环境管理_地表水环境影响评价概述

第五章 地表水环境影响评价第一节 地表水体的污染和自净水是环境中最活跃的自然要素之一。水是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必需的物质。如果地球上没有水，很难设想有整个生物界。人类生活需要水,各种生产活动也需要水。水是万物之本。因此，水是人类不可缺少的非常宝贵的自然资源。它对人类的社会发展起着很重要的作用。 水体是水集中的场所，水体又称为水域。按水体所处的位置可把它分为三类： 地面水水体 地下水水体 海洋 这三种水体中的水可以相互转化，它通过水在自然界的大循环和小循环实现。三种水体是水在自然界的大循环中的三个环节。 在太阳能和地表面热能的作用下，地球上的水不断地被蒸发变成水蒸气进入大气。从海洋蒸发的水蒸气进入大气，被气流带到陆地上空，遇冷凝结成雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回大气，一部分经地面径流流入地面水体(江河、湖泊、水库等)，一部分经地层渗透进入地下水体。地面水体的水经地面径流，最终都回归海洋。这种海洋和陆地之间水的往复运动过程，称为水的大循环。 仅在局部地区(仅在陆地上或仅在海洋上)进行的水循环称为水的小循环。在自然界中水的大、小循环是交织在一起的，周而复始地运动着。一.地表水资源 地表水水体主要指江、河、湖泊、沼泽、水库、海洋和湿地等。地面水水体的概念不仅包括水，而且包括水中的悬浮物、底泥和水生生物。它是完整的生态系统或自然综合体。是地球水资源的重要组成部分地表水水体按使用目的和保护目标可划分为五类。 I类主要适用于源头水和国家自然保护区的水体； 类主要适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区内的水体，以及珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场的水体； 类主要适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区和一般鱼类保护区及游泳区的河段； 类主要适用于一般工业用水和娱乐用水水体； V类适用于农业用水及一般景观水域。 上述五类水体对其水质有各自不同的要求。二.水体污染 水体受到人类或自然因素或因子(物质或能量)的影响，使水的感观性状(色、嗅、味、浊)、物理化学性能、(温度、酸碱度、电导度、氧化还原电位、放射性)、化学成分(无机、有机)、生物组成(种类，数量、形态、品质)及底质情况等产生了恶化，污染指标超过地面水环境质量标准，称为水体污染 水体污染分为自然污染和人为污染两类。后者是主要的，更为人们所关注。 水体的自然污染是自然原因所造成的。如某一地区的地质化学条件特殊，某种化学元素大量地富集于地层中，由于大气降水的地表径流，使这种元素或它的盐类，溶解于水或夹杂在水流中被带入水体，造成水体污染。地下水在地下径流的漫长的路径中，溶解了比正常水质多的某种元素（离子态），或它的盐类，造成地下水的污染。当它以泉的形式涌出地面流入地面水体时，造成了地面水体的污染。 水体的人为污染是由于人类的生活和生产活动向水体排放的各类污染物质(或能量)，其数量达到使水和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体原始使用价值，造成了水体的人为污染，或称水体污染。1. 水体污染物及污染源 水体污染物 造成水体的水质、生物、底质质量恶化的各种物质或能量都称为水体污染物。水体污染物的种类繁多，从不同的角度可将水体污染物分为各种类型。 按理化性质分类可分为:物理污染物、化学污染物、生物污染物综合污染物。 按形态分类可分为：离子态(阳离子，阴离子)污染物、分子态污染物、简单有机物、复杂有机物、颗粒状污染物。 