1、第四章第四章 地表水环境影响评价地表水环境影响评价第一节第一节 地表水体的污染和自净地表水体的污染和自净一、地表水资源一、地表水资源 地表水地表水是指存在于陆地表面的各种水域，是指存在于陆地表面的各种水域，如河流、湖泊、水库等。考虑到地表水与海如河流、湖泊、水库等。考虑到地表水与海洋之间的联系，在地表水环境影响评价时，洋之间的联系，在地表水环境影响评价时，还包括有关海湾（包括海岸带）的部分内容。还包括有关海湾（包括海岸带）的部分内容。第四章第四章 地表水环境影响评价地表水环境影响评价第一节第一节 地表水体的污染和自净地表水体的污染和自净二、水体污染二、水体污染 使水的感官性状和物理化学性质、水
2、生使水的感官性状和物理化学性质、水生物组成、以及底部沉积物的数量和组分发生物组成、以及底部沉积物的数量和组分发生恶化，破坏水体原有的功能，称为恶化，破坏水体原有的功能，称为水体污染。水体污染。凡是对水环境质量可能造成有害影响的凡是对水环境质量可能造成有害影响的物质物质和和能量输入能量输入的来源，统称的来源，统称水污染源水污染源。输。输入的物质和能量，称为入的物质和能量，称为污染物污染物或或污染因子污染因子。第四章第四章 地表水环境影响评价地表水环境影响评价第一节第一节 地表水体的污染和自净地表水体的污染和自净点污染源非点污染源（面源）持久性污染物非持久性污染物酸碱污染物废热（热污染）按排放方式
3、分按污染性质分第四章第四章 地表水环境影响评价地表水环境影响评价第一节第一节 地表水体的污染和自净地表水体的污染和自净二、水体污染二、水体污染1.点污染源点污染源 点污染源排放的废水量和污染物可以从管点污染源排放的废水量和污染物可以从管道或沟渠中直接量测流量和采样分析组分浓度道或沟渠中直接量测流量和采样分析组分浓度确定，在经费和其他条件有限制时，常采用排确定，在经费和其他条件有限制时，常采用排污指标污指标(例如排放系数例如排放系数)推算的方法。推算的方法。居住区生活污水量计算式，式中：居住区生活污水量计算式，式中：QS居住区生活污水量，居住区生活污水量，L/s；q每人每日的排水定额，每人每日的
4、排水定额，L/(人人d)；N设计人口数，人；设计人口数，人；Ks总变化系数总变化系数(1.51.7)。工业废水量计算式工业废水量计算式，式中：式中：m单位产品废水量，单位产品废水量，L/t；M该产品的日产量，该产品的日产量，t；Ki总变化系数，根据工艺或经验决定；总变化系数，根据工艺或经验决定；t 工厂每日工作时数，工厂每日工作时数，h。86400ssqNKQ 3600ismMKQt 2.2.非点污染源非点污染源 非点污染源：非点污染源：非点污染源又称面源，是指非点污染源又称面源，是指分散或均匀地通过岸线进入水体的废水和自然分散或均匀地通过岸线进入水体的废水和自然降水通过沟渠进入水体的废水降水
5、通过沟渠进入水体的废水。主要包括城镇排水、农田排水和农村生活主要包括城镇排水、农田排水和农村生活废水、矿山废水、分散的小型禽畜饲养场废水，废水、矿山废水、分散的小型禽畜饲养场废水，以及大气污染物通过重力沉降和降水过程进入以及大气污染物通过重力沉降和降水过程进入水体等所造成的污染废水。水体等所造成的污染废水。估算非点源污染负荷有两种途径：估算非点源污染负荷有两种途径：n第一种是在对水土流失过程及其主要制约因素第一种是在对水土流失过程及其主要制约因素进行大量调查的基础上，通过对进行大量调查的基础上，通过对非点源污染物非点源污染物的输出过程的模拟的输出过程的模拟来研究区域污染物对接受水来研究区域污染
6、物对接受水体的输出总量；体的输出总量；n另一种是采用另一种是采用直接或间接途径估算直接或间接途径估算非点污染源非点污染源总径流量和平均径流污染物浓度以计算总污染总径流量和平均径流污染物浓度以计算总污染负荷量。负荷量。(1)城市非点污染源负荷估计：城市非点污染源负荷估计：城市非点污染源负荷来源：城市非点污染源负荷来源：城市雨水下水道及城市雨水下水道及合流制下水道的溢流。污染物自城市街道经排合流制下水道的溢流。污染物自城市街道经排水系统进入受纳水体。水系统进入受纳水体。n城市非点源污染物被暴雨冲刷到接受水体的负城市非点源污染物被暴雨冲刷到接受水体的负荷的计算：荷的计算：n基本程序：基本程序：首先估
