1、主要内容主要内容 主要技术问题主要技术问题二二 案例分析案例分析三三一计算步骤计算步骤一、计算步骤一、计算步骤 1.水域概化水域概化 2.水文资料调查及设计水文条件的确定水文资料调查及设计水文条件的确定 3.水质控制节点的确定水质控制节点的确定 4.确定水质模型及其计算参数确定水质模型及其计算参数 5.计算分析计算分析 6.成果合理性分析成果合理性分析一、计算步骤一、计算步骤水域概化：将天然水域（河流、水库）概化成计算水域，例天然水域概化：将天然水域（河流、水库）概化成计算水域，例天然河道可概化成顺直河道，动态水流简化为稳态水流等。水域经适河道可概化成顺直河道，动态水流简化为稳态水流等。水域经
2、适当概化后，才能够利用数学模型来描述其水质变化规律。同时，当概化后，才能够利用数学模型来描述其水质变化规律。同时，支流、排污口、取水口等影响水环境的因素也要进行相应概化，支流、排污口、取水口等影响水环境的因素也要进行相应概化，若排污口距离较近，可把多个排污口简化成一个集中的排污口。若排污口距离较近，可把多个排污口简化成一个集中的排污口。水文资料调查及设计水文条件的确定：收集研究水域水下地形、水文资料调查及设计水文条件的确定：收集研究水域水下地形、水文站的水文资料（河宽、水深、流速、流量、坡度和弯曲系数水文站的水文资料（河宽、水深、流速、流量、坡度和弯曲系数）等，明确每一个河段或水库的水文设计条
3、件。对没有资料的河）等，明确每一个河段或水库的水文设计条件。对没有资料的河段，采取水文比拟等方法确定其水文条件。段，采取水文比拟等方法确定其水文条件。1 12 2一、计算步骤一、计算步骤水质控制节点的确定：根据水功能区划和水域内的水质敏感点位水质控制节点的确定：根据水功能区划和水域内的水质敏感点位置分析，确定水质控制断面的位置和控制标准。对于大江大河（置分析，确定水质控制断面的位置和控制标准。对于大江大河（和大型水库），则需根据水体的功能用途和环境管理的要求，确和大型水库），则需根据水体的功能用途和环境管理的要求，确定混合区的控制边界及水质保护目标。定混合区的控制边界及水质保护目标。确定水质模
4、型及其计算参数：根据实际情况选择零维、一维或二确定水质模型及其计算参数：根据实际情况选择零维、一维或二维水质模型，在进行各类数据资料的一致性分析的基础上，确定维水质模型，在进行各类数据资料的一致性分析的基础上，确定模型所需的各项参数。模型所需的各项参数。3 34 4一、计算步骤一、计算步骤计算分析：以控制节点的水质目标为约束条件，（采用试算法）计算分析：以控制节点的水质目标为约束条件，（采用试算法）对选定的水质模型进行反解（即逐步调整功能区内各入河排污口对选定的水质模型进行反解（即逐步调整功能区内各入河排污口的入河通量，直到控制节点的水质预测浓度达标为止），即可计的入河通量，直到控制节点的水质
5、预测浓度达标为止），即可计算出该水域的水环境容量。当计算水域内有多个入河排污口时，算出该水域的水环境容量。当计算水域内有多个入河排污口时，试算过程应从现状入河量开始，原则上各入河口按同样的缩放系试算过程应从现状入河量开始，原则上各入河口按同样的缩放系数逐步调整其入河排污量。数逐步调整其入河排污量。5 5成果合理性分析：在水环境容量模型计算的基础上，结合上下游成果合理性分析：在水环境容量模型计算的基础上，结合上下游关系、左右岸关系、水质评价和污染源调查结果、混合区范围等关系、左右岸关系、水质评价和污染源调查结果、混合区范围等因素，进行合理性分析。此外，应结合水功能区水质评价和污染因素，进行合理性
6、分析。此外，应结合水功能区水质评价和污染源调查分析，建立污染源与水质目标之间的输入响应关系，进行源调查分析，建立污染源与水质目标之间的输入响应关系，进行参数的校核和反馈调整，核定控制单元内允许纳污量。参数的校核和反馈调整，核定控制单元内允许纳污量。6 6二、主要技术问题二、主要技术问题 1 1、河流简化与模型选取、河流简化与模型选取 2 2、排污口概化、排污口概化 3 3、混合区的确定、混合区的确定 4 4、计算单元和控制节点、计算单元和控制节点( (断面断面) ) 5 5、模型参数、模型参数1 1、河流简化与模型选取、河流简化与模型选取p水质数学模型水质数学模型有零维模型、一维模型、二维模型
