Qadam
E
vx
C(x) =
Tezkor.
Birinchi tartib
Bosqichli kiritish modeli
Q 1 +
4kE
E
x, masofa
Q
E
Q 1 +
Exp
Bir zumda kiritish modeli
Exp
Kiritish
k
2E
E
1 ±
Kiritish
Degradatsiya
V
vx
Machine Translated by Google
BOSHQARISH TAQDIRNI KONSEPTUAL ISHLAB CHIQISH 279
QC t EA qx
qM qC ¼ EA qx
qt
qC
Chiqib ketish: QC + qx
Bu erda Q - hajmli oqim tezligi (m3 / s), C kontsentratsiya (mg/m3 ), E bo'ylama dispersiya
koeffitsienti (m2 / s), A ko'ndalang kesim maydoni (m2 ), x nuqta manbasidan quyi oqimdagi
masofa (m) va v suvning o'rtacha tezligi (m/s).
Ushbu tenglamalardagi ikkita uzunlamasÿna dispersiya shartlari,
Bosqichli ifloslantiruvchi kiritish
Kirish:
q2
C
qC
þ qx qx2
bu yerda qM=qt – massa oqimi, qC=qx – konsentratsiya gradienti, A – kesmaning maydoni, E
– turbulent aralashtirish koeffitsienti.
t
Daryoga ifloslantiruvchi moddalarni bosqichma-bosqich kiritishning kontseptual
yondashuvi bir lahzali kiritish usuliga juda o'xshaydi. Yuqorida tavsiflangan barcha
shartlar qadam modeliga tegishli. Biroq, bu erda ifloslanish doimiy ravishda daryolarga
kiradi. Misol uchun, daryo bo'yida joylashgan sanoat korxonalari federal va davlat
idoralari uchun oqimga oz miqdorda chiqindilarni chiqarish uchun ruxsatnomalarga ega.
Aksariyat tarmoqlar kuniga 24 soat va yiliga 365 kun ishlaydi va ularning jarayoni
(chiqindilari) odatda keskin o'zgarmaydi. Shunday qilib, biz doimiy kirish sifatida daryoga
chiqindilarni kiritishni modellashtirishimiz mumkin. Natijada ifloslantiruvchi oqimning
kontsentratsiyasi daryo suvi bilan aralashtirish va suyultirish (E bilan tavsiflangan) va
yuzaga kelishi mumkin bo'lgan har qanday degradatsiya yoki olib tashlash (k bilan
tavsiflangan) funktsiyasidir. Bosqichli kirish uchun odatiy kontsentratsiya-masofa profili
qadam kiritish modeli yorlig'i ustidagi 24-1-rasmning pastki chap burchagida ko'rsatilgan.
qC
Ushbu tenglamadan ko'rinib turibdiki, oqim yo'nalishida (qC=qx) konsentratsiya
gradienti mavjud bo'lganda, massa oqimi (qM=qt) shunday tarzda sodir bo'ladi.
EA
qx
Ko'l tizimiga matematik yondashuv
q2
C
qC
þ qx qx2
Boshqaruvchi tenglama dastlab Metcalf & Eddy (1972) tomonidan tasvirlanganidek, oqim
kanalining kesimida massa balansini o'rnatish orqali olinadi.
xt EA
Yuqorida keltirilgan dispersiya atamasi (E) oqim kanalining kesma massa balansiga kiritilsa, har
bir atama quyidagicha tavsiflanishi mumkin.
xt
t va EA
xt
qC
Lavabolar:
tenglamadan olingan
vkC t
Machine Translated by Google
280 DARYO VA SOYLARDA ISHLATILIB QUVVATLASHTIRISH TAQDIR VA TASHKILIShI.
"
ðx vtÞ
4Va
ffiflicificificihlicllpsip
Bu erda CðxÞ ¼ ifloslantiruvchi konsentratsiya (radioaktiv birikmalar uchun
mg/L yoki mCi/L) x masofada va t vaqtida
kontsentratsiya gradientini kamaytiring. Ushbu tenglama uchun oqim tezligi
kontsentratsiya gradienti va bu gradient sodir bo'lgan tasavvurlar maydoniga
mutanosib deb hisoblanadi. Proportsionallik konstantasi E, odatda girdobli
diffuziya yoki turbulent aralashtirish koeffitsienti deb ataladi. Shunday qilib,
konsentratsiyaning bu kamayishi ortidagi harakatlantiruvchi kuch E va
konsentratsiya gradienti bilan tavsiflangan tizimdagi turbulent aralashtirishdir.
