1、工程科技水环境影响预测与评价及对人类的影响本章教学要求本章教学要求 掌握：地表水环境影响预测技术环节 熟悉：地表水环境影响预测中常用的水质模型 熟悉：地表水环境影响评价 熟悉：地下水环境影响预测评价 了解：水环境污染防治对策 了解：水环境影响评价案例水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价7.17.1地表水环境影响预测技术环节地表水环境影响预测技术环节7.1.17.1.1水体中污染物的迁移与转化水体中污染物的迁移与转化背景值：天然水质，没有接收污染物的水质。背景值：天然水质，没有接收污染物的水质。自净能力：污染物进入水体后，通过凝聚、吸附、自净能力：污染
2、物进入水体后，通过凝聚、吸附、沉淀、再浮、挥发等作用使河水净化的能力。沉淀、再浮、挥发等作用使河水净化的能力。1.1.环境中污染物的特性环境中污染物的特性根据污染物在水环境中的输移、衰减特点，污染物可分为四类：持久性污染物：包括在水环境中难降解、毒性大、易长期积累的有毒物质，如重金属、很多高分子有机化合物 非持久性污染物：会因降解和转化作用使在水中的总量降低，如放射性物质的蜕变、如可以生化降解的有机物在微生物作用下的氧化分解，如 BOD,COD 等 酸碱污染物：以pH为表征 废热：以水温为表征注意废热的正负问题水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价环境迁移性和循环性环境可转化性环境生物浓缩性
3、以持久性污染物为代表的环境残留持久性不同类型污染物的环境行为特性水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价污染物的污染物的迁移迁移 指污染物在环境中的空间位置移动及其引起的污染物浓度变化过程，迁移过程只能改变污染物的空间位置，降低水中污染物的浓度，不能减少其总量。推流迁移：指污染物在气流或水流作用下产生的转移作用。2.2.污染物在水环境中的污染物在水环境中的迁移、转化和生物降解迁移、转化和生物降解cumxx1cumyy1cumzz11xm1ym1zm分别表示x、y、z方向上的污染物推流迁移通量 推流的作用比扩散的作用大得多水环境影响预测与评价水环境影响预测
4、与评价分散稀释 指污染物在环境介质中通过分散作用得到稀释，分散的机理有分子扩散、湍流扩散和弥散作用三种。分子扩散：分子扩散：分子扩散是由分子的随机运动引起的质点分散分子扩散是由分子的随机运动引起的质点分散现象现象 机理：分子扩散通量与扩散物质的浓度梯度成正比 xcDmmx2ycDmmy2zcDmmz2xm2ym2zm2分别表示x、y、z方向上的污染物分子扩散通量 mD分子扩散系数；负号表示质点的迁移指向负梯度方向。常温下，分子扩散系数在水流中为10-1010-9m2/s 水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价湍流扩散 湍流扩散又称为紊流扩散，是指污染物质点之间及污染物质点与水介质之间由于各自
5、的不规则的运动而发生的相互碰撞、混合，是在湍流流场中质点的各种状态(流速、压力、浓度等)的瞬时值相对于其时段平均值的随机脉动而导致的分散现象 湍流扩散系数；常温下，在河流中为 10-510-4m2/s xcDmxx13ycDmyy13zcDmzz133xm3ym3zm分别表示x、y、z方向上的污染物湍流扩散通量 xD1yD1zD1xD1zD1水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价弥散作用 弥散作用是由于流体的横断面上各点的实际流速分布不均匀所产生的剪切而导致的分散现象 xcDmxx24ycDmyy24zcDmzz244xm4ym4zm分别表示x、y、z方向上的污染物弥散扩散通量 弥散扩散系数
6、；湖泊中弥散作用很小，而在流速较大的 水体如河流和河口中弥散作用很强，河流的弥散系数 在10-210m2/s左右，河口的弥散系数达 10103m2/s2xD2yD2zD2xD水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价 分子扩散系数Em、湍流扩散系数E1、弥散扩散系数E2，EmE1E2 量纲：均为加速度量纲（m2/s）。分散稀释通量可表示为 xcEmxxycEmyyzcEmzzzyxmmm 、zyxEEE、分别为x x、y y、z z方向上的污染物分散稀释通量；分别为x x、y y、z z方向上的污染物扩散系数。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价 污染物的污染物的转化转化转化：指污染物在环境
