1、水环境容量计算1排放方式自净稀释W自净W稀释W水环境容量水环境容量:反映流域的自然属性（水文特性），又反映人类对环境反映流域的自然属性（水文特性），又反映人类对环境的需求（水质目标）的需求（水质目标）水环境容量水环境容量=稀释容量（稀释容量（W稀释稀释）+自净容量（自净容量（W自净自净）两部分两部分 稀释容量稀释容量:在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，依靠稀在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量释作用达到水质目标所能承纳的污染物量 自净容量自净容量:由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域由于沉降、生化、吸附等物理、化学
2、和生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量达到水质目标所能自净的污染物量 2水环境容量基本特征水环境容量基本特征 n资源性资源性 水环境容量是一种自然资源水环境容量是一种自然资源能容纳一定量的能容纳一定量的污染物也能满足人类生产、生活和生态系统的需要；水环污染物也能满足人类生产、生活和生态系统的需要；水环境容量是有限的可再生自然资源。境容量是有限的可再生自然资源。n区域性区域性 受各类区域的水文、地理、气象条件等因素的影受各类区域的水文、地理、气象条件等因素的影响，不同水域对污染物的物理、化学和生物净化能力存在响，不同水域对污染物的物理、化学和生物净化能力存在明显的差异，导致水环境容量
3、有明显的地域性特征。明显的差异，导致水环境容量有明显的地域性特征。n系统性系统性 河流、湖泊等水域一般处在大的流域系统中，水河流、湖泊等水域一般处在大的流域系统中，水域与陆域、上游与下游、左岸与右岸构成不同尺度的空间域与陆域、上游与下游、左岸与右岸构成不同尺度的空间生态系统，因此，在确定局部水域水环境容量时，必须从生态系统，因此，在确定局部水域水环境容量时，必须从流域的角度出发，合理协调流域内各水域的水环境容量。流域的角度出发，合理协调流域内各水域的水环境容量。3 影响要素 n水域特性水域特性 几何特征（岸边形状、水底地形、水深或体积）；几何特征（岸边形状、水底地形、水深或体积）；水文特征（流
4、量、流速、降雨、径流等）；水文特征（流量、流速、降雨、径流等）；化学性质（化学性质（pH值，硬度等）；值，硬度等）；物理自净能力（挥发、扩散、稀释、沉降、吸附）；物理自净能力（挥发、扩散、稀释、沉降、吸附）；化学自净能力（氧化、水解等）；化学自净能力（氧化、水解等）；生物降解（光合作用、呼吸作用）。生物降解（光合作用、呼吸作用）。n环境功能要求环境功能要求 不同功能区划，对水环境容量的影响很大：水质要求高的不同功能区划，对水环境容量的影响很大：水质要求高的水域，水环境容量小；水质要求低的水域，水环境容量水域，水环境容量小；水质要求低的水域，水环境容量大；大；4 影响要素 n污染物质污染物质 不
5、同污染物本身具有不同的物理化学特性和生物反应规不同污染物本身具有不同的物理化学特性和生物反应规律，不同类型的污染物对水生生物和人体健康的影律，不同类型的污染物对水生生物和人体健康的影响程度不同。不同的污染物具有不同的环境容量；响程度不同。不同的污染物具有不同的环境容量；n排污方式排污方式 一般来说，在其他条件相同的情况下一般来说，在其他条件相同的情况下 集中排放的环境容量比分散排放小集中排放的环境容量比分散排放小 瞬时排放比连续排放的环境容量小瞬时排放比连续排放的环境容量小 岸边排放比河心排放的环境容量小岸边排放比河心排放的环境容量小因此，限定的排污方式是确定环境容量的一个重要确定因此，限定的
6、排污方式是确定环境容量的一个重要确定因素。因素。5计算步骤1 n水域概化水域概化 将天然水域（河流、湖泊水库）概化成计算水域将天然水域（河流、湖泊水库）概化成计算水域n基础资料调查与评价基础资料调查与评价 水域水文资料（流速、流量、水位、体积等）水域水文资料（流速、流量、水位、体积等）水域水质资料（多项污染因子的浓度值）水域水质资料（多项污染因子的浓度值）收集水域内的排污口资料（废水排放量与污染物浓度）收集水域内的排污口资料（废水排放量与污染物浓度）支流资料（支流水量与污染物浓度）支流资料（支流水量与污染物浓度）取水口资料（取水量，取水方式）取水口资料（取水量，取水方式）污染源资料等（排污量、
