Su kalitesi çalışmasına ne tür modeller uygulanmalı?



Su kalitesi modelleri, kirleticilerin sudaki davranışını ve etkilerini simüle eden matematiksel formülasyonlardır. Bu anlamda, kirleticilerin etkisinin olası senaryoları, belirli parametreler ve değişkenlerden başlayan çeşitli formüller kullanılarak sunulmaktadır..

Kirlilik kaynağına ve değerlendirmek istediğiniz su kütlesine bağlı olarak farklı su kalitesi modelleri vardır. Bu modeller matematiksel algoritmalara dayalı bilgisayar programlarından oluşmaktadır..

Modeller, çeşitli değişken ve faktörlerin alan verilerini ve ayrıca belirli giriş koşullarını bütünleştirir. Bu verilerden, modeller olası senaryoları oluşturur, olasılıkları temel alarak zaman ve mekandaki verileri dışa aktarır..

Bir su kütlesinin kirlenmesini değerlendiren en bilgilendirici parametre biyokimyasal oksijen ihtiyacıdır (BOD). Çoğu model, senaryolarını oluşturma kriteri olarak BOD varyasyonunun tahminini içerir..

Hükümetler, potansiyel olarak kirletici faaliyetlerin yürütülmesine ilişkin izinlerin alınması için yerine getirilmesi gereken su kalitesi düzenlemelerini belirlemiştir. Bu anlamda, modeller verilen bir faaliyetin su kalitesi üzerindeki olası etkisini anlamak için yararlı bir araçtır.

indeks

  • 1 Matematiksel temel
    • 1.1 Parametreler
  • 2 Sınıflandırma
    • 2.1 Dinamikler
    • 2.2 Boyutluluk
  • 3 Örnekler
    • 3.1 Model QUAL2K ve QUAL2Kw (Su Kalitesi Modeli)
    • 3.2 Model STREETER-PHELPS
    • 3.3 Model MIKE11
    • 3.4 RIOS modeli
    • 3.5 QUASAR Modeli (Nehir Sistemlerinde Kalite Simülasyonu)
    • 3.6 WASP (Su Kalitesi Analiz Simülasyon Programı)
    • 3.7 AQUASIM modeli
  • 4 Kaynakça

Matematiksel temel

Su kalitesinin davranışını tahmin etmek için kullanılan modeller diferansiyel denklemlere dayanmaktadır. Bu denklemler, belirli bir işlevin değişim miktarını, diğerindeki değişimin büyüklüğü ile ilişkilendirir..

Su kalitesi modellerinde, doğrusal olmayan diferansiyel denklemler kullanılır, çünkü su kirlenme süreçleri karmaşıktır (doğrusal bir sebep-sonuç ilişkisine cevap vermezler).

parametreler

Belirli bir modeli uygularken bir dizi parametreyi dikkate almak gerekir.

Genel olarak, Biyolojik Oksijen İhtiyacı (BOD), Kimyasal Oksijen İhtiyacı (COD), mevcut azot ve fosfor gibi temel parametreler tahmin edilir..

BOD, en önemli kirlilik göstergelerinden biridir, çünkü yüksek değerler büyük miktarda mikroorganizmayı işaret eder. COD, kendi adına, organik maddeyi kimyasal yollarla oksitlemek için gereken oksijen miktarını gösterir..

Değerlendirilecek parametreler, lentik (göller, lagünler, bataklıklar) veya likit (nehirler, akarsular), su kütlesinin türüne bağlıdır. Ayrıca akışı, kaplanan alanı, su hacmini, sıcaklığı ve iklimi de hesaba katmalıdır..

Her kirletici farklı davranış ve etkiye sahip olduğundan, değerlendirilecek olan kirlilik kaynağını dikkate almak da gereklidir..

Su kütlesine deşarj durumunda, deşarj türü, içerdiği kirletici maddeler ve hacmi dikkate alınır..

sınıflandırma

Kirleticilerin su kütlelerinde davranışını simüle eden çok sayıda matematiksel model vardır. Göz önünde bulundukları işlem türüne (fiziksel, kimyasal, biyolojik) veya çözüm yönteminin türüne (ampirik, yaklaşık, basitleştirilmiş) bağlı olarak sınıflandırılabilirler..

Bu modelleri sınıflandırmak için dikkate alınan faktörler dinamikler ve boyutluluktur..

dinamik

Durağan modeller, kirleticinin durumunun olasılık dağılımını belirli bir zamanda veya alanda kurmanın yeterli olduğunu düşünmektedir. Daha sonra, bu su kütlesinin tüm zaman ve mekanda eşit olduğunu düşünerek olasılık dağılımını tahmin etmek.

Dinamik modellerde, kirletici davranış olasılıklarının zaman ve mekan içinde değişebileceği varsayılmaktadır. Yarı-dinamik modeller, analizleri parça halinde yaparlar ve sistemin dinamikleri için kısmi bir yaklaşım oluştururlar..

Hem dinamik hem de yarı dinamik modellerde çalışabilecek programlar var.

boyutluluk

Model tarafından değerlendirilen mekansal boyutlara bağlı olarak, boyutsuz, tek boyutlu (1D), iki boyutlu (2D) ve üç boyutlu (3D) vardır..

Boyutsuz bir model, besiyerinin her yöne homojen olduğunu düşünür. Bir 1B modeli bir nehir boyunca mekansal değişimi tanımlayabilir, ancak enine kesitinde veya dikeyinde tanımlayamaz. Bir 2B model bu boyutlardan ikisini göz önünde bulundururken, 3B model hepsini içerecektir.