7、计暴雨事件中暴雨径流的大首先估计暴雨事件中暴雨径流的大小（径流深度和径流面积的乘积），从而确定小（径流深度和径流面积的乘积），从而确定暴雨的冲刷率，进而估计径流冲刷到受纳水体暴雨的冲刷率，进而估计径流冲刷到受纳水体的沉积物负荷，然后根据沉积物中污染物浓度的沉积物负荷，然后根据沉积物中污染物浓度计算污染物负荷，或者根据固体废物与污染物计算污染物负荷，或者根据固体废物与污染物的统计相关关系计算污染物负荷。的统计相关关系计算污染物负荷。暴雨径流深度的估计：暴雨径流深度的估计：RCRPDs 式中：式中：R 总暴雨径流深度，总暴雨径流深度，cm；CR 总径流系数；总径流系数；P 降雨量，降雨量，cm；D
8、s 洼地存水，洼地存水，Cm。总径流系数的估算方法：总径流系数的估算方法：粗略估算式：粗略估算式：0.15 1100100RIIC式中：式中：I不透水区百分数；不透水区百分数；按照不同坡度计算的不透水区按照不同坡度计算的不透水区(指屋面、沥青和水泥路面或广场、庭院等指屋面、沥青和水泥路面或广场、庭院等)的径流系数的径流系数。准确计算式：准确计算式：iiRiFCF洼地存水洼地存水Ds的粗略估计：的粗略估计：0.630.48100sID 径流中冲刷到接受水体的颗粒物负荷：在总径流中冲刷到接受水体的颗粒物负荷：在总暴雨径流估算出来后，可估算暴雨冲刷率。一暴雨径流估算出来后，可估算暴雨冲刷率。一般认为
9、般认为1 h内总径流为内总径流为1.27 cm时，可冲走时，可冲走90的的街道表面颗粒物（沉积物）。街道表面颗粒物（沉积物）。式中：式中：Fi各种类型地区所占的面积；各种类型地区所占的面积；i对应的径流系数。对应的径流系数。暴雨径流中冲刷的固体负荷：暴雨径流中冲刷的固体负荷：swesuYt YPC 式中：式中：tr从最后一次暴雨事件算起的天数，从最后一次暴雨事件算起的天数，d；ts从最后一次清扫街道算起的天数，从最后一次清扫街道算起的天数，d；s街道清扫频率。街道清扫频率。1erssstttt式中：式中：Ysw暴雨冲刷到受纳水体的颗粒物负荷；暴雨冲刷到受纳水体的颗粒物负荷；te 等效的累积天数
10、，等效的累积天数，d；Ysu街道表面颗粒物日负荷量，街道表面颗粒物日负荷量，kgd。式中：式中：Lsu颗粒物日负荷率，颗粒物日负荷率，kg(kmd)；Lst街道边沟长，约等于街道边沟长，约等于2倍的街道长，倍的街道长，km。susustYLL 街道表面颗粒物日负荷取决于多种因素，街道表面颗粒物日负荷取决于多种因素，如交通强度、区域地表覆盖物的形式、径流量如交通强度、区域地表覆盖物的形式、径流量和降雨强度、灰尘沉降量、前期干旱时间、城和降雨强度、灰尘沉降量、前期干旱时间、城市街道清扫频率和清扫质量等。市街道清扫频率和清扫质量等。径流中冲刷到受纳水体的有机污染负荷：径流中冲刷到受纳水体的有机污染负
11、荷：用颗粒固体负荷乘上浓度因子计算有机物负荷：用颗粒固体负荷乘上浓度因子计算有机物负荷：ousuouYYC式中：式中：You有机污染物的日负荷量，有机污染物的日负荷量，kgd；单位转换因子，单位转换因子，10-6；Ysu总颗粒物固体日负荷量，总颗粒物固体日负荷量，kgd；Cou有机污染物在颗粒物中的浓度，有机污染物在颗粒物中的浓度，gg。(2)农田径流污染负荷估算：农田径流污染负荷估算：第一种方法：避开污染物在农田表面实际迁移第一种方法：避开污染物在农田表面实际迁移过程的变化，仅通过采集和分析各个集水区的过程的变化，仅通过采集和分析各个集水区的径流水样计算进入某一水环境中某种污染物总径流水样计
12、算进入某一水环境中某种污染物总量，其公式如下：量，其公式如下：式中：式中：M某种污染物输出总量，某种污染物输出总量，kg；i第第i小时的该种污染物浓度，小时的该种污染物浓度，kgm3；Qi第第i小时的径流量，小时的径流量，m3；n观测的总时数，观测的总时数，h；j第第j个农田集水区；个农田集水区；m集水区总数。集水区总数。11mniijiMQ3、水体污染物耗氧有机污染物营养物有机毒物重金属非金属无机毒物病原体污染物酸碱污染物热污染物放射性污染物 三、水体自净三、水体自净 定义定义：水体可以在其环境容量范围内，：水体可以在其环境容量范围内，经过自身的物理、化学和生物作用，使受经过自身的物理、化学
13、和生物作用，使受纳的污染物浓度不断降低，逐渐恢复原有纳的污染物浓度不断降低，逐渐恢复原有的水质。的水质。物理过程：紊动扩散、移流、离散物理过程：紊动扩散、移流、离散化学过程：氧化还原、混凝沉淀化学过程：氧化还原、混凝沉淀生物过程：生物降解生物过程：生物降解（1）迁移和转化）迁移和转化迁移迁移n机械迁移n物理-化学迁移n生物迁移转化转化n物理转化n化学转化n生物转化河流水体中污染物的对流和扩散混合影响污染物输移的最主要的物理过程是影响污染物输移的最主要的物理过程是对流对流和和横向、纵向横向、纵向扩散混合扩散混合。海水中污染物的混合扩散污水排放、温排水、溢油污染。污水排放、温排水、溢油污染。扩散过
