衡,水质

水量水质模型论文篇2

基于水质水量分析的多种工业废水处理工艺优化设计与应用

摘要：某工厂在硅新材料生产过程中,排放强酸性高氟废水(污酸)和酸性废水,对其两种废水进行处理,是本工程设计的`技术难题.通过对两种工业废水的水质、水量特点的分析,确定了分质前处理与混合后续处理的最佳技术方案,在确保水质处理效果的前提下,有效地降低了工程投资与运行成本.作者：陈希勇张允计叶绍成 CHEN Xi-yong ZHANG Yun-ji YE Shao-cheng 作者单位：陈希勇,叶绍成,CHEN Xi-yong,YE Shao-cheng(中国恩菲工程技术有限公司,北京,100038)

张允计,ZHANG Yun-ji(洛阳中硅高科新材料有限公司,河南,洛阳,471000)

期刊：工程建设与设计 Journal：CONSTRUCTION & DESIGN FOR PROJECT 年，卷(期)：, “”(4) 分类号：X703 关键词：工业废水处理水质水量分析工艺优化设计

水资源水质水量优化配置分析篇3

关键词：水资源,水质水量,优化配置,模型

现如今,水资源的合理利用始终是国内外学者广泛关注的一个焦点。高效利用水资源量,提高水资源利用的经济性和有效性,减少水资源的污染,全面保护水环境。基于生态经济学的角度,生态经济资源需要做好水资源的全面保护工作,做好水资源的优化配置和管理,结合水质水量的综合性管理应用,更好地促进水资源数量的有效性协调统一,尽可能地实现水质水量资源的优化配置和管理,增强水资源水质水量的优化管理。我国水资源水质水量的优化配置,需要有完善的水资源评价指标体系,基于自然生态因素以及社会因素的多元化影响,要做好水利工程的综合性有效评估管理[1]。在水资源水质水量的配置和效果评价阶段,及时筛选配水具体方案,在对多种模型结构分析的基础上,融合全新的模型理念,做好模型优化的最佳性评价和应用,做好水资源水质水量的全面优化配置和管理。因此本文对水资源水质水量优化配置进行深入研究有一定的现实意义。

1 水资源水质水量优化配置的生态经济学理论

我国生态经济系统不仅仅有着较强的物质生产能力,同时也存在较强的物质还原能力。生态系统中人的作用充分发挥,就要结合人的各种需求产品,促进人与自然的能量等价交换,并结合自然物的多种管理,实现水资源水质水量的有效性管理和应用。长期以来人类活动排放了大量的废弃物,同时生态环境自净能力逐渐降低,带来严重的生态环境问题。但是对于水资源的优化配置,不仅仅越来越重视系统的有效性生产,同时也要突出系统的还原能力。水资源功能性作用的发挥,同样也注重水资源的优化配置,尽可能做好水质水量的有效性配置管理。生态经济系统中的水资源配置,通过确定水资源生态经济系统的功能性,促进水质水源的统一性配置和管理,结合人类经济活动的特点,尽可能地做好水资源的优化配置,促进生态经济系统的功能性发展[2]。

生态经济发展中,越来越注重人类多种层次的需求,结合人类的生态需求和经济需求,做好水资源的优化配置。生态经济价值观的展现,融合生态系统中的产值情况,促进自然资源的有效性规划。通过合理配置水资源的数量,同时合理调配水环境的质量,保证水资源系统价值最大化,构建和谐统一的生态经济社会环境。

2 水资源水质水量优化配置的概念和内涵

2.1 概念

所谓水质水量优化配置的概念,主要是在特定水资源中,分析系统资源的相互依存关系,在生态经济规律下,做好水环境容量的有效性利用,促进水资源部门的合理调配和管理,进而促进水资源生态经济系统的有效性发展和应用,体现生态经济系统最大的生态经济效益。

对于水质水量统一优化配置状态下的水资源生态经济环境,结合经济资源的优化配置和管理,实现社会资源的优化配置[3]。在结合一定比例的基础上,做好水资源的优化配置。不仅仅要提高水资源的质量,同时也要保证有着较好的生态环境和自然环境,实现最大化的生态经济效益。

2.2 内涵

水资源水质水量的根本优化配置和应用,结合水量水质的多种管理形式和应用,做好水质情况的优化评估和管理,尽可能地减少水环境中污染物的容量。水质要素的价值体现,结合水环境的容量,在生态经济系统整体效益的体现环节,减少系统经济效益,并结合生态经济价值观的多方面需求,实现水质水量的优化性配置和管理,并体现不同的水质系统效果。