7、排污去向与排放方式）污染源资料等（排污量、排污去向与排放方式）并进行数据一致性分析，形成数据库。并进行数据一致性分析，形成数据库。6计算步骤2 n选择控制点（或边界）选择控制点（或边界）根据水环境功能区划和水域内的水根据水环境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浓度控制质敏感点位置分析，确定水质控制断面的位置和浓度控制标准。如存在污染混合区，则需根据环境管理的要求确定标准。如存在污染混合区，则需根据环境管理的要求确定污染混合区的控制边界。污染混合区的控制边界。n建立水质模型建立水质模型 选择零维、一维或二维水质模型，并确定模选择零维、一维或二维水质模型，并确定模型所需
8、的各项参数。型所需的各项参数。n容量计算分析容量计算分析 应用设计水文条件和上下游水质限制条件进应用设计水文条件和上下游水质限制条件进行水质模型计算，利用试算法（根据经验调整污染负荷分行水质模型计算，利用试算法（根据经验调整污染负荷分布反复试算，直到水域环境功能区达标为止）或建立线性布反复试算，直到水域环境功能区达标为止）或建立线性规划模型（建立优化的约束条件方程）等方法确定水域的规划模型（建立优化的约束条件方程）等方法确定水域的水环境容量。水环境容量。n环境容量确定环境容量确定 在容量计算分析基础上，扣除非点源污染影在容量计算分析基础上，扣除非点源污染影响部分，则为实际环境管理可利用的水环境
9、容量。响部分，则为实际环境管理可利用的水环境容量。7设计条件 n计算单元计算单元 水环境容量计算单元的划分，采用节点划分法水环境容量计算单元的划分，采用节点划分法 从保证重要水域水体功能角度出发，以大中城市及重要工从保证重要水域水体功能角度出发，以大中城市及重要工业区、工业企业生活等重要和敏感的区域或断面作为划业区、工业企业生活等重要和敏感的区域或断面作为划分节点，把河道划分为若干较小的计算单元进行水环境分节点，把河道划分为若干较小的计算单元进行水环境容量计算。容量计算。8n控制点控制点 一般情况下，计算单元内可以直接按照水环境功能区一般情况下，计算单元内可以直接按照水环境功能区上下边界、监测
10、断面上下边界、监测断面等设置控制点或节点。等设置控制点或节点。某一功能区划水域内存在多个常规性监测断面，某一功能区划水域内存在多个常规性监测断面，选取最高级别的监测断面选取最高级别的监测断面 最有代表性的监测断面最有代表性的监测断面 最能反映最大取水量取水口水质的监测断面。最能反映最大取水量取水口水质的监测断面。功能区划水域没有常规性监测断面，可以选择功能功能区划水域没有常规性监测断面，可以选择功能区的区的下断面下断面或者或者重要的用水点重要的用水点作为控制节点。作为控制节点。9控制断面的选取要注意以下几个问题控制断面的选取要注意以下几个问题n 断面不要设在排污混合区内（由排放浓度过渡到功能断
11、面不要设在排污混合区内（由排放浓度过渡到功能区标准的排污混合区或过渡区）；区标准的排污混合区或过渡区）；n断面一定要反映敏感点的水质。大部分水环境功能区内断面一定要反映敏感点的水质。大部分水环境功能区内都允许有取水口（饮用水、工业用水、农业用水）或鱼都允许有取水口（饮用水、工业用水、农业用水）或鱼类索饵、产卵等活动区存在，断面设置应考虑这些敏感类索饵、产卵等活动区存在，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。点的水质保护，以保证功能区真正达标。n断面要保证出境水质达标。断面要保证出境水质达标。10水文条件水文条件n河流河流 指河段内的水位、流速和流量等条件；指河段内的水位、流
12、速和流量等条件；n湖库湖库 指湖库的水位、库容和流入流出条件；指湖库的水位、库容和流入流出条件；n一般条件下，水文条件年际、月际变化非常大。各流域一般条件下，水文条件年际、月际变化非常大。各流域一般可选择一般可选择30Q10（近（近10年最枯月平均流量）作为设计年最枯月平均流量）作为设计流量条件，流量条件，30V10（近（近10年最枯月平均库容）作为湖库年最枯月平均库容）作为湖库的设计库容。的设计库容。以下几类情况，可分别概化为：以下几类情况，可分别概化为：海河、黄河等北方各流域由于枯水月流量太小或可能断海河、黄河等北方各流域由于枯水月流量太小或可能断流，可同时选择流，可同时选择90Q10（近
