河流BOD耗氧速率常数的一种高效率定方法

摘要

本发明涉及一种河流BOD耗氧速率常数的一种高效率定方法，利用高空间密度的溶解氧监测数据，对Streeter-Phelps氧垂曲线公式进行差分处理，然后得到河流每个河段的BOD耗氧速率常数。本发明在不需要监测分析生化需氧量(BOD)数据，仅利用高空间密度的溶解氧监测数据，就可以河流的每个河段、每个支流分别确定一个BOD耗氧速率常数K1，而河流溶解氧数据的高空间密度自动监测非常容易实现，因此可以实现河流BOD耗氧速率常数K1的全面、快速、高效率定，突破了利用模型进行水环境BOD纳污能力评估的关键和核心技术。

说明书

【技术领域】

本发明涉及水环境污染治理技术领域，具体地说，是一种河流BOD耗氧 速率常数的一种高效率定方法。

【背景技术】

在中国，流经城市的河流近90％受到污染，城市水环境面临的形势十分 严峻。从基于浓度控制的管理模型到污染物总量控制的策略是中国环境保护 的一大进步，环境容量资源作为一种资源，逐渐被认识和重视，基于总量控 制的污染负荷削减逐渐成为当前中国流域水环境污染防治的最主要手段。水 体纳污能力是流域污染物总量控制的基础，是保障流域水体基本功能持续正 常发挥的一个必要前提。美国最大日负荷总量(Total Maximum Daily Load，简 称TMDL)计划属于国际上水质管理较先进的措施之一，成为国际流域水质管 理技术的发展趋势。TMDL计划的核心是借助水质模型进行污染负荷和水体 纳污能力估算，决定实施TMDL计划成败之一是选择合适的模型，国外一般 利用QUAL2K、MIKE、QUASAR、WASP6等模型研究水体BOD纳污能力， 但河流BOD纳污能力测算的最关键的问题是模型中河流BOD耗氧速率常数 的准确率定。

河流BOD耗氧速率常数K1是指河流中有机物被生物分解而减少的系数， 因有机物在其分解过程中将消耗水中的溶解氧，故而也称为BOD耗氧速率常 数。K1的率定一般采用河流两点采样，然后进行实验室化学分析生化需氧量 (BOD)值后再通过公式计算得到，但这种传统方法存在两方面的难题。一 方面是，天然水体是流动，与实验瓶中的静止水不同，结果实验值与实际值 并不一致；另一方面是，河流中各个河段的K1值是变化的，仅两点采样很难 具有代表性，但大范围、大数量的采样分析又要耗费巨大的人力、物力和财 力。

连续自动采集河流生化需氧量(BOD)数据几乎不可能，但高空间密度 连续自动地采集河流的溶解氧(DO)数据非常容易实现。本发明公布的一种 河流BOD耗氧速率常数K1率定方法利用差分技术对连续溶解氧(DO)监测 数据进行后续再处理，可以实现河流BOD耗氧速率常数K1的全面、快速、 高效率定，是利用模型进行水环境BOD纳污能力评估的关键和核心技术。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种河流BOD耗氧速率常 数的一种高效率定方法，利用高空间密度的溶解氧监测数据，对 Streeter-Phelps氧垂曲线公式进行差分处理，然后得到河流每个河段的BOD 耗氧速率常数。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

河流BOD耗氧速率常数的一种高效率定方法，具体步骤如下：

A、设定采样间隔为5米，沿河道中心线连续自动采集河流的溶解氧(DO) 和水温等数据；

B、把河流划分为若干河段，对河流中一个河段来说：第n个采集点的溶 解氧表示为Cn；饱和溶解氧表示为Csn；河流速表示为V；时间tn＝5×n/V； 水温表示为Tn(摄氏度)；BOD耗氧速率常数表示为K1；大气复氧速率常数表 示为K2(作为已知值)；依下式计算第n个采集点溶解氧的变化率ΔCn：