7、等。有零维模型、一维模型、二维模型等。p对每个水功能区，应根据其空间形态、水文、水质特征对每个水功能区，应根据其空间形态、水文、水质特征选择合适的水环境容量计算模型。选择合适的水环境容量计算模型。二、主要技术问题二、主要技术问题1 1、河流简化与模型选取、河流简化与模型选取二、主要技术问题二、主要技术问题p断面宽深比大于等于断面宽深比大于等于2020时，简化为矩形河段；时，简化为矩形河段；p小河可以简化为矩形平直河流；小河可以简化为矩形平直河流；p大中河流中，当河段弯曲系数小于等于大中河流中，当河段弯曲系数小于等于1.31.3时，可简化时，可简化为顺直河段，否则视为弯曲河流；为顺直河段，否则视
8、为弯曲河流；p河道特征和水力条件有显著变化的河段，应在显著变化河道特征和水力条件有显著变化的河段，应在显著变化处分段。处分段。 根据广东省根据广东省河流水功能区的河道特征和水文水质特征，分河流水功能区的河道特征和水文水质特征，分二种情况选用不同的纳污能力计算模型：二种情况选用不同的纳污能力计算模型： p狭长河道：当河流宽度小于狭长河道：当河流宽度小于200m时，单向河流使用一维断时，单向河流使用一维断面平均衰减模型，感潮河段使用潮平均一维衰减模型，感面平均衰减模型，感潮河段使用潮平均一维衰减模型，感潮河网采用一维潮平均有限分段水质模型。潮河网采用一维潮平均有限分段水质模型。p大江大河：当河流宽
9、度大于大江大河：当河流宽度大于200m时，单向河流选用二维垂时，单向河流选用二维垂向平均衰减模型，感潮河段使用潮平均二维衰减模型。向平均衰减模型，感潮河段使用潮平均二维衰减模型。p西江、东江、北江等河流的流量较大，稀释扩散能力强，西江、东江、北江等河流的流量较大，稀释扩散能力强，虽然平均水质良好，但由于靠近岸边水流相对平缓，在排虽然平均水质良好，但由于靠近岸边水流相对平缓，在排污口下游一定范围内形成污染带，宜采用二维污染带模型污口下游一定范围内形成污染带，宜采用二维污染带模型来计算控制排放量。来计算控制排放量。图图 河流一维模型概化示意图河流一维模型概化示意图 p节点指河流上排污口、取水口、干
10、支流汇合口等造成河节点指河流上排污口、取水口、干支流汇合口等造成河道流量、水质发生突变的点，水量与污染物在节点前后道流量、水质发生突变的点，水量与污染物在节点前后满足物质平衡规律。满足物质平衡规律。p河段指河流被节点分成的若干段，每个河段内污染物的河段指河流被节点分成的若干段，每个河段内污染物的自净规律符合一阶反应定律。自净规律符合一阶反应定律。 一维水质模型由河段和节点两部分组成：一维水质模型由河段和节点两部分组成：河流一维水质模型河流一维水质模型图图 河流一维模型概化示意图河流一维模型概化示意图 p在节点处，要利用节点均匀混合模型进行节点前后的物在节点处，要利用节点均匀混合模型进行节点前后
11、的物质守恒分析，确定节点后的河段流量和污染物浓度。质守恒分析，确定节点后的河段流量和污染物浓度。p节点后的河段以节点平衡后的流量和污染物浓度为初始节点后的河段以节点平衡后的流量和污染物浓度为初始条件，按照一级降解公式计算到下一个节点前的污染物条件，按照一级降解公式计算到下一个节点前的污染物浓度。浓度。 图图 河流一维模型概化示意图河流一维模型概化示意图 考虑干流、支流、取水口、排污口均在同一节点的最复考虑干流、支流、取水口、排污口均在同一节点的最复杂情况，水量平衡方程为：杂情况，水量平衡方程为：Q干流混合后干流混合后Q干流混合前干流混合前Q支流支流Q排污口排污口Q取水口取水口 污染物平衡方程为
12、：污染物平衡方程为： 取取水水口口排排污污口口支支流流干干流流混混和和前前取取水水口口取取水水口口排排污污口口排排污污口口支支流流支支流流干干流流混混和和前前干干流流混混和和前前干干流流混混合合后后QQQQQCQCQCQCC 图图 河流一维模型概化示意图河流一维模型概化示意图 对河段：对河段：)exp()exp(iiiiiitkcuxkcc 混混合合后后混混合合后后2、排污口概化、排污口概化 对有排污口的水功能区或河段，污水排放流量较大的排污对有排污口的水功能区或河段，污水排放流量较大的排污口作为独立的排污口处理；其他排污口，可进行适当简化：口作为独立的排污口处理；其他排污口，可进行适当简化：
13、 （1）若排污口距离较近，可把多个排污口简化成一个集中的）若排污口距离较近，可把多个排污口简化成一个集中的排污口。排污口。概化后的排污口位置为：概化后的排污口位置为： x=(Q1C1x1+Q2C2x2+QnCnxn)/(Q1C1+Q2C2+QnCn) （2）距离较远并且排污量比较小的分散排污口，可概化为非）距离较远并且排污量比较小的分散排污口，可概化为非点源入河，仅影响水域水质本底值，不参与容量优化分配计算。点源入河，仅影响水域水质本底值，不参与容量优化分配计算。上界上界下界下界上界上界下界下界1#1 2 3x3 3、混合区的确定、混合区的确定图图 污水与河流的混合过程：污水与河流的混合过程：