13、（近10年最枯季平均流量）或年最枯季平均流量）或90V10（近（近10年最枯季平均库容）作为参考设计水文条年最枯季平均库容）作为参考设计水文条件。件。长江、珠江等干流河面较宽（长江、珠江等干流河面较宽（200m），污染物扩散），污染物扩散一般仅在岸边进行，不影响到河流对岸。设计水文条件一般仅在岸边进行，不影响到河流对岸。设计水文条件可选择可选择30Q10或或30V10，然后根据环境管理的需求确定，然后根据环境管理的需求确定混合区范围进行岸边环境容量计算，以混合区水环境容混合区范围进行岸边环境容量计算，以混合区水环境容量作为可以实际利用的水环境容量数据。量作为可以实际利用的水环境容量数据。11n
14、其他河段设计流量的计算选取枯水期月平均流量作为计算其他河段设计流量的计算选取枯水期月平均流量作为计算样本样本n 有闸坝控制的河段，关闸时间较长时，可以考虑近有闸坝控制的河段，关闸时间较长时，可以考虑近10年年平均水位下的水体容积作为设计流量或最小下泄流量。平均水位下的水体容积作为设计流量或最小下泄流量。n 对于一般湖泊或水库，分别按照近对于一般湖泊或水库，分别按照近10年最低月平均水位年最低月平均水位水位相应的蓄水量和死库容的蓄水量确定设计流量。水位相应的蓄水量和死库容的蓄水量确定设计流量。n有条件的地区，可对丰平枯水期特征明显的河流，以及按有条件的地区，可对丰平枯水期特征明显的河流，以及按照
15、最枯流量计算没有水环境容量的情况，按照分水期进行照最枯流量计算没有水环境容量的情况，按照分水期进行水环境容量的计算（需要注明对应的水期月份），汇总得水环境容量的计算（需要注明对应的水期月份），汇总得到全年的水环境容量。到全年的水环境容量。水文条件水文条件12边界条件边界条件n控制因子控制因子：COD和氨氮主要控制因子和氨氮主要控制因子.湖库增加总磷、湖库增加总磷、总氮和叶绿素总氮和叶绿素a指标指标;n质量标准质量标准省界断面水质标准以国家制定的流域规划确定的目标和省界断面水质标准以国家制定的流域规划确定的目标和省界功能区水质目标为依据省界功能区水质目标为依据,省内断面水质标准以水环境功能区划为
16、水环境容量计算省内断面水质标准以水环境功能区划为水环境容量计算的依据，跨市、县界的功能区协调方案由各省解决。的依据，跨市、县界的功能区协调方案由各省解决。需要国家协调省际水环境功能区目标差异和目标水质的，需要国家协调省际水环境功能区目标差异和目标水质的，可以提交总局和技术指导组解决。可以提交总局和技术指导组解决。n设计流速设计流速：河流的设计流速为对应设计流量条件下的：河流的设计流速为对应设计流量条件下的流速。流速。13n本底浓度本底浓度参考上游水环境功能区标准，以对应国家环境质量标准的上限值（达到对应国家标准的最大值）为本底浓度（来水浓度）对于跨界水环境功能区本底浓度需要考虑国家和省（直辖市
17、、自治区）政府部门规定的出、入断面浓度限值。n水质目标值水质目标值水环境功能区相应环境质量标准类别的上限值为水质目标值。n单位时间单位时间 一般指一年。最枯月或最枯季的环境容量换算为全年，作为功能区的年环境容量。排放浓度采用mg/l单位，流量采用m3/s单位，计算结果是瞬时允许污染物流量（mg/s）,需换算成年容量。边界条件边界条件14排污方式排污方式 n当排污口污水排放流量较大（根据各区域特征确定）当排污口污水排放流量较大（根据各区域特征确定）现状排污口，必须作为独立的排污口处理。现状排污口，必须作为独立的排污口处理。n其他排污口，可以适当简化。其他排污口，可以适当简化。若排污口距离较近，可
18、把多个排污口简化成集中的排若排污口距离较近，可把多个排污口简化成集中的排污口污口 排污口概化的重心计算：排污口概化的重心计算：X=（Q1C1X1+Q2C2X2+QnCnXn）/(Q1C1+Q2C2+QnCn)X：概化的排污口到功能区划下断面或控制断面的距离；：概化的排污口到功能区划下断面或控制断面的距离；Qn：第：第n个排污口（支流口）的水量；个排污口（支流口）的水量；Xn：第：第n个排污口（支流口）到功能区划下断面的距离；个排污口（支流口）到功能区划下断面的距离；Cn：第：第n个排污口（支流口）的污染物浓度；个排污口（支流口）的污染物浓度；15上界上界 下界上界上界1 2 31 2 3下界下
