Apa jenis model yang harus diterapkan pada studi kualitas air?



Model kualitas air adalah formulasi matematika yang mensimulasikan perilaku dan efek kontaminan dalam air. Dalam hal ini, kemungkinan skenario dampak polutan disajikan, menggunakan berbagai formula yang dimulai dari parameter dan variabel tertentu.

Ada berbagai model kualitas air tergantung pada sumber kontaminasi dan badan air yang ingin Anda evaluasi. Model-model ini terdiri dari program komputer yang didasarkan pada algoritma matematika.

Model mengintegrasikan data lapangan dari berbagai variabel dan faktor, ditambah kondisi entri tertentu. Dari data ini, model menghasilkan skenario yang mungkin, mengekstrapolasi data dalam waktu dan ruang berdasarkan probabilitas.

Parameter paling informatif untuk menilai kontaminasi air adalah permintaan oksigen biokimia (BOD). Sebagian besar model menyertakan estimasi variasi BOD sebagai kriteria untuk menghasilkan skenario mereka.

Pemerintah telah menetapkan peraturan kualitas air yang harus dipenuhi untuk mendapatkan izin pelaksanaan kegiatan yang berpotensi menimbulkan polusi. Dalam pengertian ini, model adalah alat yang berguna untuk memahami dampak yang mungkin terjadi pada kualitas air dari suatu kegiatan.

Indeks

  • 1 Dasar matematika
    • 1.1 Parameter
  • 2 Klasifikasi
    • 2.1 Dinamika
    • 2.2 Dimensi
  • 3 Contoh
    • 3.1 Model QUAL2K dan QUAL2Kw (Model Kualitas Air)
    • 3.2 Model STREETER-PHELPS
    • 3.3 Model MIKE11
    • 3.4 model RIOS
    • 3.5 Model QUASAR (Simulasi Kualitas Sepanjang Sistem Sungai)
    • 3.6 WASP (Program Simulasi Analisis Kualitas Air)
    • 3.7 model AQUASIM
  • 4 Referensi

Fondasi matematika

Model yang digunakan untuk meramalkan perilaku kualitas air didasarkan pada persamaan diferensial. Persamaan-persamaan ini menghubungkan jumlah perubahan fungsi tertentu dengan besarnya perubahan yang lain.

Dalam model kualitas air, persamaan diferensial non-linear digunakan, karena proses kontaminasi air sangat kompleks (mereka tidak menanggapi hubungan sebab-akibat linier).

Parameter

Ketika menerapkan model tertentu, perlu untuk mempertimbangkan serangkaian parameter.

Secara umum, parameter dasar diperkirakan seperti Permintaan Oksigen Biologis (BOD), Permintaan Oksigen Kimia (COD), nitrogen dan fosfor hadir..

BOD adalah salah satu indikator polusi yang paling penting, karena nilai yang tinggi menunjukkan sejumlah besar mikroorganisme. Untuk bagiannya, COD menunjukkan jumlah oksigen yang dibutuhkan untuk mengoksidasi bahan organik dengan cara kimia.

Parameter yang akan dievaluasi tergantung pada jenis badan air, apakah itu lentik (danau, laguna, rawa-rawa) atau lotic (sungai, aliran). Ini juga harus mempertimbangkan aliran, luas yang dicakup, volume air, suhu dan iklim.

Juga perlu mempertimbangkan sumber kontaminasi untuk dievaluasi, karena setiap polutan memiliki perilaku dan efek yang berbeda.

Dalam hal pembuangan ke badan air, jenis buangan, kontaminan yang dikandungnya dan volumenya dipertimbangkan..

Klasifikasi

Ada banyak model matematika untuk mensimulasikan perilaku polutan dalam badan air. Mereka dapat diklasifikasikan tergantung pada jenis proses yang mereka pertimbangkan (fisik, kimia, biologis) atau jenis metode solusi (empiris, perkiraan, disederhanakan).

Faktor-faktor yang dipertimbangkan untuk mengklasifikasikan model ini adalah dinamika dan dimensi.

Dinamika

Model stasioner menganggap bahwa itu cukup untuk menetapkan distribusi probabilitas keadaan polutan pada waktu atau ruang tertentu. Selanjutnya, meramalkan bahwa distribusi probabilitas menganggapnya sama di semua waktu dan ruang badan air itu.

Dalam model dinamis, diasumsikan bahwa probabilitas perilaku kontaminan dapat berubah dalam ruang dan waktu. Model semi-dinamis melakukan analisis dalam bagian-bagian dan menghasilkan perkiraan parsial terhadap dinamika sistem.

Ada beberapa program yang dapat bekerja dalam model dinamis dan quasi-dinamis.

Dimensi

Tergantung pada dimensi spasial yang dipertimbangkan oleh model, ada dimensi, satu dimensi (1D), dua dimensi (2D) dan tiga dimensi (3D).

Model berdimensi menganggap bahwa media itu homogen di segala arah. Model 1D dapat menggambarkan variasi spasial di sepanjang sungai, tetapi tidak dalam penampang melintang atau vertikal. Model 2D akan mempertimbangkan dua dimensi ini, sedangkan yang 3D akan memasukkan semuanya.