14、（a）河中排放；（）河中排放；（b）岸边排放）岸边排放(a)4)2(exp()4exp()exp(),(22xEyBuxEuyxuEHQCCukxyxCyyyEER n混合区定义混合区定义p在排污口下游自排污口至功能区控制点或控制断面之间的，在排污口下游自排污口至功能区控制点或控制断面之间的，使污染物得以进行初始混合与稀释后达到水域功能区水质使污染物得以进行初始混合与稀释后达到水域功能区水质标准的区域称为混合区。标准的区域称为混合区。p混合区是污染物自排放口至功能区控制断面达标的过渡区，混合区是污染物自排放口至功能区控制断面达标的过渡区，是允许超标的区域。是允许超标的区域。p混合区越小，意味着
15、控制越严格，混合区消失，意味着不混合区越小，意味着控制越严格，混合区消失，意味着不许排放或意味着排放口排出的水质与功能区的水质相等。许排放或意味着排放口排出的水质与功能区的水质相等。n混合区的三要素混合区的三要素（1） 位置：重要的功能区均应加以保护，其范围内不允许位置：重要的功能区均应加以保护，其范围内不允许混合区存在。混合区存在。（2） 大小：排污口所在水域形成的混合区不应影响邻近功大小：排污口所在水域形成的混合区不应影响邻近功能区水质；河流混合区范围能区水质；河流混合区范围不允许超过不允许超过12km2。（3）形状：河流混合区一般为岸边窄长水域距下游控制断）形状：河流混合区一般为岸边窄长
16、水域距下游控制断面有足够的安全距离，且不超过河宽的面有足够的安全距离，且不超过河宽的1/3；河流混合；河流混合区长度不允许超过区长度不允许超过12001500m。 整个河段的封闭性混合区是不允许的整个河段的封闭性混合区是不允许的p确定某入河排放口的混合区长度时，以不影响邻近功能区确定某入河排放口的混合区长度时，以不影响邻近功能区（控制断面）和对岸水质达标为原则，并留有有足够的安（控制断面）和对岸水质达标为原则，并留有有足够的安全距离，且不得超过河宽的全距离，且不得超过河宽的1/3；p对工业排放口，混合区长度控制在对工业排放口，混合区长度控制在5001000m；p对城市污水处理厂排放口，混合区长
17、度控制在对城市污水处理厂排放口，混合区长度控制在3000m内；内；p在同一连续区段中，所有混合区长度总和小于对应大江大在同一连续区段中，所有混合区长度总和小于对应大江大河岸线总长的河岸线总长的8%。 根据西江、北江、东江流域水质保护规划的研究成果，混根据西江、北江、东江流域水质保护规划的研究成果，混合区的确定如下：合区的确定如下：n混合区浓度计算混合区浓度计算图图 河流污染带计算坐标示意图河流污染带计算坐标示意图(a)(b)4)2(exp()4exp()exp(),(22xEyBuxEuyxuEHQCCukxyxCyyyEER采用二维混合模式：采用二维混合模式：gHJRnVguuBHEy 6/
18、1*)0065. 0058. 0(摩摩阻阻流流速速，图图 岸边排放混合区示意图岸边排放混合区示意图图图 某排污口某排污口COD浓度场分布示意图浓度场分布示意图l岸边排放，其浓度场的等浓度线沿水流方向成细长半椭圆状岸边排放，其浓度场的等浓度线沿水流方向成细长半椭圆状结构。结构。l横断面分区及控制方法：即以任何一个断面（横断面分区及控制方法：即以任何一个断面（x，0）点为控）点为控制点时，其上游为相应水质标准的污染带混合区，下游为功制点时，其上游为相应水质标准的污染带混合区，下游为功能区。能区。n污染带的等浓度线结构及功能分区方法污染带的等浓度线结构及功能分区方法图图 某排污口某排污口COD浓度场
19、分布示意图浓度场分布示意图l纵向断面分区及控制方法：纵向断面分区及控制方法： 如果由于某种需要规定在如果由于某种需要规定在B的水质达到指定标准的水质达到指定标准Cs，根据污染带浓度变化规律根据污染带浓度变化规律可以确定可以确定BB区域是污染带区域是污染带混合区，混合区，BB以外的区域是以外的区域是水功能控制区。水功能控制区。污染带的等浓度线结构及功能分区方法污染带的等浓度线结构及功能分区方法只要水质标准和控制点确定之后，其混合区、功能区和等浓度只要水质标准和控制点确定之后，其混合区、功能区和等浓度线即随之确定，应当指出所谓功能区和混合区是针对某一水质线即随之确定，应当指出所谓功能区和混合区是针
