半干旱区自净能力研究——以瓦迪·切里夫(阿尔及利亚北部)为例
Mokadem Maamar1*, Achour Djillali2Cherif El Amine1
1奥兰科学技术大学液压系，奥兰邮政信箱1505,El-Mnaouer，阿尔及利亚奥兰31000。
2Hassiba大学Ben Bouali，P.O.盒151 Hay ES-Salem，Chlef，02000阿尔及利亚。
http://dx.doi.org/10.12944/cwe.9.3.05
本文的目的是研究并预测Cheliff河(Oum Drou -Chlef段)的自净能力。这主要是通过测量Cheliff河道上一个预先选定的污染排放点下游的溶解氧(DO)，然后使用修正的streetert - phelps方程进行预测。在Cheliff河(Oum Drou - Chlef)约8.5公里的一段区域内选择了12个采样站，通过了解生化需氧量(BOD)、pH值、流速、河流深度和距离来收集数据。首先对预测的DO亏损趋势线进行拟合，保留原复氧系数分量k2，并将其代入我们的复氧系数模型。研究发现，后者显示出更好的预测能力。结果还表明，该河流的自净能力已经受到相对较低的DO饱和水平的限制，进一步受到不同时间排入的废物的威胁。其中一些废物是不可生物降解的，这减慢了河道的自净过程。为了保护该地区的地下土层，并确保灌溉用水的质量良好，切里夫河必须避免任何污染。
地表水质量;污染;溶解氧;再充气系数;Wadi Cheliff
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陈建平，王永平，王永平。半干旱区自净能力的研究:以瓦迪·切里夫为例，阿尔及利亚北部。《当代世界环境》2014;9 (3)DOI:http://dx.doi.org/10.12944/cwe.9.3.05
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介绍
水质建模已被证明是战略水质管理的一个有用工具(Fan等，2009)。文献中关于小河流水质建模的研究很少，已经发表的研究范围相当有限(Giorgio M.， Gaspare V. 2010)，特别是对干旱和半干旱地区。
模型自净的目的是在时空预测中，通过考虑有机物的特性和有机物截留的特性，预测有机物截留对接收介质溶解氧含量的影响。随着科学研究的不断进步，通过整合越来越多的因素，如稀释、沉淀、吸附、分散、平流和大气的再曝气，模型变得更加复杂(Fischer et al. 1979;Koussis 1983;Koussis等1983,1990;麦克布莱德和卢瑟福1984年)。同时增加,一方面,在实践中使用它们的困难(snowl和克莱默2001)另一方面之间的误差模型的模拟和总敏感性增加,因此最复杂的模型不一定是最“有用”(Lindenschmidt 2006)。
可靠的模型校准需要广泛的一系列水质数据，通常是稀有和资源密集的，在经济和人力资源方面，收集（Mannina和Viviani 2010）。
用于分析水污染的常规方法是基于街道 - 菲尔普斯（街道和菲尔普斯1925,1936; Cox 2003;林和李2007; omole和Longe 2012; Omole等，2012）这个模式没有介绍DBO的可解散组件（Tyagi等，1999）。Bhargava认为DBO包括/理解解答的部分和另一部分溶解（Bhargava 1983; Velz和Gannon 1962）增加了DBO率的常数，K1，一阶指数形式的动力学解释了DBO的减少由沉降现象。
汤曼和穆勒（1987）在街道和菲尔普斯模型中进行了一个重要的修饰，通过两种碳质和氮化组分分离，因为这两个元素具有不同的脱氧和炎热速率。然而，氧气溶解余数相同，它补充了温度的依赖性。
在阿尔及利亚，表面的水资源非常有限，难以利用，这就是为什么任何污染风险都应该受到强调，转发和建模的原因。
Wadi Cheliff是阿尔及利亚最重要的河流之一，卓越术语构成了地下层和灌溉的污染的传染媒介。要知道这种水的质量对于管理这种资源及其环境至关重要。