3 水资源水质水量优化配置的阈值原理

生态经济阈值主要是资源生态经济系统中的一种临界点关系,在资源生态经济内部出现了数量临界点关系,在数量聚集的过程,越来越注重水质水量的优化配置,同时也要做好水质水量的统一性调控,结合水资源生态系统的有效性运行和保障,做好生态经济阈的有效调控。在水质水量统一配置阶段,结合生态经济阈值的管理,尽可能地体现再生能力限制阈的研究,并做好水资源可利用量的功能性分析[4]。水资源生态经济系统中的阈值计算,结合水资源的容量限制阈的分析,确定水资源开发利用的生产规模情况,并保证有较好的生态效益和社会效益。水资源生态经济系统配比阈,基于水资源生态经济系统的系统开发性应用,结合水资源的利用,同时做好区域水资源基础设施的建设和管理,合理地使用水资源的水量水质,做好水资源的开发性利用。

对于水质水量的配置阶段,就要尽可能地提高配水量。在生态环境以及生产管理过程中,做好水资源水量的有效性利用和管理。关于水体水量的控制,做好水资源的优化配置,同时也要优化水质水量的配置和投资管理,做好农业水资源的有效性管理和应用。

4 水资源水质水量优化配置模型框架和设计应用

4.1 模型

水资源水质水量的优化配置,需要结合生态经济系统结构的具体优化特征,做好生态经济系统的有效性保障工作。水资源的优化配置过程中,结合水资源的生态经济系统,尽可能地优化配置核心模型,分析水资源生态经济系统中的水系统结构和社会系统结构,同时也要分析水资源的配置模型结构,做好水资源的优化配置处理。在模型的建立阶段,融合水质水量的核心性管理,分析水质水量的耦合关系,并做好水质水量的基础优化配置[5]。水资源生态经济系统的一种生态环境保障功能就是结合量化的水质水量的配置管理,分析水质水量的有效性配置管理,结合社会生态效益的指标观察,实现水质水量的优化配置和管理。对于配置方案的评价阶段,结合配置方案的基础性评价,同时也要做好配置模型的一种综合性评价应用。水质水量统一优化配置模型如右图所示。

4.2 应用

对于青海省水资源的供需问题而言,基于经济发展的角度越来越注重水资源的优化配置,同时在多个水资源特征的分析过程中,确定水资源水质水量优化配置模型。通过将青海水资源进行四个不同区域的划分,在模型模拟仿真阶段,结合水文分析计算模型,做好水量平衡的分析,在城乡居民用水保障方面,结合合格水的剂量标准,并做好优化配置模型的分析[6]。当前工况水资源情况见表1。2016年上半年的水资源情况见表2。

单位:万m3

可见,不同区域有着差异性的缺水情况,同时分质供水的过程,就要结合具体的水资源情况,实现水资源水质的优化配置。水资源的供需水管理阶段,需要本着社会经济的发展原则,分析污染负荷预测的具体结果。基于水质情况的分析,主要是结合水质水量的实际供需特点,做好水质情况的综合性分析和优化配置。当前水资源水质水量的优化有着多元化的优化配置管理工作,需要做好区域资源环境的随机分配和管理。对于水资源的可持续发展阶段,要分析区域资源的随机分布管理,保证环境格局管理的平衡性。在资源的优化配置过程,尽可能地提高资源的配置效益,有效地避免用水浪费现象。

5 结语

总而言之,基于生态经济学的多重角度,水资源的资源配置管理,就要统一化地进行水质和水量情况分析和水质水量的统一性优化配置,体现最大化的系统生态效益。关于水资源水质水量的优化配置,要结合较为完善的配置方案模型,促进配置效果的综合性评价管理,尽可能地促进水资源的综合性优化配置管理。

参考文献

[1]张守平,魏传江,王浩,等.流域/区域水量水质联合配置研究Ⅰ:理论方法[J].水利学报,2014(7):757-766.

[2]刘姣,刘东.基于混合遗传算法的红兴隆分局水资源优化配置[J].水土保持研究,2013,20(6):177-181.

[3]郭丽君,左其亭.基于和谐论的新密市城区水资源配置研究[J].水资源与水工程学报,2012,23(4):29-33.

[4]姜立晖.哈尔滨市供水工程规划中的水源优化配置与思考[J].给水排水,2012,38(8):18-22.

[5]连会青,夏向学,冉伟,等.干旱区矿区水资源综合利用和优化配置研究[J].华北科技学院学报,2014,11(9):21-26.

水量水质模型论文篇4

关键词：脱盐,水处理,技术措施,可行性研究

陕化集团化肥公司新厂拥有2套60万t/a合成氨装置和1套52万t/a尿素装置, 配套建有2套脱盐水装置总计处理水量为1 200 t/h, 均采用反渗透和混床处理工艺;老厂拥有2套尿素装置, 加工能力分别为27万t/a和13万t/a, 原有1套150 t/h脱盐水装置为其供水, 采用阴阳床一级化学除盐工艺。

新厂2套脱盐水装置基本可满足2套合成氨装置和1套尿素装置的脱盐水供给需求, 但无法保证冬季采暖期和集团下属其他公司新建生产装置的用水量。老厂脱盐水装置能力富余, 但脱盐水质量达不到新厂和新建项目的用水标准, 故不能直接使用, 需进行二次处理。

