ما أنواع النماذج التي يجب تطبيقها على دراسة جودة المياه؟

نماذج جودة المياه عبارة عن تركيبات رياضية تحاكي سلوك وتأثيرات الملوثات في الماء. في هذا المعنى ، يتم تقديم سيناريوهات محتملة لتأثير الملوثات ، باستخدام صيغ مختلفة تبدأ من معلمات ومتغيرات معينة.

هناك نماذج مختلفة لجودة المياه حسب مصدر التلوث وجسم الماء الذي تريد تقييمه. هذه النماذج تتكون من برامج الكمبيوتر على أساس الخوارزميات الرياضية.

النماذج تدمج البيانات الميدانية من المتغيرات والعوامل المختلفة ، بالإضافة إلى شروط دخول معينة. من هذه البيانات ، تولد النماذج السيناريوهات المحتملة ، وتستقراء البيانات في الزمان والمكان على أساس الاحتمالات.

المعلمة الأكثر إفادة لتقييم تلوث جسم من الماء هو الطلب على الأكسجين الكيميائي الحيوي (BOD). تتضمن معظم النماذج تقدير تنوع الطلب الأوكسجيني البيولوجي كمعيار لتوليد سيناريوهاتها.

وضعت الحكومات لوائح لجودة المياه يجب الوفاء بها للحصول على تصاريح لتنفيذ أنشطة يحتمل أن تكون ملوثة. في هذا المعنى ، تعد النماذج أداة مفيدة لفهم التأثير المحتمل على نوعية المياه لنشاط معين.

مؤشر

• 1 أساس رياضي
  • 1.1 المعلمات
• 2 التصنيف
  • 2.1 ديناميات
  • 2.2 البعد
• 3 أمثلة
  • 3.1 موديل QUAL2K و QUAL2Kw (نموذج جودة المياه)
  • 3.2 موديل STREETER-PHELPS
  • 3.3 موديل MIKE11
  • 3.4 نموذج RIOS
  • 3.5 نموذج QUASAR (محاكاة الجودة على طول أنظمة النهر)
  • 3.6 WASP (برنامج محاكاة تحليل جودة المياه)
  • 3.7 نموذج أكواسيم
• 4 المراجع

الأساس الرياضي

تعتمد النماذج المستخدمة للتنبؤ بسلوك جودة المياه على معادلات تفاضلية. تربط هذه المعادلات مقدار التغير في وظيفة معينة بحجم التغيير في دالة أخرى.

في نماذج جودة المياه ، تستخدم المعادلات التفاضلية غير الخطية ، لأن عمليات تلوث المياه معقدة (لا تستجيب لعلاقة السبب الخطي للتأثير).

المعلمات

عند تطبيق نموذج معين ، من الضروري مراعاة سلسلة من المعلمات.

بشكل عام ، يتم تقدير المعلمات الأساسية مثل الطلب على الأكسجين البيولوجي (BOD) ، والطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) ، والنيتروجين والفوسفور الحالي..

يعد BOD أحد أهم مؤشرات التلوث ، حيث تشير القيم العالية إلى وجود كمية كبيرة من الكائنات الحية الدقيقة. من جانبها ، يشير COD إلى كمية الأكسجين اللازمة لأكسدة المواد العضوية بالوسائل الكيميائية.

تعتمد المعلمات المراد تقييمها على نوع الجسم المائي ، سواءً كان عدسيًا (بحيرات أو بحيرات أو مستنقعات) أو لوطي (أنهار أو مجاري). يجب أن تأخذ في الاعتبار أيضًا التدفق والمساحة المغطاة وحجم الماء ودرجة الحرارة والمناخ.

من الضروري أيضًا النظر في مصدر التلوث الذي يجب تقييمه ، لأن كل ملوث له سلوك وتأثير مختلفان.

في حالة التصريف في جسم الماء ، يتم النظر في نوع التصريف والملوثات التي يحتوي عليها وحجمها..

تصنيف

هناك العديد من النماذج الرياضية لمحاكاة سلوك الملوثات في المسطحات المائية. يمكن تصنيفها اعتمادًا على نوع العملية التي تراها (فيزيائية أو كيميائية أو بيولوجية) أو نوع طريقة الحل (تجريبية أو تقريبية أو مبسطة).

العوامل التي تؤخذ في الاعتبار لتصنيف هذه النماذج هي الديناميات والأبعاد.

ديناميكي

تعتبر النماذج الثابتة أنه يكفي تحديد توزيع الاحتمال لحالة الملوث في وقت معين أو مساحة معينة. بعد ذلك ، قم باستقراء توزيع الاحتمالية هذا معتبراً أنه متساوٍ في كل وقت ومساحة ذلك الماء.

في النماذج الديناميكية ، يُفترض أن احتمالات سلوك الملوثات يمكن أن تتغير في الزمان والمكان. تؤدي النماذج شبه الديناميكية التحليلات في الأجزاء وتولد تقريبًا جزئيًا لديناميكيات النظام.

هناك برامج يمكن أن تعمل في النماذج الديناميكية وشبه الديناميكية.

الأبعاد

اعتمادًا على الأبعاد المكانية التي يعتبرها النموذج ، هناك أبعاد ، أحادية البعد (1D) ، ثنائية الأبعاد (2D) وثلاثية الأبعاد (3D).

يعتبر نموذج بلا أبعاد أن الوسط متجانس في جميع الاتجاهات. يمكن للنموذج 1D أن يصف الاختلاف المكاني على طول النهر ، ولكن ليس في المقطع العرضي أو العمودي. سيأخذ نموذج ثنائي الأبعاد بعين الاعتبار اثنين من هذه الأبعاد ، في حين أن الأبعاد الثلاثة ستشمل كل هذه الأبعاد.

