Bilag: Teoretisk grundlag for ECOlab

Dette teoriafsnit bygges på litteratur fra DHI [DHI, 2003]

ECOlab er et tillægsprogram i DHIs programpakke, der kan beregne forskellige stoffers omsætning i vandige miljøer. Programmet køre sideløbende med advektion-dispersions beregningerne, da der samtidig med transporten sker en omsætning af stofferne i vandet. Derudover kan det behandle forskellige processer såsom fotosyntese, biologisk nedbrydning, geniltning osv.

Der beregnes i ECOlab med ”Water-Quality model level 1”, hvilket er den simpleste model, når der beregnes iltforbrug i vandige systemer. Forskellen på de forskellige niveauer af WQ modellerne er inddragelsen af fosfor, kvælstof og udveksling med sediment. Dette er ikke anvendt, da der ikke er foretaget målinger på dette.

Fotosyntese i vandsøjlen

Der er i programmet mulighed for at beregne iltbidraget fra planterne i form af fotosyntese. Her går programmet ind og beregner dagens længde og solindfaldet ud fra brugerens indtastede data om, hvilken breddegrad systemet befinder sig i og dato for den hændelse der ønskes simuleret. Formlen for dagens længde er vist i ligning I.20.1.

Beregning af dagens længde

(I.20.1)



hvor
T er den indtastede dag nummer divideret med 356 [-]
δ er dagens længde [-]

Derefter beregner programmet tiden i forhold til middag, ved ligning I.20.2.

Beregning af tiden i forhold til middag


(I.20.2)



hvor
Φ er breddegraden [rad]
τ er tiden i forhold til middag [-].

Herved er det muligt for programmet at beregne fotosyntesen. Der er indbygget en betingelse i beregningen, som gør at der ikke beregnes en produktion af ilt om natten. Denne betingelse træder i kraft når, τ ligger udenfor det interval, der er mellem solnedgang og solopgang, som er defineret i programmet, herved bliver produktion = 0. Derudover beregnes produktionen af ilt som vist i ligning I.20.3.

Fotosyntesen

(I.20.3)



hvor
P er produktionen af ilt ved fotosyntese [g O2/m3/dag]
Pmax er den maksimale produktion af ilt klokken 12 [g O2/m3/dag]
α er den relative dagslængde [-]

Geniltning

Geniltningen er den anden proces i ECOlab, som bidrager med ilt i vandsøjlen. Normalt afhænger denne proces af hældningen på åen, vandføringen og dybden i åen, hvilket er indbygget i geniltningskonstanten, K2. Det er dog valgt at anvende den K2, der er bestemt ud fra egne målinger. Herved bliver beregningen af geniltningen i ECOlab som i ligning I.20.4.

Beregning af koncentrationen af opløst ilt

(I.20.4)



hvor
DO er koncentrationen af opløst ilt [mg/L]
K2 er geniltningskonstanten [dag-1]
Cm er mætningskoncentrationen af opløst ilt [mg/L]

Biologisk iltforbrug

En af de processer der er vigtig under et overløb fra et fælleskloakeret område er nedbrydningen af biologisk materiale. Nedbrydningen afhænger af temperaturen, den aktuelle iltkoncentration og halvmætningskonstanten.
Halvmætningskonstanten har til formål at stoppe processen, når koncentrationen af ilt bliver for lav. Herved bliver ligningen som vist, ligning I.20.5.

Beregning af biologisk iltforbrug

(I.20.5)



hvor
BOD er biologisk iltforbrug [mg/L]
kd er nedbrydningsraten ved 20 °C [dag-1]
Θ er Arrhenius temperatur koefficienten [-]
ks er halvmætningskonstanten [mg/L]
T er temperaturen [°C]

Respiration

Respirationen er det forbrug af ilt der hele tiden vil være i et vandløb, da det går til vedligeholdelse af økosystemet i vandet. Respirationen bliver beregnet som vist i ligning I.20.6.

Beregning af respiration

(I.20.6)



hvor
R er respirationsraten af planter, dyr og bakterier [g O2/m3/dag]
R20 er respirationsraten ved 20 °C [g O2/m3/dag]

Ved hjælp af de opstillede ligninger kan der opstilles en massebalance for systemet, hvorved ændringen af koncentrationen af opløst ilt kan beregnes, ligning I.20.7.

Massebalance for koncentrationen af opløst ilt

(I.20.7)





[ Til toppen ]
[ Forrige | Næste ]