为了维持新老两厂脱盐水的供给平衡, 解决脱盐水的质量和水量问题, 拟将老厂部分脱盐水送至新厂再次处理后使用, 以解燃眉之急。

1 可行性分析

(1) 新厂一、二期脱盐水装置实际产水量为1 200 t/h, 集团公司新建生产装置开车后, 冬季脱盐水用量最大为1 300 t/h, 脱盐水缺口不足100 t/h。

(2) 老厂脱盐水装置共有3组一级复床, 每组可产水90 t/h, 正常情况下为1开2备。若再开1组, 则可多产脱盐水90 t/h, 加之原开1组供给老厂2套尿素装置就有富余, 这样即可保证新厂脱盐水的最大用量。

(3) 老厂脱盐水主要指标为电导率不大于10μS/cm, Si O2质量浓度不大于100μg/L;新厂脱盐水主要指标为电导率不大于0.2μS/cm, Si O2质量浓度不大于20μg/L。二者对比可知, 老厂脱盐水水质较新厂要差, 不能直接用于新装置。

(4) 新厂二期脱盐水装置设置工艺凝液混床和透平凝液混床各2台, 均为1开1备。而老厂送来的脱盐水可达到此2种凝液的水质要求, 因此将老厂脱盐水一并送入此凝液混床进行二次处理, 可达到新装置所需的脱盐水质量标准。

(5) 改变此4台混床的运行方式, 将其由2开2备改为3开1备, 可提高新厂脱盐水的处理能力为100 t/h。

2 技改方案

(1) 利用老厂脱盐水装置区泵房原脱盐水泵专门输送此脱盐水, 泵的体积流量qv=100 m3/h, 扬程h=100 m。

(2) 所使用的专输管道材质为普通碳钢管DN100 mm, 全长约1 300 m, 均采用岩棉夹套保温, 外包玻璃丝布和铝皮。

(3) 充分利用老厂与新厂建设时期的富有管线进行改造, 实际需要施工的输水管线100 m。

(4) 将工艺凝液槽与透平凝液槽在槽底连通起来, 作为同时储存、中转这两种凝液和老厂脱盐水的储槽, 以便增大储量, 防止溢流。

(5) 将工艺凝液泵与透平凝液泵出口连通, 实现4台混床由2开2备改为3开1备。

(6) 由老厂送来的脱盐水先进入此连通槽, 再进入工艺凝液混床或透平凝液混床处理。

(7) 技改后的流程示意见图1。

3 操作要求

(1) 老厂脱盐水装置应保持稳定运行, 生产符合工艺质量要求的一级除盐水, 其质量标准见表1。

(2) 老厂送入新厂的脱盐水流量应控制在100 t/h之内, 以防两个混床超负荷运行或凝液连通槽溢流。

(3) 新厂4台凝液混床3开1备, 若1台混床因电导率或Si O2质量浓度超标而失效, 需要再生, 则应按规定及时切换备用混床, 以保证脱盐水质量合格。

(4) 备用混床应做到备机真备, 一旦投用, 应保持长周期、稳定运行。

(5) 无论是老厂脱盐水, 还是工艺和透平凝液, 均应严把进水质量关, 以确保脱盐水的质量。新厂脱盐水装置正常控制工艺指标见表2。

4 改造效果

(1) 该脱盐水改造项目于2014年12月实施并投入运行后, 混床产水全部达到新厂脱盐水质量要求, 电导率稳定在0.07~0.15μS/cm之间, Si O2质量浓度稳定在5~20μg/L之间。

(2) 新厂脱盐水装置的处理水量可达到1 3 0 0 t/h, 可满足冬季采暖和工厂所有生产装置的用水需求。

水量水质模型论文篇5

1 绿色屋顶概述

绿色屋顶起源于18世纪的北欧,因其具有能够吸收雨水、保温、避暑、隔音等优势,逐渐流行于欧洲。20世纪初,德国首先对绿色屋顶展开研究,并广泛应用于全球。

早期的绿色屋顶,即密集型绿色屋顶,通常由构筑层、厚土层、蓄水层、防水层、植被覆盖层组成,可种植不同层次的小型乔、灌木、草本植物和地表植被,结合园林小景、碎石铺路等形成丰富的景观。但构筑层和厚土层的高荷载与植物维护的高成本,使得密集型绿色屋顶逐渐被开放型绿色屋顶所取代,相较前者,开放型绿色屋顶将厚土层改为浅土层,减少了构筑层,并使用轻薄的介质填充蓄水层,从而降低荷载,方便维护。

2 绿色屋顶对水量的影响

绿色屋顶对水量的影响主要与蓄水层介质和植物的蒸腾作用有关,两者共同作用减少雨水径流。前者的影响因素有介质层的厚度、坡度,介质本身的孔隙率与保水率;后者的影响因素主要是植物的品种。