7、中通过物理化学的作用改变其形态或转变成另一种物质的过程 转化与迁移有所不同，迁移只是空间位置的相对移动，转化则是物质总量的改变 物理转化通过蒸发、渗透、凝聚、吸附、悬浮及放射性蜕变等物理变化作用，去除水体中的污染物 化学转化通过氧化还原反应、水解反应、配合反应、光化学反应等化学反应而发生的污染物质的转化 同时水体中也会发生还原作用，但这类反应多在微生物的作用下进行水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价污染物的污染物的降解降解生物降解能力最强大的是微生物，其次是植物和动物 在溶解氧充分的情况下，微生物将一部分有机污染物当作食饵消耗掉，将另一部分有机污染物氧化分解成无害的简单无机物，从而实现对各
8、种各样的化学污染物的降解转化 生物降解的两个阶段 碳化阶段：主要是不含氮有机物的氧化，部分含氮有机物的氨化后生成不含氮有机物的继续氧化，78天，产物为水和CO2。该阶段的BOD称为La或CBODu。氨氮硝化阶段：含氮化合物经过一系列的生化反应，由氨氮氧化为硝酸盐的过程。该阶段的BOD称为LN或NBODu。水体的耗氧与复氧过程水体中溶解氧在以下过程被消耗：碳氧化阶段耗氧、含氮化合物硝化耗氧、水生植物呼吸耗氧、水体底泥耗氧等对于复氧过程，则主要来自大气复氧和水生植物的光合作用。饱和溶解氧浓度：c（Os）=468/(31.6+T)T:T:温度，温度，大气压：，大气压：101 kPa101 kPa，盐
9、度：淡水，盐度：淡水水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价7.1.2水环境影响预测方法概述水环境影响评价方法通常分为定性分析法和定量分析法两大类，定性分析法包括专业判断法和类比调查法；定量分析法通常包括数学模式法和物理模型法。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价7.1.3预测条件的确定1.预测范围地表水环境预测的范围与现状调查的范围相同或略小(特殊情况也可以略大)。预测范围内的河段可以分为充分混合段、混合过程段和上游河段。充分混合段是指污染物浓度在断面上均匀分布的河段。当断面上任意一点的浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度的5时，可以认为达到均匀分布。混合过程段是指排放口下游达到充分混合以
10、前的河段。上游河段是指排放口上游的河段。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价混合过程段的长度混合过程段的长度可由下式估算gHIBHBuaBl)0065.0058.0()6.04.0(水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价2.预测点的选取一般而言，以下地点应选为预测点：评价范围内的敏感目标 环境现状监测点 水文特征突然变化和水质突然变化处的上、下游 重要水工建筑物附近及水文站附近等 对于虽在预测范围以外，但估计有可能受到影响的重要用水地点，也应设立预测点 当需要预测河流混合过程段的水质时，应在该段河流中布设若干预测点 对于地下水：选在已有的取水井，观测井和试验井对于地下水：选在已有的取水井
11、，观测井和试验井水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价3.预测时期 对于一、二级评价项目应分别预测建设项目在水体自净能力最小（通常在枯水期）和一般（通常在平水期）两个时段的环境影响 冰封期较长的水域，当其水体功能为生活饮用水、食品工业用水水源或渔业用时，还应预测此时段的环境影响 三级评价项目或评价时间较短时的二级评价项目可只预测自净能力最小时段的环境影响 水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价4.预测阶段一项建设项目一般可分为建设过程、生产运行和服务期满后三个阶段所有建设项目均应预测生产运行阶段对地表水的影响，且按所有建设项目均应预测生产运行阶段对地表水的影响，且按正常排放和非正常排放（包
12、括事故）两种情况进行预测。正常排放和非正常排放（包括事故）两种情况进行预测。当建设期超过当建设期超过1年，进入地表水的堆积物较多或土方量较大年，进入地表水的堆积物较多或土方量较大、地表水水质要求较高（、地表水水质要求较高（类水以上）时应预测建设阶段的类水以上）时应预测建设阶段的影响。影响。对矿山开发、垃圾填埋场等有一定使用时限的项目，应预测对矿山开发、垃圾填埋场等有一定使用时限的项目，应预测服务期满后对水环境的影响。服务期满后对水环境的影响。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价5.预测水质参数的筛选 根据工程分析和环境现状、评价等级、当地的环境保护要求筛选和确定，其数目应既说明问题又不过多
13、，一般应少于环境现状调查水质参数的数目 对河流，可以按下式将水质参数排序后从中选取：hhsppQCCQCISE)(pCpQsChChQ污染物排放浓度，废水排放流量；地表水水质标准，河流中污染物现状浓度，河流流量。该式的分子可理解为污染物的排放量，分母为水体中污染物的容量，ISE越大说明建设项目对河流中该项水质参数的影响越大关于关于ISE的讨论的讨论水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价7.1.4 水体和污染源的简化1.地表水环境简化 河流的简化 为使河流断面和岸边形状规则化，可将河流简化为矩形平直河流、矩形弯曲河流和非矩形河流等三类 水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价河流的简化原则 小