14、程和漂移过程。扩散过程和漂移过程。（2）衰减变化）衰减变化 污染物的好氧生化衰减过程：污染物的好氧生化衰减过程：有机污染物的好氧生化降解：有机污染物的好氧生化降解：水体中有机物的生化降解呈一级反应：水体中有机物的生化降解呈一级反应：硝化作用：硝化作用：天然水体中含氮化合物经过一系天然水体中含氮化合物经过一系列生化反应过程，由氨氮氧化为硝酸盐。列生化反应过程，由氨氮氧化为硝酸盐。温度影响：温度影响：温度对温度对K1和和KN有影响，一般以有影响，一般以20的的K1，20和和KN，20为基准，则温度为基准，则温度T时的值时的值为为：1=1.047，T的范围为的范围为10-35；N=1.047，T的范
15、围为的范围为10-30 脱氮作用：脱氮作用：当水中溶解氧被耗尽时，水中硝酸当水中溶解氧被耗尽时，水中硝酸盐将被反硝化细菌还原为亚硝酸盐再转化为氮气。盐将被反硝化细菌还原为亚硝酸盐再转化为氮气。硫化物的反应：硫化物的反应：当水体中缺少溶解氧和硝酸根当水体中缺少溶解氧和硝酸根离子时，硫酸盐会被细菌还原为硫化氢，含硫蛋离子时，硫酸盐会被细菌还原为硫化氢，含硫蛋白质在厌氧条件下被大肠杆菌分解生成半胱氨酸，白质在厌氧条件下被大肠杆菌分解生成半胱氨酸，再被还原为硫化氢。再被还原为硫化氢。细菌的衰减作用：细菌的衰减作用：随着水体自净过程的随着水体自净过程的进行，例如河流的流动过程，细菌逐渐进行，例如河流的流
16、动过程，细菌逐渐减少。细菌衰减也服从一级反应。减少。细菌衰减也服从一级反应。重金属和有机毒物的衰减作用：重金属和有机毒物的衰减作用：重金属重金属和有机毒物在水体中的衰减与其种类和和有机毒物在水体中的衰减与其种类和性质有关。性质有关。四、水体的耗氧与复氧过程四、水体的耗氧与复氧过程 耗氧耗氧n碳化需氧量碳化需氧量衰减耗氧：有机污染物生化降解，衰减耗氧：有机污染物生化降解，使碳化需氧量衰减。使碳化需氧量衰减。含氮化合物硝化耗氧含氮化合物硝化耗氧：四、水体的耗氧与复氧过程四、水体的耗氧与复氧过程水体底泥耗氧：水体底泥耗氧：水生植物呼吸耗氧水生植物呼吸耗氧 四、水体的耗氧与复氧过程四、水体的耗氧与复氧
17、过程 复氧过程复氧过程 n大气复氧：大气复氧：n光合作用：水生植物的光合作用是水体复光合作用：水生植物的光合作用是水体复氧的另一个重要来源。氧的另一个重要来源。第二节第二节 污染物质在河流中的混合与扩散污染物质在河流中的混合与扩散 一、污染物质在河流中的混合一、污染物质在河流中的混合 废水排入水体后，最先发生的过程是废水排入水体后，最先发生的过程是混合稀混合稀释释。对大多数保守污染物混合稀释是它们迁移的。对大多数保守污染物混合稀释是它们迁移的主要方式之一。对易降解的污染物混合稀释也是主要方式之一。对易降解的污染物混合稀释也是它们迁移的重要方式之一。水体的混合稀释、扩它们迁移的重要方式之一。水体
18、的混合稀释、扩散能力，与其水体的水文特征密切相关。散能力，与其水体的水文特征密切相关。1河流的混合稀释模型河流的混合稀释模型 当废水进入河流后，便不断地与河水发生当废水进入河流后，便不断地与河水发生混合交换作用，使保守污染物浓度沿流程逐渐混合交换作用，使保守污染物浓度沿流程逐渐降低，这一过程称为混合稀释过程。降低，这一过程称为混合稀释过程。河流水体中污染物的混合扩散 污水排入河流的入河口称为污水排入河流的入河口称为污水注入点污水注入点。污水注入点以下的河段，污染物在断面上的浓污水注入点以下的河段，污染物在断面上的浓度分布是不均匀的，靠度分布是不均匀的，靠排放口排放口一侧的岸边浓度一侧的岸边浓度
19、高，远离排放口对岸的浓度低。随着河水的流高，远离排放口对岸的浓度低。随着河水的流逝，污染物在整个断面上的分布逐渐均匀。逝，污染物在整个断面上的分布逐渐均匀。污染物浓度在整个断面上变为均匀一致的污染物浓度在整个断面上变为均匀一致的断面，称为断面，称为水质完全混合断面水质完全混合断面。n最早出现水质完全混合断面的位置称为最早出现水质完全混合断面的位置称为完全混合点完全混合点。n污水注入点的上游称为污水注入点的上游称为初始段初始段，或或背景背景河段河段；污水注入点到完全混合点之间的；污水注入点到完全混合点之间的河段称为河段称为非均匀混合段非均匀混合段；n完全混合点的下游河段称为完全混合点的下游河段称
