Tapoer av modeller som gjelder studiet av vannkvalitet

Vannkvalitetsmodeller er matematiske formuleringer som simulerer atferden og effekten av miljøgifter i vann. I denne forstand presenteres mulige påvirkningsscenarier for miljøgifter, ved bruk av forskjellige formler som starter fra visse parametere og variabler.

Det er forskjellige vannkvalitetsmodeller avhengig av forurensningskilden og vannmassen du vil evaluere. Disse modellene består av dataprogrammer basert på matematiske algoritmer.

Evaluering av vannkvalitet. Kilde: CSIRO [CC av 3.0 (https: // creativecommons.Org/lisenser/av/3.0)]

Modellene integrerer feltdata for forskjellige variabler og faktorer, mer visse inngangsbetingelser. Fra disse dataene genererer modellene mulige scenarier, ekstrapolerer data i tid og rom basert på sannsynligheter.

Den mest informative parameteren for å evaluere forurensning av en vannmasse er den biokjemiske etterspørselen etter oksygen (BOD). De fleste modeller inkluderer estimering av BOD -variasjon som kriterium for å generere scenariene deres.

Regjeringer har etablert vannkvalitetsforskrifter som må oppfylles for å oppnå utførelsestillatelser av potensielt forurensende aktiviteter. I denne forstand er modeller et nyttig verktøy for å forstå mulig innvirkning på vannkvaliteten på en gitt aktivitet.

[TOC]

Mathematical Foundation

Modellene som ble brukt til å forutsi atferd av vannkvalitet er basert på differensialligninger. Disse ligningene relaterer mengden endring i en viss funksjon til størrelsen på endringen i en annen.

I vannkvalitetsmodeller brukes ikke-lineære differensialligninger, fordi vannforurensningsprosesser er komplekse (de svarer ikke på et lineært årsak-virkningsforhold).

Parametere

Når du bruker en viss modell, er det nødvendig å ta hensyn til en serie parametere.

Generelt er grunnleggende parametere som biologisk oksygenbehov (BOD), kjemisk oksygenbehov (DQO), nitrogen og fosfor til stede estimert.

BOD er ​​en av de viktigste forurensningsindikatorene, siden høye verdier indikerer et stort antall mikroorganismer. For sin del indikerer COD mengden oksygen som er nødvendig for å oksidere organisk materiale med kjemiske midler.

Kan tjene deg: Glacier erosjon: Kjennetegn, typer, produkter, konsekvenser, eksempler

Parametrene som skal evalueres avhenger av typen vann, enten Lex (innsjøer, laguner, sumper) eller lobiske (elver, bekker). Flyten må også tas i betraktning, et område som dekker, vannvolum, temperatur og klima.

Det er også nødvendig å vurdere forurensningskilden som skal evalueres, siden hver forurensning har en annen oppførsel og effekt.

Når det.

Klassifisering

Det er mange matematiske modeller for å simulere oppførselen til miljøgifter i vannmasser. De kan klassifiseres avhengig av hvilken type prosess de vurderer (fysisk, kjemisk, biologisk) eller typen løsningsmetode (empirisk, omtrentlig, forenklet).

Faktorene tatt i betraktning for å klassifisere disse modellene er dynamikk og dimensjonalitet.

Dynamisk

Stasjonære modeller vurderer at det er nok å etablere sannsynlighetsfordelingen av tilstanden til forurensningen på et øyeblikk eller rom som er gitt. Deretter ekstrapola at sannsynlighetsfordeling med tanke på det samme til enhver tid og rom for den vannmassen.

I dynamiske modeller antas det at sannsynlighetene for forurensende atferd kan endres over tid og rom. Kvasi-dynamiske modeller utfører analysen i deler og genererer en delvis tilnærming til dynamikken i systemet.

Det er programmer som kan fungere både i dynamisk og kvasi-dynamisk modell.

Dimensjonalitet

Avhengig av de romlige dimensjonene som modellen vurderer, er det dimensjonal, en -dimensjonal (1D), to -dimensjonal (2D) og tre -dimensjonal (3D) (3D).

En ekstra modell vurderer at mediet er homogent i alle retninger. En 1D -modell kan beskrive romlig variasjon langs en elv, men ikke i dets kors eller vertikale seksjon. En 2D -modell vil vurdere to av disse dimensjonene, mens en 3D vil inkludere dem alle.

Eksempler

Den typen modell som skal brukes avhenger av vannmassen for å studere og målet med studien, og må kalibreres for hver bestemt tilstand. I tillegg må tilgjengeligheten av informasjon og prosessene som er modell tas i betraktning.