在蓄水层介质不同厚度与坡度的研究中,Van Woert[1]发现,增加介质层厚度与减小坡度能略微增加雨水的滞留。介质层厚度从2 cm增加到12 cm以上都不会引起明显的雨水滞留的增加。在德国,Mentens等人[2]对密集型(介质层较厚)和开放型(介质层较薄)两种不同的绿色屋顶在1987年—2003年间的研究进行了综述:前者可减少雨水径流总量的65%~85%,后者可减少雨水径流总量的27%~81%。所以,为降低安装成本与结构要求,较薄的屋面介质就可以满足滞留雨水的目的。Boivin[3]发现较薄的介质层厚度会引起植物的冻害,这一方面也应权衡考虑。

在不同植物种类的研究中,景天属植物由于耐旱性被广泛应用于绿色屋顶。Monterusso等人[4]发现种植在10 cm厚屋面介质上的景天属植物由于其抗冻害与耐旱性适合应用在美国密歇根州,这对我国东北等寒地地区也有极高的借鉴意义。

Stovin[5]测试了三种不同孔隙率和保水率的介质层,分别搭配三种不同的植被配置方案(即草地花卉、景天属植物和无植被)组合后的雨水滞留效果。在九种组合中,草地花卉和景天属植物的效果相似,滞留了雨水径流总量的27%。另外,渗透性最强的介质层,雨水滞留效果最差。Van Woert[1]发现,有植被覆盖的绿色屋顶可滞留雨水径流总量的60.6%,只有介质层的绿色屋顶可滞留50.4%,两者在雨水滞留效果上无明显的差异。所以说与介质层相比,植物在绿色屋顶的雨水滞留效果方面作用甚微。

3 绿色屋顶对水质的影响

相较于减小屋顶雨水径流,绿色屋顶在径流水质改善方面被关注的较少。影响径流水质的主要因素为磷、氮污染物的含量。

Khler[6]发现磷酸盐含量会随着屋顶中水量的减少而减少,而且这种减少会随着时间的增加不断加剧。在连续4年的观测中,磷酸盐中磷含量的减少程度分别为26%,61%,64%和80%,这与植物生长消耗、屋顶的寿命及土壤中磷的流失有关。在美国俄勒冈州,Hutchinson[7]检测出绿色屋顶径流中总磷的浓度为0.2 mg/L~1 mg/L,而在密西根州,Monterusso[8]检测出的绿色屋顶径流中的总磷浓度约为0.5 mg/L~4 mg/L,浓度值偏大可能是施肥造成的。

绿色屋顶径流中氮的浓度与土壤类型、绿色屋顶的寿命和保养(肥料的使用)有关。Czemiel[9]发现硝态氮会被植物与土壤滞留,降雨中与屋面雨水径流中硝态氮的浓度相比,后者中的浓度较少,但两者的总氮浓度是非常相似的。Monterusso[8]发现硝酸盐的流失取决于植物类型与绿色屋面的设施,采用本地植物的流失最少,其次是景天属植物。

4 结语

在水量方面,绿色屋顶可以有效减少雨水径流,减轻城市排水系统负担,避免合流制溢流污染。但在水质方面,需要加强对污染物控制的研究,应考虑由施肥等带来的总磷和总氮的排放。另外,还应加强土壤层介质对污染物排放的影响研究,并补充金属污染物的排放与消解方面的数据。相对“海绵城市”中其他低影响开发的技术来讲,绿色屋顶虽然早期投入成本较高,但在整个雨洪管理的周期中带来的经济效益与生态效益是非常可观的。

摘要：介绍了绿色屋顶的起源及发展现状,分析了绿色屋顶对雨水径流中水量与水质的影响,指出在水量方面,绿色屋顶可有效减少雨水径流,但在水质方面,需加强对污染物的控制。

关键词：绿色屋顶,雨水径流,水量,水质

参考文献

[1]Van Woert N.D..Green roof stormwater retention:Effects of roof surface,slope,and media depth[J].Journal of Environmental Quality,2005(34):1036-1044.

[2]J.Mentens,D.Raes,M.Hermy.Green roofs as a tool for solving the rainwater runoff problem in the urbanised 21st century[J].Landscape Urban Plan,2006(77):217-226.

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[5]Stovin,V..The influence of substrate and vegetation configuration on green roof hydrological performance[J].Journal of Hydrology,2015(10):159-172.

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[8]Monterusso,M.A..Runoff water quantity and quality from green roof systems.Acta Horticulturae[J].Acta Horticulturae,2004(639):369-376.

