אילו סוגים של מודלים יש ליישם את המחקר של איכות המים?

המודלים לאיכות המים הם ניסוחים מתמטיים המדמים את ההתנהגות ואת ההשפעות של מזהמים במים. במובן זה מוצגים תרחישים אפשריים של השפעת המזהמים, תוך שימוש בנוסחאות שונות המתחילות מפרמטרים ומשתנים מסוימים.

ישנם מודלים שונים של איכות המים בהתאם למקור של זיהום ואת גוף המים שאתה רוצה להעריך. מודלים אלה מורכבים מתוכניות מחשב המבוססות על אלגוריתמים מתמטיים.

המודלים משלבים נתוני שדה של משתנים וגורמים שונים, בתוספת תנאי כניסה מסוימים. מהנתונים הללו, המודלים יוצרים את התרחישים האפשריים, תוך אקסטרפולציה של נתונים בזמן ובמקום בהתבסס על הסתברויות.

פרמטר אינפורמטיבי ביותר להעריך את זיהום של גוף מים הוא ביקוש ביוכימי הביקוש (BOD). רוב המודלים כוללים הערכה של וריאציה BOD כקריטריון ליצירת תרחישים שלהם.

ממשלות הקימו תקנות איכות מים שיש לעמוד בהן כדי להשיג היתרים לביצוע פעולות שעלולות להיות מזהמות. במובן זה המודלים מהווים כלי שימושי להבנת ההשפעה האפשרית על איכות המים של פעילות מסוימת.

אינדקס

• 1 יסוד מתמטי
  • 1.1 פרמטרים
• קפה קפה
  • 2.1 דינמיקה
  • 2.2 מימדי
• 3 דוגמאות
  • 3.1 מודל QUAL2K ו QUAL2Kw (איכות מים דגם)
  • 3.2 דגם STREETER-PHELPS
  • 3.3 דגם MIKE11
  • 3.4 מודל RIOS
  • 3.5 QUASAR דגם (סימולציה איכותית על מערכות נהר)
  • 3.6 WASP (ניתוח איכות מים סימולציה התוכנית)
  • 3.7 מודל אקוואסי
• 4 הפניות

יסוד מתמטי

המודלים המשמשים לחיזוי ההתנהגות של איכות המים מבוססים על משוואות דיפרנציאליות. משוואות אלה מתייחסות לכמות השינוי של פונקציה מסוימת עם גודל השינוי באחרת.

במודלים של איכות המים משתמשים במשוואות דיפרנציאליות לא לינאריות, מכיוון שתהליכי זיהום המים הם מורכבים (הם אינם מגיבים ליחסי סיבה ותוצאה ליניארית).

פרמטרים

בעת החלת מודל מסוים יש לקחת בחשבון סדרה של פרמטרים.

באופן כללי, הפרמטרים הבסיסיים נאמדים כגון ביקוש חמצן ביולוגי (BOD), הביקוש לחמצן כימי (COD), חנקן וזרחן בהווה..

BOD הוא אחד המדדים החשובים ביותר זיהום, שכן ערכים גבוהים מצביעים על כמות גדולה של מיקרואורגניזמים. מצידה, COD מציין את כמות החמצן הדרוש לחמצון חומר אורגני באמצעים כימיים.

הפרמטרים להערכה תלויים בסוג הגוף של המים, בין אם הם ליקיים (אגמים, לגונות, ביצות) או לוטיק (נהרות, נחלים). זה צריך גם לקחת בחשבון את זרימת, שטח מכוסה, נפח של מים, טמפרטורה ואקלים.

כמו כן יש לשקול את מקור הזיהום להערכה, שכן לכל מזהם יש התנהגות והתנהגות שונים.

במקרה של הפרשות לגוף של מים, סוג של פריקה, מזהמים זה מכיל את הנפח שלה נחשבים..

קפה

ישנם מודלים מתמטיים רבים המדמים את התנהגות המזהמים בגופי מים. הם יכולים להיות מסווגים בהתאם לסוג התהליך שהם רואים (פיזי, כימי, ביולוגי) או סוג של שיטת פתרון (אמפירי, משוער, מפושט).

הגורמים אשר נלקחים בחשבון כדי לסווג מודלים אלה הם דינמיקה וממדיות.

דינמיקה

מודלים נייחים רואים כי זה מספיק כדי לקבוע את התפלגות ההסתברות של מצב המזהם בזמן נתון או מקום. לאחר מכן, אקסטרפולציה כי התפלגות ההסתברות בהתחשב בכך שווה בכל זמן ומרחב של הגוף הזה של מים.

במודלים דינמיים, ההנחה היא כי ההסתברויות של התנהגות מזהמים יכולים להשתנות בזמן ובמרחב. המודלים מעין דינמי לבצע את הניתוחים בחלקים וליצור קירוב חלקי לדינמיקה של המערכת.

ישנן תוכניות שיכולות לפעול הן במודלים דינמיים והן במודלים דינאמיים.

ממדיות

בהתאם לממדים המרחביים הנחשבים על ידי המודל, יש מימדים חד-ממדיים (דו-ממדיים) דו מימדיים (דו-ממדיים) תלת מימדיים (תלת ממדיים).

מודל חסר ממדים מעריך כי המדיום הוא הומוגני לכל הכיוונים. מודל 1D יכול לתאר וריאציה מרחבית לאורך הנהר, אך לא בחתך רוחב או אנכי. מודל דו-ממדי ישקול שניים מממדים אלה, בעוד ש -3 D אחד יכלול את כולם.