أمثلة

يعتمد نوع النموذج المراد استخدامه على جسم الماء المراد دراسته والهدف من الدراسة ، ويجب معايرته لكل حالة معينة. بالإضافة إلى ذلك ، يجب مراعاة توفر المعلومات والعمليات التي تريد تصميمها.

فيما يلي بعض الأمثلة لنماذج دراسات جودة المياه في الأنهار والجداول والبحيرات:

نموذج QUAL2K و QUAL2Kw (نموذج جودة المياه)

يحاكي جميع متغيرات نوعية المياه تحت تدفق ثابت محاكاة. يحاكي مستويين من الطلب الأوكسجيني البيولوجي (BOD) لوضع سيناريوهات للنهر أو القدرة الحالية على تدهور الملوثات العضوية.

يسمح هذا النموذج أيضًا بمحاكاة الكمية الناتجة من الكربون والفوسفور والنيتروجين والمواد الصلبة غير العضوية والعوالق النباتية والنفايات. وبالمثل ، يحاكي كمية الأكسجين المذاب ، والتي تتنبأ بمشاكل التخثر المحتملة.

متغيرات أخرى مثل درجة الحموضة أو القدرة على القضاء على مسببات الأمراض ومن المتوقع أيضا بشكل غير مباشر.

نموذج STREETER-PHELPS

إنه نموذج مفيد جدًا لتقييم سلوك تركيز ملوث معين في منطقة تأثير التسرب باتجاه النهر.

أحد المواد الملوثة التي تنتج تأثيرًا أكثر أهمية هو المادة العضوية ، وبالتالي فإن المتغير الأكثر إفادة في هذا النموذج هو الطلب على الأكسجين المذاب. لذلك ، يتضمن صياغة رياضية للعمليات الرئيسية المرتبطة بالأكسجين المذاب في النهر.

موديل MIKE11

يحاكي العمليات المختلفة مثل تدهور المواد العضوية ، التمثيل الضوئي وتنفس النباتات المائية ، النترجة وتبادل الأكسجين. ويتميز بمحاكاة عمليات تحويل وتشتت الملوثات.

نموذج ريوس

تم تصميم هذا النموذج في سياق إدارة مستجمعات المياه ويجمع بين البيانات البيوفيزيائية والاجتماعية والاقتصادية.

يولد معلومات مفيدة للتخطيط لإجراءات العلاج ويتضمن معلمات مثل الأكسجين الذائب ، الأكسجين الحيوي ، القولونيات وتحليل المواد السامة.

نموذج QUASAR (محاكاة الجودة على طول أنظمة النهر)

تم تصميم النهر بشكل منفصل في أقسام ، تحددها الروافد ، ومدافن النفايات والمنافذ العامة التي تصل أو تخرج منه.

النظر من بين عوامل أخرى معدل التدفق ، ودرجة الحرارة ، ودرجة الحموضة ، BOD وتركيز نترات الأمونيا, الإشريكية القولونية, والأوكسجين المذاب.

WASP (برنامج محاكاة تحليل جودة المياه)

يمكنك الاقتراب من دراسة جسم الماء بأبعاد مختلفة (1D ، 2D أو 3D). عند استخدامه ، يمكن للمستخدم اختيار إدخال عمليات النقل الحركية الثابتة أو المتغيرة مع مرور الوقت.

يمكن إدراج تصريف النفايات غير النقطية وتطبيقاتها تشمل عدة أطر للنمذجة الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. هنا يمكنك تضمين جوانب مختلفة مثل التخثث والمواد السامة.

نموذج AQUASIM

يستخدم هذا النموذج لدراسة نوعية المياه في الأنهار والبحيرات. إنه يعمل كمخطط تدفق ، مما يسمح بمحاكاة عدد كبير من المعلمات.

مراجع

1. Castro-Huertas MA (2015) تطبيق QUAL2KW في نمذجة جودة المياه لنهر Guacaica ، قسم Caldas ، كولومبيا. درجة العمل كلية الهندسة والعمارة ، قسم الهندسة الكيميائية ، جامعة كولومبيا الوطنية. كولومبيا. 100 ص.
2. دي Toro DM ، JJ Fitzpatrick yRV Thomann (1981) برنامج محاكاة تحليل جودة المياه (WASP) وبرنامج التحقق من النموذج (MVP) - الوثائق. Hydroscience، Inc. ، ويستوود ، نيويورك ، لصالح الولايات المتحدة وكالة حماية البيئة ، دولوث ، مينيسوتا ، العقد رقم 68-01-3872.
3. López-Vázquez CM، G Buitrón-Méndez، HA García and FJ Cervantes-Carrillo (Eds.) (2017). المعالجة البيولوجية للمياه العادمة. المبادئ والنمذجة والتصميم. IWA النشر. 580 ص.
4. Matovelle C (2017) نموذج رياضي لنوعية المياه مطبق في الحوض الصغير لنهر Tabacay. Killkana Technical Review 1: 39-48.
5. Ordoñez-Moncada J and M Palacios-Quevedo (2017) نموذج نوعية المياه. جنوب الاتحاد الطريق الامتياز. SH كونسورتيوم طريق مزدوج Rumichaca-باستو. قسم نارينيو. الصحة والسلامة والبيئة والاستشارات الهندسية والهندسة 45 ص.
6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - دليل المستخدم ، برنامج كمبيوتر لتحديد ومحاكاة الأنظمة المائية ، المعهد الفيدرالي السويسري للعلوم والتكنولوجيا البيئية (EAWAG) ، سويسرا.
7. Rendón-Velázquez CM (2013) نماذج رياضية لنوعية المياه في البحيرات والخزانات. أطروحة. كلية الهندسة. الجامعة الوطنية المستقلة في المكسيك. المكسيك ، دي. 95 ص.