20、对某一水质标准相对而言的概念。标准相对而言的概念。4 4、计算单元和控制节点、计算单元和控制节点( (断面断面) )p原则上以水功能区为基本单元；原则上以水功能区为基本单元；p由于容量计算模型中河道流量、流速等参数都是取常数，而由于容量计算模型中河道流量、流速等参数都是取常数，而天然河流的中上述参数是沿程变化的；天然河流的中上述参数是沿程变化的；p如果河流的长度较大，当以控制断面达标为约束条件反算容如果河流的长度较大，当以控制断面达标为约束条件反算容量时，必然出现长距离的超标河段。量时，必然出现长距离的超标河段。p为了避免长距离的河段超标以及反映河流参数的沿程变化，为了避免长距离的河段超标以及
21、反映河流参数的沿程变化，将河道参数沿程变化较大或空间距离较长的水功能区划分成将河道参数沿程变化较大或空间距离较长的水功能区划分成若干个计算单元。若干个计算单元。 计算单元是容量计算模型应用的单元对象，即以河段长计算单元是容量计算模型应用的单元对象，即以河段长度和重要的取水口、排水口、河道条件变异区等重要敏感的度和重要的取水口、排水口、河道条件变异区等重要敏感的断面划分节点并确定计算单元。断面划分节点并确定计算单元。p有较大的支流汇入或河道发生分流，导致河段流量等参数发有较大的支流汇入或河道发生分流，导致河段流量等参数发生突变；生突变；p有较大的入河排放口汇入；有较大的入河排放口汇入；p有重要的
22、饮用水源吸水口；有重要的饮用水源吸水口；p计算单元长度不超过计算单元长度不超过10km；p一个水功能区划分为多个计算单元时，各个计算单元的水质一个水功能区划分为多个计算单元时，各个计算单元的水质目标均采用本功能区水质目标。目标均采用本功能区水质目标。4 4、计算单元和控制节点、计算单元和控制节点( (断面断面) )4 4、计算单元和控制节点、计算单元和控制节点( (断面断面) )p控制断面是指能反映水环境功能区水质，或反映污染源对水控制断面是指能反映水环境功能区水质，或反映污染源对水域水质的影响，或反映功能区执行标准变化的代表性断面。域水质的影响，或反映功能区执行标准变化的代表性断面。p各控制
23、断面以水功能区划以及广东省跨市河流水质达标管理各控制断面以水功能区划以及广东省跨市河流水质达标管理办法规定的水质标准上限值为容量计算的依据。办法规定的水质标准上限值为容量计算的依据。4 4、计算单元和控制节点、计算单元和控制节点( (断面断面) )p一般情况下，可以直接将水功能区内的常规监测断面或下游一般情况下，可以直接将水功能区内的常规监测断面或下游边界作为纳污能力计算的控制节点。边界作为纳污能力计算的控制节点。p如果某一功能区内存在多个常规性监测断面，可以选取最高如果某一功能区内存在多个常规性监测断面，可以选取最高级别的监测断面、最有代表性的监测断面或者最能反映最大级别的监测断面、最有代表
24、性的监测断面或者最能反映最大取水量取水口水质的监测断面作为控制节点。取水量取水口水质的监测断面作为控制节点。p如果功能区没有常规性监测断面，可以选择功能区的下断面如果功能区没有常规性监测断面，可以选择功能区的下断面或者重要的取水点作为控制节点。或者重要的取水点作为控制节点。p对于高功能水域、重要水域以及距离较长的水域，根据需要，对于高功能水域、重要水域以及距离较长的水域，根据需要，一个功能区内应设置多个断面来控制功能区的水质，作为水一个功能区内应设置多个断面来控制功能区的水质，作为水环境容量计算的约束条件。环境容量计算的约束条件。 （1 1）控制断面不能设在排污混合区内：一般的水功能区都）控制
25、断面不能设在排污混合区内：一般的水功能区都允许有排污口存在，排污口下游必然存在一段由排放浓度过允许有排污口存在，排污口下游必然存在一段由排放浓度过渡到功能区标准的排污混合区。因此，控制断面要避开混合渡到功能区标准的排污混合区。因此，控制断面要避开混合区或过渡区，以反映水体的客观情况。区或过渡区，以反映水体的客观情况。 （2 2）控制断面要反映敏感点的水质：大部分水功能区内都）控制断面要反映敏感点的水质：大部分水功能区内都有饮用水取水口或鱼类索饵、产卵活动区存在，控制断面设有饮用水取水口或鱼类索饵、产卵活动区存在，控制断面设置应考虑这些敏感点的水质保护，以保证功能区真正达标。置应考虑这些敏感点的
