广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案3 3 环境质量基本模型环境质量基本模型广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案3.1 污染物在环境介质中的运动特征广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案基本形式v随着介质的迁移运动；v污染物的分散运动；v污染物被环境介质吸收或 吸附；v污染物的沉淀；v污染物的衰减与转化。假 定 污 染 物 质 能 够 与 环 境 介 质 互 相 融 合 、 污 染 物 质 质 点 与 环 境 介 质 质 点 具 有 相 同 的 流 体 力 学 特 性 ； 暂 不 考 虑 污 染 在 环 境 介 质 中 的 吸 收 、 吸 附 与 沉 淀 。广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案污染物在气流或水流作用下产生的空间位置上的转移。不能降低污染物的质量和浓度。 3.1.1 随着介质的迁移运动推流迁移掌 握广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案1 分子扩散-由分子的随机热运动引起的质点分散现象。服从Fick第一定律，即分子扩散的质量通量与扩散物质的浓度梯度成正比。存在于污染物的所有运动过程当中。 3.1.2 环境介质对污染物的分散作用各向同性分子扩散是各向同性的，（Dm相同），负号表 示质点的迁移方向（负梯度方向），Dm的数值 在大气中的量级为1.610-5m2/s，在河流中为 10-510-4 m2/s，浓度C为瞬时浓度。广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案2 湍流扩散-在湍流流场中物质质点由于湍流脉动而导致的由浓度高处向低处的分散现象 只在在计算中用时间平均值来描述状态时体现。 3.1.2 环境介质对污染物的分散作用各向异性若直接用瞬时值计算就不会出现湍流扩散项 在大气中E垂直方向为210-110-2 m2/s，E 水平方向为10 105 m2/s；在海洋中 E垂 直方向为10-5 10-2 m2/s， E水平方向为 102 104 m2/s；在河流中E为10-2 100m2/s。广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案3 弥散由于流体的横断面上各点的实际流速分布不均匀产生的剪切而导致的分散现象 只在取湍流平均值的空间平均值时才体现。 3.1.2 环境介质对污染物的分散作用各向异性湍流时平均浓度的空间平均值（断面） 一般河流中D为101104 m2/s 弥散湍流扩散分子扩散广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案3.1.3 污染物的衰减与转化 ?进入环境中的污染物可分为两大类：守恒物质和非守 恒物质。l守恒物质：改变其空间所处位置和降低其初始浓度，但 总量不改变，如重金属、很多高分子有机化合物（环境对 它们没有净化能力）需严格控制。（要求零排放）l非守恒物质：改变位置，降低浓度且自身衰减加速浓度 的下降，其有两种衰减方式：一是由其自身的运动变化规律决定的，如：放射性物 质的蜕变。另一种是在环境因素的作用下，由于化学的或 生物的反应而不断衰减。如：可生化降解的有机物在大气 或水体中的微生物作用下的氧化分解过程。 10广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案3.2 环境质量基本模型的推导v以质量平衡为理论基础；v假定污染物质能够与环境介质互相融合、 污染物质质点与环境介质质点具有相同的 流体力学特性；暂不考虑污染在环境介质 中的吸收、吸附与沉淀。广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案污染物浓度的空间差异可以忽略不计时，可以将所研究的环境单元视为一个污染物能在瞬时分散到空间各部位的连续流完全混合反应器。3.2.1 零维模型掌 握湖泊箱式大气广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案污染物浓度的空间分布只在一个方向上存在显著差异时（微元仅在一个方向上存在浓度梯度），常用一维模型进行描述。3.2.2 一维模型河流输入v输出广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案均匀流场v变 化 输 入 - 输 出 - 衰 减广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案二维模型二维模型三维模型三维模型对称广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案3.3 环境质量基本模型的解析解及其应用v掌握应用条件与实际计算；v了解基本特征。广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案解析解稳定排放非稳定排放稳态动态几个概念几个概念 数值解广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案3.3.1 零维模型稳态非稳态v理论停留时间 tw=V/Qv冲刷速度常数 r=Q/V=1/tw广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案3.3.2 一维模型稳态广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案例题v向一条河流稳定排放污水,污水量q=0.15m3/s，BOD5本底浓 度为0.5mg/L,BOD5的衰减速度常数K0.2d，纵向弥散系 数Dx10m2/s。试求排放点下游10km处的BOD5浓度。作业作业v一维均匀稳态河流，初始断面的污染物浓度为50mg/L，纵 向弥散系数为2.5m2/s，衰减系数K=0.2/d，河流断面平均流 速为0.5m/s。试求下述各条件下游500m处的污染物浓度。 （1）一般解析解； （2）忽略弥散作用时的解； （3）忽略推流作用时的解； （4）忽略衰减作用时的解。广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案3.3.2 一维模型瞬时点源广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案流场分布特征瞬时点源广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案v断面x处最大浓度时间v断面x处最大浓度正态分布广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案3.3.3 二维模型自 学3.3.4 三维模型广西大学环境学院广西大学环境学院环境系统工程教案环境系统工程教案谢谢大家 !