20、为均匀混合段均匀混合段。式中：式中：Q河流的流量，河流的流量，m3s；1排污口上游河流中污染物浓度，排污口上游河流中污染物浓度，mgL；q排人河流的废水流量，排人河流的废水流量，m3s；2废水中的污染物浓度，废水中的污染物浓度，mgL。12iQqQq在水质完全混合断面以下的任一断面在水质完全混合断面以下的任一断面 当废水在岸边排入河流时，废水靠岸边向当废水在岸边排入河流时，废水靠岸边向下游流去，经过相当长的距离才能达到完全混下游流去，经过相当长的距离才能达到完全混合。在非均匀混合段的废水排入一侧的岸边形合。在非均匀混合段的废水排入一侧的岸边形成一个污染带。当完全混合距离成一个污染带。当完全混合
21、距离Ln无实测数据无实测数据时，可参考下表确定。表中列举出了许多河流时，可参考下表确定。表中列举出了许多河流在岸边集中排入废水时，污水与河水达到完全在岸边集中排入废水时，污水与河水达到完全混合所需的时间。混合所需的时间。从下表中查取所需时间与河从下表中查取所需时间与河水实际流速的乘积为完全混合距离水实际流速的乘积为完全混合距离。第三节第三节 河流和河口水质模型河流和河口水质模型 河流河流是沿地表的线形低凹部分集中的经常是沿地表的线形低凹部分集中的经常性或周期性水流。较大的叫河（或江），较小性或周期性水流。较大的叫河（或江），较小的叫溪。河口是河流注入海洋、湖泊或其他河的叫溪。河口是河流注入海洋
22、、湖泊或其他河流的河段，可以分为入海河口、入湖河口及支流的河段，可以分为入海河口、入湖河口及支流河口。流河口。1、水环境和污染源简化n河流简化:矩形平直河流，矩形弯曲河流和非矩形河流n河口简化：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n湖泊（水库）简化：大湖（库）、小湖（库）和分层湖（库）n海湾简化n污染源简化：排放形式和排放规律的简化水质模型假设条件n 应用水质模型预测河流水质时，常应用水质模型预测河流水质时，常假设该河段内假设该河段内无支流无支流，在预测时期内河，在预测时期内河段的段的水力条件是稳态水力条件是稳态的和只在河流的的和只在河流的起起点点有有恒定浓度和流量恒定浓
23、度和流量的废水（或污染物）的废水（或污染物）排入。排入。n 如果在河段内有支流汇入，而且沿如果在河段内有支流汇入，而且沿河有多个污染源，这时应将河流划分为河有多个污染源，这时应将河流划分为多个河段采用多个河段采用多河段模型多河段模型。2河流水质模型河流水质模型 河流水质模型是描述水体中污染物随时间河流水质模型是描述水体中污染物随时间和空间迁移转化规律的数学方程。和空间迁移转化规律的数学方程。1、水质模型的分类：、水质模型的分类：n按时间特性分：按时间特性分：分为动态模型和静态模型分为动态模型和静态模型。描写水体中水质组分的浓度随时间变化的描写水体中水质组分的浓度随时间变化的水质模型称为水质模型
24、称为动态模型动态模型。描述水体中水质组分的浓度不随时间变化描述水体中水质组分的浓度不随时间变化的水质模型称为的水质模型称为静态模型静态模型。n按水质模型的空间维数分：按水质模型的空间维数分：分为零维、一维、二维、分为零维、一维、二维、三维水质模型三维水质模型。当把所考察的水体看成是一个完全混合反应器时，当把所考察的水体看成是一个完全混合反应器时，即水体中水质组分的浓度是均匀分布的，描述这种情即水体中水质组分的浓度是均匀分布的，描述这种情况的水质模型称为零维的水质模型。况的水质模型称为零维的水质模型。描述水质组分的迁移变化在一个方向上是重要的，描述水质组分的迁移变化在一个方向上是重要的，另外两个
25、方向上是均匀分布的，这种水质模型称为一另外两个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为一维水质模型。维水质模型。描述水质组分的迁移变化在两个方向上是重要的，描述水质组分的迁移变化在两个方向上是重要的，在另外的一个方向上是均匀分布的，这种水质模型称在另外的一个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为为二二维水质模型。维水质模型。描述水质组分迁移变化在三个方向进行的水质模描述水质组分迁移变化在三个方向进行的水质模型称为三维水质模型。型称为三维水质模型。n按描述水质组分的多少分：按描述水质组分的多少分：分为单一组分和分为单一组分和多组分的水质模型多组分的水质模型。水体中某一组分的迁移转化与其它组分水体中某一