26、水质保护，以保证功能区真正达标。 （3 3）控制断面要保证出境水质达标：除了保证本水功能区）控制断面要保证出境水质达标：除了保证本水功能区的水质达标外，还应保证出境提供给下游地区的水质达到功的水质达标外，还应保证出境提供给下游地区的水质达到功能区要求。能区要求。 在控制断面的选取时应注意的几个问题在控制断面的选取时应注意的几个问题5 5、模型参数、模型参数模型参数清单模型参数清单RQRC平均流量 流入边界水质浓度类类 别别数数 据据注注 释释水文水文参数参数流速流速 u流量流量Q横向扩散系数横向扩散系数 Ey河流比降河流比降 J或糙率或糙率 n感潮河段应分别取涨潮期感潮河段应分别取涨潮期和退潮
27、期的平均值，可由和退潮期的平均值，可由潮汐河网动态水动力模型潮汐河网动态水动力模型提供提供河道河道参数参数河段长度河段长度 x河段平均宽度河段平均宽度 B河段平均水深河段平均水深 H与设计流量对应的数据与设计流量对应的数据水质水质参数参数污染物衰减系数污染物衰减系数k允许混合区纵向范围允许混合区纵向范围 Xs允许混合区横向向范围允许混合区横向向范围 Ys允许混合区边界的水质目标允许混合区边界的水质目标C(Xs,Ys)污染源污染源数据数据污水流量污水流量QE污水水质浓度污水水质浓度 CE5 5、参数的确定、参数的确定 国内外对国内外对BOD的衰减系数研究较多，对的衰减系数研究较多，对COD降解系
28、数降解系数kc和和氨氮降解系数氨氮降解系数kn的研究成果并不多见。原则上，的研究成果并不多见。原则上，COD的降解系数的降解系数约为约为BOD的的6070%。表表 广东省部分河流广东省部分河流COD、氨氮降解系数、氨氮降解系数 单位：单位：1/d项目名称项目名称承担单位承担单位kckn珠江三角洲水环境容量与水质规划珠江三角洲水环境容量与水质规划华南环境科学研究所华南环境科学研究所0.080.450.070.15西江流域水质保护规划西江流域水质保护规划华南环境科学研究所华南环境科学研究所0.10.07韩江流域水质保护规划韩江流域水质保护规划华南环境科学研究所华南环境科学研究所0.150.1东江流
29、域水污染综合防治研究东江流域水污染综合防治研究华南环境科学研究所华南环境科学研究所0.10.40.060.2北江流域水质保护规划北江流域水质保护规划华南环境科学研究所华南环境科学研究所0.080.10.10.15珠江流域水环境管理对策研究珠江流域水环境管理对策研究华南环境科学研究所华南环境科学研究所0.070.60.030.3广东省水资源保护规划要点广东省水资源保护规划要点广东省水利厅广东省水利厅0.18无无广州佛山跨市水污染综合整治方案广州佛山跨市水污染综合整治方案中山大学中山大学0.20.050.1鉴江水质保护规划鉴江水质保护规划中山大学中山大学0.20.1练江流域水质保护规划练江流域水质
30、保护规划广东省环境监测中心站广东省环境监测中心站0.30.550.10.35广东省地表水环境容量核定广东省地表水环境容量核定技术报告技术报告华南环境科学研究所河流河流0.10.20.050.1库湖库湖0.050.10.05三、案例分析三、案例分析 案例案例1：单一河道水功能区纳污能力计算：单一河道水功能区纳污能力计算 案例案例2 2：河流多个水功能区纳污能力计算：河流多个水功能区纳污能力计算 案例案例3：混合区纳污能力计算：混合区纳污能力计算案例案例1：单一河道水功能区纳污能力计算：单一河道水功能区纳污能力计算假设某水功能区被（假设某水功能区被（n-1）个节）个节点细分为点细分为n个河段，由公
31、式计算个河段，由公式计算出第出第i 河段的水环境容量为：河段的水环境容量为：RRERsCQQQukxCW)()4 .86/exp(图图 河段一维问题示意图河段一维问题示意图QR,CRQE，CECSx，kC0三、案例分析三、案例分析 如只划分了一个河段，排污口与控制断面之间水域的纳如只划分了一个河段，排污口与控制断面之间水域的纳污能力：污能力：RiRiEiRiiiiiCQQQukxCW )()4 .86/exp(1图图 单一河道排污口分布示意图单一河道排污口分布示意图按照上述方法沿程计算整个功能区的沿程污染物浓度变化规按照上述方法沿程计算整个功能区的沿程污染物浓度变化规律。律。 EiRiEiEi
