ควรใช้แบบจำลองใดในการศึกษาคุณภาพน้ำ?

แบบจำลองสำหรับคุณภาพน้ำเป็นสูตรทางคณิตศาสตร์ที่จำลองพฤติกรรมและผลกระทบของสารปนเปื้อนในน้ำ ในแง่นี้มีการนำเสนอสถานการณ์ที่เป็นไปได้ของผลกระทบของมลพิษโดยใช้สูตรต่าง ๆ ที่เริ่มต้นจากพารามิเตอร์และตัวแปรบางอย่าง.

มีแบบจำลองคุณภาพน้ำที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับแหล่งที่มาของการปนเปื้อนและแหล่งน้ำที่คุณต้องการประเมิน แบบจำลองเหล่านี้ประกอบด้วยโปรแกรมคอมพิวเตอร์ที่ใช้อัลกอริทึมทางคณิตศาสตร์.

แบบจำลองรวมข้อมูลภาคสนามของตัวแปรและปัจจัยต่าง ๆ รวมถึงเงื่อนไขการเข้าบางอย่าง จากข้อมูลเหล่านี้โมเดลจะสร้างสถานการณ์จำลองที่เป็นไปได้ประเมินข้อมูลในเวลาและพื้นที่ตามความน่าจะเป็น.

พารามิเตอร์ที่ให้ข้อมูลมากที่สุดในการประเมินการปนเปื้อนของร่างกายคือความต้องการออกซิเจนทางชีวเคมี (BOD) แบบจำลองส่วนใหญ่รวมถึงการประเมินความแปรปรวน BOD เป็นเกณฑ์ในการสร้างสถานการณ์ของพวกเขา.

รัฐบาลได้กำหนดกฎระเบียบด้านคุณภาพน้ำที่จะต้องปฏิบัติตามเพื่อให้ได้รับใบอนุญาตสำหรับการดำเนินกิจกรรมที่อาจก่อให้เกิดมลพิษ ในแง่นี้แบบจำลองเป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์ในการทำความเข้าใจผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นกับคุณภาพน้ำของกิจกรรมที่กำหนด.

ดัชนี

• 1 รากฐานทางคณิตศาสตร์
  • 1.1 พารามิเตอร์
• 2 การจำแนกประเภท
  • 2.1 Dynamics
  • 2.2 มิติข้อมูล
• 3 ตัวอย่าง
  • 3.1 รุ่น QUAL2K และ QUAL2Kw (รุ่นคุณภาพน้ำ)
  • 3.2 Model STREETER-PHELPS
  • 3.3 รุ่น MIKE11
  • 3.4 รุ่น RIOS
  • 3.5 QUASAR Model (การจำลองคุณภาพตามระบบแม่น้ำ)
  • 3.6 WASP (โปรแกรมจำลองการวิเคราะห์คุณภาพน้ำ)
  • 3.7 AQUASIM model
• 4 อ้างอิง

รากฐานทางคณิตศาสตร์

แบบจำลองที่ใช้ในการทำนายพฤติกรรมของคุณภาพน้ำขึ้นอยู่กับสมการเชิงอนุพันธ์ สมการเหล่านี้เกี่ยวข้องกับปริมาณของการเปลี่ยนแปลงของฟังก์ชันหนึ่งกับขนาดของการเปลี่ยนแปลงในอีกฟังก์ชันหนึ่ง.

ในโมเดลคุณภาพน้ำจะใช้สมการเชิงอนุพันธ์ที่ไม่ใช่เชิงเส้นเนื่องจากกระบวนการปนเปื้อนในน้ำนั้นมีความซับซ้อน.

พารามิเตอร์

เมื่อใช้โมเดลบางรุ่นจำเป็นต้องคำนึงถึงชุดพารามิเตอร์.

โดยทั่วไปจะมีการประมาณพารามิเตอร์พื้นฐานเช่นความต้องการออกซิเจนทางชีวภาพ (BOD) ความต้องการออกซิเจนทางเคมี (COD) ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส.

BOD เป็นหนึ่งในตัวชี้วัดมลพิษที่สำคัญที่สุดเนื่องจากค่าที่สูงบ่งบอกถึงจุลินทรีย์จำนวนมาก ในส่วนของ COD นั้นจะระบุปริมาณของออกซิเจนที่จำเป็นในการออกซิไดซ์สารอินทรีย์ด้วยวิธีทางเคมี.

พารามิเตอร์ที่จะประเมินนั้นขึ้นอยู่กับประเภทของน้ำไม่ว่าจะเป็น lentic (lakes, lagoons, marshes) หรือ lotic (แม่น้ำลำธาร) นอกจากนี้ยังควรคำนึงถึงการไหลครอบคลุมพื้นที่ปริมาตรน้ำอุณหภูมิและภูมิอากาศ.

นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องพิจารณาแหล่งที่มาของการปนเปื้อนที่จะประเมินเนื่องจากสารมลพิษแต่ละชนิดมีพฤติกรรมและผลกระทบที่แตกต่างกัน.