26、组分的迁移转化与其它组分没没有关系，描述这种组分迁移转化的水质模型称有关系，描述这种组分迁移转化的水质模型称为单一组分的水质模型。为单一组分的水质模型。水体中一组分的迁移转化与另一组分（或水体中一组分的迁移转化与另一组分（或几个组分）的迁移转化是相互联系、相互影响几个组分）的迁移转化是相互联系、相互影响的，描述这种情况的水质模型称为多组分的水的，描述这种情况的水质模型称为多组分的水质模型。质模型。n按水体的类型可分为：按水体的类型可分为：河流河流水质模型、水质模型、河口河口水水质模型（受潮汐影响）、质模型（受潮汐影响）、湖泊湖泊水质模型、水质模型、水库水库水质模型和水质模型和海湾海湾水质模型等
27、。河流、河口水质水质模型等。河流、河口水质模型比较成熟，湖、海湾水质模型比较复杂，模型比较成熟，湖、海湾水质模型比较复杂，可靠性小。可靠性小。n按水质组分可分为：按水质组分可分为：耗氧耗氧有机物模型（有机物模型（BODBODDODO模型）模型），无机盐、悬浮物、放射性物质等无机盐、悬浮物、放射性物质等单一组分的水质模型单一组分的水质模型，难降解有机物水质难降解有机物水质模型，模型，重金属迁移转化重金属迁移转化水质模型。水质模型。水质模型的选择：水质模型的选择：选择水质模型必须对所研究的水质组分的迁移转化选择水质模型必须对所研究的水质组分的迁移转化规律有清楚地了解。因为水质组分的迁移规律有清楚地
28、了解。因为水质组分的迁移(扩散和平流扩散和平流)取决于水体的水文特性和水动力学特性。取决于水体的水文特性和水动力学特性。在流动的河流中，在流动的河流中，平流迁移平流迁移往往占主导地位，对往往占主导地位，对某些组分可以忽略扩散项；在受潮汐影响的河口中，某些组分可以忽略扩散项；在受潮汐影响的河口中，扩散扩散是主导的迁移现象，扩散项必须考虑而不能忽略。是主导的迁移现象，扩散项必须考虑而不能忽略。对这两者选择的模型就不应一样。对河床规整，断面对这两者选择的模型就不应一样。对河床规整，断面不变，污染物排入量不变的水体，可选用不变，污染物排入量不变的水体，可选用静态模型静态模型。为了减少模型的复杂性和减少
29、所需的资料，对河流系为了减少模型的复杂性和减少所需的资料，对河流系统的水质模型往往选用静态的。但这种选择不能充分统的水质模型往往选用静态的。但这种选择不能充分评价时便输入对河流系统的影响。评价时便输入对河流系统的影响。选择的水质模型必须反映所研究的选择的水质模型必须反映所研究的水质组分水质组分，应应用条件和现实条件用条件和现实条件接近。接近。2、污染物在均匀流场中的扩散水质模型、污染物在均匀流场中的扩散水质模型 进入环境的污染物可以分为两大类：进入环境的污染物可以分为两大类：持久持久型污染物（惰性污染物）型污染物（惰性污染物）和和非持久型污染物非持久型污染物。n持久型污染物持久型污染物：污染物
30、进入环境以后，随着介：污染物进入环境以后，随着介质质 的运动不断地变换所处的空间位置，还由的运动不断地变换所处的空间位置，还由于分散作用不断向周围扩散而降低其初始浓度，于分散作用不断向周围扩散而降低其初始浓度，但它不会因此而改变总量，不发生衰减。这种但它不会因此而改变总量，不发生衰减。这种污染物称为污染物称为持久型污染物持久型污染物。如重金属、很多高。如重金属、很多高分子有机化合物等。分子有机化合物等。n非持久型污染物非持久型污染物：污染物进入环境以后，除了：污染物进入环境以后，除了随着环境介质流动而改变位置，并不断扩散而随着环境介质流动而改变位置，并不断扩散而降低浓度外，还因自身的衰减而加速
31、浓度的下降低浓度外，还因自身的衰减而加速浓度的下降。这种污染物称为降。这种污染物称为非持久型非持久型污染物。污染物。非持久型物质的衰减有两种方式：非持久型物质的衰减有两种方式：一种是由其一种是由其自身的运动变化规律决定的自身的运动变化规律决定的；如放射性物质的；如放射性物质的蜕变；蜕变；另一种是在环境因素的作用下，由于化另一种是在环境因素的作用下，由于化学的或生物化学的反应而不断衰减的学的或生物化学的反应而不断衰减的，如可生，如可生化降解的有机物在水体中微生物作用下的氧化化降解的有机物在水体中微生物作用下的氧化分解过程。分解过程。对于持久型污染物，实际应用中，在不需对于持久型污染物，实际应用中
