MGA URI NG MGA MODELO NA NALALAPAT SA PAG-AARAL NG KALIDAD NG TUBIG - KAPALIGIRAN - 2025

Ang mga modelo para sa kalidad ng tubig ay mga formulang matematika na gayahin ang pag-uugali at epekto ng mga pollutant sa tubig. Sa kahulugan na ito, ang mga posibleng mga senaryo ng epekto ng mga pollutant ay ipinakita, gamit ang iba't ibang mga formula na nagsisimula mula sa ilang mga parameter at variable.

Mayroong iba't ibang mga modelo ng kalidad ng tubig depende sa mapagkukunan ng kontaminasyon at ang katawan ng tubig na susuriin. Ang mga modelong ito ay binubuo ng mga programa sa computer batay sa mga algorithm ng matematika.

Pagsusuri ng kalidad ng tubig. Pinagmulan: CSIRO

Ang mga modelo ay nagsasama ng data ng patlang mula sa iba't ibang mga variable at kadahilanan, kasama ang ilang mga kondisyon sa pag-input. Mula sa data na ito, ang mga modelo ay bumubuo ng posibleng mga sitwasyon, nagpapalabas ng data sa oras at puwang batay sa mga posibilidad.

Ang pinaka-nagbibigay-kaalaman na parameter upang suriin ang kontaminasyon ng isang katawan ng tubig ay ang biochemical oxygen demand (BOD). Karamihan sa mga modelo ay kasama ang pagtatantya ng pagkakaiba-iba ng BOD bilang isang criterion upang makabuo ng kanilang mga senaryo.

Ang mga gobyerno ay nagtatag ng mga regulasyon ng kalidad ng tubig na dapat matugunan upang makakuha ng mga pahintulot upang maisagawa ang mga potensyal na polling na aktibidad. Sa kahulugan na ito, ang mga modelo ay isang kapaki-pakinabang na tool upang maunawaan ang posibleng epekto sa kalidad ng tubig ng isang naibigay na aktibidad.

Pundasyon ng matematika

Ang mga modelo na ginamit upang matantya ang pag-uugali ng kalidad ng tubig ay batay sa mga equation na kaugalian. Ang mga equation na ito ay nauugnay sa dami ng pagbabago sa isang pagpapaandar sa laki ng pagbabago sa iba pa.

Ang nonlinear kaugalian equation ay ginagamit sa mga modelo ng kalidad ng tubig, dahil kumplikado ang mga proseso ng polusyon sa tubig (hindi sila tumutugon sa isang magkakaugnay na sanhi ng epekto).

Parameter

Kapag nag-aaplay ng isang tiyak na modelo kinakailangan na isaalang-alang ang isang serye ng mga parameter.

Sa pangkalahatan, ang mga pangunahing parameter tulad ng Biological Oxygen Demand (BOD), Chemical Oxygen Demand (COD), nitrogen at posporus na kasalukuyan ay tinatantya.

Ang BOD ay isa sa pinakamahalagang mga tagapagpahiwatig ng kontaminasyon, dahil ang mataas na halaga ay nagpapahiwatig ng isang malaking bilang ng mga microorganism. Para sa bahagi nito, ipinapahiwatig ng COD ang dami ng oxygen na kinakailangan upang i-oxidize ang organikong bagay sa pamamagitan ng paraan ng kemikal.

Ang mga parameter na susuriin ay nakasalalay sa uri ng katawan ng tubig, alinman sa lentic (lawa, lawa, swamp) o lotic (ilog, sapa). Ang daloy, sakop na lugar, dami ng tubig, temperatura at klima ay dapat ding isaalang-alang.

Kinakailangan din na isaalang-alang ang pinagmulan ng kontaminasyon na susuriin, dahil ang bawat kontaminasyon ay may ibang pag-uugali at epekto.

Sa kaso ng mga paglabas sa katawan ng tubig, ang uri ng paglabas, mga pollutant na nilalaman nito at isinasaalang-alang ang dami nito.

