Modelowanie procesów kształtujących jakość wód powierzchniowych – proste modele jakości wód powierzchniowych.

Idea modelowania Badanie przebiegu zjawisk fizycznych w warunkach: innych niż aktualnie istniejące w których stwierdzenie faktów za pomocą bezpośredniego doświadczenia nie jest możliwe

Cel modelowania Wyznaczanie przybliżonych wartości wielkości fizycznych: prędkości wody przepływu stężenia substancji rozpuszczonych elementów ekosystemu w dowolnej chwili czasowej i w dowolnym punkcie modelowanego systemu wód powierzchniowych

Zalety modelowania ilościowa ocena stanu wód powierzchniowych dla istniejących inwestycji prognozowanie wpływu projektowanych inwestycji na wody powierzchniowe szybka analiza wariantów (scenariuszy) funkcjonowania obiektów, realizacji decyzji, zachowania się ludzi i ewolucji przyrody ułatwienie jakościowej analizy zjawiska wspomaganie podejmowania decyzji

Wady modelowania Model matematyczny może opisywać stan środowiska tylko z taką dokładnością, jaka wynika z dokładności danych wprowadzonych do modelu.

Klasyfikacja modeli Rodzaje modeli – cele modelowania hydrodynamiczne jakości wody ekologiczne Uproszczenia modele jednowymiarowe modele dwuwymiarowe modele trójwymiarowe

Modele jakości wody w rzekach najistotniejszy wpływ na jakość wody w rzekach ma proces doprowadzania ze ściekami związków organicznych (miarą jest BZT) prowadzące do wyczerpywania się tlenu rozpuszczonego w wodzie (TR) model Streeter’a Phelphsa odtlenianie reaeracja - funkcja deficytu tlenu

Główne założenia modelu Streeter’a-Phelps’a: zmniejszanie BZT jest wprost proporcjonalne do wartości wskaźnika BZT; odtlenianie i zmniejszanie BZT są sobie równe; szybkość natleniania jest proporcjonalna do deficytu tlenu;

Graficzna reprezentacja równania Streeter’a Phelphsa zrzut Cs Poziom nasycenia Deficyt tlenu C Poziom aktualny Xkr

Modele tlenowe – dla rzek Model Stretera-Phelpsa Model Thomasa k3- współczynnik sedymentacji osadów

Model Dobbins’a Model O’Connors’a

Model Young’a i Clark’a Model Braun’a Berthouex

Model Shastry

obieg materii prod. respiracji promieniowanie K1 K2 K3 producenci zwiazki nie- organiczne martwa materia organ. detrytofagi reducenci obieg materii

Modele eutroficzne 1/3 N1 (NH4) N2 (NO2) k0 N3 (NO3) Model ten ma jeden parametr k0. Dla zadanych warunków początkowych N1(0) i N3(0) możliwe jest znalezienie analitycznych rozwiązań równań stanu.

Modele eutroficzne 2/3 k1 N1 (NH4) N2 (NO2) k2 N3 (NO3)

Modele eutroficzne 3/3 N1 (NH4) N2 (NO2) X1 X2 N3 (NO3)

Modele eutroficzne 3/3 N1 (NH4) N2 (NO2) X1 X2 N3 (NO3)

X1 – biomasa bakterii nitryfikacyjnych Nitrosomonas X2 - biomasa bakterii nitryfikacyjnych Nitrobacter m1 - maksymalna szybkość wzrostu Nitrosomonas [1/d] m2 - maksymalna szybkość wzrostu Nitrobacter [1/d] ks1,ks2 – stałe połowicznego nasycenia [g/m3] kd1,kd2 – współczynniki śmiertelności [1/d] Y1,Y2 – wsp. przyswajania azotu przez bakterie