19、界1#排污口概化示意图排污口概化示意图 16距离较远并且排污量均比较小的分散排污口，可概化距离较远并且排污量均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，不参与排污口为非点源入河，仅影响水域水质本底值，不参与排污口优化分配计算。优化分配计算。17水质模型水质模型n模型的类型模型的类型 零维模型 一维模型：二维模型：18零维模型零维模型 n对河流，表现形式为河流稀释模型；对于湖泊与水库，对河流，表现形式为河流稀释模型；对于湖泊与水库，主要有盒模型主要有盒模型n符合下列两个条件之一的环境问题可概化为零维问题：符合下列两个条件之一的环境问题可概化为零维问题：河水流量与污水流量之比大
20、于河水流量与污水流量之比大于1020；不需考虑污水进入水体的混合距离；不需考虑污水进入水体的混合距离；19常用零维模型解决的问题常用零维模型解决的问题n 对河流对河流不考虑混合距离的重金属污染物、部分有毒物质等其它保不考虑混合距离的重金属污染物、部分有毒物质等其它保守物质的下游浓度预测与允许纳污量的估算；守物质的下游浓度预测与允许纳污量的估算；有机物降解性物质的降解项可忽略时，可采用零维模型；有机物降解性物质的降解项可忽略时，可采用零维模型；对于有机物降解性物质，当需要考虑降解时，可采用零维对于有机物降解性物质，当需要考虑降解时，可采用零维模型分段模拟，但计算精度和实用性较差，最好用一维模模型
21、分段模拟，但计算精度和实用性较差，最好用一维模型求解。型求解。n对湖泊、水库对湖泊、水库不存在分层现象、无须考虑混合区范围的富营养化问题和不存在分层现象、无须考虑混合区范围的富营养化问题和热污染问题；热污染问题；可依流场、浓度场等分布规则进行分盒的湖泊和水库，其可依流场、浓度场等分布规则进行分盒的湖泊和水库，其环境问题均可按零维盒模型处理。环境问题均可按零维盒模型处理。20定常设计条件下河流稀释混合模型定常设计条件下河流稀释混合模型 n点源，河水、污水稀释混合方程点源，河水、污水稀释混合方程 EpEEppQQQCQCCC完全混合的水质浓度（完全混合的水质浓度（mg/L）；）；Qp,Cp上游来水
22、设计水量（上游来水设计水量（m3/s）与）与设计水质浓度（设计水质浓度（mg/L）；）；QE,CE污水设计流量（污水设计流量（m3/s）与设计）与设计排放浓度（排放浓度（mg/L）；）；对于可概化为完全均匀混合类的排污情况，排污口与控对于可概化为完全均匀混合类的排污情况，排污口与控制断面之间水域的允许纳污量计算公式为：制断面之间水域的允许纳污量计算公式为：单点源排放：单点源排放：ppEpCCQQQSW)(式中：WC水域允许纳污量(g/L)；S控制断面水质标准(mg/L)21多点源排放多点源排放 ppEinipCCQQQSW)(1式中：QEi第i个排污口污水设计排放流量(m3/s)；n排污口个数
23、22n考虑吸附态和溶解态污染指标耦合模型考虑吸附态和溶解态污染指标耦合模型 定常设计条件下河流稀释混合模型定常设计条件下河流稀释混合模型 6101SSKCCpT对于需要区分出溶解态浓度的污染物，可用下式计算对于需要区分出溶解态浓度的污染物，可用下式计算 式中：式中：C溶解态浓度溶解态浓度(mg/L)；Cr总浓度总浓度(mg/L)；SS悬浮固体浓度悬浮固体浓度(mg/L)；Kp分配系数分配系数(L/mg)。23概率分布设计条件下的河流稀释混合模型概率分布设计条件下的河流稀释混合模型 n概率稀释模型把定常稀释模型中的大输入变量概率稀释模型把定常稀释模型中的大输入变量Qp、Cp、QE、CE等等设定为
24、独立的随机变量，并服从对数正态分布，估算污水、河水混设定为独立的随机变量，并服从对数正态分布，估算污水、河水混合浓度的概率分布。合浓度的概率分布。n其基本表达式为：过矩量近似法或求积法，可以对公式进行求解。其基本表达式为：过矩量近似法或求积法，可以对公式进行求解。得出河水浓度的概率分布图得出河水浓度的概率分布图 排放浓度与超标率（排放浓度与超标率（Pr）关系）关系n在超标率计算时，假定排污总量中排污水量不变，改变排污浓度在超标率计算时，假定排污总量中排污水量不变，改变排污浓度,在给定达标率（或超标率）的条件下反推，乘以排污水量，可求出在给定达标率（或超标率）的条件下反推，乘以排污水量，可求出允
25、许纳污量。允许纳污量。24湖泊、水库的盒模型湖泊、水库的盒模型 n以年为时间尺度来研究湖泊、水库的富营养化过程时，可把湖以年为时间尺度来研究湖泊、水库的富营养化过程时，可把湖泊看作一个完全混合反应器，这样盒模型的基本方程为泊看作一个完全混合反应器，这样盒模型的基本方程为 VcSQCQCdtVdCCE)(V湖泊中水的体积（湖泊中水的体积（m3）；）；Q平衡时流入与流出湖泊的流量（平衡时流入与流出湖泊的流量（m3/a）；）；CE流入湖泊的水量中水质组分浓度（流入湖泊的水量中水质组分浓度（g/m3）；）；C湖泊中水质组分浓度（湖泊中水质组分浓度（g/m3）；）；Sc如非点源一类的外部源和汇（如非点源