M0 ¼ ajraladigan ifloslantiruvchi massasi (mg yoki mCi)
W ¼ oqimning o'rtacha kengligi (m) d
¼ oqimning o'rtacha chuqurligi (m)
Yuqorida keltirilgan kirish, chiqish va cho'kish tenglamalari vaqt funktsiyasi sifatida
ma'lum bir kesmada ifloslantiruvchi kontsentratsiyani olish uchun birlashtirilishi
mumkin. Bu atamalar birikmasi odatda umumiy transport tenglamasi deb ataladi va
uni quyidagicha ifodalash mumkin
E ¼ uzunlamasÿna dispersiya koeffitsienti (m2 / s) t
¼ vaqt (s) x
¼ d=t; kirishdan quyi oqimgacha bo'lgan masofa (m)
v ¼ suvning o'rtacha tezligi (m/s) k ¼
birinchi darajali parchalanish yoki buzilish tezligi konstantasi (s1)
to'plash ¼ kirishlar chiqishlar + manbalarni olib tashlash
Bir zumda ifloslantiruvchi moddalarni kiritish modeli
ð24-1Þ
Cðx;tÞ
¼ 4pEt p
Oqim, chiqish, lahzali manba va cho'kish shartlarini massa balansi
ifodasiga birlashtirish va qC=qt ¼ 0 bo'lgan muvozanat holati uchun
integrallash, oqim tizimiga bir lahzali kirishni tashish uchun quyidagi
boshqaruv tenglamasini keltirib chiqaradi:
Wd
E'tibor bering, exp e (tabiiy logarifmning asosi) ni ifodalaydi.
Ifloslantiruvchi moddaning buzilishi (yoki ahamiyatsiz) bo'lmasa, k nolga (yoki
Fate'da juda kichik raqam) o'rnatiladi. Uzunlamasÿna dispersiya koeffitsienti E,
oqimga yoki aniqrog'i, modellashtirilayotgan oqim kesimiga xosdir. E ning
qiymatlarini oqimga ma'lum iz massasini qo'shish va vaqt funksiyasi sifatida turli
nuqtalarda kuzatuvchi kontsentratsiyasini o'lchash yo'li bilan eksperimental
ravishda aniqlash mumkin. Keyin (24-1) tenglama har bir tanlab olish nuqtasida
ma'lumotlarga o'rnatiladi va E qiymati baholanadi. Afsuski, bu eksperimental
yondashuv juda ko'p vaqt va xarajatlarni talab qiladi va kamdan-kam qo'llaniladi. Bir umumiy
#
kt
Exp
2
M0
Machine Translated by Google
BOSHQARISH TAQDIRNI KONSEPTUAL ISHLAB CHIQISH 281
Bu erda v - suvning o'rtacha tezligi (m/s), w o'rtacha oqim kengligi (m), d oqimning o'rtacha
chuqurligi (m), g ¼ 9:81 m/s2 (gravitatsiya tezlashuvi) va s soy o‘zanining qiyaligi (birliksiz).
vx
vx
CðxÞ ¼
1 þ 4kE=v2 p
va u ¼
4kE
1 þ
V
"
Exp
E
gds p
Oqim, chiqish, qadam manbai va cho'kish shartlarini massa balansi ifodasiga
birlashtirish va qC=qt ¼ 0 bo'lgan muvozanat holati uchun integrallash, oqim
tizimiga bosqichli kirishni tashish uchun quyidagi boshqaruv tenglamasini keltirib
chiqaradi:
v2w2
1
Tenglamaning musbat ildizi yuqori oqim yo‘nalishini (x) va manfiy ildiz (biz
“Taqdir”da qo‘llaganimiz) quyi oqim yo‘nalishini (þx) bildiradi.
Exp
Ushbu tenglamalardan ko'rinib turibdiki, ifloslantiruvchi moddaning quyi
oqimdagi kontsentratsiyasi (degradatsiya bo'lmasa) ko'p jihatdan bo'ylama
dispersiyaga bog'liq bo'lib, u o'z navbatida tizimdagi aralashish va oqim
o'zanining qiyaligi bilan belgilanadi.
