Validation of the Streeter-Phelps Model in Matlab to predict biochemical demand for oxygen DOB and dissolved oxygen OD

Abstract

Summary: The article intended the validation of the Streeter Phelps mathematical model that describes the behavior of dissolved oxygen OD and the biochemical oxygen demand BOD, which includes re- aeration and deoxygenation processes, related to hydromorphodynamic processes and the associated dynamics. The verification of the model was implemented from the application of the adjustment of the equation with the tool of non-linear least squares method, which stablishes a least squares analysis to adjust observations with a model that is nonlinear in n unknown parameters. Correspondingly, this approximates the model by a linear one and refines the parameters by successive iterations. The results associated with the research allowed validating, considering the adjustment of the constants ka and kd of the Streeter - Phelps equation, with experimental data. It presents a good fitting which it is of 0.97. The deficit of determined critical dissolved oxygen occurs approximately at kilometer 30 of the segment studied, in which the lowest concentrations of dissolved oxygen are determined. The behavior of the BOD comprises a removal process with a negative concentration gradient, in which it goes from a concentration at the pour point of 16.67 mg / L to 7.48 mg / L at kilometer 80. Resumen: El artículo contempló la validación del modelo matemático Streeter Phelps que describe el comportamiento del oxígeno disuelto OD y la demanda bioquímica de oxigeno DBO, que tienen en cuenta procesos de reaireación y desoxigenación, relacionados con procesos hidromorfodinámicos y la dinámica asociada. La validación del modelo se llevó a cabo a partir de la aplicación del ajuste de la ecuación con la herramienta el método de mínimos cuadrados no lineales, que forma un análisis de mínimos cuadrados para ajustar observaciones con un modelo que es no lineal en n parámetros desconocidos; que, explicado de otra forma, aproxima el modelo por uno lineal y refina los parámetros por iteraciones sucesivas. Los resultados asociados a la investigación permitieron validar, teniendo en cuenta el ajuste de las constantes ka y kd de la ecuación Streeter - Phelps, con datos experimentales, presenta un buen ajuste, de 0.97. El déficit de oxígeno disuelto crítico determinado se da aproximadamente en el kilómetro 30 del segmento estudiado, en el cual se determinan que existan las menores concentraciones de oxígeno disuelto. El comportamiento de la DBO comprende un proceso de remoción con un gradiente de concentración negativo, en el que pasa de una concentración en el punto de vertimiento de 16.67 mg/L a 7.48 mg/L en el kilómetro 80.