14、河一般可以简化为矩形平直河流；河流的断面宽深比20时，可简化为矩形河流 矩形河流：Q15m3/s的大中型河流水深变化很大，且评价等级较高（一级评价）时，视为非矩形、非平直河流，其它情况均可简化为矩形河流 大中河流中，预测河段弯曲较大（如其最大弯曲系数1.3），可视为弯曲河流，否则可以简化为平直河流当大中河流预测河段的断面形状沿程变化较大时，可分段简化，河流水文特征或水质有急剧变化的河段均可分段进行简化水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价 评价等级为三级时，均可按无江心洲、浅滩的情况对待 江心洲位于充分混合段时，如评价等级为二级，按无江心洲对待；如评价等级为一级且江心洲较大，可分段预测；江心
15、洲较小时可不考虑 江心洲位于混合过程段时，可分段预测；评价等级为一级时也可以采用数值模式进行预测 当河道上存在江心洲、浅滩时，分三种情况考虑 河流感潮段是指受潮汐作用影响较明显的河段。可以将落潮时最大断面平均流速与涨潮时最小断面平均流速之差等于0.05m/s的断面作为其与河流的界限。除个别要求很高（如评价等级为一级）的情况外，河流感潮段一般可按潮周平均、高潮平均和低潮平均三种情况，简化为稳态进行预测 河流汇合部可以分为支流、汇合前主流、汇合后主流三段分别进行环境影响预测。小河汇入大河时可以把小河看成点源 河流与湖泊、水库汇合部可以按照河流和湖泊、水库两部分分别预测其环境影响 河口断面沿程变化较
16、大时，可以分段进行环境影响预测 河口外滨海段可视为海湾，属海洋评价范围 河口简化 河口包括河流汇合部、河流感潮段、口外滨海段、河流与湖泊、水库汇合部水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价 评价等级为一级时，中湖（库）可以按大湖（库）对待，停留时间较短时 也可以按小湖（库）对待。评价等级为三级时，中湖（库）可以按小湖（库）对待，停留时间很长时也可以按大湖（库）对待。评价等级为二级时，如何简化可视具体情况而定 水深10m且分层期较长（如30天）的湖泊、水库可视为分层湖（库）。珍珠串湖泊可以分为若干区，各区分别按上述情况简化 不存在大面积回流区和死水区且流速较快、停留时间较短的狭长湖泊可简化为河流
17、。其岸边形状和水文要素变化较大时还可以进一步分段 不规则形状的湖泊、水库可根据流场的分布情况和几何形状分区 湖泊、水库简化 可以将湖泊、水库简化为大湖（库）、小湖（库）和分层湖(库)三种情况水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价2.污染源简化污染源简化包括排放形式的简化和排放规律的简化。排放形式可简化为点源和面源；排放规律可简化为连续恒定排放和非连续恒定排放。在地面水环境影响预测中通常可以把排放规律简化为连续恒定排放。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价对点源的简化要求：排入河流、大湖（库）的两排放口的间距较近时，可以简化为一个，其位置假设在两排放口之间，其排放量为两者之和排入小湖（库）
18、的所有排放口可以简化为一个，其排放量为所有排放量之和 无组织排放则可以简化成面源。从多个间距很近的排放口排水时，也可以简化为面源 排放口距离L远近的判别方法为：L预测河段长度的1/20为近；L预测长度的1/5为远水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价7.2 地表水环境影响预测中常用的水质模型7.2.1 水质模型概述白箱模型：对内部机理十分明确。白箱模型：对内部机理十分明确。灰箱模型：对内部机理有一定的了解，但又不是十分明确。灰箱模型：对内部机理有一定的了解，但又不是十分明确。黑箱模型：对内部机理十分不明确，完全靠经验推测。黑箱模型：对内部机理十分不明确，完全靠经验推测。一维模型：仅考虑长度变
19、化关系。一维模型：仅考虑长度变化关系。二维模型：仅考虑长度、宽度变化关系。二维模型：仅考虑长度、宽度变化关系。三维模型：考虑长度、宽度和深度变化关系。三维模型：考虑长度、宽度和深度变化关系。零维模型：系统完全混合均匀。零维模型：系统完全混合均匀。动态模型：变量随时间变化。动态模型：变量随时间变化。稳态模型：变量不随时间变化。稳态模型：变量不随时间变化。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价7.2.2 河流常用水质模型水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价1.零维水质模型 零维模型（也称箱式模型）的应用多局限于湖泊、箱式大气预测等，当零维模型应用于河流水质时，通常被称作河流完全混合模型。当废
