SU KALITESI ÇALIŞMASINA UYGULANAN MODEL TÜRLERI - ÇEVRE - 2025

Su kalitesi modelleri, kirleticilerin sudaki davranışını ve etkilerini simüle eden matematiksel formülasyonlardır. Bu anlamda, belirli parametrelerden ve değişkenlerden başlayan çeşitli formüller kullanılarak kirleticilerin etkisine ilişkin olası senaryolar sunulmuştur.

Kirlenme kaynağına ve değerlendirilecek su kütlesine bağlı olarak farklı su kalitesi modelleri vardır. Bu modeller matematiksel algoritmalara dayalı bilgisayar programlarından oluşur.

Su kalitesinin değerlendirilmesi. Kaynak: CSIRO

Modeller, çeşitli değişkenlerden ve faktörlerden alan verilerini ve ayrıca belirli girdi koşullarını entegre eder. Bu verilerden modeller, olasılıklara dayalı olarak zaman ve mekandaki verileri tahmin ederek olası senaryoları üretir.

Bir su kütlesinin kirlenmesini değerlendirmek için en bilgilendirici parametre, biyokimyasal oksijen talebidir (BOD). Çoğu model, senaryolarını oluşturmak için bir kriter olarak BOD varyasyonunun tahminini içerir.

Hükümetler, potansiyel olarak kirletici faaliyetleri yürütmek için izin almak için karşılanması gereken su kalitesi yönetmelikleri oluşturmuştur. Bu anlamda modeller, belirli bir faaliyetin su kalitesi üzerindeki olası etkisini anlamak için yararlı bir araçtır.

Matematiksel temel

Su kalitesinin davranışını tahmin etmek için kullanılan modeller diferansiyel denklemlere dayanmaktadır. Bu denklemler, bir fonksiyondaki değişim miktarını diğerindeki değişimin büyüklüğü ile ilişkilendirir.

Doğrusal olmayan diferansiyel denklemler su kalitesi modellerinde kullanılır, çünkü su kirliliği süreçleri karmaşıktır (doğrusal bir neden-sonuç ilişkisine yanıt vermezler).

Parametreler

Belirli bir modeli uygularken bir dizi parametreyi hesaba katmak gerekir.

Genel olarak, Biyolojik Oksijen İhtiyacı (BOD), Kimyasal Oksijen İhtiyacı (COD), mevcut azot ve fosfor gibi temel parametreler tahmin edilir.

BOİ, yüksek değerler çok sayıda mikroorganizmayı gösterdiği için en önemli kontaminasyon göstergelerinden biridir. COD, organik maddeyi kimyasal yollarla oksitlemek için gerekli oksijen miktarını belirtir.

Değerlendirilecek parametreler, merceksi (göller, göletler, bataklıklar) veya lotik (nehirler, akarsular) su kütlesinin türüne bağlıdır. Akış, kaplanan alan, su hacmi, sıcaklık ve iklim de hesaba katılmalıdır.

Her kirletici farklı bir davranış ve etkiye sahip olduğundan, değerlendirilecek kontaminasyon kaynağının da dikkate alınması gerekir.

Su kütlesine deşarj olması durumunda deşarjın türü, içerdiği kirleticiler ve hacmi dikkate alınır.

sınıflandırma

Kirletici maddelerin su kütlelerindeki davranışını simüle etmek için çok sayıda matematiksel model vardır. Göz önünde bulundurdukları proses türüne (fiziksel, kimyasal, biyolojik) veya çözüm yönteminin türüne (ampirik, yaklaşık, basitleştirilmiş) göre sınıflandırılabilirler.

Bu modelleri sınıflandırmak için dikkate alınan faktörler dinamikler ve boyutsallıktır.

Dinamik

Sabit modeller, belirli bir anda veya uzayda kirletici durumunun olasılık dağılımını kurmanın yeterli olduğunu düşünür. Ardından, olasılık dağılımını, su kütlesinin tüm zaman ve mekanlarında aynı olduğunu düşünerek tahmin eder.

Dinamik modellerde, kirletici davranış olasılığının zaman ve mekan içinde değişebileceği varsayılmaktadır. Yarı dinamik modeller analizi parçalar halinde gerçekleştirir ve sistemin dinamiklerine kısmi bir yaklaşım oluşturur.

Hem dinamik hem de yarı dinamik modelde çalışabilen programlar var.

Boyutluluk

Modelin dikkate aldığı uzamsal boyutlara bağlı olarak, boyutsuz, tek boyutlu (1D), iki boyutlu (2D) ve üç boyutlu (3D) vardır.

Boyutsuz bir model, ortamın tüm yönlerde homojen olduğunu düşünür. Bir 1B modeli, bir nehir boyunca uzaysal değişimi tanımlayabilir, ancak dikey veya enine kesitinde tanımlayamaz. Bir 2D model, bu boyutlardan ikisini dikkate alırken, bir 3D model hepsini içerir.

Örnekler

Kullanılacak model tipi, çalışılacak su kütlesine ve çalışmanın amacına bağlıdır ve her bir özel durum için kalibre edilmelidir. Ayrıca bilginin mevcudiyeti ve modellenecek süreçler de dikkate alınmalıdır.