32、RiRiiQQQCQCC 0对排污口节点对排污口节点i有：有：对第对第i个河段有：个河段有：)exp()exp(001iiiiiiiitkCuxkCC QRiCRiCi+1Ci+2i-1ii+1CsQEiCEiQEi+1CEi+1QEi+2CEi+2C0i若以下界处作为功能区考核的断面，如功能区水质目标是若以下界处作为功能区考核的断面，如功能区水质目标是类，类，COD标准值为标准值为20mg/L，则计算结果超过，则计算结果超过类水质标准类水质标准要求，就要通过削减每一个排污口的排污量来重新计算。要求，就要通过削减每一个排污口的排污量来重新计算。图图 水功能区内沿程污染物浓度变化曲线图水功能区内
33、沿程污染物浓度变化曲线图为了简化计算过程，原则上每个排污口按相同的缩放系数调整为了简化计算过程，原则上每个排污口按相同的缩放系数调整排污量，也可以根据各个排污口污染负荷削减的技术经济可行排污量，也可以根据各个排污口污染负荷削减的技术经济可行性，不等比例地进行调整。性，不等比例地进行调整。 当控制断面的模拟结果满足水质标准时，各个排污口的排当控制断面的模拟结果满足水质标准时，各个排污口的排污量之和，即就是该功能区内的水环境容量值。污量之和，即就是该功能区内的水环境容量值。 图图 单一河道排污口分布示意图单一河道排污口分布示意图QRiCRiCi+1Ci+2i-1ii+1CsQEiCEiQEi+1C
34、Ei+1QEi+2CEi+2C0i图图 单一河道排污口分布示意图单一河道排污口分布示意图例：某河道水质、水文和排污口的基本数据如图所示。如果在例：某河道水质、水文和排污口的基本数据如图所示。如果在末断面末断面 COD的浓度不能超过的浓度不能超过30mg/l，试求该河道，试求该河道COD的的环境容量？环境容量？ （单位：（单位：Cmg/l/l，Qm3/s，kd-1，t=x/ud）QR=25CR=18C2CsQE1=2CE1=250QE2=1.5CE2=200C1k1=0.25t1=0.5k2=0.20t2=0.8图图 单一河道排污口分布示意图单一河道排污口分布示意图1111EREERRQQQCQ
35、CC 对排污口对排污口1的节点有：的节点有：对第对第i个河段有：个河段有：)exp()exp(1111111112tkQQQCQCtkCCEREERR QR=25CR=18C2C3QE1=2CE1=250QE2=1.5CE2=200C1k1=0.2t1=0.5k2=0.2t2=0.8C12C23对末断面有：对末断面有： 2122121233)exp()exp(iEiRijjjEiiEiiiiRRQQtkCQtkCQCC图图 单一河道排污口分布示意图单一河道排污口分布示意图)/( 1 .34)exp()exp(2122121233LmgQQtkCQtkCQCCiEiRijjjEiiEiiiiRR
36、 QR=25CR=18C2C3QE1=2CE1=250QE2=1.5CE2=200C1k1=0.20t1=0.5k2=0.22t2=0.8C12C23图图 单一河道排污口分布示意图单一河道排污口分布示意图QR=25CR=18C2C3QE1=2CE1=250QE2=1.5CE2=200C1k1=0.20t1=0.5k2=0.22t2=0.8C12C23假设每个排污口按同比例削减假设每个排污口按同比例削减%，使，使C330mg/L，即：，即：30)exp()1()exp(21221213 iEiRijjjEiiEiiiiRRQQtkCQtkCQC 解得解得18.6%。atsgCQCQWEEEE/0
37、5. 2)/(651)1()1(2211万万 该河道的纳污能力为：该河道的纳污能力为：图图 单一河道排污口分布示意图单一河道排污口分布示意图QR=25CR=18C2C3QE1=2CE1=250QE2=1.5CE2=200C1k1=0.20t1=0.5k2=0.22t2=0.8C12C23如每个排污口按同比例削减如每个排污口按同比例削减18.6%，则：，则：)/(7 .31)1(1111LmgQQQCQCCEREERR )/(7 .28)5 . 020. 0exp(7 .31)exp(11112LmgtkCC )/(8 .35)1()(21221122LmgQQQQCQQCCEEREEER 表表
38、 河开发利用区及水文、水质参数值河开发利用区及水文、水质参数值水功能一级区水功能一级区水功能二级区水功能二级区L(km)u(m/s)Q(m3/s)CODC0(mg/L)Cs(mg/L)k(1/d)河开发利河开发利用区用区河饮用水河饮用水源区源区80.110.520200.2河工业、河工业、景观用水区景观用水区80.110.520300.2河过渡区河过渡区40.110.530200.2案例案例2 2：河流多个水功能区纳污能力计算：河流多个水功能区纳污能力计算 图图 河道功能区分布示意图河道功能区分布示意图QC0CsCsCs123 将河段内的多个排污口概化为一个集中的排污口。假设该集中点将河段内的