水量水质模型论文篇6

关键词：建筑中水,水量,水质,杂排水,回用,建筑给水排水

建筑中水主要是指生活污废水经过适当处理后达到规定的水质标准, 可以在一定范围内重复使用的非饮用的杂用水。中水利用是节约资源、减少排污、防治污染、保护环境的有效途径之一。

一、水量分析

中水水源选择应根据原水水质、水量、排水状况和中水会用的水质水量来确定。对于住宅小区建筑, 中水水源按污染程度不同一般分为一下六种:冷却水、沐浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排水、厕所排水。实际中水水源不是单一水源, 多数为几种原水的组合。对于冲厕用水单独设计管道的建筑, 中水水源则为上述前五种原水的组合。

建筑物中水原水量, 计算公式如下:

式中Qy—中水原水量, m3/d;

α—最高日给水量折算成平均日给水量的折减系数, 一般为0.67∼0.91, 按GBJ 14—87《室外排水设计规范》 (1997年版) 中的用水定额分区和城市规模取值。城市规模按特大城市→大城市→中、小城市, 分区按三→二→一的顺序由低到高取值;

β—建筑物按给水量计算排水量的折减系数, 一般取0.8∼0.9;

Q—建筑物最高日生活用水量, GB510015—2003《建筑给水排水设计规范》中的用水定额计算确定, m3/d。本文计算实例采用表1中用水定额;

b—建筑物用水分项给水百分率。各类建筑物的分项给水百分率应以实测资料为准, 在无实测资料时, 可以参照上表。

以成都市一住宅小区为例, 该住宅小区人数为1000人。则厕所用水定额取50L/ (人·d) 、厨房用水定额取35L/ (人·d) 、沐浴用水定额取50L/ (人·d) 、盥洗用水定额取20 L/ (人·d) , 折减系数α取0.8、折减系数β取0.85。降各参数代入公式1, 计算出建筑物中水原水量Qy=71.4 (m3/d) 。而用作中水水源的水量宜为中水回用量的100%~115%, 以保证中水水处理设备的安全运转, 所以中水回用量Qz=62.1 (m3/d) 。将建筑中水回用到厕所冲洗用水, 该住宅小区厕所冲洗用水量为50 (m3/d) , 所以在水质满足要求的情况下住宅小区的回用水量能够满足厕所冲洗用水量。通过中水回用, 该住宅小区可以在一年内可以减少给水厂供水18250吨, 对于整个城市来说, 其节约的水量将是非常可观的。

通过上述计算, 住宅小区建筑中水回用水量可以满足其冲厕用水量, 而对于宾馆、饭店、办公楼, 其中水回用水量与冲厕用水相差较大。宾馆、饭店中水回用水量大于冲厕用水量, 而办公楼和学校中水回用水量小于冲厕用水量, 所以在住宅小区内采用中水回用和冲厕用水管道单独设计是比较合理的。

二、水质分析

原水水质随建筑物所在地区及使用性质不同, 其污染成分和浓度也不相同, 设计时可根据水质调查分析确定。对于冲厕用水单独设置给水管道的建筑物, 其原水则只有厨房用水、淋浴用水、盥洗用水。冲厕排水的水质相对于其他几种较难处理, 可以不作为中水回用的原水, 降低处理成本。

将住宅建筑物的各种排水经过处理后, 必须满足生活杂用水水质标准, 从而才能回用于冲厕用水。中水处理流程应根据中水原水的水质、水量及中水回用对水质的要求进行选择。由于目前中水处理范围多为小区和单独建筑物分散设置的类型, 在流程上不宜过于复杂, 尽量选用定性成套的综合处理设备, 应设在地下室、自成独立的建筑物或采用地埋式处理设备。

采用中水处理工艺是可以把原水处理到冲厕用水的水质标准的, 可以将符合水质要求的中水供给到冲厕用水。同时中水水质在卫生上安全可靠无有害物质, 感观上无不快感, 不会引起管道和设备的腐蚀和结垢。

三、结论

通过上述计算住宅小区建筑可以较好的满足建筑冲厕用水量, 而对于宾馆、办公楼和学校则由于各部分用水量和住宅小区用水量分布差距较大, 不能满足或严重超过了冲厕用水量, 不能很好的实现内部中水的循环使用。鉴于上述情况, 办公楼、教学楼冲厕用水较多, 公共浴室、餐饮业冲厕用水较少, 可以采用就近的原则, 对于距离较近的建筑物, 采用集中进行中水处理再分别供给的模式, 同时对原水水源严重不足的地区可以采用城市污水厂的二级出水。建筑中水回用是实现水资源可持续发展的有效途径, 是解决城市水资源短缺的最佳方式。

参考文献

[1]白洪涛、白炳均、张现宝:“小区建筑中水回用的途径”。河南水利与南水北调[J], 2007, (10) :17。

[2]核工业第二研究设计院。给水排水设计手册 (第2册) 建筑给水排水 (第二版) (M) 。北京:中国建筑工业出版社, 2001:492-509。

水量水质模型论文篇7

1 工程背景

某硅材料生产企业,年排放污酸量约420m3,主要成分为8﹪HF与51﹪~55﹪HNO3;酸性污水量300m3/h,污水中主要污染成分是HCl(pH≥1,按pH=1设计)、HF、HNO3、硅粉、氯硅烷水解物和尘污等。建污水处理站一座,处理能力为350m3/h。

2 基于水质水量特点分析的污水处理总体工艺设计

对于“污酸”和酸性污水,可以采取混合后处理达标排放、分开单独处理达标排放和污酸处理至一定程度后与酸性污水混合进行后续处理并达标排放等3种技术策略。在工程中应采取何种技术策略,取决于两类污水水质与水量的综合分析与评价。

