水質化學模式

水質化學模式是指化學物質(污染物)性質為主要參數，描述其在水體中變化規律的一種水質數學模式。有單參數模式和多參數模式之分。

基本介紹

• 中文名：水質化學模式
• 外文名：water quality chemical model
• 作用：描述污染物在水體中變化規律
• 性質：數學模式
• 分類：單參數模式和多參數模式
• 學科：海洋學

簡介

水質化學模式是指化學物質(污染物)性質為主要參數，描述其在水體中變化規律的種水質數學模式。有單參數模式和多參數模式之分。目前研究和套用較多的是河流生化需氧量和溶解氧的關係模式，它可描述水體中這兩種耗氧有機物隨時間和空間變化的情況及其定量關係；為評價水質、預測影響和控制效果等提供依據。多參數模式包活更多化學參數，根據化學物質〔污染物)固有的性質參數，結合環境特徵的參數(如水流量、流速、pH等)建立數學模式，用來描述或預測在各種實際環境條件下，化學物質(污染物)在水體中的濃度分布、遷移轉化的過程。

主要類型

水質化學平衡模式

水質化學平衡模式是把水環境看作一個封閉體系，其組成不隨時間變化，進行熱力學平衡計算。計算結果必須滿足兩個方面的要求：（1）質量平衡，即物料平衡，各種形態的總和應該等於相對應的已知總濃度；（2）化學平衡，體系中的形態分布達到最穩定狀態，亦即體系的總自由能達到最小值，或者說每種形態的濃度都能同時適合於所有有關的化學平衡式這既是一個物理化學向題，又是一個數學問題，目前可套用的處理方式有兩類，一是最小自由能法，二是平衡常數法。

水質穩態模式

水質化學平衡模式為天然水環境描繪出一幅圖象， 但它並沒有充分反映出水質體系的真實狀況這一方面是由於平衡模式本身尚不夠完善，仍在發展中，另一方面，更重要的是，環境中水質系的真實狀態遠不是熱力學平衡狀態，因此，平衡模式的計算結果往往與水質系的形態分布不盡一致。平衡模式本身的困難首先在於缺少足夠的正確的熱力學資料例如平衡常數、標淮自由能, 焙、嫡、熱容等等，多相平衡的數據更為缺乏。此外，還需要考慮不同活度、溫度、壓力下的校正，不同來源的數據有時相互矛盾， 求定所需的參數往往涉及大量的工作。另一方面，直接測定法對真實體系進行化學表征也有局限性，分析結果可能不足以區別各種物理和化學形態，特別是對環境中高活性不守恆的微量元素，如痕量金屬、有機毒物等更難測定，這也使平衡模式的驗證和發展受到影響。

穩態模式把熱力學平衡與化學動力學和傳質過程結合在一起， 可以更近似地模擬更多的環境體系。這類模式在環境水化學中已得到比較廣泛的套用，特別是在狀態變化不十分劇烈的水體和人工控制的水處理設施中，占有重要地位。

水質動態模式

如果把水質系作為動態開放體系考慮，在體系內外將有物質和能量交換，並且要包括水動力因素的影響這時除化學反應外， 要加入遷移、混合的過程，有時還要加入生物過程這時處理方式有時作為完全的動態模式，也有時仍按穩態模式但加入動態學因素。

作為水質化學模式，基本上應描述出水環境中化學物質的遷移轉化狀況。對於溶解態物質，其遷移運動與水流是基本一致的，但有時需考慮密度梯度、溫度不同、含鹽差異等分層流動懸浮沉積物、沉澱物及有機順粒物等則與水流有相對的分散、沉降、沉積、再懸浮等運動, 還有絮凝、破碎等拉度的變化，同時對溶解和膠體物質尚有吸附、卷帶等過程，這都使定量的數學描述變得十分困難。

水中化學物質可以分為兩類。一類是守恆的, 它們不會降解或改變其數量，只能被稀釋、混合、移動，除局部輸人輸出外，沒有其他來源和漏失， 並且不受物理、化學生物等過程影響而變化另一類是非守恆的，它們可以有形態轉化，各種過程影響下的數量變化。對於水質化學模式， 後一類是主要對象，但前一類是考慮的出發點水力學遷移模式以水團的流動為基礎，化學物質隨之移動，在其中發生降解、轉化等變化過程。這時，遷移基本方程式可有一維、二維、三維等不同考慮。

水質化學模式識別

常見模式識別的分類方法有兩種：一種是有監督分類，它要求有一訓練集或學習集，在訓練集中，各樣本類別是己知的，計算機通過訓練或學習，掌握一定的識別規律後，再去識別未知樣本。另一些是無監督分類，它是一種研究“物以類聚”的數值分類方法，不需要知道研究對象的歸屬，事先也沒有規定分類標準，卻要求通過信息處理找出合適的方法實現樣本分類。