切里夫河是一个具体的例子，说明了在一年中受到城市或工业性质的过度排斥后，任何一种污染都已达到物理、化学和细菌的程度，而没有经过任何初步处理。在切里夫河流域建立了32个生产单元，造成约相当于410,000人口的污染(ABHCZ 2005年)。
这里首次考虑的模型是模拟氧气在阿尔及利亚球场溶解的过程。将此模型与Streeter和Phelps的线性模型在Wadi Cheliff河段进行比较。
研究区
切里夫流域占地面积47.269公里2．它在东经0°和3°30′之间，北纬34°和36°之间延伸。它包括四个以下的分水岭:布格泽尔上游的切利夫，高和中切利夫，下切利夫，米纳和沿海。北临地中海，西临Oranais分水岭，南临高原，东临阿尔及尔分水岭(图1)。
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图1：切里夫河的分水岭 |
该地区的特点是半干旱气候，夏季炎热，冬季寒冷(Boulaine, 1957)。7月最高气温(29°C)和1月最低气温(11°C)之间的显著变化(18°C)表明了大陆性气候，尽管靠近海洋;事实上，Dahra山脉形成了一道屏障，将地中海70公里长的调节影响的Cheliff流域隔离开来(Bettahar等，2009年)。
材质和方法
该模型应用于Wadi Cheliff长度的一部分约8.5 km，由oum drou镇的上游部分分隔，直到燕子在Chlef镇中心拍摄的燕子。
在这个剖面的水平上选择了12(12)个采样站(图2)。这些采样站与第一个采样站(Oum Drou)的距离定义见表1。
在这些站的水平上测量的数据是DBO5.在受控温度下储存在串联冷却培养箱中，在20℃的受控温度下，使用卷轴电流计测量水速度，使用便携式电导计获得环境和水温数据，使用手持pH计获得水pH值，使用便携式o评估溶解的氧气2-仪表。通过Garmin Handheld GPSMAP 78S获得段的总距离和每个采样站的全球位置。
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图2：采样和测量 |
理论
Streeter和Phelps(1926)针对俄亥俄河提出了描述污染排放后溶解氧浓度和BOD向下游时空演化的模型:
式中，D =溶解氧亏缺，b =排放点混合料最终一级BOD, mg/l, k1=脱氧系数，k2=复曝系数，t =天数，C = OD浓度，Cs = DO饱和浓度。
该模型使用系数k1和K.2其中分别依赖于单独的废物特征，而重新曝气系数k2，取决于河流的水温，速度和深度等因素。
等式1，完成后（Waite等人1977;基于1998; Longe和Omole 2008）给出：
其中：d =时间t后预测的do缺陷;L0 =在Mg / L的放电点混合的最终第一阶段BOD;d0 =在mg / l中混合点的混合物的初始缺陷;k1=出水脱氧系数;k2=溪流再曝系数;t =。
溶解氧亏缺D的变化为曲线勺形(图3)，可以解释为:在污染排放前的起始点，水体富氧;溶解氧缺乏率低。废水引入后，根据N°1方程，用溶解氧对废水进行生化分解。溶解氧的不足逐渐形成并增加。这溶解氧不足，将至少填补由水的再曝气通过气体转移。经过一段距离(时间)后，河流中的水，包括废水，再次饱和或接近溶解氧，C≈Cs(曲线a)。曲线B是污染导致河流化粪池化(厌氧)的情况。
根据温度T、经验公式(Fair et al. 1968;Bowie et al. 1985)采用以下方法
CS = 14.64 - 0.41。T + 0.008。T.2(Eq.5)
复氧系数k2由以下关系确定(Metcalf 1972)
式中，h =河道深度，单位为m, v =河道流速，单位为m/s， α， n, m =经验系数。
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图3氧垂曲线 |
结果和讨论
之前的拒绝废水(S1),小河的水富含溶解氧值为7.7 mg / l非常接近饱和溶解氧,在一年中的这段时间,水平的8.4 mg / l记者的温度大约24°C。该浓度是在采样站测得的最高值，然后开始下降到最小值6.2 mg/l (S3)。在这个地方相对较高的速度(1.04 m/s)，以支持良好的复氧和良好的自净，OD值为7.5 mg/l (S4)。