32、，在不需要考虑其横向均匀混合时间的情况下，通常假要考虑其横向均匀混合时间的情况下，通常假设其可以瞬间混合完毕，而采用完全混合公式设其可以瞬间混合完毕，而采用完全混合公式（0维模型）来计算河流断面的污染物浓度。维模型）来计算河流断面的污染物浓度。12iQqQq应用对象：应用对象：不考虑混合距离的重金属污染物、部不考虑混合距离的重金属污染物、部分有毒物质和其他持久型污染物质的下游浓度预测和分有毒物质和其他持久型污染物质的下游浓度预测和允许纳污量的估算。允许纳污量的估算。有机物降解性物质的降解项可有机物降解性物质的降解项可以忽略时；以忽略时；降解性有机物混合段初始部分。降解性有机物混合段初始部分。适
33、用条件：适用条件：河流是稳态；河流充分混合段；持久性河流是稳态；河流充分混合段；持久性污染物；河流无支流和其他排污口废水进入。污染物；河流无支流和其他排污口废水进入。对非持久型污染物，在河流的流量和其他对非持久型污染物，在河流的流量和其他水文条件不变的稳态条件下，可以采用一维模水文条件不变的稳态条件下，可以采用一维模型进行污染物浓度预测。型进行污染物浓度预测。220 xxEuKxx 对于非持久性或可降解污染物，若给定对于非持久性或可降解污染物，若给定x0，0，上式解为：，上式解为：对于一般条件下的河流，推流形成的污染物对于一般条件下的河流，推流形成的污染物迁移作用要比弥散作用大得多，在稳态条件
34、下，弥迁移作用要比弥散作用大得多，在稳态条件下，弥散作用可以忽略，则有：散作用可以忽略，则有：式中：式中：ux河流的平均流速，河流的平均流速，md或或ms；Ex废水与河水的纵向混合系数，废水与河水的纵向混合系数，m2d或或m2s；K污染物的衰减系数，污染物的衰减系数，1d或或1s；x河水河水(从排放口从排放口)向下游流经的距离，向下游流经的距离，m。04exp112xxxxu xKEEu0expxxKu例例1 一个改扩建工程拟向河流排放废水，废水一个改扩建工程拟向河流排放废水，废水量量q0.15m3s，苯酚浓度为，苯酚浓度为30gL，河流流，河流流量量Q5.5m3s，流速，流速u0.3ms，苯
35、酚背景浓，苯酚背景浓度为度为 0.5 g L，苯酚的降解（衰减）系数，苯酚的降解（衰减）系数K0.2d-1，纵向弥散系数，纵向弥散系数Ex10m2s。求排放点下。求排放点下游游10km处的苯酚浓度。处的苯酚浓度。解解 计算起始点处完全混合后的初始浓度：计算起始点处完全混合后的初始浓度：（1）考虑纵向弥散条件下的下游）考虑纵向弥散条件下的下游10km处的浓度：处的浓度：24 0.2/86400 100.3 100001.28 exp111.19/2 100.3g L00.1530+5.50.5=1.28g/L5.5+0.15（2）忽略纵向弥散时的下游）忽略纵向弥散时的下游10km处的浓度：处的浓
36、度：0.2 100001.281.19/0.3 86400g L 由此看出，由此看出，在稳态条件下，忽略纵向弥散在稳态条件下，忽略纵向弥散系数与考虑纵向弥散系数的差异可以忽略系数与考虑纵向弥散系数的差异可以忽略。对水面宽阔的河流受纳污对水面宽阔的河流受纳污(废废)水后的混合水后的混合过程和污染物的衰减可用二维模型预测；对于过程和污染物的衰减可用二维模型预测；对于水面又宽又深和流态复杂的河流水质预测宜采水面又宽又深和流态复杂的河流水质预测宜采用三维模型。用三维模型。3污染物与河水完全混合所需距离污染物与河水完全混合所需距离 污染物从排污口排出后要与河水完全混合需污染物从排污口排出后要与河水完全混
37、合需一定的纵向距离，这段距离称为一定的纵向距离，这段距离称为混合过程段混合过程段。当某一断面上任意点的浓度与断面平均浓当某一断面上任意点的浓度与断面平均浓度之比介于度之比介于0.95 至至1.05 之间时，称该断面已达之间时，称该断面已达到横向混合，由排放点至完成横向断面混合的到横向混合，由排放点至完成横向断面混合的距离称为距离称为完成横向混合所需的距离完成横向混合所需的距离。n当采用河中心排放时所需的完成横向混当采用河中心排放时所需的完成横向混合的距离为：合的距离为：n在岸边上排时：在岸边上排时：20.1xyu BxE20.4xyu BxE 河水中溶解氧浓度河水中溶解氧浓度(DO)是决定水质
