水功能区纳污能力计算理论方法及应用

湖(库)分层模型是在1975年,由斯诺德格拉斯(Snodgrass)等提出的一种基于箱式理念的模型,可以近似地描述湖(库)水质的分层状况。模型基本思路是将分层湖(库)各层视为完全混合模型,各层之间存在紊流扩散的传递作用。分层湖(库)的一个周期由一个分层期和一个混合期组成。分层期长度记为t1,周期长度记为t2,混合期的长度则为t2-t1。计算时,总是从某一个分层期开始时刻开始计时。

1.模型原理

污染物浓度按下列公式计算。

(1)分层期(0＜t/86400＜t1)。

(2)非分层期(t1＜t/86400＜t2)。

式中 CE——分层湖(库)上层污染物的平均浓度,mg/L;

CPE——向分层湖(库)上层排放的污染物浓度,mg/L;

QPE——排入分层湖(库)上层的废水量,m3/s;

VE——分层湖(库)上层体积,m3;

KhE、KhH——中间变量;

CM——分层湖(库)非成层期污染物平均浓度,mg/L;

t1——分层期天数,d;

t2——分层期起始时间到非分层期结束的天数,d;

CH——分层湖(库)下层污染物的平均浓度,mg/L;

CPH——向分层湖(库)下层排放的污染物浓度,mg/L;

QPH——排入分层湖(库)下层的废水量,m3/s;

VH——分层湖(库)下层体积,m3;(www.xing528.com)

Kh——中间变量;

CT——分层湖(库)上、下层混合后污染物的平均浓度,mg/L;

Ch——湖(库)中污染物现状浓度,mg/L;

(l)下标——时间序列号;

其他符号意义同前。

模型假设污染物从分层期开始的当天开始排入。但实际使用中,污染物开始排入的时间并不一定与分层期开始时间相同。因此,在模拟计算时,应加入一个污水开始排入的时间t0(0≤t0≤t2),也是从分层期开始时间计时。下面为3个说明例子(假定分层期t1=160d,周期长度t2=300d)。

1)t0=0,t=100。说明污水在分层期开始的第0d开始排放,计算从这个分层期后第100d的浓度。

2)t0=100,t=100。说明污水在分层期开始的第100d开始排放,计算从这个分层期后第100d的浓度,也就是污水排放当天的浓度。

3)t0=100,t=500。说明污水在分层期开始的第100d开始排放,计算从这个分层期后第500d的浓度,也就是污水开始排放后第400d的浓度。因一个周期长度只有300d,实际上是计算第二个周期的第200d的浓度,也就是计算第二个周期非分层期开始后第40d的浓度。

2.模型适用范围

(1)适用于温度分层的湖(库)。

(2)要求污染源是稳定持续排放的,也就是说,污染物一旦开始排放后,在任意预测时刻之内都持续排放。

3.纳污能力计算模型

根据式(5.83)、式(5.84)及式(5.87)推导得出相应的水域纳污能力计算式为

其他符号意义同前。