דוגמאות

סוג הדגם שיש להשתמש בו תלוי בגוף המים שיש ללמוד ובמטרת המחקר, ויש לכייל אותו עבור כל תנאי. בנוסף, יש לקחת בחשבון את זמינות המידע והתהליכים שברצונך לדגם.

להלן דוגמאות למודלים ללימודי איכות מים בנהרות, בנחלים ובאגמים:

דגם QUAL2K ו- QUAL2Kw (דגם איכות מים)

מדמה את כל משתני איכות המים תחת זרם קבוע מדומה. מדמה שתי רמות של BOD כדי לפתח תרחישים של יכולת הנהר או הנוכחי כדי לבזות מזהמים אורגניים.

מודל זה גם מאפשר לדמות את כמות וכתוצאה מכך של פחמן, זרחן, חנקן, מוצקים אנאורגניים, phytoplankton ו detritus. באופן דומה, מדמה את כמות החמצן המומס, אשר חוזה בעיות פוטנציאליות של eutropication.

משתנים אחרים כגון pH או היכולת לחסל פתוגנים גם מוקרן בעקיפין.

דגם STREETER-PHELPS

זהו מודל שימושי מאוד כדי להעריך את ההתנהגות של ריכוז של מזהם ספציפי באזור ההשפעה של לשפוך לעבר הנהר.

אחד המזהמים המייצר השפעה משמעותית יותר הוא החומר האורגני, ולכן המשתנה האינפורמטיבי ביותר במודל זה הוא הביקוש לחמצן מומס. לכן, הוא כולל ניסוח מתמטי של התהליכים העיקריים הקשורים חמצן מומס בנהר.

דגם MIKE11

סימולציה של תהליכים שונים כגון השפלה של חומר אורגני, פוטוסינתזה והנשימה של צמחים ימיים, ניטריפיקציה וחילופי חמצן. הוא מאופיין על ידי הדמיה של תהליכי שינוי ופיזור של מזהמים.

מודל RIOS

מודל זה תוכנן בהקשר של ניהול פרשת המים ומשלב נתונים ביופיזיים, חברתיים וכלכליים.

מייצר מידע שימושי לתכנון אמצעים לתיקון וכולל פרמטרים כגון חמצן מומס, BOD, קוליפורמים וניתוח חומרים רעילים.

QUASAR דגם (סימולציה איכותית על מערכות נהר)

הנהר מעוצב בנפרד למקטעים, המוגדרים על ידי היובלים, אתרי הפסולת והשקעים הציבוריים שמגיעים ממנו או יוצאים ממנו.

שקול בין שאר הפרמטרים את קצב הזרימה, טמפרטורה, pH, BOD וריכוז של חנקות אמוניה, Escherichia coli, וחמצן מומס.

WASP (ניתוח איכות מים סימולציה התוכנית)

אתה יכול לגשת לחקר הגוף של מים בממדים שונים (1D, 2D או 3D). כאשר משתמשים בו, המשתמש יכול לבחור להיכנס לתהליכי תחבורה קבועים או משתנים לאורך זמן.

הפרשות של נקודות ופסולת נקודה יכול להיכלל ויישומיהם כוללים מספר מסגרות של מודלים פיזיים, כימיים וביולוגיים. כאן אתה יכול לכלול היבטים שונים כגון eutrophication וחומרים רעילים.

דגם AQUASIM

מודל זה משמש ללימוד איכות המים בנהרות ובאגמים. זה עובד בתור תרשים זרימה, המאפשר לדמות מספר רב של פרמטרים.

הפניות

1. Castro-Huertas MA (2015) יישום של QUAL2KW באיכות המים דוגמנות של נהר Guacaica, מחלקת Caldas, קולומביה. עבודת תואר הפקולטה להנדסה ואדריכלות, המחלקה להנדסה כימית, האוניברסיטה הלאומית של קולומביה. קולומביה 100 עמ '.
2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick yRV Thomann (1981) תוכנית ניתוח איכות המים (WASP) ותוכנית אימות המודל (MVP) - תיעוד. Hydroscience, Inc., ווסטווד, ניו יורק, ארה"ב. EPA, Duluth, MN, חוזה מס '68-01-3872.
3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, האריה García ו- FJ Cervantes-Carrillo (עורכים) (2017). טיפול ביולוגי בשפכים. עקרונות, מודלים ועיצוב. הוצאת IWA. 580 עמ '.
4. Matovelle C (2017) מודל מתמטי של איכות המים מיושם microbasin של נהר Tabacay. Killkana סקירה טכנית 1: 39-48.
5. Ordoñez-Moncada J ו- M Palacios-Quevedo (2017) מודל איכות המים. דרום האיחוד הזכיין כביש. קונסורציום כביש כפול רומיצ'קה - מרעה. מחלקת נריניו. HSE, ייעוץ סביבתי והנדסה S.A.S. 45 עמ '.
6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - מדריך למשתמש, תוכנית מחשב לזיהוי וסימולציה של מערכות ימיות, המכון הפדרלי השוויצרי למדעי הסביבה והטכנולוגיה (EAWAG), שוויץ.
7. Rendón-Velázquez CM (2013) מודלים מתמטיים של איכות המים באגמים ובמאגרים. תזה בית הספר להנדסה. האוניברסיטה האוטונומית הלאומית של מקסיקו. מקסיקו, ד. 95 עמ '.