20、水排入河流后与河水迅速完全混合，则混合后的污染物浓度为hphhppQQQCQCC水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价 河流充分混合段 持久性污染物 河流为恒定流（稳态）对于非持久性污染物，当混合体积V很小时，或河流充分混合段也同样可适用 废水连续稳定排放零维模型适用条件特点是与时间无关特点是与时间无关大多数排水量较小的项目可以采用该模型处理大多数排水量较小的项目可以采用该模型处理【例】计划在河边建一座工厂，该厂将以2.83m3/s 的流量排放废水，废水中总溶解固体(总可滤残渣和总不可滤残渣)浓度为1300mg/L，该河流平均流速U为0.457m/s，平均河宽B为13.72m，平均水深h为0
21、.61m，总溶解固体浓度cp为310mg/L，问该工厂的废水排入河后，总溶解固体的浓度是否超标(设标准为500mg/L）?解：河流：cp=310mg/L,Qp=vBh=0.45713.720.61=3.82(m3/s)废水：ch=1300mg/L,Qh=2.83(m3/s)根据完全混合模型，混合后的浓度为：水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价)L/mg(73183.282.383.2130082.3310QQQCQCChphhpp 结论：河水中总溶解固体浓度超标。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价2.一维水质模型 一维稳态水质模型假定浓度沿x方向变化，y、z方向不变，一维水质基本模型
22、为kCxCuxCEtCx22x C为污染物浓度，是与时间t 和空间位置x有关的函数；Ex为纵向弥散系数；ux为河流断面平均流速；k为污染物衰减系数。在稳态状态下，即 时，一维稳态水质模型0Ct假定边界条件为：0c,x;cc,0 x0 kCdxdCux则上式的解为024exp112xxxxu xKECCEu当忽略弥散作用时，上式可简化为：01e x pxxCCku解得：0kCxCuxCEx22x C0均可采用零维模型式来确定。从式中可见，随着距离的增长，污染物浓度不断降低。与何模式很相似？与何模式很相似？水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价 河流充分混合段 对于河流混合过程段，除大、中河流一
23、、二级评价，且排放口下游35km以内有集中取水点或其他特别重要的环境保护目标的情况外，可酌情采用一维模式。非持久性污染物 河流为恒定流（稳态，即水文参数基本没有变化）废水连续稳定排放一维模型适用条件水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价【例】一个改建的工程拟向河流排放废水，废水流量Qh=0.15m3/s，苯酚浓度为ch=30mg/L，河流流量Qp=55m3/s，流速vx=0.3m/s,苯酚背景浓度cp=30mg/L，苯酚的降解系数k=0.2d-1，纵向弥散系数Ex=10m2/s，求排放点下游10km处的苯酚浓度【解】：计算起始点处完全混合后的初始浓度)/(3015.05.5305.53015
24、.00LmgQQQCQCChphhpp)/(77.273.010)606024/2.0(411 102100003.0exp302LmgC024exp112xxxxu xKECCEu考虑纵向弥散条件下的下游10km处的浓度忽略纵向弥散时下游10km处的浓度01expxxCCku)/(77.27864003.0100002.0exp30Lmg 由此可见，在稳态条件下，忽略弥散与考虑弥散的差异很小。注意单位换算注意单位换算（2）非稳态一维水质模型 水体中的污染物浓度随时变化，用于突发性排污情况下的污染物的分布特征。4)(exp)exp(E2),(2xtEtuxkttQtWxtxCxx当没有衰减作用
25、时，在当没有衰减作用时，在x x断面的最大浓度为断面的最大浓度为xuQWuCxxxmaxE2水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价3.二维模型及三维模型 对一般河流来说，污染物在垂上的扩散是瞬时完成的，即在Z方向不存在浓度梯度，就构成了x、y平面上的二维问题。其水质模型为0Cz2222xyxyCCCCCEEuukCtxyxy忽略纵向扩散和横向平流流速，并且稳态时，即kCyCExCuyx22二维水质模型0Cz（1）稳态下二维水质模型 无边界均匀流场，稳态条件)exp(/4)/(exp4),(2xxyxyyxppukxuxEuxuyEEhQCyxC（2）瞬时点源二维水质模型 质量为W的污染物瞬时