污酸的水质水量特点:水量较小,平均每天仅1.15m3;酸性极强,其中HF含量约为0.1t,HNO3约为0.98t,H+浓度约为18.1mol/L;F-浓度含量高,悬浮物含量低。酸性污水特点:水量较大,约为污酸水量6200倍以上;酸性较强,但H+浓度远低于污酸;F-浓度较高,但远低于污酸,约为100mg/L;含有悬浮物等其他杂质需要进行处理;水量水质瞬时变化较大。

就H+浓度而言,若将污酸与酸性污水进行混合,污酸中H+占混合水中H+总量的2.89%,酸性污水pH值将由p H=1降低至pH=0.988,变化并不大。因此,仅从pH值考虑可以将两种废水混合后再进行处理。

对于F-这一主要污染物,污酸中F-占混合水中F-总量的13.9%,混合后水中F-浓度约为114mg/L。就反应热力学与动力学过程而言,水中污染物浓度越高越容易进行处理,在较短的时间内即可达到较好的处理效果;与此相反,若污染物浓度过低,反而不利于污染物去除,而且需要较长的反应时间方可达到反应平衡。因此,从F-去除角度而言,应采取二者分别处理的方式进行以确保除氟效果。------------------Fe SOÁ--------

另一方面,F-去除的原理在于,通过共沉降的方法将可溶性的F-转化为不溶性的氟化物沉淀,从而降低水中氟离子浓度。F-共沉淀过程中将产生大量悬浮颗粒物,需要通过固液分离过程将颗粒态氟化物分离出来,方可最终实现氟的去除。相应地,酸性污水中也存在大量的硅粉和粉尘等颗粒物,同样需要利用固液分离的工艺进行去除。因此,两种废水的最佳处理技术策略如图1所示。---------/----------------------------/--/------PAC/---------

3 污酸处理技术原理与工艺设计

污酸主要污染因素是酸和氟化物,酸可用碱性物质中和处理,而氟化物较难除去。国内外对高浓度含氟废水的处理进行过研究,发现F-可与Ca2+、Al3+等金属离子络合形成不溶性沉淀并从水中析出,形成颗粒态氟化物沉淀。生石灰CaO固体与水反应生成Ca(OH)2(见(1)式),生成的Ca(OH)2不仅能提供Ca2+,而且能提供碱度OH-以中和强酸性水中H+。与Ca(OH)2比较,CaO的优势在于以固体形式存在,易于运输和保存。综合以上分析,本工艺主要利用生石灰CaO进行除氟。

Ca(OH)2为微溶性碱,在水中存在如式(2)所示的溶解平衡:

当Ca(OH)2加入污酸中之后,OH-首先与H+发生快速中和反应,如式-3:

随着OH-的快速消耗,式(2)反应平衡向右进行,Ca2+持续溶出,并与F-发生络合反应生成不溶性的CaF2沉淀,如式(4)所示。

综合式(2)~式(4)的反应过程,Ca(OH)2除氟过程可由式(5)进行表示,Ca(OH)2中和酸的过程可由式(6)进行表示。

根据式(5)所示的反应,从除氟角度而言,HF每去除1tHF理论上需要Ca(OH)21.85t;每天排放HF的量约为0.1t,则从除F-的角度而言,理论上需要Ca(OH)20.185t。

根据式(6)所示的反应,从中和角度而言H+,每中和1t需要Ca(OH)237t;H+每中和1kmol理论上需要0.5kmolCa(OH)2,每天排放的H+为18.1kmol/m3×1.15m3=20.8kmol H+,则理论上需要Ca(OH)10.4kmol2,约合为0.77tCa(OH)2。

从理论上而言,中和H+所需的Ca(OH)2投量为除氟投量的4.2倍,而中和H+过程中产生的Ca2+远高于生成CaF2沉淀所需的Ca2+,可促进F-的去除。基于上述考虑,本工艺采用石灰对污酸进行中和,为确保除氟效果,采用两级中和法。第一级的功能在于脱酸中和H+。多晶硅还原车间废酸柜室排出的污酸,用罐车运到三废站,人工卸酸至污酸储槽;用泵打到污酸中和搅拌槽与15﹪的石灰乳液进行反应,使pH达到7左右,同时生成一定量CaF2沉淀物;用污酸压滤泵送入压滤机压滤,悬浮物和CaF2随滤渣除去,滤液自流到除氟搅拌槽。第二级为强化除氟,进入除F-搅拌槽的滤液含氟量仍未能确保达标,采用石灰乳调pH至12,反应一定时间后完成F-向固相氟化物的转化。此外,考虑到Ca(OH)2中仍存在不少不溶性颗粒物,而生成的CaF2也以颗粒态形式存在,为了促进颗粒物絮凝,加入Fe SO4溶液反应,待氟离子达标后再进行后续处理。