Q
CðxÞ ¼
1 þ 4kE=v2 p
Q ¼ oqim oqimi tezligi (m3 / s)
Bu erda CðxÞ ¼ ifloslantiruvchi konsentratsiya (radioaktiv birikmalar uchun
mg/L yoki mCi/L) x masofada va t vaqtida
du
V
FfifhiFiFiFiFiFiFiFiFiFiFiFiFiFiFiFifhiFifhiFifhiMifIxIhliFinificIhliFinificihIh
h
i
ffffffffffffffffffffi
FfifiFiFiFiFiFiFiFififIhlIliflifilifikifikifikifikikifikasiMen
2E
E ¼ 0:011
#! r
Ifloslantiruvchi moddaning buzilishi (yoki ahamiyatsiz) bo'lmasa, k nolga
(yoki Fate'da juda kichik raqam) o'rnatiladi. Uzunlamasÿna dispersiya
koeffitsienti E, oqimga yoki aniqrog'i, modellashtirilayotgan oqim kesimiga
xosdir. Bunday sharoitda boshqaruvchi tenglama ga kamayadi
FfifhiFiFiFiFiFiFiFiFiFiFiFiFiFiFiFifhiFifhiFifhiMifIxIhliFinificIhliFinificihIh
E qiymatlarini baholash uchun yondashuv Fisher va boshqalar tomonidan berilgan. (1979):
Bosqichli ifloslantiruvchi kiritish modeli
Q
E ¼ bo'ylama dispersiya koeffitsienti (m2 /s) x ¼
kirishdan quyi oqimga bo'lgan masofa (m) v ¼
suvning o'rtacha tezligi (m/s) k ¼
birinchi darajali parchalanish yoki buzilish tezligi konstantasi (s1 )
Bir lahzali kirish modelida bo'lgani kabi, E qiymatlari Fisher va boshqalar tomonidan tavsiflangan
yondashuv yordamida baholanadi. (1979).
Vt ¼ chiqindilarni uzluksiz chiqarish tezligi (kg/s yoki Ci/s)
v2
Machine Translated by Google
282 DARYO VA SOYOLLARDA ISHLATLASHGAN moddalarning taqdiri va tashilishi.
Metcalf & Eddy, Inc., oqava suv muhandisligi: yig'ish, tozalash, yo'q qilish, McGraw Hill,
Fischer, HB, EJ List, RCY Koh, I. Imberger va NH Brooks, ichki va qirg'oq suvlarida aralashish, Academic Press, Nyu-York,
1979 yil.
Nyu-York, 1972 yil.
Ushbu tenglamalardan ko'rinib turibdiki, ifloslantiruvchi moddaning quyi
oqimdagi kontsentratsiyasi (degradatsiya bo'lmasa) ko'p jihatdan bo'ylama
dispersiyaga bog'liq bo'lib, u o'z navbatida tizimdagi aralashish va oqim
o'zanining qiyaligi bilan belgilanadi.
ADABIYOTLAR
Machine Translated by Google
283 -topshiriq
3. Asosiy kirish ma'lumotlaringizdan foydalangan holda simulyatsiyani bajaring va ifloslanish bosqichi
va impulsli stsenariylar uchun chiqindi ifloslantiruvchi kontsentratsiyasini baholang. Keyin, ommaviy
yuklash, oqim tezligi (noodatiy nam yoki quruq mavsumni aks ettirish uchun) va birinchi darajali
parchalanish tezligi (jadvalda keltirilganlar faqat taxminiy; haqiqiy) kabi bir nechta kirish parametrlarini
tanlash va o'zgartirish orqali sezgirlik testini bajaring. qiymat uchuvchanlik, turli bakterial jamoalarning
mavjudligi, harorat, kimyoviy buzilishlar, fotokimyoviy degradatsiyalar va boshqalar kabi omillarga
bog'liq bo'lishi mumkin).
4. Simulyatsiyalaringiz natijalarini muhokama qiladigan uch-besh sahifali qog'oz yozing.
Taqdirdan olingan ma'lumotlar jadvallarini va / yoki raqamlarning bosma nusxalarini qo'shing.