26、排放，污染水团中心浓度为：yxmaxEE4)(htWtC水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价三维水质模型当在x、y、z方向都存在浓度梯度时，可建立三维基本模型：222222xyZxyzCCCCCCCEEEuuuKCtxyzxyz4.S-P 耦合模型 河水中溶解氧浓度（DO）是表征水质洁净程度的重要参数之一，而排入河流的BOD在衰减过程中不断消耗着溶解氧。S-P模型斯特里特（H.Streeter）和菲尔普斯（E.Phelps）于1925提出正是描述一维河流中BOD和DO消长变化规律的模型。基本假设：河流为一维恒定流，污染物在河流断面上完全混合；河流中BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应，反
27、应速度是定常的；河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。1dLk Ldt 12dDk Lk DdtLD1k2k河水中的BOD值，mg/L；河水中的氧亏值，mg/L；河水中BOD衰减（耗氧）系数，1/d；河流复氧系数，1/d；其解析解为：01expLLk t10120221expexpexpk LDk tk tDk tkkt河流的流行时间，d河水中起始点的氧亏值。河水起始点的BOD值；0L0D)O(C)O(CDS Tcs6.31468)O(其中水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价10120221expexpexpk LDk tk tDk tkk如果以河流的溶解氧来
28、表示即为S-P氧垂公式：10120221OOOexpexpexpssk LccDck tk tDk tkk OcOsc河水中的溶解氧值，mg/L；饱和溶解氧值，mg/L。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价根据S-P氧垂公式绘制的溶解氧沿程变化曲线称为氧垂曲线 溶解氧分布为一悬索型曲线。氧垂曲线的最低点C称为临界氧亏点临界氧亏点的亏氧量称为最大亏氧值由起始点到达临界点的流行时间，d。临界氧亏值，mg/L；水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价在临界点，氧亏量最大，且变化速率为零，则由下式可以计算出临界氧亏值：120dDk Lk Ddt其解为：1012expcckDLk tk01expLL
29、k tcDct)(1 ln1101201212kLkkDkkkktc注：在临界点，氧亏量最大，溶解氧最小水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价【作业】一个拟建工厂，将废水经过处理后排入附近的一条河流中。河流中BOD5 的浓度为2.0 mg/L，溶解氧浓度8.0 mg/L，河水水温20，河流流量14 m3/s；排放的废水中BOD5 浓度在处理前为800 mg/L，水温20，流量3.5 m3/s，废水排放前经过处理使溶解氧浓度为4.0mg/L。假定废水与河水在排放口附近迅速混合，混合后河道中平均水深达到0.8 m，河宽为15.0 m，k1=0.23 d-1，k2=3.0d-1，若河流的溶解氧标准
30、为5.0mg/L，计算排出废水中允许进入河流的最高BOD5值 水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价由完全混合模型反推Ch(Cp、QP、Qh均已知，C未知)，需先求出混合浓度C（即L0）。由Dc和 tc的计算式，假定不同的L0进行试算，求出DC。当DC=Dmax时，对应的L0即为所求。Dmax=C(Os)-溶解氧标准值，溶解氧标准5.0mg/L 为允许的最小值。D0=C(Os)-C(O0)为起始点氧亏，C(O0)可用完全混合模型求解将L0代入求解BOD5的完全混合模型即可求解ChhphhppQQQCQCC【提示】1012expcckDLk tk)(1 ln1101201212kLkkDkkk
31、ktc解得：L0=63.3mg/L，BOD5=308.5mg/LBL)kk(dtdL21 水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价托马斯（Thomas）模型在S-P模型的基础上，引入悬浮物沉降作用对BOD衰减的影响 12dDk Lk DdtL)kk(dtdL21 杜宾斯-坎普（Dobins-Camp）模型在S-P模型的基础上，提出了包括底泥的耗氧和植物光合作用的模型 PDkLkdtdL21 B底泥的耗氧速率，mg/(Ld)；P光和作用的产氧速率，mg/(Ld)奥康纳（OConnor）模型在托马斯模型的基础上，进一步考虑了含氮污染物的影响 c21cxL)kk(dxdLu NNNxLkdXdLu