26、一类的外部源和汇（m3）；）；r(c)水质组分在湖泊中的反应速率。水质组分在湖泊中的反应速率。25如果反应器中只有反应过程，则如果反应器中只有反应过程，则Sc=0，则公式变为：，则公式变为：VcQCQCdtVdCE)(湖泊、水库的盒模型湖泊、水库的盒模型 当反应器内的反应符合一级反应动力学，且是衰减反应时，则当反应器内的反应符合一级反应动力学，且是衰减反应时，则 KCc)（公式又变为以下形式KCVQCQCdtVdCEK是一级反应速率常数（是一级反应速率常数（1/t）26湖泊、水库的盒模型湖泊、水库的盒模型 当反应器处于稳定状态时，当反应器处于稳定状态时，dC/dt=0，可得到下式，可得到下式
27、0KCVQCQCEtEKCC11t=V/Q,t为停留时间为停留时间 27类类 别别数数 据据注注 释释水 力水 力数据数据 河河流流流量流量Q设计流量如设计流量如7Q10横截面积横截面积A水深水深H由于稀释容量的原因，流量的正确估计很重由于稀释容量的原因，流量的正确估计很重要。由于模型是在设计条件下进行的，因而要。由于模型是在设计条件下进行的，因而设计流量的计算是必需的。当河流被视为完设计流量的计算是必需的。当河流被视为完全混合反应时，应计算全混合反应时，应计算A,H.湖湖泊泊水力停留时间水力停留时间tw平均深度平均深度H水体容积水体容积V湖泊表面积湖泊表面积Atw是湖泊等滞流水体模型的一个重
28、要参数，是湖泊等滞流水体模型的一个重要参数，由由V/Q计算计算污 染污 染源 数源 数据据污水流量污水流量QE污水外排浓度污水外排浓度CE悬浮固体浓度悬浮固体浓度SS 背景浓度背景浓度CpQE、CE指设计条件下的外排流量和浓度指设计条件下的外排流量和浓度考虑溶解态和颗粒态污染物时需使用考虑溶解态和颗粒态污染物时需使用SS值，值，常用于重金属常用于重金属零维模型数据和参数总结表零维模型数据和参数总结表28一维模型一维模型 n对于河流而言，一维模型假定污染物浓度仅在河流纵向对于河流而言，一维模型假定污染物浓度仅在河流纵向上发生变化，主要适用于同时满足以下条件的河段：上发生变化，主要适用于同时满足以
29、下条件的河段：宽浅河段；宽浅河段；污染物在较短的时间内基本能混合均匀；污染物在较短的时间内基本能混合均匀；污染物浓度在断面横向方向变化不大，横向和垂向的污污染物浓度在断面横向方向变化不大，横向和垂向的污染物浓度梯度可以忽略。染物浓度梯度可以忽略。29n在忽略离散作用时，一维稳态衰减规律的微分方程为：在忽略离散作用时，一维稳态衰减规律的微分方程为：uKxeCC0式中：式中：u河流断面平均流速，河流断面平均流速，m/s；x沿程距离，沿程距离，km；K综合降解系数，综合降解系数，1/d；C沿程污染物浓度，沿程污染物浓度，mg/L；C0前一个节点后污染物浓度，前一个节点后污染物浓度，mg/L 30二维
30、模型二维模型 n当水中污染物浓度在一个方向上是均匀的，而在其余两个当水中污染物浓度在一个方向上是均匀的，而在其余两个方向是变化的情况下，一维模型不再适用，必须采用二维方向是变化的情况下，一维模型不再适用，必须采用二维模型模型 )4exp(),(2uxKxEuzuxEhumzxCyyC（x,z）排污口对污染带内点（排污口对污染带内点（x,z）处浓度贡献值，）处浓度贡献值，mg/L；m河段入河排污口污染物排放速率，河段入河排污口污染物排放速率，g/s；u污染带内的纵向平均流速，污染带内的纵向平均流速，m/s；h污染带起始断面平均水深，污染带起始断面平均水深，m；Ey横向扩散系数，横向扩散系数，m2
31、/s；x敏感点到排污口纵向距离，敏感点到排污口纵向距离，m；z敏感点到排污口所在岸边的横向距离，敏感点到排污口所在岸边的横向距离，m；K污染物降解系数，污染物降解系数，1/s；C0上游来水中污染物浓度，上游来水中污染物浓度，mg/L；圆周率。圆周率。31n适合于饮用水水源地河段的纳污能力计算适合于饮用水水源地河段的纳污能力计算n实际上，污水进入水体后，不能在短距离内达到全断面实际上，污水进入水体后，不能在短距离内达到全断面浓度混合均匀的河流均应采用二维模型。浓度混合均匀的河流均应采用二维模型。n实际应用中，水面平均宽度超过实际应用中，水面平均宽度超过200m的河流均应采用的河流均应采用二维模型