4 酸性污水处理工艺设计

酸性污水的主要污染成分是HF、HNO3、HCl、硅粉、氯硅烷水解物和尘粒等,水量和浓度不断变化,不稳定性较强。根据酸性废水水质水量的特点,酸性废水处理主要包括如下工艺过程,如图3所示。

1)匀质调节。为了获得较为稳定的水量与水质,设ÁÂ计Á一个酸È性É污ÅÆ水ÇÁ调节池,来自各车间的酸性污水自流Â到ÁÉ酸Á性污水调节池进行水量与水质均衡调节之后Â再进行后续处理。

2)中和。中和匀质后的酸性废水首先进入中和搅拌槽进行中和反应。用泵加压到酸性污水中和搅拌槽与石灰乳泵送来的石灰乳发生中和反应,pH达到7的中和液自流到中间污水槽。考虑到污酸中已生成的CaF2沉淀在酸性pH值条件下存在再度溶解释放的风险。因此,污酸处理工艺中加入Fe SO4溶液工序之后的含有大量颗粒物的单元出水应加入到中和后的中间污水槽,而不能直接加入到酸性污水调节池中。

3)固液分离。用过滤加压泵送到集成式污水净化器,在过滤加压泵前和泵后分别加入PAC溶液和PAM溶液,在管式混合器和管道湍流的作用下,污水中的悬浮物快速微絮凝,形成矾花或絮体沿净化器内壁切线方向高速进入净化器。旋流进入净化器内的污水在压缩双电层、吸附电中和、吸附架桥、沉淀和网捕等作用下,絮体快速变大,形成矾花,在离心力的作用下,废水中质量大的颗粒物(>20μm)被甩向罐壁,并随下旋流及自身重力作用下滑至污泥浓缩区。污水在沿罐壁作下旋流作用到一定程度后,经净化的清水即向中心靠拢,形成向上的旋流不断上Á升进入过滤区。质量小的颗粒(>5μm)被塑料粒子滤料截流,颗粒杂质被滤料表面吸附、截流、堆积到一定程度后随滤料的相互摩擦作用而脱落,下滑到污泥区。进入污泥斗污泥,定时打开排泥阀排至污泥水槽。

4)污泥处理与处置。用污泥压滤泵送入压滤机,Á滤液自流到中间污水搅拌槽,滤渣经皮带输送机运至料坑堆存,用汽车运走。达标清水经处理器的上部流入回用水池。

5 结论

本工程充分考虑了污酸与酸性废水的水质与水量特点,并以此为基础对多种工业废水处理的优化设计与工程应用进行了探讨,在最低工程投资成本与运行费用的条件下,达到了中和脱酸、除氟和除SS等各种工程应用的目标,取得了良好的效果,对今后工艺与工程设计提供了可借鉴的应用案例。

参考文献

水量水质模型论文篇8

1 近些年来我国的突发水污染事件现状分析

经济发展这一硬指标与科学发展观所要求的对资源、环境、生态的保护并非总是能协调一致, 当二者冲突激化只能二中择一时, 如何取舍就成了当地政府发展的艰难抉择。尤其是中国近20多年“效率优先”的经济发展模式已积淀了巨大的环境欠帐, 这种风险不可能在短期内集中释放, 它具有一定的潜伏性、即时性。近年来, 突发污染事件可谓是层出不穷, 让人倍感震惊。从2005年的松花江水污染事件, 震惊中外;2009年江苏省盐城市酚类化合物污染, 到2012年末山西长治苯胺泄漏事故……这些污染事件都从不同的视角给了我们严峻的警示。

仔细分析这些事故已不仅是个别企业的过失问题, 而是涉及到产业布局是否合理、结构是否平衡, 管理部门是否监管到位的大问题, 特别对江河水域的产业布局和产业结构而言, 更是如此。目前, 各级政府都已经非常重视加强应对各种突发事件的能力建设, 解决水环境恶化问题, 力求保证用水安全。因此, 我们水文部门要抓住机遇, 充分发挥水文部门在水量、水质同步监测方面的优势, 努力完善各地区江河水库及地下水的水质监测体系, 实现水质站网的优化布局, 不断扩展监测内容和监测密度, 进一步加强分中心实验室的软硬件建设, 实现水质水量与水环境监测工作现代化, 提高水环境变化的预测分析能力, 从容应对不同性质的水污染事件, 使水文监测信息最大程度地满足人民群众和社会的需求, 更好的预防和根治水环境污染这一人类生存、经济社会发展的公害。

2 水文的水量与水质同步分析在应对水污染突发事件中的重要作用

2.1 水文的水量水质同步动态监测方面具有独特优势, 专业化更强

突发性水污染事件不同于一般的水污染, 它是由人为因素或自然灾害引起, 在瞬时或短时间内使大量污染物质进入江、河、湖、库等水体, 导致水体突然恶化, 造成水环境严重污染和破坏影响水资源的有效利用及人类生产、生活的事件。突发性水污染事件能否成功处置的成功与, 关键在于如何应对“突发”二字上, 在短时间内对污染物的种类、浓度、污染范围及可能造成的危害做出判断, 提供及时、准确的污染动态数据, 它关系到人民生命财产安全, 社会的稳定等诸多方面。