39、多个排污口概化为一个集中的排污口。假设该集中点源的实际自净长度为河段长的一半，设河段长度为源的实际自净长度为河段长的一半，设河段长度为L，则污染物自净，则污染物自净长度为长度为L/2。l排污口概化排污口概化 一般情况下，污染物是沿河岸分多处排放，即每一河段（或河流）一般情况下，污染物是沿河岸分多处排放，即每一河段（或河流）内可能存在多个污染源（排放口）。从理论上讲，应计算每一个排污内可能存在多个污染源（排放口）。从理论上讲，应计算每一个排污口所排放的污染物对河流水质的影响结果。但从规划角度而言，规划口所排放的污染物对河流水质的影响结果。但从规划角度而言，规划的远期水平年期间各排污口的设置位置具
40、有不确定性。的远期水平年期间各排污口的设置位置具有不确定性。 X=0X=L/2图图 排污口概化示意图排污口概化示意图 假定污水量与河道流量相比可以忽略不计，则对于下游控制断面，假定污水量与河道流量相比可以忽略不计，则对于下游控制断面，其污染物浓度为：其污染物浓度为：（2 2）水质模型）水质模型)4 .862exp()4 .86exp(ukLQWukLCCRRLx 根据控制断面处的水质保护目标，根据控制断面处的水质保护目标，对上式进行反解，即可求出该河段的纳对上式进行反解，即可求出该河段的纳污能力：污能力： RRSQukLukLCCW)4 .862exp(4 .86exp( ）若排污口在上游断面
41、，计算公式为：若排污口在上游断面，计算公式为：RRRsCQQukLCW )4 .86exp()4 .86exp(ukLQWQCCRRR CRQRX=LX=L/2X=0水功能一级区水功能一级区水功能二级区水功能二级区L/2L河开发利河开发利用区用区河饮用水源区河饮用水源区1228.21347.3河工业、景观河工业、景观用水区用水区4860.75332.2河过渡区河过渡区0(-2548.1)0(-2668.8)表表 COD纳污能力计算结果纳污能力计算结果 单位：单位：t/a图图 河道沿程污染物浓度变化曲线河道沿程污染物浓度变化曲线处理方法之一：每个排污口（河段）按相同的缩放系数调整处理方法之一：每
42、个排污口（河段）按相同的缩放系数调整排污量，约减排污量，约减52% 。表表 河开发利用区河开发利用区COD纳污能力纳污能力 单位：单位：t/a水功能一级区水功能一级区水功能二级区水功能二级区C0(mg/L)Cs(mg/L)W(t/a)河开发利河开发利用区用区河饮用水源河饮用水源区区2017.8（20）589.5河工业、景河工业、景观用水区观用水区18.122.0（30）2333.1河过渡区河过渡区22.020.00合计合计/3199.7 有一河道近似为均匀流，河长有一河道近似为均匀流，河长x=30km，河宽，河宽B=200m，流，流量量QR=120m3/s，断面平均流速，断面平均流速u=0.3
43、0m/s，污染物的衰减系数，污染物的衰减系数k=0.12/d，横向混合系数，横向混合系数Ey=38m2/s，若上游来水氨氮浓度，若上游来水氨氮浓度CR=0.6mg/L，离起始断面，离起始断面1.0km处（混合区长度）的污染物浓处（混合区长度）的污染物浓度不能超过度不能超过1.5mg/L，试求混合区污染物允许排放强度，试求混合区污染物允许排放强度(岸边污岸边污染物水环境容量）。染物水环境容量）。图图 COD浓度场分布示意图浓度场分布示意图图图 污水与河流的混合过程污水与河流的混合过程案例案例3：混合区纳污能力计算：混合区纳污能力计算岸边连续排放情况下的解为：岸边连续排放情况下的解为：反演上式得水
44、环境容量值：反演上式得水环境容量值：xEyBuxEuyCukxCxuEHWyyRsy4)2(exp)4exp()exp(22)4)2(exp()4exp()exp(),(22xEyBuxEuyxuEHQCCukxyxCyyyEER图图 岸边排放混合区示意图岸边排放混合区示意图128640012. 0112. 0,/381000,/6 . 0, )(2 sdksmEmxLmgCmuWQHyRatsgW/2 .6476/5 .198 xEyBuxEuyCukxCxuEHWyyRsy4)2(exp)4exp()exp(22 案例案例4：潮汐河网纳污能力计算：潮汐河网纳污能力计算感潮河网一维水环境数学
