TIPURI DE MODELE CARE SE APLICĂ STUDIULUI CALITĂȚII APEI - MEDIU INCONJURATOR - 2025

Modelele pentru calitatea apei sunt formulări matematice care simulează comportamentul și efectele poluanților din apă. În acest sens, sunt prezentate posibile scenarii ale impactului poluanților, folosind diverse formule care pornesc de la anumiți parametri și variabile.

Există diferite modele de calitate a apei în funcție de sursa de contaminare și de corpul de apă care trebuie evaluat. Aceste modele constau în programe de calculator bazate pe algoritmi matematici.

Evaluarea calității apei. Sursa: CSIRO

Modelele integrează date de câmp din diverse variabile și factori, plus anumite condiții de intrare. Din aceste date, modelele generează scenariile posibile, extrapolând datele în timp și spațiu pe baza probabilităților.

Cel mai informativ parametru pentru a evalua contaminarea unui corp de apă este cererea biochimică de oxigen (BOD). Majoritatea modelelor includ estimarea variației BOD ca criteriu pentru generarea scenariilor lor.

Guvernele au stabilit reglementări privind calitatea apei care trebuie respectate pentru a obține autorizații pentru a desfășura activități potențial poluante. În acest sens, modelele sunt un instrument util pentru a înțelege impactul posibil asupra calității apei unei anumite activități.

Fundament matematic

Modelele utilizate pentru a prognoza comportamentul calității apei se bazează pe ecuații diferențiale. Aceste ecuații raportează cantitatea de schimbare într-o funcție cu magnitudinea schimbării în alta.

Ecuațiile diferențiale neliniare sunt utilizate în modelele de calitate a apei, deoarece procesele de poluare a apei sunt complexe (nu răspund la o relație liniară cauză-efect).

Parametrii

La aplicarea unui anumit model este necesar să se țină seama de o serie de parametri.

În general, sunt estimate parametrii de bază, cum ar fi cererea biologică de oxigen (BOD), cererea de oxigen chimic (COD), azotul și fosforul prezenți.

BOD este unul dintre cei mai importanți indicatori de contaminare, deoarece valorile mari indică un număr mare de microorganisme. La rândul său, COD indică cantitatea de oxigen necesară pentru oxidarea materiei organice prin mijloace chimice.

Parametrii de evaluat depind de tipul de corp de apă, fie lentic (lacuri, iazuri, mlaștini), fie lotic (râuri, pâraie). De asemenea, trebuie luate în considerare debitul, suprafața acoperită, volumul de apă, temperatura și clima.

De asemenea, este necesar să se ia în considerare sursa de contaminare care trebuie evaluată, deoarece fiecare contaminant are un comportament și efect diferit.

În cazul descărcărilor în corpul apei, se iau în considerare tipul de evacuare, poluanții pe care îi conține și volumul acestuia.

Clasificare

Există numeroase modele matematice pentru a simula comportamentul poluanților în corpurile de apă. Ele pot fi clasificate în funcție de tipul de proces pe care îl iau în considerare (fizic, chimic, biologic) sau de tipul metodei soluției (empirice, aproximative, simplificate).

Factorii de care se ține cont pentru clasificarea acestor modele sunt dinamica și dimensionalitatea.

Dinamic

Modelele staționare consideră că este suficient să se stabilească distribuția probabilității stării poluantului într-un moment sau spațiu dat. Ulterior, el extrapola această distribuție a probabilității, considerând-o aceeași în toate timpurile și spațiul acelui corp de apă.

În modele dinamice, se presupune că probabilitatea comportamentului poluant se poate schimba în timp și spațiu. Modelele cvasi-dinamice efectuează analiza în părți și generează o aproximare parțială la dinamica sistemului.

Există programe care pot funcționa atât într-un model dinamic, cât și într-un model cvasi-dinamic.

dimensionalitatii

În funcție de dimensiunile spațiale pe care modelul le are în vedere, există dimensiuni, unidimensionale (1D), bidimensionale (2D) și tridimensionale (3D).

Un model fără dimensiuni consideră că mediul este omogen în toate direcțiile. Un model 1D poate descrie variația spațială de-a lungul unui râu, dar nu în secțiunea sa verticală sau transversală. Un model 2D va avea în vedere două dintre aceste dimensiuni, în timp ce un model 3D le va include pe toate.

Exemple

Tipul modelului care va fi utilizat depinde de corpul de apă care urmează să fie studiat și de obiectivul studiului și trebuie calibrat pentru fiecare condiție particulară. În plus, trebuie luată în considerare disponibilitatea informațiilor și procesele care trebuie modelate.