ในกรณีของการปล่อยลงสู่ร่างกายของน้ำชนิดของการปล่อยสารปนเปื้อนที่มีและปริมาณการพิจารณา.

การจัดหมวดหมู่

มีแบบจำลองทางคณิตศาสตร์จำนวนมากเพื่อจำลองพฤติกรรมของสารมลพิษในแหล่งน้ำ สามารถจำแนกได้ตามประเภทของกระบวนการที่พิจารณา (ทางกายภาพเคมีชีวภาพ) หรือประเภทของวิธีการแก้ปัญหา (เชิงประจักษ์ประมาณง่าย).

ปัจจัยที่นำมาพิจารณาเพื่อจำแนกแบบจำลองเหล่านี้คือพลวัตและมิติ.

พลวัต

แบบจำลองที่อยู่กับที่พิจารณาว่ามันเพียงพอที่จะสร้างการกระจายความน่าจะเป็นของสถานะของมลพิษในเวลาหรือพื้นที่ที่กำหนด จากนั้นให้ประมาณค่าการแจกแจงความน่าจะเป็นเนื่องจากมันมีค่าเท่ากันในทุกเวลาและพื้นที่ของน้ำ.

ในโมเดลพลวัตมันจะสันนิษฐานว่าความน่าจะเป็นของสิ่งปนเปื้อนสามารถเปลี่ยนแปลงได้ทั้งในเวลาและสถานที่ แบบจำลองกึ่งไดนามิกทำการวิเคราะห์ชิ้นส่วนและสร้างการประมาณบางส่วนให้กับการเปลี่ยนแปลงของระบบ.

มีโปรแกรมที่สามารถทำงานได้ทั้งในแบบไดนามิกและแบบไดนามิกเสมือน.

มิติ

ขึ้นอยู่กับมิติเชิงพื้นที่ที่พิจารณาโดยแบบจำลองนั้นมีแบบไร้มิติหนึ่งมิติ (1D) สองมิติ (2D) และสามมิติ (3D).

แบบจำลองที่ไร้มิติพิจารณาว่าสื่อนั้นมีความเป็นเนื้อเดียวกันในทุกทิศทาง โมเดล 1D สามารถอธิบายการเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่ตามแม่น้ำ แต่ไม่สามารถอยู่ในส่วนตัดขวางหรือแนวตั้งได้ แบบจำลอง 2D จะพิจารณาสองมิติเหล่านี้ในขณะที่มิติ 3D จะรวมทุกมิติ.

ตัวอย่าง

ประเภทของแบบจำลองที่ใช้ขึ้นอยู่กับร่างกายของน้ำที่จะศึกษาและวัตถุประสงค์ของการศึกษาและจะต้องสอบเทียบสำหรับแต่ละสภาวะ นอกจากนี้ความพร้อมใช้งานของข้อมูลและกระบวนการที่คุณต้องการสร้างแบบจำลองจะต้องนำมาพิจารณาด้วย.

ตัวอย่างของแบบจำลองสำหรับการศึกษาคุณภาพน้ำในแม่น้ำลำธารและทะเลสาบอธิบายไว้ด้านล่าง:

รุ่น QUAL2K และ QUAL2Kw (รุ่นคุณภาพน้ำ)

จำลองตัวแปรคุณภาพน้ำทั้งหมดภายใต้การไหลคงที่จำลอง จำลอง BOD สองระดับเพื่อพัฒนาสถานการณ์ของแม่น้ำหรือขีดความสามารถในปัจจุบันเพื่อลดมลพิษอินทรีย์.

รุ่นนี้ยังสามารถจำลองปริมาณคาร์บอนฟอสฟอรัสไนโตรเจนไนโตรเจนอนินทรีย์ของแข็งแพลงก์ตอนพืชและเศษซาก ในทำนองเดียวกันจำลองปริมาณของออกซิเจนที่ละลายซึ่งทำนายปัญหาที่อาจเกิดขึ้นจากยูโทรฟิเคชัน.

ตัวแปรอื่น ๆ เช่นค่าความเป็นกรด - ด่างหรือความสามารถในการกำจัดเชื้อโรคก็ถูกคาดการณ์เช่นกัน.

รุ่น STREETER-PHELPS

มันเป็นแบบจำลองที่มีประโยชน์มากในการประเมินพฤติกรรมของความเข้มข้นของสารมลพิษที่เฉพาะเจาะจงในพื้นที่ที่ได้รับอิทธิพลจากการหกล้นไปสู่แม่น้ำ.

หนึ่งในมลพิษที่ก่อให้เกิดผลกระทบที่สำคัญยิ่งกว่าคือสารอินทรีย์ดังนั้นตัวแปรที่ให้ข้อมูลมากที่สุดในแบบจำลองนี้คือความต้องการออกซิเจนที่ละลายในน้ำ ดังนั้นจึงรวมถึงการกำหนดทางคณิตศาสตร์ของกระบวนการหลักที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนละลายในแม่น้ำ.