Örnekler

Kullanılacak modelin türü, çalışılacak suyun kütlesine ve çalışmanın amacına bağlıdır ve her özel durum için kalibre edilmelidir. Ek olarak, bilgi almak ve modellemek istediğiniz süreçler de dikkate alınmalıdır..

Nehirlerde, akarsularda ve göllerde su kalitesi çalışmaları için bazı model örnekleri aşağıda açıklanmıştır:

Model QUAL2K ve QUAL2Kw (Su Kalitesi Modeli)

Tüm su kalitesi değişkenlerini simüle edilmiş sabit bir akış altında simüle eder. Organik kirleticileri azaltmak için nehir senaryoları veya mevcut kapasite senaryoları geliştirmek için iki BOİ seviyesini simüle eder.

Bu model ayrıca elde edilen karbon, fosfor, azot, inorganik katılar, fitoplankton ve detritus miktarını simüle etmeyi sağlar. Benzer şekilde, ötrofikasyonun potansiyel sorunlarını öngören çözünmüş oksijen miktarını simüle eder.

PH gibi diğer değişkenler veya patojenleri elimine etme yeteneği de dolaylı olarak yansıtılır.

Model STREETER-PHELPS

Bir döküntünün nehre etkisi alanında belirli bir kirleticinin konsantrasyonunun davranışını değerlendirmek için çok faydalı bir modeldir..

Daha önemli bir etkiye neden olan kirleticilerden biri organik maddedir, bu nedenle bu modeldeki en bilgilendirici değişken çözünmüş oksijen talebidir. Bu nedenle, bir nehirdeki çözünmüş oksijenle ilişkili ana işlemlerin matematiksel bir formülasyonunu içerir..

Model MIKE11

Organik maddenin bozulması, fotosentez ve sucul bitkilerin solunumlanması, nitrifikasyon ve oksijen değişimi gibi çeşitli işlemleri simüle eder. Kirletici maddelerin dönüşüm ve dağılma süreçlerini simüle ederek karakterize edilir.

RIOS modeli

Bu model havza yönetimi bağlamında tasarlandı ve biyofiziksel, sosyal ve ekonomik verileri birleştirdi.

İyileştirme önlemlerini planlamak için faydalı bilgiler üretir ve çözünmüş oksijen, BOİ, koliformlar ve toksik madde analizi gibi parametreleri içerir.

QUASAR Modeli (Nehir Sistemlerinde Kalite Simülasyonu)

Nehir, ayrı ayrı gelen, ayrılanlar, düzenli depolama alanları ve ondan çıkan ya da buradan çıkan kamuya açık alanlar tarafından tanımlanan bölümlere ayrılmıştır..

Diğer parametreler arasında akış hızı, sıcaklık, pH, BOİ ve amonyak nitratların konsantrasyonu dikkate alın, Escherichia coli, ve çözünmüş oksijen.

WASP (Su Kalitesi Analiz Simülasyon Programı)

Su kütlesi çalışmasına farklı boyutlarda (1B, 2D veya 3D) yaklaşabilirsiniz. Kullanırken, kullanıcı zaman içinde sabit veya değişken kinetik nakil işlemleri girmeyi seçebilir.

Nokta ve nokta olmayan atıkların deşarjları dahil edilebilir ve bunların uygulamaları çeşitli fiziksel, kimyasal ve biyolojik modelleme çerçevelerini içerir. Burada ötrofikasyon ve toksik maddeler gibi farklı yönleri dahil edebilirsiniz.

Model AQUASIM

Bu model nehir ve göllerde su kalitesini incelemek için kullanılır. Çok sayıda parametreyi simüle etmeye izin veren bir akış şeması olarak çalışır.

referanslar

  1. Castro-Huertas MA (2015) QUAL2KW'nin Guacaica nehrinin su kalitesi modellemesi, Caldas, Kolombiya departmanında uygulanması. Derece çalışma Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Kolombiya Ulusal Üniversitesi. Kolombiya. 100 p.
  2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick R. Thomann (1981) Su Kalitesi Analiz Simülasyon Programı (WASP) ve Model Doğrulama Programı (MVP) - Dokümantasyon. Hydroscience, Inc., Westwood, NY, ABD için. EPA, Duluth, MN, Sözleşme No. 68-01-3872.
  3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, HA García ve FJ Cervantes-Carrillo (Eds.) (2017). Atık suyun biyolojik arıtımı. Prensipler, modelleme ve tasarım. IWA Yayıncılık. 580 p.
  4. Matovelle C (2017) Tabacay nehrinin mikro havzasında uygulanan su kalitesinin matematiksel modeli. Killkana Teknik İnceleme 1: 39-48.
  5. Ordoñez-Moncada J ve M Palacios-Quevedo (2017) Su kalitesi modeli. Güney Birliği Yol İmtiyaz Şirketi. SH Konsorsiyumu Duble Yol Rumichaca-Pasto. Nariño Bölümü. SEÇ, Çevre Danışmanlığı ve Mühendislik S.A.S. 45 p.
  6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - Kullanım Kılavuzu, sucul sistemlerin tanımlanması ve simülasyonu için bilgisayar programı, İsviçre Federal Çevre Bilimi ve Teknolojisi Enstitüsü (EAWAG), İsviçre.
  7. Rendón-Velázquez CM (2013) Göllerde ve rezervuarlardaki su kalitesinin matematiksel modelleri. Tez. Mühendislik Fakültesi. Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi. Meksika, D.F. 95 p.