32、DkLkLkdXdDu2NNc1x Lc、LN分别为含碳有机物和含氮有机物的BOD值，mg/L；kN含氮有机物的衰减速率常数，d-11dLk Ldt 12dDk Lk Ddt水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价5.河流水质模型适用条件选用模型时应特别注意模型的使用条件和适用范围，否则直接影响着预测结果的可信度。零维模型适用条件 河流充分混合段 持久性污染物 河流为恒定流（稳态）对于非持久性污染物，当混合体积V很小时，或河流充分混合段也同样可适用。废水连续稳定排放水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价5.河流水质模型适用条件一维模型适用条件 河流充分混合段 对于河流混合过程段，除大、中河流
33、一、二级评价，且排放口下游35km以内有集中取水点或其他特别重要的环境保护目标的情况外，可酌情采用一维模式。非持久性污染物 废水连续稳定排放水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价5.河流水质模型适用条件二维模型适用条件大、中河流一、二级评价，且排放口下游35km以内有集中取水点或其他特别重要的环境保护目标时，一般应采用二维模型预测。其它情况可根据工程、环境特点、评价工作等级及当地环境保护要求，决定是否采用二维模式。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价7.2.3湖泊-水库水质模型1.湖泊水库水文及水质特征 湖泊水库系长期占有陆地封闭洼地的蓄水体。湖泊是天然形成的，水库是由于发电、蓄洪、航运
34、、灌溉等目的拦河筑坝人工形成的。它们的水流状况类似，水面积一般较大，水流缓慢，换水周期长，水体自净能力较弱，体现出与河流不同的水文水质特征，主要集中体现在湖库的水温垂直分层现象和水体的富营养化问题上。一般情况下，对8m以下的浅水湖泊，可将水体看作一个均匀的混合体，但当湖泊、水库较深时，则常常存在温度分层现象。湖库通过水面与外界之间进行热交换。湖库的水温结构特性 水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价湖库水体的富营养化富营养化发生的主要因素有三个方面：（1）总磷、总氮等营养盐相对比较充足；（2）缓慢的水流流态（以流速、水深为要素的水流结构）（3）适宜的温度条件。水体富营养化是指湖泊、河流、水库
35、等水体中氮磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象。由于水体中氮磷营养物质的富集，引起藻类及其他浮游生物的迅速繁殖，使水体溶解氧含量下降，造成藻类、浮游生物、植物、水生物和鱼类衰亡甚至绝迹的污染现象。湖库富营养化发生的条件水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价 湖泊、水库除水体入口和出口外，其余均为沿岸带围绕而成，具有较强的封闭性；水在湖泊和水库中的停留时间较长，一般可达数月至数年，属于缓流水域。由于湖库类似于静水环境，水流缓慢；一旦周围土壤中的污染物在降雨的淋溶作用下进人湖库，使氮、磷等营养物在其中不断积累，且水温达到适宜温度，便容易使湖库水质发生富营养化。湖泊和水库的水流运动具有其本
36、质特征水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价2.湖泊水库水质模型湖泊水库完全混合箱式水质模型 对于停留时间很长、水质基本处于稳定状态的中小型湖泊和水库，可以视为一完全混合的反应器，其水质变化可用零维模型来描述。根据质量守恒原理，有：kVCQCQCdtdCVp V湖（库）的容积；Q输入流量，同时也是输出流量；Cp输入介质中污染物浓度；C输出介质中污染物浓度，也是反应器中污染物浓度；k污染物的衰减反应速度0dtdC 水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价2.湖泊水库水质模型 0dtdC kt1CQVk1CkVQQCCppp 时，得到稳态解为：当当 t)VQk(expkVQkVCpkVQQCCp
37、 非稳态解解为：hphhpphphhppQQCQCQC,0dtdCC)QQ(CQCQdtdCV 不考虑降解模型L湖泊磷、氮允许负荷量，g/m2.a；C 湖水中平均总磷、总氮浓度，mg/L;Ci流人湖泊按流量加权的年平均总磷、总氮浓度，mg/L;Cs 总磷、总氮的水环境质量标准，mg/L;V湖泊容积，m3；R 湖泊中磷、氮的滞留系数，1/a；Z 平均水深，m；qs 单位湖泊面积上的年平均水量负荷，m3/m2.a，qs=Q入/Aw 水力冲刷系数；q 出库流量，m3/a;湖水滞留时间，水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价 湖泊（水库）的富营养化预测模型作者水质模型允许负荷量模型Vollenwei