对江河湖库进行水环境监测是《水法》、《水文条例》赋予水利、水文的职责, 水文作为水利的重要组成部分, 担负着水量、水质监测的重任, 提高监测能力, 应对突发性水污染事件, 预防和减轻水污染事件所造成的损失和影响, 水文部门责无旁贷。松花江突发水污染事件发生后, 黑龙江省水文局准确把握此次事件的特殊性, 实施了应急状态下的工作运转模式, 整合全省水文系统的技术力量, 快速反应, 24小时进行水质水量动态跟踪监测, 为哈尔滨市的饮用水延迟关停, 确定污染物进入界江黑龙江的通量, 提供准确的数据信息, 发挥了水文部门在应对突发水污染事件中的独特作用, 也为成功处置该突发事件提供了正确决策的依据。

2.2 同步监测能为我们课题研究提供重要材料, 汲取处置经验

在自然界中, 水资源是一个“质”与“量”的函数, 水量与水质是一个统一的有机整体。单位时间内通过监测断面的水量及污染物质量是共同决定水质污染的两大要素。水质水量同步监测评价, 就能全面、客观地反映水体的污染状况, 还能对主要污染物排放量进行估算, 对流域水质现状进行科学分析。另外, 水文部门已有几十年的水量、水质监测资料, 可以根据河段水文特点, 分析研究稀释自净规律, 能够建立水量水质耦合模型, 达到较为准确预测常规河段水污染的状况的目的, 促进了经济社会全面、协调、可持续发展。

2.3 同步监测用数据说话, 为政府相关部门惩治预防违法事件的提供重要依据

近年来, 特大突发水污染事故频繁发生, 尽管有些水污染事故是难以预料和防范的, 但突发性水污染事故有其自身特点和发生规律的可预见性。如果能够建立有效的预防计划和措施, 就有可能防止污染物进入水环境。水污染事件一旦发生, 就要查明水污染危害行为与危害结果之间的因果关系, 以及污染方式、危险程度等因素, 这些都是较大的难题, 因为突发性水污染案件的取证具有即时性特点, 超过一定时限就难以保全证据, 无法查明突发事件造成水环境损害的各种数据, 难以做出正确的裁量。然而我们水文部门灵活机动的水质水量同步监测就能为政府相关部门惩治违法事件提供重要的即时依据, 为完善水污染犯罪刑事立法, 提供了第一手材料。

2.4 同步监测是水功能区水资源开发利用和制定规划的需要, 也是水文根植水利, 依托水利, 面向全社会做好服务的重要方式

我们国家实行了最严格的水资源管理制度, 以“三条红线”为主要目标的管控, 流域水资源保护工作面临着新的机遇和挑战。面对新形势, 及时掌握和开展水功能区水资源质量状况分析评价的工作, 是水功能区管理和入河排污口监督管理的需要, 也是水资源开发持续利用和保护的需要。我们水文部门对辖区内江、河、湖、库、水源地, 按照不同河段进行水功能区划的水质水量同步监测工作, 积累了丰富的监测资料, 通过水文部门的监测, 能及时客观地掌握水功能区水资源质量状况和相应的水污染物入河现状, 也能根据水功能区纳污能力和现状污染物入河量确定限制排污总量, 为本地区水资源开发利用、水功能区排污总量控制及水污染防治提供了重要依据, 达到保护水资源、防治水污染, 促进地方经济社会快速发展的目的。这些也符合我们“根植水利, 依托水利”大水文观的时代要求, 提升水文工作的含金量。

3 今后水文部门在水量与水质同步监测方面需加强完善的方面

3.1 优化水质监测站点布局, 加强水文职工培训, 不断提高对水污染事件敏感性。

3.2 不断补充完善应急预案, 补充野外监测装备, 争取政策支持, 确

保水文部门在发生突发性水污染事故时, 能以最快的速度, 实施水量、水质同步监测。

3.3 建立水文应急专家队伍, 建立快速机动监测小组, 为现场决策指挥者提供快速准确依据, 当好参谋。

3.4 要不断利用现有资料, 开发、推广主要江河突发性水污染事故

应急计算机辅助决策系统, 推广在线水质监测技术和移动式水质监测技术。

4 结语

水文作为一支应急监测突发性水污染事故的技术队伍, 担负着向政府部门提供及时、准确的监测数据的任务, 只有不断加强水量与水质同步监测并结合分析与评价, 全面的反映水体污染状况的能力, 才能更好服务于社会的可持续发展, 为子孙后代留下一个美好的生存空间。

摘要：本文提出水文部门的水质水量同步监测在应对突发性水污染事件中的独特优势, 在防治水污染, 成功处置突发性水污染事件及水资源的利用等方面, 能够为决策者提供全面、科学、准确的依据。

关键词：水文,水量与水质,水污染

参考文献