45、模型感潮河网一维水环境数学模型（1 1）潮汐河网水动力模型控制方程为）潮汐河网水动力模型控制方程为: :0 xQtA 0|)()(3/42 ARQQgnxzgAxQxxuQtQ 式中：式中：x为沿河道中泓线的坐标为沿河道中泓线的坐标(m)；u为断面平均流速为断面平均流速(m/s)；Q为潮量为潮量(m3/s)；A为过水断面面积为过水断面面积(m2)；t为时间为时间(s)；z为潮位为潮位(m)；g为重力加速度为重力加速度(m/s2)；为水体有效粘滞系为水体有效粘滞系数数(m2/s)；n为糙率；为糙率；R为水力半径为水力半径(m)。 感潮河网一维水环境数学模型感潮河网一维水环境数学模型（2 2）水质
46、模型的控制方程为：）水质模型的控制方程为： ESKACxCAExxQCtAC )()()（式中：式中：K为衰减系数（为衰减系数（1/s）；）；SE是外部的源或汇项，由于外是外部的源或汇项，由于外部某种作用使单位水体的某种污染物在单位时间内的部某种作用使单位水体的某种污染物在单位时间内的变化量，变化量，mg/（Ls）。）。在稳态情况下，对上式进行有限分段离散求解，可得：在稳态情况下，对上式进行有限分段离散求解，可得： iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiVCKCCxAECCxAECQCQW )()(1, 1, 1, 111,1,1, 1, 11,1,式中：式中：fi为第为第i
47、分段的值；分段的值；fi,j为第为第i分段与第分段与第j分段的平均值。分段的平均值。图图 河段划分示意图河段划分示意图根据感潮河网所有控制断面处的水质目标根据感潮河网所有控制断面处的水质目标Csi，i =1，n，采用试算法对上述模型进行反解，即可求出潮汐河网区入河排采用试算法对上述模型进行反解，即可求出潮汐河网区入河排污口组合的环境容量。污口组合的环境容量。上式实际上是一个递推演算公上式实际上是一个递推演算公式，根据河网边界处的水质浓式，根据河网边界处的水质浓度（边界条件），可推算出任度（边界条件），可推算出任何位置的水质浓度。何位置的水质浓度。 佛山水道水环境容量计算佛山水道水环境容量计算图
48、图 佛山水道水道位置示意图佛山水道水道位置示意图表表 佛山水道污染源入河量（以概化排污口为单元）佛山水道污染源入河量（以概化排污口为单元）排污口名称排污口名称 废污水废污水(万万m3) COD(万万t)排污口名称排污口名称废污水废污水(万万m3)COD(万万t)马廊窦马廊窦616.1748.0 谢边涌谢边涌803.7963.6 罗村涌罗村涌1450.41368.5 水头涌水头涌545.3493.7 南北大涌南北大涌1374.91154.5 花地涌花地涌917.91038.2 九江基涌九江基涌 3480.92526.9 石岸涌石岸涌524.5518.6 佛山涌佛山涌8142.94584.7 三洲
49、涌三洲涌1082.2547.9 叠窖叠窖 731.4 617.2 合计合计19670.214561.9 方法一：将佛山水道划分成方法一：将佛山水道划分成28个微段，个微段，COD衰减系数取为衰减系数取为0.13 d-1，如每段的水质均要求达到，如每段的水质均要求达到类标准，上、下边界分别取功类标准，上、下边界分别取功能区水质目标，按下式计算得氨氮的环境容量为能区水质目标，按下式计算得氨氮的环境容量为7499.4t/a。iiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiVCKCCxAECCxAECQCQW )()(1, 1, 1, 111,1,1, 1, 11,1,p通过试算获得水环境容量
50、的方法。在设计条件下，以污染通过试算获得水环境容量的方法。在设计条件下，以污染源位置、排污量作为模型的输入条件，得到水体水质的输源位置、排污量作为模型的输入条件，得到水体水质的输出结果，当控制断面水质达到水质目标时，各个排污口的出结果，当控制断面水质达到水质目标时，各个排污口的排污量之和，就是计算单元的水环境容量值。排污量之和，就是计算单元的水环境容量值。p通常条件下，可以调整设计条件得到多个水环境容量值，通常条件下，可以调整设计条件得到多个水环境容量值，通过分析各个排污口污染负荷削减的技术经济可行性，从通过分析各个排污口污染负荷削减的技术经济可行性，从一组水环境容量结果中确定合理的水环境容量