Nehirler, akarsular ve göllerdeki su kalitesi çalışmalarına yönelik bazı model örnekleri aşağıda açıklanmıştır:

QUAL2K ve QUAL2Kw (Su Kalitesi Modeli)

Simüle edilmiş sabit bir akış altında tüm su kalitesi değişkenlerini simüle eder. Nehir veya akarsuyun organik kirleticileri ayrıştırma kabiliyetine ilişkin senaryolar geliştirmek için iki BOD seviyesini simüle eder.

Bu model ayrıca ortaya çıkan karbon, fosfor, nitrojen, inorganik katı, fitoplankton ve detritus miktarını simüle etmeye de izin verir. Benzer şekilde, olası ötrofikasyon sorunlarını öngören çözünmüş oksijen miktarını simüle eder.

PH veya patojenleri ortadan kaldırma yeteneği gibi diğer değişkenler de dolaylı olarak tahmin edilir.

STREETER-PHELPS modeli

Bir nehre deşarjın etki alanındaki belirli bir kirleticinin konsantrasyonunun davranışını değerlendirmek çok yararlı bir modeldir.

En önemli etkiyi yaratan kirleticilerden biri organik maddedir, dolayısıyla bu modeldeki en bilgilendirici değişken çözünmüş oksijen talebidir. Bu nedenle, bir nehirdeki çözünmüş oksijenle ilişkili ana işlemlerin matematiksel bir formülasyonunu içerir.

Model MIKE11

Organik maddenin bozulması, sucul bitkilerin fotosentezi ve solunumu, nitrifikasyon ve oksijen değişimi gibi çeşitli süreçleri simüle eder. Kirletici maddelerin dönüşümü ve dağılması süreçlerini simüle ederek karakterize edilir.

RIOS modeli

Bu model su havzası yönetimi bağlamında tasarlanmış ve biyofiziksel, sosyal ve ekonomik verileri birleştiriyor.

İyileştirme önlemlerini planlamak için yararlı bilgiler üretir ve çözünmüş oksijen, BOİ, koliformlar ve toksik maddelerin analizi gibi parametreleri içerir.

QUASAR modeli (Nehir Sistemleri Boyunca Kalite Simülasyonu)

Nehir, ondan gelen veya ondan ayrılan kollar, dolusavaklar ve kamu girişleri tarafından tanımlanan bölümlere ayrılmış olarak modellenmiştir.

Diğer parametrelerin yanı sıra, akış, sıcaklık, pH, BOİ ve amonyak, nitrat, Escherichia coli ve çözünmüş oksijenin konsantrasyonunu dikkate alır.

WASP (Su Kalitesi Analizi Simülasyon Programı)

Su kütlesinin çalışmasına farklı boyutlarda (1B, 2B veya 3B) yaklaşabilirsiniz. Kullanırken, kullanıcı sabit veya zamanla değişen kinetik taşıma süreçlerine girmeyi seçebilir.

Noktasal ve noktasal olmayan atık deşarjları dahil edilebilir ve uygulamaları çeşitli fiziksel, kimyasal ve biyolojik modelleme çerçevelerini içerir. Buraya ötrofikasyon ve toksik maddeler gibi farklı hususlar dahil edilebilir.

AQUASIM modeli

Bu model hem nehirlerdeki hem de göllerdeki suyun kalitesini incelemek için kullanılır. Çok sayıda parametrenin simülasyonuna izin veren bir akış şeması gibi çalışır.

Referanslar

1. Castro-Huertas MA (2015) Guacaica Nehri'nin su kalitesinin modellenmesinde QUAL2KW uygulaması, Caldas, Kolombiya bölümü. Derece çalışması. Mühendislik ve Mimarlık Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Kolombiya Ulusal Üniversitesi. Kolombiya. 100 p.
2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick ve RV Thomann (1981) Su Kalitesi Analizi Simülasyon Programı (WASP) ve Model Doğrulama Programı (MVP) - Dokümantasyon. Hydroscience, Inc., Westwood, NY, US EPA, Duluth, MN için Sözleşme No. 68-01-3872.
3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, HA García ve FJ Cervantes-Carrillo (Eds.) (2017). Biyolojik atık su arıtma. İlkeler, modelleme ve tasarım. IWA Yayıncılık. 580 s.
4. Matovelle C (2017) Tabacay nehri mikro havzasında uygulanan su kalitesinin matematiksel modeli. Killkana Teknik Dergisi 1: 39-48.
5. Ordoñez-Moncada J ve M Palacios-Quevedo (2017) Su kalitesi modeli. Concesionaria Vial Unión del Sur. SH Konsorsiyumu. Çift yol. Rumichaca-Pasto. Narino Departmanı. HSE, Asesoría e Ingeniería Ambiental SAS 45 s.
6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - Kullanım Kılavuzu, su sistemlerinin tanımlanması ve simülasyonu için bilgisayar programı, İsviçre Federal Çevre Bilimi ve Teknolojisi Enstitüsü (EAWAG), İsviçre.
7. Rendón-Velázquez CM (2013) Göllerde ve rezervuarlarda su kalitesinin matematiksel modelleri. Tez. Mühendislik Fakültesi. Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi. Meksika, DF 95 s.