MIKE21-水质培训教程

1MIKE21水质培训教程目录MIKE21水质培训教程................................................................................................11ECOLab简介......................................................................................................11.1应用领域.................................................................................................................................11.2内置模块和使用手册.............................................................................................................12WQ－水质模块...................................................................................................22.1MIKE21WQ水质模块的目标......................................................................................................22.2目前水质模块可进行以下模拟：...............................................................................................23EU－富营养化模块.............................................................................................64MIKE21水质模型............................................................................................114.1基本水质模块设置...............................................................................................................114.2仅用AD进行水质模拟........................................................................................................134.3ECOLab与AD耦合进行水质模拟...................................................................................135MIKE21水质模型练习....................................................................................155.1No.1－对已有内置模块的简单修改...................................................................................155.2No.2－创建简单的大肠杆菌模块......................................................................................175.3No.3－BOD/DO和大肠杆菌.............................................................................................185.4No.4－使用ECOLab模拟盐度和CODcr........................................................................225.5No.5－暴雨污水溢流和氮过程模拟....................................................................................235.6No.6－水质率定....................................................................................................................255.7No.7－渤海湾水质练习........................................................................................................276水质模型应用要点归纳....................................................................................3811ECOLab简介ECOLab软件开发的理念和方法非常先进，用户不仅可以修改模型参数，更重要的是可以修改模块核心程序，甚至编写新程序，然后ECOLab将其与MIKE11/21/3的HD、AD集成计算，实现将各水生生态系统转化为可靠的数值模拟用于精确的预报。1.1应用领域河流、湿地、湖泊、水库、河口、海岸和海洋各生态系统反应的空间预测简单和复杂的水质研究环境影响和优化研究规划和可行性研究水质预报1.2内置模块和使用手册DHI预定义的ECOLab模块在以下目录中：C:\ProgramFiles\DHI\MIKEZero\Templates\ECOLab使用手册和说明在以下目录中：C:\ProgramFiles\DHI\MIKEZero\Manuals\MIKE_ZERO\ECOLab\ECOLAB_UserGuide.pdf（中文版本参见ECOLAB使用手册.doc）C:\ProgramFiles\DHI\MIKEZero\Manuals\MIKE_21\FlowModel\EL\M21EL.pdf22WQ－水质模块2.1MIKE21WQ水质模块的目标MIKE21水质模型主要针对海洋区域的污水排放引起的水质问题，比如BOD/DO,富营养化和细菌污染。该模型还可以简单模拟富营养化对光合作用的短期效应（以叶绿素a来表示）。如需模拟营养物质和浮游生态系统的基本转化，则需使用MIKE21EU富营养化模块。2.2目前水质模块可进行以下模拟：大肠杆菌，粪大肠杆菌/总大肠杆菌的传输和死亡（用一级降解来表示），降解速率取决于当地的光强，温度和盐度条件等。BOD-DO关系，即排放的有机物所引起的耗氧。考虑以下几个过程：BOD一级降解BOD降解引起的耗氧底泥需氧量水体中的呼吸作用光合作用产氧水气相互作用下的氧交换（大气复氧）BOD-DO模块包括不同营养物（氨氮，硝酸盐和磷）以及三种BOD形式：溶解性，悬浮性和沉积BOD。使用该模块需要设置三种BOD组分的一级降解速率。悬浮和沉积的BOD将考虑沉降和再悬浮。该模块中氧平衡过程主要包括：BOD降解需氧量，底泥需氧量，硝化反应需氧量，光合作用产氧，水体呼吸作用耗氧以及大气复氧。营养物转化的基本过程包括：BOD降解释放有机氮和磷，产生的氨氮经硝化反应变成硝酸盐氮，最终通过反硝化作用生成氮气，释放在大气中。同时，BOD降解所释放的部分氨氮和磷可以被浮游生物，植物和细菌所吸收。用户可以实际需求自定义多种污染物质，并定义相应的降解速率进行模拟。3典型污染问题与典型污染问题相关的污染物质有：近海水域中与健康相关的微生物耗氧物质营养物质异生化合物，例如有危害性或毒性的化合物与健康相关的微生物对于近海水域微生物调查的主要目的在于指出其用水安全性，或是作为对该处鱼类，贝类等生长环境的调查。一个全面的微生物风险评估包括：环境健康评估包括关于排水管道或污水排放口，雨水排放口的季节性变化，水温，流量，潮汐变化等信息，以及一个报告和行动系统以确保水质恶化引起的问题能及时通知到健康权威机构并作出相应处理。指示剂生物体的出现和这些生物体的行为，包括其与物理－化学因素及相关病原体关联的死亡速率（基于光强、盐度、水温、沉降速率和污染程度等）。病原体的呈现耗氧物质耗氧物质分为溶解性和悬浮性物质，与氧进行生物或生物化学作用，消耗水中的溶解氧。这些耗氧物质主要是一些不同类型的有机物，具有不同类的降解速率。生化需氧量（BOD）是间接反应水中能为微生物分解的有机物总量的一个综合指标。有机物在有氧条件下为微生物分解产生H2O、CO2和NH3。一般BOD以被检验的水样在标准条件下5天内的耗氧量为代表，称为BOD5。营养物质许多营养物质都是生物生长的必要元素。适量的营养物对于水中微生物的生长及活动是必需的，然而，一旦营养物质过量就会引起富营养化，将引起一系列的问题，4如水体污浊，河床底部缺氧，生物沉积量的增加等。MIKE21富营养化模块可用来模拟这种情况，因为该模块考虑到藻类对其它物质的直接影响。在营养物质中氮和磷是最重要的，它们是水生植物生长的控制因子。氮以氨氮和硝酸盐这两种无机氮的形式存在。许多国家对近海水域中的这些营养物质都设定了浓度标准。MIKE21水质模型(WQ)就是设计用于评估和这些标准浓度相关的水质问题。MIKE21富营养化模块（EU）更为复杂，一般水质问题无需使用。在目前国内的实际项目中，进入河流的污染负荷主要来源于生活、工业和农业，因此多用四级WQ模块进行基本水质指标的模拟和率定。水质模块状态变量涉及到的过程描述（以WQLevel4为例）：DO：reaera+phtsyn-respT-BodDecay-SOD–OxygenConsumptionFromNitrificationTEMP：Rad_in-Rad_outAMMONIA：AmmoniaReleaseFromBOD-Nitrification-Plantuptake–bacteriaUptakeNITRATE：Nitrification–DenitrificationBOD：-BodDecay-Sedimentation+ResuspensionOP：PPdecay-PPformation+OPreleaseFromBOD–OpplantUptakePP：-PPdecay+PPformation-PPsedimentation+PpresuspensionFaecalColi：-FaecalColiDecayTotColi：-TotalColiDecay主要常数：降解系数温度系数沉降和再悬浮速率沉降临界速率产氧速率呼吸速率底泥需氧量5耗氧速率（如硝化过程）N/P产率和被吸收速率反应级数硝化/反硝化速率主要参数经验值：1.BOD一级降解速率:0.1-0.5/day温度系数1.02－1.092.BOD降解过程释放氨氮的典型产出率原污水:0.065gNH4/gBOD(0.01-0.1)生化处理后污水:0.3gNH4/gBOD(0.1-0.6)3.硝化速率0.05/day(0.01-0.3)温度系数1.088硝化需氧量:4.57gO2/gNH44.反硝化速率0.1/day(0.05-0.3)温度系数1.165.植物吸收N(光合作用):植物0.066gNH4