Hisobotingizning nusxasi laboratoriya qo'llanmasiga kiritilishi kerak.
Faylni odatdagidek saqlang yoki chop eting.
TOPSHIQ
Taqdirdan grafik chop etish uchun
Kompyuter uchun
Fate dasturini kompyuteringizga o'rnating (Fate laboratoriya qo'llanmasiga kiritilgan). Dasturni oching va
daryo qadamini yoki impuls modulini tanlang. Namuna ma'lumotlar to'plami avtomatik ravishda yuklanadi.
Yuqoridagi asosiy ma'lumotlarga va kerak bo'lganda misol muammosini tushuntirishga (Taqdirga kiritilgan)
murojaat qilib, misol muammosi ustida ishlang.
1. Ifloslantiruvchini tanlang va bosqichli va lahzali ifloslanish stsenariysi uchun quyida tasvirlangan
simulyatsiyalarni bajaring. Ifloslantiruvchi va kirish sharoitlarini tanlashda siz suv bilan eriydigan
yoki aralashadigan massadan foydalanishingiz kerak.
Taqdir va transportning barcha modellari uchun boshqaruv tenglamasining muhim taxmini shundaki,
ifloslantiruvchi moddaning sof qattiq yoki sof aralashmaydigan suyuq fazasi mavjud emas.
Syujetingizning chop etiladigan versiyasini tanlang (ekranning pastki o'ng qismi).
Kursorni kerakli x va y koordinatalaridagi chizma ustiga qo'ying.
2. Simulyatsiyalaringiz uchun ifloslanish stsenariysini tuzing. Buning uchun sizdan ma'lum bir daryo
bo'yicha ma'lumotlarni kiritishingiz kerak bo'ladi, masalan, oqim tezligi, ifloslantiruvchi moddalarning
fon kontsentratsiyasi va har qanday ifloslantiruvchi parchalanish tezligi (ko'pchiligi Taqdirga kiritilgan
birinchi darajali parchalanish stavkalari jadvalida keltirilgan). AQSh Geologik xizmati Qo'shma
Shtatlardagi oqim tezligining veb-saytini yuritadi. Bular mumkin
Alt tugmachasini bosib ushlab turing va chop etish ekranini bosing.
http://www.usgs.org saytidan foydalanish mumkin .
Chop etish yoki fotoshop dasturini oching.
Boshqarish tugmachasini bosib ushlab, v harfini bosib, dasturingizga Fate grafigini joylashtiring.
Machine Translated by Google
284 DARYO VA SOYLARDA ISHLATLASHGAN moddalarning taqdiri va tashilishi.
Syujetingizning chop etiladigan versiyasini tanlang.
Faylni oldindan ko'rish yoki har qanday tasvirni qayta ishlash fayli bilan oching va odatdagidek chop eting.
Mac uchun
Shiftni bosib ushlab turing va olma tugmachasini oching va 4 raqamini bosing. Bu sizning ekraningizda
o'zaro faoliyat belgini joylashtiradi. O'zaro faoliyat belgisini uchastkangizning yuqori o'ng burchagiga
joylashtiring, kursorni bosing va chop etiladigan yoki saqlanadigan maydon ustiga kesishgan soch belgisini
torting, to'liq rasmni tanlaganingizda kursorni qo'yib yuboring. Ish stolida fayl 1-rasm sifatida paydo bo'ladi.
Machine Translated by Google
25
Shuningdek, ko'lning hajmi o'rganilayotgan vaqt oralig'ida o'zgarmasligi taxmin qilinadi, shuning
uchun ko'lga kiradigan suv hajmi ko'ldan chiqadigan suv hajmiga teng, odatda oqim shaklida
bo'ladi.
Maqsad: Ko'l tizimlarida ifloslantiruvchi moddalarning taqdiri va tashilishini bashorat qilishning
ikkita asosiy modelini o'rganish
Bir zumda ifloslantiruvchi moddalarni kiritish
Boshqaruvchi tenglamaning matematik rivojlanishini ko'rsatishdan oldin, biz tenglamaning har bir
qismi qanday bog'liqligini ko'rsatadigan kontseptual yondashuvni taqdim etamiz.