Det kan tjene deg: furu-foul skog

Noen eksempler på modeller for vannkvalitetsstudier i elver, strømmer og innsjøer er beskrevet nedenfor:

QUAL2K og QUAL2KW (vannkvalitetsmodell) modell

Simulerer alle vannkvalitetsvariabler under en simulert konstant strømning. Simulerer to nivåer av BOD for å utvikle scenarier av elvekapasiteten eller strømmen for å fornedre organiske miljøgifter.

Denne modellen tillater også simulering av den resulterende mengden karbon, fosfor, nitrogen, uorganiske faste stoffer, planteplankton og detritus. På samme måte simulerer det mengden oppløst oksygen, som forutsier mulige problemer.

Andre variabler som pH eller evnen til å eliminere patogener blir også projisert indirekte.

Streeter -Phelps -modell

Det er en veldig nyttig modell å evaluere oppførselen til konsentrasjonen av et spesifikt miljøgifter i påvirkningsområdet mot en elv mot en elv.

En av forurensningene som gir en mer betydelig effekt er organisk materiale, så den mest informative variabelen i denne modellen er etterspørselen etter oppløst oksygen. Derfor inkluderer det en matematisk formulering av hovedprosessene assosiert med oppløst oksygen i en elv.

Mike11 -modell

Simulerer forskjellige prosesser som nedbrytning av organisk materiale, fotosyntese og pust av vannplanter, nitrifisering og oksygenutveksling. Det er preget av å simulere prosessene for transformasjon og spredning av miljøgifter.

RIOS -modell

Denne modellen ble designet i sammenheng med bassengstyring og kombinerer biofysiske, sosiale og økonomiske data.

Den genererer nyttig informasjon for å planlegge saneringstiltak og inkluderer parametere som oppløst oksygen, BODS, coliforms og giftige stoffer analyse.

Quasar Model (kvalitetssimulering langs elvesystemer)

Den separate elven er modellert i seksjoner, definert av sideelver, deponier og offentlige skudd som kommer eller starter fra den.

Kan tjene deg: typer økosystemer og deres egenskaper

Tenk blant andre parametere som strømning, temperatur, pH, BOD og konsentrasjon av nitrater ammoniakk, Escherichia coli, og oppløst oksygen.

WASP (Simuleringsprogram for vannkvalitetsanalyse)

Du kan adressere studiet av vannmassen i forskjellige dimensjoner (1D, 2D eller 3D). Når brukeren bruker, kan brukeren velge å legge inn konstante eller variable kinetiske transportprosesser.

Punktlige og ikke -politiske avfallsutslipp kan inkluderes, og deres anvendelser inkluderer flere fysiske, kjemiske og biologiske modelleringsrammer. Her kan forskjellige aspekter som overgjødsling og giftige stoffer inkluderes.

Aquasim -modellen

Denne modellen tjener til å studere vannkvalitet i både elver og innsjøer. Det fungerer som et flytdiagram, slik at de simulerer en stor mengde parametere.

Referanser

1. Castro-Huertas MA (2015) Anvendelse av QUAL2KW i modellering av vannkvaliteten til Guacaica River, Department of Caldas, Colombia. Gradarbeid. Fakultet for ingeniørvitenskap og arkitektur, Institutt for kjemisk ingeniørvitenskap, National University of Colombia. Colombia. 100 s.
2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick Yrv Thomann (1981) Simuleringsprogram for vannkvalitetsanalyse (WASP) og Model Verification Program (MVP) - Dokumentasjon. Hydroscience, inc., Westwood, NY, for deg.S. EPA, Duluth, MN, kontrakt nei. 68-01-3872.
3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, García og FJ Cervantes-Rarrillo (eds.) (2017). Biologisk avløpsvannbehandling. Prinsipper, modellering og design. IWA Publishing. 580 s.
4. Matovelle C (2017) Matematisk modell av vannkvalitet brukt i Tabacay -elven mikrobasin. Killkana Magazine Technique 1: 39-48.
5. Ordoñez-Moncada J og M Palacios-Quevedo (2017) Vannkvalitetsmodell. South Union Road Concessionaire. SH Consortium. Dobbel vei. Rumichaca-Pasto. Institutt for Nariño. HMS, råd og miljøteknikk s.TIL.S. 45 s.
6. Reichert P (1998) Aquasim 2.0 - Brukerhåndbok, dataprogram for identifisering og simulering av vannlevende systemer, Swiss Federal Institute for Environmental Science and Technology (EAWAG), Sveits.
7. Rendón-Velázquez CM (2013) Matematiske modeller av vannkvalitet i innsjøer og reservoarer. Avhandling. Fakultet for ingeniørfag. National Autonomous University of Mexico. Mexico, d.F. 95 s.