38、洁净程是决定水质洁净程度的重要参数之一，而排入河流的度的重要参数之一，而排入河流的 BOD在衰减在衰减过程中将不断消耗过程中将不断消耗DO，与此同时空气中的氧气，与此同时空气中的氧气又不断溶解到河水中。又不断溶解到河水中。二、二、BODDO耦合模型耦合模型 该模型是描述一维河流中该模型是描述一维河流中BOD 和和DO 消长变化规律的模型消长变化规律的模型(SP模型模型)。建立建立SP模型的基本假设如下：模型的基本假设如下：n河流中的河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应；都是一级反应；n反应速度是定常的；反应速度是定常的；n河流中的耗氧是由河流中的耗氧是由BOD衰减
39、引起的，衰减引起的，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。S P方程：方程：1BODBODdKdt 10K tBODBODe12()()sd DOK cKDODOdt 01210121BODK tK tK tDDKeeeKK1dcK cdt 10K ttcc e12DBODDdKKdtS P方程：方程：氧垂曲线氧垂曲线临界氧亏发生的时间：临界氧亏发生的时间：该方程是应用最广的河流水质中该方程是应用最广的河流水质中BODDO预测模型。预测模型。01220121ssDODODBODK tK tK tDODKeeeKK0021221111ln1DcBODKKKtKKKK
40、例题：n一拟建工厂，废水处理后排入附近河流。现状如下：河流流量14m3/s，BOD5为2.0mg/L，河水水温20oC，溶解氧浓度8.0 mg/L；排入工业废水，BOD5在处理前800 mg/L，水温20oC，流量3.5m3/s，废水排放前经过处理溶解氧浓度4.0mg/L，若河水与废水迅速混合，混合后河道平均水深0.8m，河宽15m，k1（20oC）=0.23d-1、k2=3.0d-1，若河流溶解氧标准为5.0mg/L，计算工厂削减多少BOD5才能排放进入河流。混合后的流量：sQ/17.5m3.5143河流流速：smu/46.1)158.0/(5.17起始溶解氧浓度：LmgO/2.75.175
41、.34148020oC时的溶解氧浓度：LmgtQs/07.9206.314686.31468起点氧亏值：LmgD/87.12.707.90最大允许氧亏值：LmgD/07.40.507.9max工厂排放的废水最高允许BOD5浓度为：L0.23)/0.23-(3.01.87-0/0.23)10.23)ln(3.-1/(3.0)(1ln10101201212kLkkDkkkktcccttkceLeLkkD0.2300213.00.231采用试算法，假定不同起点BOD5浓度，得到相应溶解氧浓度不低于5.0mg/L的临界氧亏值，由试算法可得：L0=63.3mg/L 工厂处理后排放的BOD5允许浓度：30
42、8.5mg/L/3.5214-63.317.3）（实际废水BOD5浓度800mg/L，因此，61.44%100%800308.5-800必须采取措施削减64.44%才能排放 nSP模型的修正模型：模型的修正模型：SP模型的假模型的假设是不完全符合实际的。为了计算河流设是不完全符合实际的。为了计算河流水质的某些特殊问题，人们在水质的某些特殊问题，人们在 SP 模模型的基础上附加了一些新的假设，推导型的基础上附加了一些新的假设，推导出了一些新的模型。出了一些新的模型。（1）托马斯）托马斯(Thomas)模型模型 对一维静态河流，在对一维静态河流，在SP模型的基础上，模型的基础上，为了考虑沉淀、絮凝
43、、冲刷和再悬浮过程对为了考虑沉淀、絮凝、冲刷和再悬浮过程对BOD去除的影响，引入了去除的影响，引入了BOD沉浮系数沉浮系数k3。由。由以下的基本方程组以下的基本方程组(忽略扩散项忽略扩散项)：1312BODBODDBODDdkkdtdkkdt 解得：解得：1300132201132ekktBODBODBODkktk tk tDDkeeekkk例题n河流Q=216x104m3/d、流速u=46km/d，水温T=13.6oC，k1=0.94d-1,k2=1.82d-1,k3=-0.17d-1。河流始端排放废水Q1=10 x104m3/d，BOD5为500mg/L，溶解氧为0；上游河水BOD5为0，
44、溶解氧为8.95mg/L；求河流排入口下游6km处河水的BOD5和氧亏值？河段始端河水的BOD5和DO为：22.124mg/L10)500)/(216100(216L0mg/L 8.55410)0)/(216108.95(216Oo按公式：tQs6.3146810.354mg/LQS1.8mg/L8.554-10.354D01）河水中的BOD5为：mg/L01.2046/6)17.094.0(22.124exp)(expLL310 xukk2）河水的氧亏值为：71mg/L.3)46/682.1exp()1004.0(exp)94.017.082.1/(124.2294.0)46/682.1(1