S5和S6之间的坡度较低(0.6 ~ 3‰)，产生较低的流速(因此行程时间相对较长)，有利于细菌活动耗氧。从7.1 mg/l开始上升到7.6 mg/l (S7)。通过拒绝废水而不处理Chega的聚集和重复的生物分解过程，即在S9站降低OD值(6.7 mg/l)，然后在S10站增加OD值(7.5 mg/l)，这种增加被阻止。另一种对废水(chleff东部)的拒绝停止，再次出现了chleff河道自净的现象，OD值下降到6.8 mg/l。
有待宣布的是，Cheliff河的水的pH值是微酸性的，它的中值是5.77，这是由于厌氧介质中部分有机物的生物降解，特别是在旱季。
由此得出k2根据实验结果，利用Eq.(7)计算Wadi Cheliff的模型。
在那里,维向上=上游的初始DO亏损;Ddown=任何下游点的DO亏损;T =连续两点之间的行程时间。
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表1:采样站及其对应 |
求出k的计算值之间的关系2采用非线性回归分析方法，可以得到流速和深度之间的关系常数，也称为β回归系数1,β2,β3.使用eq。（8）
其中，v =流流速，以米为单位，H =液压半径，以米为单位。
k2在确定参数β的同时，建立了wadi Cheliff模型(Eq. 9)1,β2和β3.．这些参数是必须确定的函数的未知值。因为β2和β3.均处于非线性位置，对所定义的关系，进行了非线性回归来确定参数。
通过绘制k的分散图来获得模型的校准之后2(测量)和k2(计算)，并使用Mathcad软件对数据进行非线性回归分析
在非线性回归分析之后，使用以下统计数据传递的模型输出：SSE = 8.561的正方形错误和;测定系数，R2 = 0.942;和均方根误差，RMSE = 1.723。
Streeter et al.(1936)提出的再曝气系数由此定义
将方程9代入方程3，得到图4的破断曲线。而将式3与Streeter et al.(1936)提出的再曝系数(Eq. 10)结合使用，得到的DO亏损预测曲线如图5所示。
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图4：赤字趋势与抽样相符吗 |
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图5:DO亏损趋势线相对于抽样 |
此外，沿着WADI的路径（图4）的曲线图显示了与预期的正常勺形状曲线（图3）的标记差异。沿Wadi Cheliff的DO曲线显示正弦倾向，表明逐步恢复过程在该部分中的几个间隔被打断。
通过比较Cheliff河道提出的模型、Streeter-Phelps模型和分析的测量结果，有人指出:模型提出的结果比Streeter-Phelps模型提供的结果更好。
结论
在本研究;我们可以说，特别是在旱季，切利夫河具有正常但有限的能力来净化自身免受许多污染物的污染，主要是家庭或工业废水(农产品废水)的排污物;一方面是低产生低流速的流动;另一方面，在一年中的这个时候，温度超过29°C，会降低OD(有机物生物降解的关键因素)在水中的溶解度。沿Cheliff河道的DO曲线呈正弦曲线，这表明该段河道自净过程在几个时间段内被中断。
依申模式的开发和验证已进行;该模型有人建议研究WADI Cheliff的质量及其自我净化能力要求，只有其应用，只知道WADI的液压性能和水的特性水化学物质，这非常重要，特别是适用于发展小姐数据，手段和/或管理的国家;这将被用作预测和援助的工具，如管理的指定，例如灌溉摄入水域的区域，以及在该部分的各个点中的瓦迪水的质量知识。这一预测每次都可以避免求助于昂贵的分析。因此，建议在未来的WADI Cheliff汇集研究中适用于饲养模型。
为了保护公共卫生，保护瓦迪牧羊林运输的污染地下水需要测量，以提高最后的自我净化能力。在这些测量中，对水净化植物的废水净化厂的构建;激活“水的警察”，以便尊重环境保护的规定。
参考
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