Pag-uuri

Maraming mga modelo ng matematika upang gayahin ang pag-uugali ng mga pollutant sa mga katawan ng tubig. Maaari silang maiuri ayon sa uri ng proseso na isinasaalang-alang nila (pisikal, kemikal, biological) o ang uri ng paraan ng solusyon (empirikal, tinatayang, pinasimple).

Ang mga kadahilanan na isinasaalang-alang upang maiuri ang mga modelong ito ay dinamika at dimensionality.

Dynamic

Isinasaalang-alang ng mga istilong modelo na sapat na upang maitaguyod ang posibilidad na pamamahagi ng estado ng pollutant sa isang naibigay na instant o puwang. Kasunod, siya extrapolates na probabilidad pamamahagi isinasaalang-alang ito pareho sa lahat ng oras at puwang ng katawan ng tubig.

Sa mga dynamic na modelo, ipinapalagay na ang posibilidad ng pag-uugali ng pollutant ay maaaring magbago sa oras at puwang. Ang mga modelong quasi-dynamic ay nagsasagawa ng pagsusuri sa mga bahagi at nakabuo ng isang bahagyang pagkilala sa mga dinamika ng system.

Mayroong mga programa na maaaring gumana sa parehong isang dynamic at isang quasi-dynamic na modelo.

Dimensionality

Nakasalalay sa spatial na mga sukat na isinasaalang-alang ng modelo, walang mga dimensional, one-dimensional (1D), two-dimensional (2D) at three-dimensional (3D).

Itinuturing ng isang dimensionless na modelo ang medium na maging homogenous sa lahat ng direksyon. Ang isang modelo ng 1D ay maaaring ilarawan ang pagkakaiba-iba ng spatial sa isang ilog, ngunit hindi sa patayo o cross section nito. Isaalang-alang ng isang modelo ng 2D ang dalawa sa mga sukat na ito, habang ang isang 3D model ay isasama ang lahat ng mga ito.

Mga halimbawa

Ang uri ng modelo na gagamitin ay nakasalalay sa katawan ng tubig na mapag-aralan at ang layunin ng pag-aaral, at dapat na mai-calibrate para sa bawat partikular na kondisyon. Bilang karagdagan, ang pagkakaroon ng impormasyon at mga proseso na dapat maging modelo ay dapat isaalang-alang.

Ang ilang mga halimbawa ng mga modelo para sa pag-aaral ng kalidad ng tubig sa mga ilog, ilog at lawa ay inilarawan sa ibaba:

QUAL2K at QUAL2Kw (Modelong Marka ng Tubig)

Ginagaya ang lahat ng mga variable ng kalidad ng tubig sa ilalim ng isang simulate na palaging daloy. Simulate ng dalawang antas ng BOD upang makabuo ng mga sitwasyon ng ilog o kakayahan ng stream na magpababa ng mga organikong pollutant.

Pinapayagan din ng modelong ito ang gayahin ang nagresultang halaga ng carbon, posporus, nitrogen, hindi tulagay na solido, phytoplankton, at detritus. Gayundin, ginagaya nito ang dami ng natunaw na oxygen, na hinuhulaan ang mga posibleng mga problema sa eutrophication.

Ang iba pang mga variable tulad ng pH o ang kakayahang matanggal ang mga pathogen ay inaasahang hindi din tuwirang.

Modelo ng STREETER-PHELPS

Ito ay isang napaka-kapaki-pakinabang na modelo upang suriin ang pag-uugali ng konsentrasyon ng isang tiyak na pollutant sa lugar ng impluwensya ng isang paglabas sa isang ilog.

Ang isa sa mga pollutant na gumagawa ng pinakamahalagang epekto ay ang organikong bagay, kaya ang pinakapagbigay-alam na variable sa modelong ito ay ang natunaw na demand ng oxygen. Samakatuwid, nagsasama ito ng isang pagbabalangkas ng matematika ng mga pangunahing proseso na nauugnay sa natunaw na oxygen sa isang ilog.