按污染物对水体的影响特征可分为:感官污染物、卫生学污染物、毒理学污染物、综合污染物。n 水体污染类型 水体污染类型较多，主要有以下几类 (1)有机耗氧性污染 生活污水和一部分工业废水中含有大量的碳水化合物、蛋白质、脂肪和木质素等有机物。这类物质进入水体，在好氧微生物的作用下，多分解为简单无机物质。在此过程中消耗水体中的大量溶解氧。大量的有机物进入水体，势必导致水体中溶解氧急剧下降，因而影响鱼类和其它水生生物的正常生活。严重的还会引起水体发臭，鱼类大量死亡。 (2)化学毒物污染 随着现代工农业生产的发展，每年排入水体的有毒物质越来越多。有毒污染物的种类已达数百种之多，大体可分为四类： (1)非金属无机毒物(CN、F、S等) (2)重金属与类金属无机毒物(Hg、Cd、Cr、Pb、Mn等) (3)易分解有机毒物(挥发酚、醛、苯等) (4)难分解有机毒物(DDT、六六六，、多氯联苯、多环芳烃、芳香胺等)(3)石油污染 随着石油工业的迅速发展，油类对水体特别是海洋的污染越来越严重。目前由人类活动排入海洋的石油每年达几百万吨以至几千万吨。1991年的海湾战争造成的石油污染是至今最大的石油污染。进入海洋的石油在水面形成一层油膜，影响氧气扩散进入水中，因而对海洋生物的生长产生不良影响。石油污染对幼鱼和鱼卵危害极大，油膜和油块粘附在幼鱼和鱼卵上；使鱼卵不能成活或使幼鱼死亡。石油使鱼虾类产生石油臭味，降低海产品的食用价值。石油污染破坏优美的海滨，风景，降低了作为疗养、旅游地的使用价值。(4)放射性污染 水体中放射性物质主要来源于铀矿开采、选矿、冶炼、核电站及核试验以及放射性同位素的应用等。从长远来看，放射性污染是人类所面临的重大潜在性威胁之一。(5)富营养化污染 富营养化污染主要是指水流缓慢、更新期长的地表水体，接纳大量氮、磷、有机碳等植物营养素引起的藻类等浮游生物急剧增殖的水体污染。 自然界湖泊也存在富营养化现象，由贫营养湖富营养湖沼泽干地，但速率很慢。人为污染所致的富营养化，速率很快。在海洋水面上发生富营养化现象称为“赤潮”。在陆地水体中发生富营养化现象称为“水华”。在地下水中发生富营养化现象，称该地下水为肥水”。一般认为，总磷和无机氮含量分别在20mgm3 和300mgm3以上，就有可能出现水体富营养化过程。不同的研究者对水体富营养化的划分指标给出不同的值。(6)致病性微生物污染 致病性微生物包括细菌和病毒。致病性微生物污染大多来自于未经消毒处理的养殖场、肉类加工厂、生物制品厂和医院排放的污水。 水体污染源 向水体排放或释放污染物的来源或场所称为水体污染源。从不同的角度可将水体污染源分为不同的类型。按造成水体污染的自然属性分类可分为自然污染源和人为污染源。 按受污染水体的种类分类可分为：地面水污染源、地下水污染源、海洋污染源。 按污染源排放污染物(或能量)种类分类分为物理 (热污染源、放射性污染源) 污染源、化学(无机物、有机物)污染源、生物污染源(如医院)。 按污水产生的部门分类可分为：生活污水、工业污水、农业退水、大气降水。污染源的种类不同，使水体的污染程度不同，污染物在水体中迁移转化规律也不同。 按污染源几何形状特征分类可分为点污染源(城市污水排放口，工矿企业污水排放口)、线污染源(雨水的地面径流)、面污染源。(1)点污染源 是指由城市和乡镇生活污水和工业企业通过管道和沟渠收集和排入水体的废水。 点污染源排放的废水量和污染物量可以从管道或沟渠中直接量测流量和采样分析组分浓度确定，但这样做需要投入大量人力、物力在经费和其它条件有限时，常采用排污指标推算的方法 居住区生活污染量 的计算式如下： 式中： -居住区生活污水量，L/s q-每人每日的排水定额，L/（人d） N-设计人口数，人 Ks-总变化系数（1.51.7) 工业废水量 按下式估算： 式中： m-单位产品废水量，L/t M-该产品的日产量，t Ki- 总变化系数，根据工艺或经验决定 t- 工厂每日工作时数，h 第二节 水环境质量现状评价水环境是一个统一的整体。