Contohnya

Jenis model yang akan digunakan tergantung pada badan air yang akan dipelajari dan tujuan penelitian, dan itu harus dikalibrasi untuk setiap kondisi tertentu. Selain itu, ketersediaan informasi dan proses yang ingin Anda modelkan harus dipertimbangkan.

Beberapa contoh model untuk studi kualitas air di sungai, aliran dan danau dijelaskan di bawah ini:

Model QUAL2K dan QUAL2Kw (Model Kualitas Air)

Mensimulasikan semua variabel kualitas air di bawah aliran konstan yang disimulasikan. Mensimulasikan dua tingkat BOD untuk mengembangkan skenario sungai atau kapasitas saat ini untuk mendegradasi polutan organik.

Model ini juga memungkinkan untuk mensimulasikan jumlah karbon, fosfor, nitrogen, padatan anorganik, fitoplankton, dan detritus yang dihasilkan. Demikian pula, mensimulasikan jumlah oksigen terlarut, yang memprediksi potensi masalah eutrofikasi.

Variabel lain seperti pH atau kemampuan untuk menghilangkan patogen juga diproyeksikan secara tidak langsung.

Model STREETER-PHELPS

Ini adalah model yang sangat berguna untuk mengevaluasi perilaku konsentrasi polutan spesifik di daerah pengaruh tumpahan terhadap sungai..

Salah satu polutan yang menghasilkan efek lebih signifikan adalah bahan organik, sehingga variabel paling informatif dalam model ini adalah permintaan oksigen terlarut. Oleh karena itu, ini mencakup formulasi matematis dari proses utama yang terkait dengan oksigen terlarut di sungai.

Model MIKE11

Mensimulasikan berbagai proses seperti degradasi bahan organik, fotosintesis dan respirasi tanaman air, nitrifikasi, dan pertukaran oksigen. Ini ditandai dengan mensimulasikan proses transformasi dan dispersi polutan.

Model RIOS

Model ini dirancang dalam konteks pengelolaan daerah aliran sungai dan menggabungkan data biofisik, sosial dan ekonomi.

Menghasilkan informasi yang berguna untuk merencanakan langkah-langkah perbaikan dan termasuk parameter seperti oksigen terlarut, BOD, coliforms dan analisis zat beracun.

Model QUASAR (Simulasi Kualitas Sepanjang Sistem Sungai)

Sungai dimodelkan secara terpisah menjadi beberapa bagian, yang ditentukan oleh anak-anak sungai, tempat pembuangan sampah, dan outlet publik yang datang atau berangkat darinya.

Pertimbangkan di antara parameter lain laju aliran, suhu, pH, BOD, dan konsentrasi amonia nitrat, Escherichia coli, dan oksigen terlarut.

WASP (Program Simulasi Analisis Kualitas Air)

Anda dapat mendekati studi tentang badan air dalam dimensi yang berbeda (1D, 2D atau 3D). Saat menggunakannya, pengguna dapat memilih untuk memasukkan proses transportasi kinetik konstan atau variabel dari waktu ke waktu.

Buangan limbah titik dan non-titik dapat dimasukkan dan aplikasinya mencakup beberapa kerangka kerja pemodelan fisik, kimia, dan biologis. Di sini Anda dapat memasukkan berbagai aspek seperti eutrofikasi dan zat beracun.

Model AQUASIM

Model ini digunakan untuk mempelajari kualitas air di sungai dan danau. Ini berfungsi sebagai diagram alir, memungkinkan untuk mensimulasikan sejumlah besar parameter.

Referensi

  1. Castro-Huertas MA (2015) Penerapan QUAL2KW dalam pemodelan kualitas air sungai Guacaica, departemen Caldas, Kolombia. Pekerjaan gelar Fakultas Teknik dan Arsitektur, Departemen Teknik Kimia, Universitas Nasional Kolombia. Kolombia 100 p.
  2. Di Toro DM, JJ Fitzpatrick yRV Thomann (1981) Program Simulasi Analisis Kualitas Air (WASP) dan Program Verifikasi Model (MVP) - Dokumentasi. Hydroscience, Inc., Westwood, NY, untuk A.S. EPA, Duluth, MN, Kontrak No. 68-01-3872.
  3. López-Vázquez CM, G Buitrón-Méndez, HA García dan FJ Cervantes-Carrillo (Eds.) (2017). Pengolahan biologis air limbah. Prinsip, pemodelan dan desain. Penerbitan IWA. 580 p.
  4. Matovelle C (2017) Model matematika kualitas air diterapkan di microbasin sungai Tabacay. Ulasan Teknis Killkana 1: 39-48.
  5. Ordoñez-Moncada J dan M Palacios-Quevedo (2017) Model kualitas air. Pemegang Konsesi Southern Union Road. Konsorsium SH Jalan Ganda Rumichaca-Pasture. Departemen Nariño. HSE, Konsultasi dan Teknik Lingkungan S.A.S. 45 p.
  6. Reichert P (1998) AQUASIM 2.0 - Manual Pengguna, program komputer untuk identifikasi dan simulasi sistem perairan, Institut Federal Swiss untuk Sains dan Teknologi Lingkungan (EAWAG), Swiss.
  7. Rendón-Velázquez CM (2013) Model matematika kualitas air di danau dan waduk. Tesis Sekolah Teknik. Universitas Otonomi Nasional Meksiko. Meksiko, D.F. 95 hal.