45、.8exp)exp()(exp()exp(DD2312310120uxkuxkkkkkLkuxk（2）多宾斯）多宾斯坎普坎普(DobbinsCamp)模型模型 对一维静态河流，在托马斯模型的基础上，对一维静态河流，在托马斯模型的基础上，多宾斯多宾斯坎普提出了两条新的假设：坎普提出了两条新的假设：n 考虑地面径流和底泥释放考虑地面径流和底泥释放BOD所引起的所引起的BOD变化速率，该速率以变化速率，该速率以R表示。表示。n 考虑藻类光合作用和呼吸作用以及地面径考虑藻类光合作用和呼吸作用以及地面径流所引起的溶解氧变化速率，该速率以流所引起的溶解氧变化速率，该速率以P表示。表示。三、污染物在河口中的
46、混合和衰减模型三、污染物在河口中的混合和衰减模型 入海河口受海洋潮汐和上游河流来水双重入海河口受海洋潮汐和上游河流来水双重作用。海潮上溯与上游下泄的水流相汇形成强作用。海潮上溯与上游下泄的水流相汇形成强烈的混合作用。烈的混合作用。当只需了解污染物在当只需了解污染物在个潮汐周期内的个潮汐周期内的平均浓度时，可以采用本节中介绍的河流相应平均浓度时，可以采用本节中介绍的河流相应情况的模型情况的模型 如果要求污染物与河口水混合过程中浓度如果要求污染物与河口水混合过程中浓度随时间变化情况，则应采用二维动态混合数值随时间变化情况，则应采用二维动态混合数值模型预测：首先通过实测得到断面上各测点流模型预测：首
47、先通过实测得到断面上各测点流速与断面平均流速的相关关系，同时用一维非速与断面平均流速的相关关系，同时用一维非恒定流方程数值模型计算出沿程各断面平均流恒定流方程数值模型计算出沿程各断面平均流速，这样就可得到河口的流场分布。速，这样就可得到河口的流场分布。二维动态混合物数值模型的微分方程见式：二维动态混合物数值模型的微分方程见式：2222xyxyuuEEKtxyxy四、河口和河网水质模型四、河口和河网水质模型 河口是入海河流受潮汐作用影响明显的河段。河口是入海河流受潮汐作用影响明显的河段。潮汐对河口水质的双重影响：潮汐对河口水质的双重影响：上游下泄的水流相汇，形成强烈的混合作用，上游下泄的水流相汇
48、，形成强烈的混合作用，使污染物的分布趋于均匀；使污染物的分布趋于均匀；由于潮流的顶托作用，延长了污染物在河口的由于潮流的顶托作用，延长了污染物在河口的停留时间，有机物的降解会进一步消耗水中的溶停留时间，有机物的降解会进一步消耗水中的溶解氧，使水质下降。解氧，使水质下降。此外，潮汐也使河口的含盐量增加。此外，潮汐也使河口的含盐量增加。河口模型比河流模型复杂，求解也比较困河口模型比河流模型复杂，求解也比较困难。对河口水质有重大影响的评价项目，需要难。对河口水质有重大影响的评价项目，需要预测污染物浓度随时间的变化。预测污染物浓度随时间的变化。一维（潮周平均）河口水质模型如下：一维（潮周平均）河口水质
49、模型如下：0 xxdddEursdxdxdx 式中：式中：r污染物的衰减速率，污染物的衰减速率，g/(m3.d)；s系统外输入污染物的速率，系统外输入污染物的速率，g/(m3.d)；ux不考虑潮汐作用，由上游来水不考虑潮汐作用，由上游来水(净泄量净泄量)产产生的流速，生的流速，m/s。假定假定s0和和rK1，对排放点上游（对排放点上游（x0）对排放点下游（对排放点下游（x 0）1204exp112xxxxuK EEu1204exp112xxxxuK EEu01241xxWK EQu 第三节第三节 湖泊湖泊(水库水库)水质数学模型水质数学模型 湖泊（水库）水流状态分为前进和振动两类。湖泊（水库）
50、水流状态分为前进和振动两类。前者指湖流和混合作用，后者指波动和波漾。前者指湖流和混合作用，后者指波动和波漾。n(1)湖流湖流：指湖水在水力坡度、密度梯度和风：指湖水在水力坡度、密度梯度和风力等作用下产生沿一定方向的缓慢流动。湖流力等作用下产生沿一定方向的缓慢流动。湖流经常呈水平环状运动（多出现在湖水较浅的场经常呈水平环状运动（多出现在湖水较浅的场合）和垂直环状运动合）和垂直环状运动(湖水较深时湖水较深时)。n(2)混合混合：指在风力和水力坡度作用下产生的：指在风力和水力坡度作用下产生的湍流混合和由湖水密度差引起的对流混合作用。湍流混合和由湖水密度差引起的对流混合作用。n(3)波动波动：主要由风