32、计算。二维模型计算。32二维模型分类二维模型分类 按河流水文特征分：静止水体二维水质模型；平流段二维水质模型；感潮段二维水质模型；潮汐河网二维水质模型。按河流水文特征分：按河流水文特征分：（1 1）瞬时投放）瞬时投放瞬时岸边投放水质模型；瞬时江心投放水质模型。（2 2）连续投放）连续投放点源岸边连续投放水质模型；点源江心连续投放水质模型；线源岸边连续投放水质模型；线源江心连续排放水质模型。按投放方式分按投放方式分解析解二维水质模型数值解二维水质模型从解的形式分：从解的形式分：33几种二维水质模型和相应的解析解几种二维水质模型和相应的解析解 222222zCDyCDxCDtCzyx方程形式方程形
33、式 1 1tDztDytDxDDDtMtzyxCzyxzyx444exp4,2222/12/3解析解解析解静止水体（如水库、湖泊）的突发性事故的中心排放情况浓度预测。适用条件适用条件34KCzCDyCDxCDxCutCzyx222222方程形式方程形式 2 2解析解解析解适用条件适用条件KttDztDytDutxDDDtMtzyxCzyxzyx3444exp4,2222/12/3 按理论上来说，只适用于无限空间点源的瞬时投放，但实际应用中也可以应用到大江大河江心事故性排放的浓度估计几种二维水质模型和相应的解析解几种二维水质模型和相应的解析解 35方程形式方程形式 3解析解解析解1适用条件适用条
34、件可引用到大江大河江心事故性排放的浓度场预测 几种二维水质模型和相应的解析解几种二维水质模型和相应的解析解 KCyCDxCDxCutCyx2222KttDytDutxDDtMtyxCyxyx244exp4,222/1KttDBytDutxKttDytDutxDDtMtyxCyxyxyx24)2(4exp244exp4,22222/1解析解解析解2一侧有边界的可引用到大江大河岸边事故性排放的浓度场预测。一侧有边界的可引用到大江大河岸边事故性排放的浓度场预测。适用条件适用条件36方程形式方程形式 4解析解解析解适用条件适用条件一般河流不考虑降解情况下的二维浓度场计算几种二维水质模型和相应的解析解几
35、种二维水质模型和相应的解析解 2222yCDzCDxCuyz2222022exp2,yzyzyzzuMtyxC37方程形式方程形式 5解析解解析解适用条件适用条件用于预测有限空间突发性线源排放情况的浓度场预测 几种二维水质模型和相应的解析解几种二维水质模型和相应的解析解 2222zCDxCDxCutCzxtDzerfctDuttDutxerfctDutxerfcCtyxCzxxx4exp442,038方程形式方程形式 6解析解解析解1适用条件适用条件无边界影响的点源连续排放，适于大江河江心点源连续排放浓度场计算无边界影响的点源连续排放，适于大江河江心点源连续排放浓度场计算 几种二维水质模型和相
36、应的解析解几种二维水质模型和相应的解析解 KCyCDxCuy22uxKxDuyxuDMyxCyy4exp4,221uxKxDuyxuDMyxCyy4exp,221解析解解析解2无对岸影响的岸边排放，适用于大江河岸边点源连续排放浓度场计算无对岸影响的岸边排放，适用于大江河岸边点源连续排放浓度场计算 nyyuxKxDnByuxuDMyxC022142exp,解析解解析解3有对岸影响的岸边排放，适用于小河岸边点源连续排放浓度场计算有对岸影响的岸边排放，适用于小河岸边点源连续排放浓度场计算 适用条件适用条件39湖库模型湖库模型 当以年为时间尺度来研究湖泊、水库的富营养化过程时，往往可以把当以年为时间尺
37、度来研究湖泊、水库的富营养化过程时，往往可以把湖泊看作一个完全混合反应器。这样的基本方程为湖泊看作一个完全混合反应器。这样的基本方程为 VcQCQCdtVdCE)(当所考虑的水质组分在反应器内的反应符合一级反应动力学，而当所考虑的水质组分在反应器内的反应符合一级反应动力学，而且是衰减反应时，则且是衰减反应时，则KCc)（上式变为以下形式上式变为以下形式 KCVQCQCdtVdCE当反应处于稳定状态时，当反应处于稳定状态时，dC/dt=0，则，则 KVQQCCE40非点源模型非点源模型 模型模型名称名称开发时开发时间间最新版本最新版本发布时间发布时间参数形式参数形式空间尺空间尺度度时间尺度时间尺