河流和湖泊等地面水体与地下水是相互补充、相互影响的，海洋是内陆水的受体。一个水体是由水、底质和水生物三部分组成的，它们之间是相互联系、相互影响的。在进行水环境评价时，一定要注意水体之间和水体内各组成部分之间的相互关系。 造成水体污染的任何污染物进入水体后都有其本身的运动规律和存在形式。它们在不同地区和不同水域中都有很大差别，进行水质评价时，就需了解和掌握主要污染物在运动过程中可能产生的变化趋势。为此，要研究水环境变化的时间和空间规律。从时间因素上考虑，要掌握不同时期、不同季节污染物动态变化规律，从空间因素上考虑，需要掌握水体的不同位置、不同深度处水的质量参数的变化规律，只有了解这些基本规律才能使水体质量评价具有典型性和代表性。 水环境是河流、湖泊、海洋、地下水等各种水体的总称。水环境评价包括地面水(河流、湖库、海洋等)、地下水、水生生物、底质等的评价，本章主要介绍地面水环境质量评价。 1)地面水环境质量现状评价 该部分内容包括了环境现状的调查范围的确定、环境现状的调查时间的确定、水文调查与水文测量、现有水污染源调查、水质调查、水利用状况(水域功能)的调查、水环境质量现状评价。 评价水质现状主要采用的方法是文字分析与描述，并配合数学计算。可用检出率、超标率等统计数字说明水质的状况。 对于地面水质量评价，方法包括水环境指数法、生物学评价方法和概率统计方法等。根据建设项目的种类、性质及其水文和地理条件，首先确定评价范围。一般潮汐河流的评价范围可大些；水闸控制的河流评价范围可小些。将水质的历史资料和现场监测数据整理分析，采用下列方法进行现状评价。单项水质参数评价单项水质参数评价是目前使用最多的水质评价方法，该方法简单明了，可直接了解水质状况与评价标准之间的关系。其评价采用标准指数法，即 (14-29)式中 Cij-I污染物在j点的浓度，mg/L;Csj水质参数I的地面水质标准，mg/L。例题：某类水BOD5实测浓度代表值是4mg/L, 类水域的标准值是4mg/L,该水质因子是否达标。（ ） A.达标 B.不达标 C.不一定 D.条件不足环境影响评价技术导则 地面水环境在地面水环境现状评价时，水质参数的标准指数大于1，表明该水质参数超过了规定的水质标准，已不能满足使用要求。对溶解氧和 pH值而言, 其单项水质参数具有不同的定义式 ：DO的标准指数 DOjDOs (14-30) DOjDOs (14-31) (14-32)式中DOf饱和溶解氧的浓度，mg/L； DOs溶解氧的地面水质标准，mg/L； t水温，。pH的标准指数为 (14-34) (14-35) 式中 pHj河流上游或湖(库)、海的pH值； pHsd地面水水质标准中规定的pH值下限； pHsv地面水水质标准中规定的pH值上限。水质参数的标准指数1，表明该水质参数超过了规定的水质标准，已不能满足使用要求。例题：1T=202气温为23时,某河段溶解氧浓度为6.5 mg/L,已知该河段属于类水体,如采用单项指数法评价,其指数为( )。(已知类水体溶解氧标准为5.0 mg/L)3某水样pH为13,如果采用单项指数法评价,其指数为( ). 多项水质参数综合评价这种评价方法很多，在此我们不作重点讨论。可以采用表14-8的方法之一进行综合评价。这种方法在调查的水质参数较多时使用，能了解多个水质参数与相应标准之间的综合相对关系，但有时也掩盖了高浓度的影响。表14-8 多项水质参数综合评价表名 称表达式符号解释幂指数法 1 Si,ji污染物在j点的评价指数 Ii,j污染物i在j点的污染指数 Wii污染物的权重值加权平均法 向量模法算术平均法 2)地面水体底质的评价用污染指数法评价底质污染状况时，其难点在于缺少底质的评价标准，对湖泊来说，通常是在进行湖区土壤中有害物质自然含量调查基础上，按下面公式评价。 (14-36) 式中 Sii污染物的评价指数； Ci底质中的污染物为实测值； Li湖区土壤中；污染物的自然含量。