JENIS MODEL YANG BERLAKU UNTUK KAJIAN KUALITI AIR - PERSEKITARAN - 2026

Model untuk kualiti air adalah formulasi matematik yang mensimulasikan tingkah laku dan kesan pencemaran dalam air. Dalam pengertian ini, kemungkinan senario kesan pencemaran disajikan, menggunakan pelbagai formula yang bermula dari parameter dan pemboleh ubah tertentu.

Terdapat model kualiti air yang berbeza bergantung kepada sumber pencemaran dan badan air yang akan dinilai. Model-model ini terdiri daripada program komputer berdasarkan algoritma matematik.

Penilaian kualiti air. Sumber: CSIRO

Model menggabungkan data lapangan dari pelbagai pemboleh ubah dan faktor, ditambah keadaan input tertentu. Dari data ini, model menghasilkan senario yang mungkin, ekstrapolasi data dalam masa dan ruang berdasarkan kebarangkalian.

Parameter yang paling bermaklumat untuk menilai pencemaran badan air adalah permintaan oksigen biokimia (BOD). Sebilangan besar model merangkumi anggaran variasi BOD sebagai kriteria untuk menghasilkan senario mereka.

Pemerintah telah menetapkan peraturan kualitas air yang harus dipenuhi untuk mendapatkan izin untuk melakukan kegiatan yang berpotensi mencemarkan. Dalam pengertian ini, model adalah alat yang berguna untuk memahami kemungkinan kesan terhadap kualiti air dari aktiviti tertentu.

Asas matematik

Model yang digunakan untuk meramalkan tingkah laku kualiti air berdasarkan persamaan pembezaan. Persamaan ini mengaitkan jumlah perubahan dalam satu fungsi dengan besarnya perubahan yang lain.

Persamaan pembezaan tidak linear digunakan dalam model kualiti air, kerana proses pencemaran air adalah kompleks (mereka tidak bertindak balas terhadap hubungan sebab-akibat linier).

Parameter

Semasa menggunakan model tertentu, perlu mempertimbangkan serangkaian parameter.

Secara umum, parameter asas seperti Permintaan Oksigen Biologi (BOD), Permintaan Oksigen Kimia (COD), nitrogen dan fosforus yang ada dianggarkan.

BOD adalah salah satu petunjuk pencemaran yang paling penting, kerana nilai tinggi menunjukkan sebilangan besar mikroorganisma. Sebahagiannya, COD menunjukkan jumlah oksigen yang diperlukan untuk mengoksidakan bahan organik dengan cara kimia.

Parameter yang akan dinilai bergantung pada jenis badan air, baik lentik (tasik, kolam, rawa) atau lotik (sungai, sungai). Aliran, kawasan yang diliputi, isipadu air, suhu dan iklim juga harus diambil kira.

Juga perlu dipertimbangkan sumber pencemaran untuk dinilai, kerana setiap bahan cemar mempunyai tingkah laku dan kesan yang berbeza.

Sekiranya berlaku pembuangan ke badan air, jenis pembuangan, bahan pencemar yang dikandungnya dan isipadu akan dipertimbangkan.

Pengelasan

Terdapat banyak model matematik untuk mensimulasikan tingkah laku pencemar dalam badan air. Mereka boleh dikelaskan bergantung pada jenis proses yang mereka fikirkan (fizikal, kimia, biologi) atau jenis kaedah penyelesaian (empirikal, perkiraan, dipermudahkan).

Faktor-faktor yang diambil kira untuk mengklasifikasikan model-model ini adalah dinamik dan dimensi.

Dinamik

Model pegun berpendapat bahawa memadai untuk menentukan kebarangkalian penyebaran keadaan bahan pencemar pada saat atau ruang tertentu. Selepas itu, dia memperkirakan bahawa taburan kebarangkalian menganggapnya sama dalam semua masa dan ruang badan air itu.

Dalam model dinamik, diandaikan bahawa kebarangkalian tingkah laku pencemar dapat berubah mengikut masa dan ruang. Model kuasi-dinamik melakukan analisis dalam beberapa bahagian dan menghasilkan pendekatan separa dengan dinamika sistem.

Terdapat program yang dapat berfungsi baik dalam model dinamik maupun kuasi-dinamik.

Dimensi

Bergantung pada dimensi spatial yang dipertimbangkan oleh model, terdapat dimensi tanpa, satu dimensi (1D), dua dimensi (2D) dan tiga dimensi (3D).

Model tanpa dimensi menganggap medium menjadi homogen ke semua arah. Model 1D dapat menggambarkan variasi spasial di sepanjang sungai, tetapi tidak pada bahagian menegak atau rentasnya. Model 2D akan mempertimbangkan dua dimensi ini, sementara model 3D akan merangkumi semua dimensi tersebut.

Contoh

Jenis model yang akan digunakan bergantung pada badan air yang akan dikaji dan objektif kajian, dan mesti dikalibrasi untuk setiap keadaan tertentu. Di samping itu, ketersediaan maklumat dan proses untuk dimodelkan mesti dipertimbangkan.