FOYDALANISH
BOSHQARUVNING KONSEPTUAL RIVOJLANISHI
Ko'llar va inson tomonidan yaratilgan suv omborlari qimmatbaho ichimlik suvi resurslari bo'lib xizmat qiladi.
TAQDIR VA TRANSPORT TENGLAMA
Garchi ko'plab kichik ko'llar toza bo'lib qolsa-da, inson tomonidan yaratilgan ko'llarning aksariyati
haddan tashqari rivojlanishdan aziyat chekmoqda va yirik ko'llar mahalliy sanoat manbalaridan
ifloslanish va transport hodisalariga duchor bo'ladi. Ko'lning o'lchamidan qat'i nazar, ko'pchilik
kirish modellashtirish harakatlari ifloslantiruvchi qo'shilgandan so'ng ko'l to'liq aralashgan deb
hisoblab, boshqaruv tenglamalarini soddalashtiradi.
ICHARIDAGI FOYDALANGANLAR
TAQDIRI VA TRANSPORT
KO'L TIZIMLARI
Instrumental tahlil va atrof-muhit kimyosi uchun atrof-muhit laboratoriya mashg'ulotlari Frank
M. Dunnivant tomonidan
ISBN 0-471-48856-9 Mualliflik huquqi ÿ 2004 John Wiley & Sons, Inc.
285
Machine Translated by Google
Qe
C(t)
Co
Qe
C(t) = Coe
t
V
+ k
Co
ko'lning fizik modeli (25-1-rasm). Ushbu rasmda ko'lning ikkita ko'rinishi ko'rsatilgan.
Yuqoridagi rasmda ko'lning qush nazari ko'rinishi ko'rsatilgan, suv ko'lga chap tomonda
kirib, o'ng tomonda chiqadi. Boshqaruvchi tenglama rasmning markazida ko'rsatilgan.
Chiqib ketayotgan suvdagi ifloslantiruvchi kontsentratsiyasi 25-1-rasmning yuqori o'ng
burchagida kiritilgan vaqtdan boshlab o'tgan vaqt funktsiyasi sifatida ko'rsatilgan. Pastki
rasmda ko'lning kesma qismi ko'rsatilgan.
Birinchidan, ifloslantiruvchi moddalarning kirishi butun ko'l bo'ylab teng taqsimlangan
va ko'l butunlay aralashgan deb taxmin qilamiz. Shunday qilib, ko'lga qo'shilgan
ifloslantiruvchi moddalarning umumiy massasi ko'l hajmiga (V) bo'linadi va ifloslantiruvchi
moddalarning dastlabki kontsentratsiyasi C0 hosil bo'ladi. Keyinchalik, biz ko'ldan
ifloslanish qanday olib tashlanishini ko'rib chiqamiz. Bizning modelimiz ko'ldan ifloslanishni
olib tashlashning ikkita usuli borligini taxmin qiladi: degradatsiya (mikrobik yoki kimyoviy)
yoki boshqaruv tenglamasida birinchi darajali tezlik konstantasi (k) bilan tavsiflangan
boshqa yo'qotish jarayonlari (sorbtsiya va uchuvchanlik kabi) va tabiiy. daryo suvi bilan
ko'ldan olib tashlash ( Qe vakili). Ko'l butunlay aralashganligi va ifloslantiruvchi moddalar
kontsentratsiyasi ko'lning hamma joyida teng bo'lganligi sababli, chiqayotgan daryodagi
ifloslantiruvchi moddalar kontsentratsiyasi ko'ldagi konsentratsiya bilan bir xil bo'ladi.
Ushbu kontsentratsiya boshqaruv tenglamasida Ct bilan ifodalanadi va ko'lga ifloslantiruvchi
qo'shilgandan keyin ma'lum bir vaqtdagi kontsentratsiyadir. Vaqt o'tishi bilan (t ortadi)
ko'lda va chiqayotgan suvdagi ifloslantiruvchi moddalar kontsentratsiyasini bir lahzali
ifloslantiruvchi moddalarni kiritish tenglamasi yordamida hisoblash mumkin. Bu boshqaruv
tenglamasining barcha shartlarini hisobga oladi. Bizning modellashtirishga ko'proq
matematik yondashuv ushbu bo'limda keyinroq tasvirlangan.
V
| 