Model MIKE11

Ginagaya nito ang iba't ibang mga proseso tulad ng pagkasira ng organikong bagay, fotosintesis at paghinga ng mga nabubuong halaman, nitrification at pagpapalitan ng oxygen. Ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagtulad sa mga proseso ng pagbabagong-anyo at pagpapakalat ng mga pollutant.

Modelo ng RIOS

Ang modelong ito ay dinisenyo sa konteksto ng pamamahala ng tubig at pinagsasama ang data ng biophysical, panlipunan at pang-ekonomiya.

Nagbubuo ito ng mga kapaki-pakinabang na impormasyon upang magplano ng mga hakbang sa remediation at may kasamang mga parameter tulad ng natunaw na oxygen, BOD, coliforms at pagsusuri ng mga nakakalason na sangkap.

Modelo ng QUASAR (Marka ng Simulation na Kasama sa Mga Sistema ng Ilog)

Ang ilog ay hinalinhan na pinaghiwalay sa mga seksyon, na tinukoy ng mga tributaryo, mga daanan ng trapiko at mga pampublikong intake na darating o umalis dito.

Kabilang sa iba pang mga parameter, isinasaalang-alang ang daloy, temperatura, pH, BOD at konsentrasyon ng ammonia, nitrates, Escherichia coli, at natunaw na oxygen.

WASP (Program ng Pagtataya ng Marka ng Pagtatasa ng Tubig)

Maaari mong lapitan ang pag-aaral ng katawan ng tubig sa iba't ibang mga sukat (1D, 2D o 3D). Kapag ginagamit ito, ang gumagamit ay maaaring pumili upang magpasok ng palagi o iba't ibang oras ng mga proseso ng transportasyon ng kinetic.

Ang mga paglabas ng point at non-point na basura ay maaaring isama at ang kanilang mga aplikasyon ay nagsasama ng iba't ibang mga pisikal, kemikal at biological modeling frameworks. Narito ang iba't ibang mga aspeto tulad ng eutrophication at nakakalason na sangkap ay maaaring isama.

AQUASIM modelo

Ang modelong ito ay ginagamit upang pag-aralan ang kalidad ng tubig sa parehong mga ilog at lawa. Gumagana ito tulad ng isang tsart ng daloy, na nagpapahintulot upang gayahin ang isang malaking bilang ng mga parameter.

Mga Sanggunian

1. Castro-Huertas MA (2015) Application ng QUAL2KW sa pagmomolde ng kalidad ng tubig ng Ilog Guacaica, kagawaran ng Caldas, Colombia. Nagtatrabaho ang degree. Faculty of Engineering and Architecture, Kagawaran ng Chemical Engineering, National University of Colombia. Colombia. 100 p.
2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick at RV Thomann (1981) Water Quality Analysis Simulation Program (WASP) at Model Verification Program (MVP) - Dokumentasyon. Hydroscience, Inc., Westwood, NY, para sa US EPA, Duluth, MN, Kontrata Blg 68-01-3872.
3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, HA García at FJ Cervantes-Carrillo (Eds.) (2017). Ang paggamot sa biolohikal na wastewater. Mga prinsipyo, pagmomolde at disenyo. IWA Publishing. 580 p.
4. Matovelle C (2017) Ang modelo ng matematika ng kalidad ng tubig na inilapat sa micro-basin na ilog ng Tabacay. Killkana Technical Magazine 1: 39-48.
5. Ordoñez-Moncada J at M Palacios-Quevedo (2017) modelo ng kalidad ng tubig. Concesionaria Vial Unión del Sur. SH Consortium. Double carriageway. Rumichaca-Pasto. Kagawaran ng Nariño. HSE, Asesoría e Ingeniería Ambiental SAS 45 p.
6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - Manwal ng Gumagamit, programa ng computer para sa pagkakakilanlan at kunwa ng mga sistemang pantubig, Swiss Federal Institute for Environmental Science and Technology (EAWAG), Switzerland.
7. Rendón-Velázquez CM (2013) Mga modelo ng matematika na may kalidad ng tubig sa mga lawa at reservoir. Thesis. Faculty ng Engineering. National Autonomous University of Mexico. Mexico, DF 95 p.