计算出各参数的污染指数后，按式(14-37)(内梅罗NLNemerow指数)将计算所得的Si值按表14-9对底质污染状况分级。 (14-37)表14-9 底持污染状况分级表底质污染指数值污染程度分级1.01.02.02.0以上清 洁轻污染污 染 3)地下水质量评价方法自然界中影响地下水质量的有害物质很多。无机化合物有几十种，有机化合物有上百种，能溶解于水中的有七十多种。在不同地区，由于工业布局不同，污染源的差异很大，污染物的种类也不相同。因此，影响地下水质量的因子的选择，要根据评价区的具体情况而定，大致可考虑的评价参数可分成以下几类。 第一类是构成地下水化学类型和反映地下水性质的常规水化学组成的一般理化指标，有K+、Na+、Ca+、Mg2+、SO2-、Cl-、HCO3-、NH4+、NO2-、N03-、pH、矿化度、总硬度、溶解氧、耗氧量等。 第二类是常见的重金属和非金属物质，有Hg、Cr、Cd、Ph、As、F、CN等。 第三类是有害物质，有机酚、有机氯、有机磷以及其他工业排放的有机毒物。 第四类是细菌、寄生虫卵、病毒等。 各地区在评价地下水质量时，除第一类反映地下水质量的一般理化指标必须监测之外，要根据各地区的污染特点来选择评价因子。地下水质量评价常采用单项组分评价、统计法和综合指数法。地下水质量单项组分评价地下水质量单项组分评价，按本标准所列分类指标，划分为五类，代号与类别代号相同，不同类别标准值相同时，从优不从劣。例：挥发性酚类、类标准值均为0.001mg/L，若水质分析结果为0.001mg/L时，应定为类，不定为类。 统计法 以监测点的检出值与背景值或生活饮用卫生指标比较作依据。对监测区污染物质平均含量变化、监测样、监测井的超标率及其分布规律进行污染程度的评价。此法适用于环境水文地质条件简单、污染物质单一的地区采用。综合指数法 内梅罗污染指数法(见式14-37)根据Si值。参照地下水质量标准(GB/T 14848-93)，划分地下水质量标准，见表14-10。表14-10 地下水评价分级级别优良良好较好较差极差Pij0.800.802.502.504.254.257.207.204)水环境质量生物学评价水生生物与它们生存的水环境是相互依存、相互影响的统一体。当水体受到污染时，必然会对生存在其中的水生生物产生这样那样的影响，水生生物因此也会产生不同的反应和变化，人们利用这种反应和变化就可作为评价水质的指标，这是水环境质量生物学评价的基本依据和原理。 水环境质量生物学评价以生态学和地球化学知识为基础，有以下几种方法：般描述对比法。描述调查水体的水生生物和该区域内同类型水体或同一水体的生物历史状况，并进行比较，是一种定性的方法，可比性差。指示生物法。根据对水体中有机污染或某种特定污染物质敏感的或有较高耐受性的生物种类的存在或缺失，来指示水体中有机物或某种特定污染物的多寡与污染程度。生物指数法。这个方法是将水质变化引起的生物群落的生态学效应用数学方法表达出来，得到群落结构的定量数值。 生物指数法 由污染引起的水质变化对生物群落的生态学效应，主要有六个方面：某些对污染有指示价值的生物种类出现或消失，导致群落结构的种类组成变化；群落中生物种类数，在污染加重的条件下减少，在水质较好时增加，但过于清洁的条件下，因食物缺乏，种类数也会减少组成群落的个别种群变化；群落中种类组成比例的变化；自养、异养程度上的变化；生产力的变化。 因此，有多种生物评价的指数，如贝克(Beck)指数是按底栖大型无脊椎动物对有机污染的耐性分成两类：I类是不耐有机污染的种类；类是能忍受中等程度的污染但非完全缺氧条件的种类。将一个调查点内I类和类动物种类数n1，和n2：，按公式计算生物指数。此法要求调查采集的各测站的环境因素力求一致，如水深、流速、底质、水草有无等。这种生物指数值，在净水中为10以上，中等污染时为110，重污染时为0。 指示生物法指示生物法是最经典的生物学水质评价法。