Tapos di modelli che si applicano allo studio della qualità dell'acqua

I modelli di qualità dell'acqua sono formulazioni matematiche che simulano il comportamento e gli effetti degli inquinanti in acqua. In questo senso, vengono presentati possibili scenari di impatto degli inquinanti, usando varie formule che iniziano da determinati parametri e variabili.

Esistono diversi modelli di qualità dell'acqua a seconda della fonte di inquinamento e del corpo idrico che si desidera valutare. Questi modelli consistono in programmi per computer basati su algoritmi matematici.

Valutazione della qualità dell'acqua. Fonte: CSIRO [CC di 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/di/3.0)]

I modelli integrano i dati sul campo di varie variabili e fattori, più condizioni di entrata. Da questi dati, i modelli generano i possibili scenari, estrapolando i dati in tempo e spazio in base alle probabilità.

Il parametro più informativo per valutare la contaminazione di un corpo idrico è la domanda biochimica di ossigeno (BOD). La maggior parte dei modelli include la stima della variazione BOD come criterio per generare i loro scenari.

I governi hanno stabilito regolamenti sulla qualità dell'acqua che devono essere soddisfatti per ottenere i permessi di esecuzione di attività potenzialmente inquinanti. In questo senso, i modelli sono uno strumento utile per comprendere il possibile impatto sulla qualità dell'acqua di una determinata attività.

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Fondazione matematica

I modelli utilizzati per prevedere il comportamento della qualità dell'acqua si basano su equazioni differenziali. Queste equazioni mettono in relazione la quantità di variazione in una determinata funzione con l'entità del cambiamento in un'altra.

Nei modelli di qualità dell'acqua, vengono utilizzate equazioni differenziali non lineari, poiché i processi di inquinamento dell'acqua sono complessi (non rispondono a un rapporto di causa-effetto lineare).

Parametri

Quando si applica un determinato modello è necessario tenere conto di una serie di parametri.

In generale, sono stimati parametri di base come la domanda di ossigeno biologico (BOD), la domanda di ossigeno chimico (DQO), l'azoto e il fosforo.

Il BOD è uno degli indicatori di inquinamento più importanti, poiché i valori elevati indicano un gran numero di microrganismi. Da parte sua, il COD indica la quantità di ossigeno necessario per ossidare la materia organica con mezzi chimici.

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I parametri da valutare dipendono dal tipo di corpo d'acqua, Lex (laghi, lagune, paludi) o lobico (fiumi, flussi). Il flusso deve anche essere preso in considerazione, un'area che copre, volume di acqua, temperatura e clima.

È inoltre necessario considerare la valutazione della fonte dell'inquinamento, poiché ogni contaminante ha un comportamento ed effetto diverso.

Nel caso di fuoriuscite al corpo idrico, il tipo di scarico, gli inquinanti che contiene e il suo volume è considerato.

Classificazione

Esistono numerosi modelli matematici per simulare il comportamento degli inquinanti nei corpi idrici. Possono essere classificati in base al tipo di processo che considerano (fisico, chimico, biologico) o del tipo di metodo di soluzione (empirico, approssimativo, semplificato).

I fattori presi in considerazione per classificare questi modelli sono la dinamica e la dimensionalità.

Dinamico

I modelli stazionari considerano che è sufficiente stabilire la distribuzione di probabilità dello stato dell'inquinante in un istante o spazio somministrato. Successivamente, Extrapola quella distribuzione di probabilità considerandolo lo stesso in ogni momento e spazio di quel corpo idrico.

Nei modelli dinamici, si presume che le probabilità del comportamento inquinante possano cambiare nel tempo e nello spazio. I modelli quasi-dinamici eseguono l'analisi in parti e generano un approccio parziale alla dinamica del sistema.

Esistono programmi che possono funzionare sia nel modello dinamico che quasi-dinamico.

Dimensionalità

A seconda delle dimensioni spaziali che il modello considera, esistono dimensionali, undimensionali (1D), due -dimensionali (2D) e tre -dimensionali (3D) (3D).

Un modello aggiuntivo ritiene che il mezzo sia omogeneo in tutte le direzioni. Un modello 1D può descrivere la variazione spaziale lungo un fiume, ma non nella sua sezione croce o verticale. Un modello 2D prenderà in considerazione due di queste dimensioni, mentre un 3D li includerà tutte.

Esempi

Il tipo di modello da utilizzare dipende dal corpo dell'acqua per studiare e obiettivo dello studio e deve essere calibrato per ogni particolare condizione. Inoltre, è necessario prendere in considerazione la disponibilità di informazioni e i processi da prendere in considerazione.

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Di seguito sono descritti alcuni esempi di modelli per studi sulla qualità dell'acqua in fiumi, correnti e laghi:

Modello di Qualc2K e Qual2KW (Modello di qualità dell'acqua)

Simula tutte le variabili di qualità dell'acqua sotto un flusso costante simulato. Simula due livelli di BOD per sviluppare scenari della capacità del fiume o della corrente per degradare gli inquinanti organici.

Questo modello consente inoltre di simulare la quantità risultante di carbonio, fosforo, azoto, solidi inorganici, fitoplancton e detriti. Allo stesso modo, simula la quantità di ossigeno disciolto, che prevede possibili problemi di eutrofizzazione.

Anche altre variabili come il pH o la capacità di eliminare i patogeni sono proiettati indirettamente.

Modello Streeter -Phelps

È un modello molto utile per valutare il comportamento della concentrazione di un inquinante specifico nell'area di influenza di una scarica verso un fiume.

Uno degli inquinanti che produce un effetto più significativo è la materia organica, quindi la variabile più informativa in questo modello è la domanda di ossigeno disciolto. Pertanto, include una formulazione matematica dei principali processi associati all'ossigeno disciolto in un fiume.

Modello Mike11

Simula vari processi come il degrado della materia organica, la fotosintesi e la respirazione delle piante acquatiche, la nitrificazione e lo scambio di ossigeno. È caratterizzato dalla simulazione dei processi di trasformazione e dispersione degli inquinanti.

Modello RIOS

Questo modello è stato progettato nel contesto della gestione del bacino e combina dati biofisici, sociali ed economici.

Genera informazioni utili per pianificare misure di bonifica e include parametri come ossigeno disciolto, BOD, coliformi e analisi delle sostanze tossiche.

Modello Quasar (simulazione di qualità lungo i sistemi fluviali)

Il fiume separato è modellato in sezioni, definito da affluenti, discariche e colpi pubblici che arrivano o ne iniziano da esso.

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Considera tra gli altri parametri il flusso, la temperatura, il pH, il BOD e la concentrazione di nitrati ammoniaca, Escherichia coli, e ossigeno disciolto.

WASP (programma di simulazione dell'analisi della qualità dell'acqua)

Puoi affrontare lo studio del corpo dell'acqua in diverse dimensioni (1D, 2D o 3D). Quando lo si utilizza, l'utente può scegliere di inserire processi di trasporto cinetico costante o variabile.

Gli scarichi di rifiuti puntuali e nonoptuali possono essere inclusi e le loro applicazioni includono diversi frame di modellazione fisica, chimica e biologica. Qui possono essere inclusi diversi aspetti come l'eutrofizzazione e le sostanze tossiche.

Modello Aquasim

Questo modello serve a studiare la qualità dell'acqua sia nei fiumi che nei laghi. Funziona come un diagramma di flusso, consentendo di simulare una grande quantità di parametri.

Riferimenti

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