38、derDillonOECD模型合田健)/1(sssqZCqLZRLCw)1(RZCLws11586.0)27.21(iCC)27.21(586.0ssCqL)10(ZVqZLC)10(ZVqZCsLA/VZ 1)/1(siqZCCV/Qw入出QV/水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价7.2.4水质模型的参数估值1.水质模型的单参数估值扩散系数Ex、Ey的估值经验公式法*HuEzz*HuEyy*HuExx*u剪切流速（也称摩阻流速），m/s。*ugHIzyx为系数。x对于河宽对于河宽1515 60m60m的河流为的河流为1414 650650y为为0.10.1 0.20.2，平均为，平均为0
39、.150.15，有些灌溉渠道为，有些灌溉渠道为0.250.25z一般为一般为0.0670.067左右左右当当B/H100B/H100时，时，BHay0065.0058.0水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价7.2.4水质模型的参数估值1.水质模型的单参数估值扩散系数Ex、Ey的估值示踪试验法 该法是向水体中投放示踪物质，追踪测定其浓度变化，据以计算所需要的环境水力学参数的方法。示踪物质有无机盐类（如NaCl、LiCl等）、荧光物质（如罗丹明B或W）和放射性同位素等。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价耗氧系数k1的估值实验室测定值修正法用自动BOD测定仪，描绘出要研究河段水样的BOD历
40、程曲线；在没有自动检测仪时，可将同一种水样分10瓶（或更多瓶）放入20培养箱培养，分别测定110天或更长时间的BOD值。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价耗氧系数k1的估值实验室测定值修正法01expLLkt由由则已降解的BOD为 )tkexp(1LLL)t(y100 24)(6)(21 13121111tktktktketk24)(6)(21)61(312111311tktktktktktk3110)61()(tktkLtybta)t(yt,t)L6k()kL()t(yt3131a321311031 用级数展开：由于 两式很接近，故可将Y(t)写成整理成3110)kL(a )L6k(b
41、31a321 一般来说，实验室测定的k1值可以直接用于湖泊和水库的模拟；但对于河流中生化降解，实验室测定的一般比实际的值小，因此需作修正。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价abk613101akL )L6k(b310321 3110)kL(a 所以由水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价两点法利用式（7.50），通过测定河流上下两段面的BOD值求k1)tkexp(LL10 BA1LLlnt1k此法应用的条件是：在断面A和断面B之间无废水和支流流入。该法虽简单，但是误差较大。为减少误差，上下游可多取几个断面，得到几个k1值，然后取平均。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价复氧系数k2
42、的估值 对于复氧系数k2，有许多经验公式，其中以奥康纳-道宾斯（OConnor-Dobbins，简称欧道）公式使用得最普遍。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价2.水质模型的多参数同时估值在没有条件逐项测定模型中的在没有条件逐项测定模型中的 各个参数时，可采各个参数时，可采取多参数同时估值法。取多参数同时估值法。往往由于基础的监测数据不足，所获得的结果可靠往往由于基础的监测数据不足，所获得的结果可靠性较差。性较差。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价7.2.5 水质模型的检验 水质模型的检验是指利用与模型参数估值所用数据无关的污染负荷、流量、水温等数据进行水质计算，验证模型计算结果与现
43、场实测数据是否较好的相符。模型的计算结果和试验观测数据之间的吻合程度可以采用图形表示法、相关系数法、相对误差法等方法进行判断。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价1.图形表示法 根据给定的误差要求画出一个区域，则所有的观测点都应该落在该区域内。2相关系数法1221()()()()niiiiniiiiyyyyryyyyiyiyyiy分别为测量值和计算值；为测量值和计算值的平均值。相关系数越大，相关性越好，当r=1时完全线性相关，模型的计算结果和观测值十分吻合；当r=0时，完全没有相关性，说明建立的模型计算结果不可信相关系数3.相对误差法iiiiyyye|相对误差：相对误差：中值误差：中值误差