38、度时间步时间步长长模型结构模型结构AGNPSAGNPS1987198719981998分散参数分散参数流域流域开始为单开始为单次暴雨，次暴雨，后发展为后发展为长期连续长期连续1d1dSCSSCS水文模型；通用土壤流失水文模型；通用土壤流失方程；氮、磷和方程；氮、磷和CODCOD负荷，不负荷，不考虑污染物平衡考虑污染物平衡HSPFHSPF1976197619961996(v.11)(v.11)集中参数集中参数流域流域长期连续长期连续1min1min到到1d1d斯坦福水文模型；侵蚀模型考斯坦福水文模型；侵蚀模型考虑雨滴溅蚀、径流冲刷侵蚀和虑雨滴溅蚀、径流冲刷侵蚀和沉积作用；污染物包括氮、磷沉积作用
39、；污染物包括氮、磷和农药等，考虑复杂的污染物和农药等，考虑复杂的污染物平衡平衡ANSWEANSWERSRS1977197719961996分散参数分散参数流域流域开始为单开始为单次暴雨，次暴雨，后发展为后发展为长期连续长期连续暴雨期暴雨期为为60s60s，非暴雨非暴雨期为期为1d1d水文模型考虑降雨初损、入渗、水文模型考虑降雨初损、入渗、坡面流和蒸发；侵蚀模型考虑坡面流和蒸发；侵蚀模型考虑溅蚀、冲蚀和沉积；早期并不溅蚀、冲蚀和沉积；早期并不考虑污染物迁移，后补充了氮、考虑污染物迁移，后补充了氮、磷子模型，复杂污染平衡磷子模型，复杂污染平衡41方程形式方程形式 3解析解解析解1适用条件适用条件可
40、引用到大江大河江心事故性排放的浓度场预测 几种二维水质模型和相应的解析解几种二维水质模型和相应的解析解 KCyCDxCDxCutCyx2222KttDytDutxDDtMtyxCyxyx244exp4,222/1KttDBytDutxKttDytDutxDDtMtyxCyxyxyx24)2(4exp244exp4,22222/1解析解解析解2一侧有边界的可引用到大江大河岸边事故性排放的浓度场预测。一侧有边界的可引用到大江大河岸边事故性排放的浓度场预测。适用条件适用条件42CREAMSCREAMS19791979集中参数集中参数 农田小区农田小区 长期连续长期连续1d1dSCSSCS水文模型，水
41、文模型，Green-AmptGreen-Ampt入渗模型，入渗模型，蒸发；侵蚀模型考虑溅蚀、冲蚀、蒸发；侵蚀模型考虑溅蚀、冲蚀、河道侵蚀和沉积；氮、磷负荷，简河道侵蚀和沉积；氮、磷负荷，简单污染物平衡单污染物平衡GLEAMSGLEAMS19861986集中参数集中参数 农田小区农田小区 长期连续长期连续1d1d水文和侵蚀子模型与水文和侵蚀子模型与CREAMSCREAMS相同；相同；污染物更多考虑农药地下迁移过程污染物更多考虑农药地下迁移过程CNSCNS19811981集中参数集中参数 农田小区农田小区 长期连续长期连续水文水文1d1d污染污染物物1mon1monSCSSCS水文模型，入渗、蒸发
42、，融雪；水文模型，入渗、蒸发，融雪；改进通用土壤流失方程；氮、磷负改进通用土壤流失方程；氮、磷负荷，简单污染物平衡荷，简单污染物平衡EPICEPIC19831983集中参数集中参数 农田小区农田小区 长期连续长期连续1d1dSCSSCS水文模型，入渗，蒸发，融雪；水文模型，入渗，蒸发，融雪；改进通用土壤流失方程；氮、磷负改进通用土壤流失方程；氮、磷负荷，复杂污染物平衡荷，复杂污染物平衡SEDIMOTSEDIMOT19841984集中参数集中参数流域流域单次暴雨单次暴雨3min3minSCSSCS水文模型，坡面流，河道流；侵水文模型，坡面流，河道流；侵蚀部分有两个模型，蚀部分有两个模型，MUSL
43、EMUSLE和和SLOSSSLOSS；无污染物迁移子模型无污染物迁移子模型 非点源模型概述非点源模型概述 43模型模型名称名称开发开发时间时间最新版最新版本发布本发布时间时间参数形参数形式式空间空间尺度尺度时间尺时间尺度度时间时间步长步长模型结构模型结构AGNPAGNPS S1987198719981998分散参分散参数数流域流域开始为开始为单次暴单次暴雨，后雨，后发展为发展为长期连长期连续续1d1dSCSSCS水文模型；通用土壤流失水文模型；通用土壤流失方程；氮、磷和方程；氮、磷和CODCOD负荷，不负荷，不考虑污染物平衡考虑污染物平衡HSPFHSPF1976197619961996(v.1
44、1)(v.11)集中参集中参数数流域流域长期连长期连续续1min1min到到1d1d斯坦福水文模型；侵蚀模型考斯坦福水文模型；侵蚀模型考虑雨滴溅蚀、径流冲刷侵蚀和虑雨滴溅蚀、径流冲刷侵蚀和沉积作用；污染物包括氮、磷沉积作用；污染物包括氮、磷和农药等，考虑复杂的污染物和农药等，考虑复杂的污染物平衡平衡ANSWANSWERSERS1977197719961996分散参分散参数数流域流域开始为开始为单次暴单次暴雨，后雨，后发展为发展为长期连长期连续续暴雨暴雨期为期为60s60s，非暴非暴雨期雨期为为1d1d水文模型考虑降雨初损、入渗、水文模型考虑降雨初损、入渗、坡面流和蒸发；侵蚀模型考虑坡面流和蒸发