รุ่น MIKE11

จำลองกระบวนการต่าง ๆ เช่นการสลายตัวของสารอินทรีย์การสังเคราะห์ด้วยแสงและการหายใจของพืชน้ำไนตริฟิเคชั่นและการแลกเปลี่ยนออกซิเจน มันเป็นลักษณะโดยการจำลองกระบวนการของการเปลี่ยนแปลงและการแพร่กระจายของสารมลพิษ.

โมเดล RIOS

รุ่นนี้ถูกออกแบบมาในบริบทของการจัดการลุ่มน้ำและรวมข้อมูลทางชีวฟิสิกส์สังคมและเศรษฐกิจ.

สร้างข้อมูลที่เป็นประโยชน์เพื่อวางแผนมาตรการแก้ไขและรวมถึงพารามิเตอร์ต่างๆเช่นออกซิเจนละลาย BOD โคลิฟอร์มและการวิเคราะห์สารพิษ.

แบบจำลอง QUASAR (การจำลองคุณภาพตามแนวแม่น้ำ)

แม่น้ำถูกจำลองแบบแยกส่วนออกเป็นส่วน ๆ กำหนดโดยสาขาการฝังกลบและร้านค้าสาธารณะที่มาถึงหรือออกจากแม่น้ำ.

พิจารณาพารามิเตอร์อื่น ๆ เช่นอัตราการไหลอุณหภูมิ pH ค่า BOD และความเข้มข้นของแอมโมเนียไนเตรต, Escherichia coli, และออกซิเจนละลายน้ำ.

WASP (โปรแกรมจำลองการวิเคราะห์คุณภาพน้ำ)

คุณสามารถเข้าใกล้การศึกษาแหล่งน้ำในมิติต่าง ๆ (1D, 2D หรือ 3D) เมื่อใช้งานผู้ใช้สามารถเลือกที่จะเข้าสู่กระบวนการขนส่งคงที่หรือตัวแปรตลอดเวลา.

สามารถรวมการปล่อยของเสียที่เป็นจุดและไม่ใช่ของเสียและการใช้งานของพวกเขารวมถึงกรอบการจำลองทางกายภาพทางเคมีและชีวภาพหลายประการ ที่นี่คุณสามารถรวมแง่มุมต่าง ๆ เช่นยูโทรฟิเคชันและสารพิษ.

รุ่น AQUASIM

แบบจำลองนี้ใช้เพื่อศึกษาคุณภาพน้ำในแม่น้ำและทะเลสาบ มันทำงานเป็นแผนภาพการไหลช่วยให้สามารถจำลองพารามิเตอร์จำนวนมาก.

การอ้างอิง

1. Castro-Huertas MA (2015) การประยุกต์ใช้ QUAL2KW ในการสร้างแบบจำลองคุณภาพน้ำของแม่น้ำ Guacaica, แผนก Caldas, โคลัมเบีย ปริญญาตรี คณะวิศวกรรมศาสตร์และสถาปัตยกรรมศาสตร์ภาควิชาวิศวกรรมเคมีมหาวิทยาลัยแห่งชาติโคลอมเบีย โคลอมเบีย 100 หน้า.
2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick yRV Thomann (1981) โปรแกรมจำลองการวิเคราะห์คุณภาพน้ำ (WASP) และโปรแกรมตรวจสอบแบบจำลอง (MVP) - เอกสารประกอบ Hydroscience, Inc. , Westwood, NY, สำหรับสหรัฐอเมริกา EPA, Duluth, MN, เลขที่สัญญา 68-01-3872.
3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, HA Garcíaและ FJ Cervantes-Carrillo (Eds.) (2017) การบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ หลักการแบบจำลองและการออกแบบ สำนักพิมพ์ IWA หน้า 580.
4. Matovelle C (2017) แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของคุณภาพน้ำที่ใช้ใน microbasin ของแม่น้ำ Tabacay Killkana Technical Review 1: 39-48.
5. Ordoñez-Moncada J และ M Palacios-Quevedo (2017) แบบจำลองคุณภาพน้ำ ผู้รับสัมปทานถนนเซาเทิร์นยูเนี่ยน SH Consortium ถนนคู่ Rumichaca-Pasto กรมนารีโน HSE, ที่ปรึกษาด้านสิ่งแวดล้อมและวิศวกรรม 45 หน้า.
6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - คู่มือผู้ใช้โปรแกรมคอมพิวเตอร์สำหรับการระบุและจำลองระบบน้ำสถาบัน Swiss Federal Institute for วิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีสิ่งแวดล้อม (EAWAG) สวิตเซอร์แลนด์.
7. Rendón-Velázquez CM (2013) แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของคุณภาพน้ำในทะเลสาบและอ่างเก็บน้ำ วิทยานิพนธ์ สาขาวิชาวิศวกรรม มหาวิทยาลัยอิสระแห่งชาติเม็กซิโก เม็กซิโก, D.F. 95 หน้า.