有人根据被有机污染的河流自上游至下游随着污染程度的减轻出现一系列特征性的水生动物和水生植物的现象，提出了污水生物体系，这样，根据河流各区段出现的动植物区系，即可鉴别该区屑哪一带及有机污染程度，见表1411。各种生物对环境因素的变化都有一定的适应范围和反应特点。生物的适应范围越小，反应越典型，对环境因素变化的指示越有意义。许多水生生物也有指示作用。如石蝇稚虫、蜉蝣稚虫等多的地方表明水域清洁，颤蚓类、蜂蝇稚虫和污水菌等多的地方表明水域受有机物严重污染。多毛类小头虫是海洋污染的指示生物。人们根据科尔克维茨和马尔松污水生物系统列出污水生物分类表（其中包括细菌、藻类、原生动物和大型底栖无脊椎动物），并根据种类组成的特点将水质分成寡污带,-中污带、-中污带和多污带四级，通常分别以蓝、绿、黄、红4种颜色表示。 指示生物对环境因素的改变有一定的忍耐和适应范围，单凭有无指示生物评价污染是不太可靠的。因此英、美等国至今未在实际环境质量评价中采用这种方法。 第三节 水环境影响评价一.工作程序、评价等级和评价标准1.评价目的 地面水评价的目的在于通过评价,从保护地面水环境的角度确定建设项目的可行性，要求提出： 从保护水环境的角度回答拟建项目是否适宜。 对可以进行的建设项目，针对工程可行性研究中提出的保护水环境的对策和措施，进行可行性分析，并提出建议。 为整个工程的环境影响评价提供水环境方面的信息和意见。 2.环境影响评价工作大体分为三个阶段（工作程序） 第一阶段为准备阶段，主要工作为研究有关文件，进行初步的工程分析和环境现状调查，筛选重点评价项目，确定各单项环境影响评价的工作等级，编制评价大纲； 第二阶段主要工作为进一步做工程分析和环境现状凋查，并进行环境影响预测和评价环境影响； 第三阶段为报告书编制阶段，其主要工作为汇总、分析第二阶段工作所得的各种资料、数据，给出结论，完成环境影响报告书的编制。 评价大纲的编写是以建设项目为基础，以水环境保护法规为依据，以各种政策为指导，以水环境质量为尺度，坚持严肃和科学的态度，把大纲编制成对评价活动具有指导性的文件。 编写评价大纲的基本要求有：评价目的明确，选择标准和确定等级适当，评价范围的划分科学，工程分析完整，评价因子的筛选满足环保目标要求，模型参数确定符合技术导则要求。水环境影响评价大纲一般应包括以下内容：n 编制依据；（项目意义）n 建设项目概况； 建设项目地区环境概况； 评价内容：包括评价范围、评价因子、监测断面的布设、监测项目、分析方法、评价标准、预测评价方法等；污水治理措施的可行性及建议，经济损益简要分析； 组织与进度 3.评价等级的划分 地面水环境影响评价工作级别的划分根据： 建设项目的污水排放量， 污水水质的复杂程度， 各种受纳污水的地面水域（简称受纳水域）的规模以及对它的水质要求，将地表水环境影响评价分为三级。 污水水质的复杂程度按污水中拟预测的污染物类型以及某类污染物中水质参数的多少划分为复杂、中等和简单三类。例如，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属于复杂水质。受纳水域的规模，河流按项目排污口附近河段平均流量划分 大河150m3/s； 中河15150m3/s； 小河15m3/s。 湖泊和水库，按枯水期湖泊或水库的平均水深以及水面面积划分： 水深10m，大湖25km2、中湖2.525km2、小湖2.5km2； 水深10m，大湖50km2、中湖550km2、小湖5km2。 对于不同级别的地面水环境影响评价，环境现状调查、环境影响预测、评价建设项目的环境影响及小结等相应的技术要求不同，均需按相应级别规定执行。 一般低于第三级地面水环境影响评价条件的建设项目，不必进行地面水环境影响评价，只需按照环境影响报告表的有关规定，简要说明所排放的污染物类型和数量、给排水状况、排水去向等，并进行一些简单的环境影响分析。拟进行地面水环境影响评价的厂矿企业、事业单位建设项目，应满足一控双达标的要求。 