Hệ thống thông tin môi trường part 5

Sự chuyển hóa chất do tác động cơ học có thể chia làm hai thành phần: chuyển hóa do trường vận tốc trung bình của dòng chảy và chuyển hóa do các thành phần hỗn loạn ngẫu nhiên trong trường vận tốc (sự khuếch tán). Sự ô nhiễm không bảo toàn thường được hiểu là sự ô nhiễm do các chất hữu cơ. Các chất này chuyển hóa trong dòng nước, phân hủy, ôxy hóa và trầm tích. Thông thường người ta dùng đại lượng BOD5 làm chỉ số cho sự ô nhiễm chất hữu cơ. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Hệ thống thông tin môi trường part 5 Sự chuyển hóa chất do tác động cơ học có thể chia làm hai thành phần: chuyển hóa dotrường vận tốc trung bình của dòng chảy và chuyển hóa do các thành phần hỗn loạn ngẫunhiên trong trường vận tốc (sự khuếch tán). Sự ô nhiễm không bảo toàn thường được hiểu là sự ô nhiễm do các chất hữu cơ. Cácchất này chuyển hóa trong dòng nước, phân hủy, ôxy hóa và trầm tích. Thông thường người tadùng đại lượng BOD5 làm chỉ số cho sự ô nhiễm chất hữu cơ. Ảnh hưởng của các yếu tố nêu trên cần phải được tính toán đến trong mô hình toánhọc của bài toán chất lượng nước. Một mô hình chất lượng nước, theo chúng tôi, cần phải đápứng những yêu cầu sau: - Ý nghĩa thực tế: các kết quả nhận được của mô hình cần phải có ứng dung thực tế để thực hiện các công trình tương ứng; - Đơn giản: số lượng các tham số tham gia vào mô hình không được lớn quá. Quá trình thu thập các số liệu thực nghiệm và các số liệu khác không được là quá khó khăn và tốn kém; - Tính vạn năng: khả năng tính toán bức tranh phân bố nồng độ một số lượng lớn các chất ô nhiễm khác nhau theo không gian và thời gian.6.3.3 Mô hình Paal - mô hình hóa quá trình hình thành chất lượng nước sông Trong việc dự báo chất lượng nước người ta thường xác định nồng độ các chất ônhiễm (các chất lơ lửng, N, P…) hoặc là các chỉ số xác định trạng thái của nước (nhiệt độ, độpH, sự sử dụng ôxy sinh học, ôxy hòa tan trong nước v.v…) ở các mặt cắt tính toán. Số liệuban đầu để tính toán chất lượng nước là các đặc tính của nguồn thải và các đặc tính thủy lựccủa đối tượng nước. Sự nhiễm ô nhiễm có thể xâm nhập vào các đối tượng nước qua nướcthải hoặc là khuếch tán với dòng chảy bề mặt. Cơ sở để tính toán nồng độ các chất ô nhiễm trong các đối tượng nước có thể là - Lý thuyết nửa kinh nghiệm về sự khuếch tán chảy rối; - Lý thuyết khuếch tán chảy rối với vận tốc giới hạn; - Các công thức kinh nghiệm để tính toán sự phân bố các chất trong dòng chảy rối. Trong số đó lý thuyết nửa kinh nghiệm về sự khuếch tán chảy rối và các công thứckinh nghiệm được xây dựng cụ thể hơn. Lý thuyết khuếch tán chảy rối với vận tốc giới hạnđến tận bây giờ vẫn hầu như chưa được áp dụng, mặc dù hiện nay người ta chú ý đến nónhiều. Như đã biết, phương trình khuếch tán chảy rối biểu diễn định luật bảo toàn chất, vàtrong cơ sở của phương trình này là các giả thuyết sau đây: - Chất lỏng là không nén; - Số Reynolds đủ lớn để không tính đến hiệu ứng khuếch tán phân tử; - Số lượng các chất giải phóng ra trong 1 đơn vị thời gian trên 1 đơn vị thể tích rất ít, và có thể bỏ qua ảnh hưởng của chúng đến cấu trúc chảy rối. Trong việc dự báo chất lượng của nước người ta thường xác định nồng độ các chất bẩn(các chất lơ lửng, N, P, ...) hoặc là các chỉ số xác định trạng thái của nước (nhiệt độ, độ pH, sựsử dụng ôxy sinh học, ôxy hòa tan trong nước …v...và ) ở các mặt cắt tính toán. Số liệu banđầu để tính toán chất lượng của nước là các đặc tính của nguồn bẩn và các đặc tính thủy lựccủa đối tượng nước. Sự nhiễm bẩn có thể xâm nhập vào các đối tượng nước qua nước thảihoặc là khuếch tán với dòng chảy bề mặt. 125 Để tính toán sự phân bố các chất bẩn dọc theo sông người ta sử dụng các đại lượngthủy lực đặc trưng như : vận tốc dòng chảy trung bình, bán kính thủy lực và góc lệch của lòngsông. Cơ sở để tính toán nồng độ các chất bẩn trong các đối tượng nước là lý thuyết khuếchtán rối nửa kinh nghiệm và các công thức kinh nghiệm để tính toán sự phân bố các chất trongdòng chảy rối. Những vấn đề lý luận liên quan tới mô hình chất lượng nước trên kênh sôngđược trình bày trong Báo cáo đề tài khoa học khác. Phần dưới đây chỉ trình bày ngắn gọn mộtsố nét chính về mô hình trên. Với một số giả thiết nhất định, dựa trên định luật bảo toàn khối lượng, phương trìnhkhuếch tán chảy rối nửa kinh nghiệm có dạng ∂S ⎞ ∂ ⎛ ∂S ⎞ ∂ ⎛ ∂S ∂S ∂S ∂S ∂ ⎛ ∂S ⎞ + Vx + Vy + Vz + ⎜ −kx ⎟ + ⎜ −k y ⎟ + ⎜ −k z ⎟=0 ∂t ∂x ∂y ∂z ∂x ⎝ ∂x ⎠ ∂y ⎝ ∂y ⎠ ∂z ⎝ ∂z ⎠ (6.16) trong đó S(x,y,z,t) là nồng độ trung bình theo thời gian của chất ô nhiễm, Vx, Vy, Vz –vận tốc trung bình theo các hướng x, y, z; kx, ky, kz – các hệ số khuếch tán chảy rối của cácchất theo các hướng trục tọa độ x, y, z. Trong thực tế việc giải phương trình (6.16) với các hệ số khuếch tán gặp nhiều khókhăn nhất định, vì có rất ít thông tin về các qui luật thay đổi của các hệ số kx, ky, kz. Chính vìlý do này nên để giải bài toán xác định sự trộn lẫn các chất bẩn với nước mặt nhiều nghiêncứu đã đề xuất sử dụng các hệ số khuếch tán tích ph ...