44、：16745.015.0nyyyeniiii判断标准：中值误差不大于判断标准：中值误差不大于10%，模型精度可以，模型精度可以满足要求。满足要求。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价7.3地表水环境影响评价地表水环境影响评价1.地表水环境影响评价的技术工作程序7.3.1地表水环境影响评价工作程序与评价等级水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价2.地表水环境影响评价等级划分地表水环境影响评价工作等级分为三级，划分依据是拟建项目的污水排放量、污水水质的复杂程度、受纳水域的规模及其水质要求。污水量：包括含热量大的冷却水的排放量。不包括间接冷却水、循环水以及其它含污染物极少的清净下水的排放量。污
45、水水质的复杂程度：按污水中污染物类型（持久性污染物、非持久性污染物、酸碱和热污染四种类型）及需预测的水质参数的多少划分为复杂、中等和简单三类。污水水质的复杂程度：复杂：污染物类型数3，或者只含有两类污染物，但需预测其浓度的水质参数数目10；中等：污染物类型数=2，且需预测其浓度的水质参数数目10；或者只含有一类污染物，但需预测其浓度的水质参数数目7；简单：污染物类型数=1，且需预测浓度的水质参数数目7。地表水域的规模河流与河口，按建设项目排污口附近河段的多年平均流量或平水期平均流量划分为：大河150m3/s；中河：15150m3/s；小河15m3/s。水质类别：地表水质划分为五类：I、II、I
46、II、IV、V 水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价I类 主要适用于源头水、国家自然保护区；类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；IV类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；V类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。GB3838-2002中的水域功能分类：(1)排入GB3838类水域(划定的保护区和游泳区除外)和排入GB3097中二类海域的污水，执行一级标准。(2)排入GB3838中、V类水域和排
47、入GB3097 中三类海域的污水，执行二级标准。(3)排入设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，执行三级标准。(4)排入未设置二级污水处理厂的城镇排水系统的污水，必须根据排水系统出水受纳水域的功能要求，分别执行(1)和(2)的规定。(5)GB3838中I、类水域和类水域中划定的保护区，GB3097 中一类海域，禁止新建排污口，现有排污口应按水体功能要求，实行污染物总量控制，以保证受纳水体水质符合规定用途的水质标准。GB8978-1996中的分级标准：水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价中华人民共和国水污染防治法中华人民共和国水污染防治法 2008年
48、6月1日起施行 第五十七条在饮用水水源保护区内，禁止设置排污口。第五十九条禁止在饮用水水源二级保护区内新建、改建、扩建排放污染物的建设项目；已建成的排放污染物的建设项目，由县级以上人民政府责令拆除或者关闭。在饮用水水源二级保护区内从事网箱养殖、旅游等活动的，应当按照规定采取措施，防止污染饮用水水体。第六十条禁止在饮用水水源准保护区内新建、扩建对水体污染严重的建设项目；改建建设项目，不得增加排污量建设项目污水排放量m3/d建设项目污水水质的复杂程度一级二级三级地表水域规模（大小规模）地表水水质要求（水质类别）地表水域规模（大小规模）地表水水质要求（水质类别）地表水域规模（大小规模）地表水水质要求
49、（水质类别）20000复杂大大、中、小中、小中等大大、中、小中、小简单大、大中、小中、小、20000m3/d；污染物类型数1，需预测浓度的水质参数数2，则污水水质的复杂程度为简单；纳污河流年平均流量778m3/s，河流规模为大河；水质要求为类。因此地面水环境影响评价等级为二级。【解2】项目污水排放应该执行一级标准7.3.2地表水环境影响评价方法单项水质参数评价方法有标准指数法和自净利用指数法。一般情况下或环境现状已经超标的情况，采用标准指数法进行单项水质参数评价。规划中几个建设项目在一定时期（如五年）内兴建并且向同一地表水环境排污的情况可以采用自净利用指数进行单项水质参数评价。自净利用指数法
50、)(,jhisijhjjijiCCCCpCiji污染物在预测点j的预测浓度值（已经叠加上本底）；Chiji污染物在j点的现状监测值；Csi水质评价标准。自净能力允许利用率 当pij1时，说明污染物的自净能力没有超过允许的比例；否则说明超过允许利用的比例。7.4 地下水环境影响预测评价地下水环境影响预测评价 凡事以地下水作为供水水源或对地下水环境可能产生明显影响的建设项目，均应开展地下水环境影响平均工作。预测和评价建设项目实施过程各阶段对地下水可能造成的直接影响和间接危害。针对这种影响和危害提出防治对策。水环境影响预测与评价水环境影响预测与评价7.4 地下水环境影响预测评价地下水环境影响预测评价