45、；侵蚀模型考虑溅蚀、冲蚀和沉积；早期并不溅蚀、冲蚀和沉积；早期并不考虑污染物迁移，后补充了氮、考虑污染物迁移，后补充了氮、磷子模型，复杂污染平衡磷子模型，复杂污染平衡 非点源模型概述非点源模型概述 44SWRRBSWRRB1984198419931993集中参数集中参数流域流域长期连续长期连续1d1dSCSSCS水文模型，入渗，蒸发，融雪；水文模型，入渗，蒸发，融雪；改进通用土壤流失方程；氮、磷负改进通用土壤流失方程；氮、磷负荷，复杂污染物平衡荷，复杂污染物平衡ROTOROTO19901990集中参数集中参数大流域大流域长年连续长年连续1d1d河流水文和泥沙演算，水库水文和河流水文和泥沙演算，
46、水库水文和泥沙演算泥沙演算CNPSCNPS19961996分散参数分散参数流域流域长期连续长期连续1d1dSCSSCS水文模型，入渗、蒸发；改进通水文模型，入渗、蒸发；改进通用土壤流失方程；氮、磷负荷，简用土壤流失方程；氮、磷负荷，简单污染物平衡单污染物平衡SWATSWAT1996199620002000集中参数集中参数流域流域长期连续长期连续1d1dSCSSCS水文模型，入渗，蒸发，融雪；水文模型，入渗，蒸发，融雪；改进通用土壤流失方程；氮、磷负改进通用土壤流失方程；氮、磷负荷，复杂污染物平衡荷，复杂污染物平衡LOADLOAD19961996分散参数分散参数流域流域长期连续长期连续1d1d产
47、流系数法计算径流量；无侵蚀模产流系数法计算径流量；无侵蚀模型；统计模型计算型；统计模型计算BODBOD、TNTN、TPTP负荷负荷 非点源模型概述非点源模型概述 45参数推求方法参数推求方法 1)1)降解系数确定方法降解系数确定方法水团追踪试验水团追踪试验 选择合适的河段，布设监测断面，确定试验因子。测选择合适的河段，布设监测断面，确定试验因子。测定排污口污水流量、污染物浓度（试验因子），测定试验定排污口污水流量、污染物浓度（试验因子），测定试验河段的水温、水面宽、流速等。河段的水温、水面宽、流速等。根据流速，计算流经各监测断面的时间，按计算的时根据流速，计算流经各监测断面的时间，按计算的时间
48、在各断面取样分析，并同步测验各监测断面水深等水文间在各断面取样分析，并同步测验各监测断面水深等水文要素。要素。整理分析试验数据，计算确定污染物降解系数。整理分析试验数据，计算确定污染物降解系数。46实测资料反推法实测资料反推法用实测资料反推法计算污染物降解系数用实测资料反推法计算污染物降解系数 首先要选择河段，分析上、下断面水质监测资料，首先要选择河段，分析上、下断面水质监测资料，其次分析确定河段平均流速，利用合适的水质模型计算污其次分析确定河段平均流速，利用合适的水质模型计算污染物降解系数，染物降解系数，采用临近时段水质监测资料验证计算结果，确定污染物降采用临近时段水质监测资料验证计算结果，
49、确定污染物降解系数。解系数。河段选择时，为减少随机因素对计算结果的影响，应尽量河段选择时，为减少随机因素对计算结果的影响，应尽量选择没有排污口、支流口的河段作为计算河段，这样可排除选择没有排污口、支流口的河段作为计算河段，这样可排除入河污染物量和入河水量随机波动对水质监测结果的影响。入河污染物量和入河水量随机波动对水质监测结果的影响。K=（LnC1-LnC2）u/l其中：其中：C1、C2分别为河段上、下断面污染物浓度，分别为河段上、下断面污染物浓度，L为上下为上下断面距离，断面距离，U为流速。为流速。47类比法类比法 国内外有关文献提及的部分河流污染物降解系数见表国内外有关文献提及的部分河流污
50、染物降解系数见表 在国内外的在国内外的24条河流中，条河流中，BOD5降解系数降解系数K值的下限或值的下限或变化范围变化范围0.35d-1的有的有17条，占条，占70.8%。根据以往的研究。根据以往的研究成果可知，成果可知，CODcr降解系数比降解系数比BOD5要小，约为要小，约为BOD5降降解系数的解系数的60%70%。约有约有70%以上的河流其以上的河流其CODcr降解系数在降解系数在0.200.25 d-1分析借用分析借用 对于以前在环境影响评价、环境规划、科学研究、对于以前在环境影响评价、环境规划、科学研究、专题分析等工作中可供利用的有关数据、资料经过分析专题分析等工作中可供利用的有关