Beberapa contoh model untuk kajian kualiti air di sungai, sungai dan tasik dijelaskan di bawah:

QUAL2K dan QUAL2Kw (Model Kualiti Air)

Menyimulasikan semua pemboleh ubah kualiti air di bawah aliran tetap simulasi. Menyimulasikan dua tahap BOD untuk mengembangkan senario keupayaan sungai atau aliran untuk menurunkan pencemaran organik.

Model ini juga memungkinkan untuk mensimulasikan jumlah karbon, fosforus, nitrogen, pepejal bukan organik, fitoplankton, dan detritus yang dihasilkan. Begitu juga, ia mensimulasikan jumlah oksigen terlarut, yang meramalkan kemungkinan masalah eutrofikasi.

Pemboleh ubah lain seperti pH atau keupayaan untuk menghilangkan patogen juga diunjurkan secara tidak langsung.

Model STREETER-PHELPS

Ini adalah model yang sangat berguna untuk menilai tingkah laku kepekatan bahan pencemar tertentu di kawasan pengaruh pembuangan ke sungai.

Salah satu bahan pencemar yang menghasilkan kesan yang paling ketara adalah bahan organik, jadi pemboleh ubah yang paling bermaklumat dalam model ini adalah permintaan oksigen terlarut. Oleh itu, ia merangkumi rumusan matematik proses utama yang berkaitan dengan oksigen terlarut di sungai.

Model MIKE11

Ia mensimulasikan pelbagai proses seperti degradasi bahan organik, fotosintesis dan pernafasan tumbuhan akuatik, nitrifikasi dan pertukaran oksigen. Ia dicirikan dengan mensimulasikan proses transformasi dan penyebaran bahan pencemar.

Model RIOS

Model ini dirancang dalam konteks pengurusan DAS dan menggabungkan data biofizik, sosial dan ekonomi.

Ini menghasilkan maklumat berguna untuk merancang langkah-langkah pemulihan dan merangkumi parameter seperti oksigen terlarut, BOD, koliform dan analisis bahan toksik.

Model QUASAR (Simulasi Kualiti Sepanjang Sistem Sungai)

Sungai dimodelkan dipisahkan menjadi beberapa bahagian, ditentukan oleh anak sungai, jalan keluar dan jalan masuk orang ramai yang tiba atau berlepas dari situ.

Di antara parameter lain, ia mempertimbangkan aliran, suhu, pH, BOD dan kepekatan ammonia, nitrat, Escherichia coli, dan oksigen terlarut.

WASP (Program Simulasi Analisis Kualiti Air)

Anda boleh mendekati kajian badan air dalam dimensi yang berbeza (1D, 2D atau 3D). Semasa menggunakannya, pengguna boleh memilih untuk memasuki proses pengangkutan kinetik yang tetap atau berbeza-beza masa.

Pembuangan sampah titik dan bukan titik dapat disertakan dan aplikasinya merangkumi pelbagai kerangka pemodelan fizikal, kimia dan biologi. Di sini terdapat pelbagai aspek seperti eutrofikasi dan bahan toksik.

Model AQUASIM

Model ini digunakan untuk mengkaji kualiti air di kedua sungai dan tasik. Ia berfungsi seperti carta alir, yang memungkinkan untuk mensimulasikan sebilangan besar parameter.

Rujukan

1. Castro-Huertas MA (2015) Penerapan QUAL2KW dalam pemodelan kualiti air Sungai Guacaica, jabatan Caldas, Colombia. Kerja ijazah. Fakulti Kejuruteraan dan Senibina, Jabatan Kejuruteraan Kimia, Universiti Nasional Colombia. Colombia. 100 p.
2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick dan RV Thomann (1981) Program Simulasi Analisis Kualiti Air (WASP) dan Program Pengesahan Model (MVP) - Dokumentasi. Hydroscience, Inc., Westwood, NY, untuk US EPA, Duluth, MN, No. No. 68-01-3872.
3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, HA García dan FJ Cervantes-Carrillo (Eds.) (2017). Rawatan air sisa biologi. Prinsip, pemodelan dan reka bentuk. Penerbitan IWA. 580 p.
4. Matovelle C (2017) Model matematik kualiti air yang diterapkan di lembangan mikro sungai Tabacay. Majalah Teknikal Killkana 1: 39-48.
5. Ordoñez-Moncada J dan M Palacios-Quevedo (2017) Model kualiti air. Concesionaria Vial Unión del Sur. Konsortium SH. Laluan berkembar. Rumichaca-Pasto. Jabatan Nariño. HSE, Asesoría e Ingeniería Ambiental SAS 45 p.
6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - Manual Pengguna, program komputer untuk pengenalan dan simulasi sistem akuatik, Institut Sains dan Teknologi Alam Sekitar Persekutuan Switzerland (EAWAG), Switzerland.
7. Rendón-Velázquez CM (2013) Model matematik kualiti air di tasik dan takungan. Tesis. Fakulti Kejuruteraan. Universiti Autonomi Negara Mexico. Mexico, DF 95 p.