Câteva exemple de modele pentru studii privind calitatea apei în râuri, râuri și lacuri sunt descrise mai jos:

QUAL2K și QUAL2Kw (Modelul calității apei)

Simulează toate variabilele de calitate a apei sub un debit constant simulat. Simulează două niveluri de BOD pentru a dezvolta scenarii ale râului sau capacității fluxului de a degrada poluanții organici.

Acest model permite, de asemenea, simularea cantității rezultate de carbon, fosfor, azot, solide anorganice, fitoplancton și detritus. De asemenea, simulează cantitatea de oxigen dizolvat, ceea ce prezice posibile probleme de eutrofizare.

Alte variabile, cum ar fi pH-ul sau capacitatea de a elimina agenții patogeni, sunt proiectate indirect.

Model STREETER-PHELPS

Este un model foarte util pentru a evalua comportamentul concentrației unui poluant specific în zona de influență a unei deversări într-un râu.

Unul dintre poluanții care produce cel mai semnificativ efect este materia organică, deci cea mai informativă variabilă din acest model este cererea de oxigen dizolvat. Prin urmare, include o formulare matematică a principalelor procese asociate cu oxigenul dizolvat într-un râu.

Model MIKE11

Simulează diverse procese, cum ar fi degradarea materiei organice, fotosinteza și respirația plantelor acvatice, nitrificarea și schimbul de oxigen. Se caracterizează prin simularea proceselor de transformare și dispersie a poluanților.

Model RIOS

Acest model a fost conceput în contextul gestionării bazinului hidrografic și combină date biofizice, sociale și economice.

Acesta generează informații utile pentru planificarea măsurilor de remediere și include parametri precum oxigenul dizolvat, BOD, coliforme și analiza substanțelor toxice.

Modelul QUASAR (Simulare a calității în lungul sistemelor fluviale)

Râul este modelat separat în secțiuni, definite de afluenți, deversări și prizele publice care sosesc sau pleacă de la acesta.

Printre alți parametri, are în vedere fluxul, temperatura, pH-ul, BOD și concentrația de amoniac, nitrați, Escherichia coli și oxigen dizolvat.

WASP (Programul de simulare a analizei calității apei)

Puteți aborda studiul corpului de apă în diferite dimensiuni (1D, 2D sau 3D). Când îl folosește, utilizatorul poate alege să introducă procese de transport cinetice constante sau variabile în timp.

Pot fi incluse descărcări de deșeuri punctuale și non-punctuale și aplicațiile lor includ diferite cadre de modelare fizică, chimică și biologică. Aici pot fi incluse diferite aspecte, cum ar fi eutrofizarea și substanțele toxice.

Model AQUASIM

Acest model este utilizat pentru a studia calitatea apei atât în ​​râuri cât și în lacuri. Funcționează ca un grafic, permițând să simuleze un număr mare de parametri.

Referințe

1. Castro-Huertas MA (2015) Aplicarea QUAL2KW în modelarea calității apei a râului Guacaica, departamentul Caldas, Columbia. Grad de muncă. Facultatea de Inginerie și Arhitectură, Departamentul de Inginerie Chimică, Universitatea Națională din Columbia. Columbia. 100 p.
2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick și RV Thomann (1981) Programul de simulare a analizei calității apei (WASP) și Programul de verificare a modelului (MVP) - Documentare. Hydroscience, Inc., Westwood, NY, pentru US EPA, Duluth, MN, Contract nr. 68-01-3872.
3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, HA García și FJ Cervantes-Carrillo (Eds.) (2017). Tratarea biologică a apelor uzate. Principii, modelare și design. Editura IWA. 580 p.
4. Matovelle C (2017) Model matematic al calității apei aplicat în micro-bazinul râului Tabacay. Revista Tehnică Killkana 1: 39-48.
5. Ordoñez-Moncada J și M Palacios-Quevedo (2017) Modelul calității apei. Concesionaria Vial Unión del Sur. Consorțiul SH Caroserie dublă Rumichaca-Pasto. Departamentul Nariño. HSE, Asesoría e Ingeniería Ambientală SAS 45 p.
6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - Manual de utilizare, program informatic pentru identificarea și simularea sistemelor acvatice, Institutul Federal Elvețian pentru Știința și Tehnologia Mediului (EAWAG), Elveția.
7. Rendón-Velázquez CM (2013) Modele matematice ale calității apei în lacuri și rezervoare. Teză. Facultatea de Inginerie. Universitatea Națională Autonomă din Mexic Mexic, DF 95 p.