$\mathrm{\Delta Cn}=K_2(\frac{{\mathrm{Cs}}_{n+1}+{\mathrm{Cs}}_n}{2}-\frac{C_{n+1}+C_n}{2})+\frac{C_{n+1}-C_n}{t_{n+1}-t_n}$

式中：

Csn＝14.652-0.41022×Tn+0.0079910×Tn²-0.000077774×Tn³

C、对一个河段的系列ΔCn值和n值之间进行线性回归分析，得到线性回 归公式：

ΔC＝a×n+b

D、利用线性回归公式重新计算河段任意两点(p，ΔCp)和(m，ΔCm) 的值，依下式计算该河段的BOD耗氧速率常数K1：

$K1=\frac{V}{5*(m-p)}\times \mathrm{LN}\left(\frac{\mathrm{\Delta Cm}}{\mathrm{\Delta Cp}}\right)$

E、重复步骤B和D直到完成所有河段的K1计算。

与现有技术相比，本发明的积极效果是：

本发明在不需要监测分析生化需氧量(BOD)数据，仅利用高空间密度的 溶解氧监测数据，就可以河流的每个河段、每个支流分别确定一个BOD耗氧 速率常数K1，而河流溶解氧数据的高空间密度自动监测非常容易实现，因此 可以实现河流BOD耗氧速率常数K1的全面、快速、高效率定，突破了利用模 型进行水环境BOD纳污能力评估的关键和核心技术。

【附图说明】

图1：溶解氧的变化率ΔC与采样点编号n间的散点图。

【具体实施方式】

以下提供本发明一种河流BOD耗氧速率常数的一种高效率定方法的具体 实施方式。

实施例1

本方法是河流高空间密度的溶解氧监测数据的后续处理技术，首先设定 采样间隔为5米，沿河道中心线连续自动采集河流的溶解氧(DO)和水温等 数据，然后通过编制软件实现河流BOD耗氧速率常数的率定。

具体的操作步骤如下：

1、把河流划分为若干河段；

得到每个河段的流速V和大气复氧速率常数K2作为已知值。

2、对一个河段每个溶解氧采集点的：

计算饱和溶解氧Csn：

Csn＝14.652-0.41022×Tn+0.0079910×Tn²-0.000077774×Tn³

计算溶解氧的变化率ΔCn：

$\mathrm{\Delta Cn}=K_2(\frac{{\mathrm{Cs}}_{n+1}+{\mathrm{Cs}}_n}{2}-\frac{C_{n+1}+C_n}{2})+\frac{C_{n+1}-C_n}{t_{n+1}-t_n}$

3、对一个河段的系列ΔCn值和n值之间进行线性回归分析，得到线性回归 公式：

ΔC＝a×n+b

4、利用线性回归公式重新计算河段任意两点(p，ΔCp)和(m，ΔCm)的 值，依下式计算该河段的BOD耗氧速率常数K1：

$K1=\frac{V}{5*(m-p)}\times \mathrm{LN}\left(\frac{\mathrm{\Delta Cm}}{\mathrm{\Delta Cp}}\right)$

5、重复步骤2和5直到完成所有河段的K1计算。

已知一个河段的流速＝25m/天；大气复氧速率常数＝0.32/天；用YSI水质 监测仪沿河道中心线每5米一个间隔连续采集了22个水温和溶解氧数据，数 据见表1。

表1：实验示例数据表

按实施步骤计算出每个采集点的饱和溶解氧和溶解氧的变化率，见表1。 然后使用ΔCn值对n值做散点图，见图1。

溶解氧变化率在n＝1到n＝6点，n＝20的到n＝22点急剧变化，说明有排污 口存在，污水与河水未有均匀混合，因此舍弃不用。取n＝7到n＝20间的数据 做线性回归分析，得到线性回归公式：ΔC＝0.0465×n+1.4072

取回归直线上的两点：(7，1.7327)和(20，2.3372)，可计算出该河段的BOD 耗氧速率常数K1＝0.115。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰， 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围内。