一控双达标“一控”指的是：污染物总量控制，主要污染物的排放量控制在国家规定的排放总量指标内。“双达标”指的是：工业污染源要达到国家或地方规定的污染物排放标准；空气和地面水按功能区达到国家规定的环境质量标准。4.评价标准河流、湖泊等地表水环境影响评价的主要依据是国家的有关法规和标准。 地面水环境质量标准（GHZB1-1999） 工业企业设计卫生标准（TJ36-79） 污水综合排放标准（GB8978-1996）二 . 环境影响识别1.工程分析和影响识别 向水体排放污染物的建设项目可按一般的要求和做法进行工程分析；必要时需作类比项目调查。工程项目分析包括以下内容： 建设项目位置及交通； 建设项目规模、产品的种类、产量、产值、占地面积、工人数、投资总额、主要技术经济指标； 产品方案及主要工艺流程； 主要原料、燃料的用量及来源、成分； 项目用水量、用水来源； 项目排水情况，项目排水量(包括生产、生活各类废水量)，排水水质(各种废水中污染物的种类，污染物浓度)，各种污染物质量排放量(日和年的)，排水去向，排水口位置于废水排放规律(均匀连续排放还是瞬时间歇排放)； 废水处理设施及投资； 建设项目对水环境影响分析。2.评价水域的污染源调查和评价 除了工程项目的污染源外，对评价目标涉及的其他污染源也需要进行必要的调查。以弄清污染源的类型、数量、分布以及对地面水质的影响。它包括生活污水、工业污水、家畜污水、农业退水等。对于通航河流要了解船舶排污情况。 污染源分析可采用简化方法： 污染源简化包括：排放形式的简化和排放规律的简化。 根据污染源的具体情况排放规律有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。排放形式可简化为点源和面源： 排入河流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。 两排放口间距较远时，可分别单独考虑。排入小湖（库）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。 排入大湖（库）的两排放口间距较近时，可以简化成一个，其位置假设在两排放口之间，其排放量为两者之和。 两排放口间距较远时，可分别单独考虑。 无组织排放可以简化成面源。 从多个间距很近的排放口排水时，也可以简化为面源。 3.评价因子的筛选 筛选水体的影响评价因子是工程分析和环境影响识别的成果.评价因子的筛选,应根据评价项目的特点和当地水环境污染特点而定。（1）按等标排放量（或等标污染负荷）i值大小排序，选择排位在前的因子。（2）在受项日影响的水体中已造成严重污染的污染物或已无负荷容量的污染物。（3）经环境调查已经超标或接近超标的污染物（4）地方环保部门要求预测的敏感污染物在环境现状调查水质参数中选择拟预测水质参数时,对于河流,可以按下式将水质参数排序后从中选取:4 河流和河口水质模型污染物进入水体后，发生两个相互关联的过程： 一是水体污染恶化过程 二是水体污染的净化过程 水体污染恶化过程包括以下几个过程。 溶解氧下降过程 排入水体中的有机物，在好氧细菌的作用下，复杂的有机物被分解为简单的有机物直至转化为无机物，要消耗大量溶解氧使水体中溶解氧下降，水质恶化。水体底部多为厌氧条件，底泥中的有机物在厌氧细菌的作用下产生出硫化氢、甲烷等还原性气体，水质恶化。水体中溶解氧的下降威胁水生生物的生存。 水生生态平衡破坏过程 由于水体中溶解氧的下降，营养物质增多，使耐污、耐毒、喜肥的低等水生动物、植物大量繁殖。鱼类等高等水生生物迁移、死亡。当水体中溶解氧低于3mgL时，就会引起鱼类窒息死亡。因此；渔业水体中溶解氧(DO)不得低于3 mgL。如鲤鱼要求溶解为68mgL,青鱼、草鱼、鲢鱼等均要求溶解氧保持在5mgL以上。 低毒变高毒过程 由于水体中pH值、氧化还原、有机负荷等条件的改变多使低毒化合物转化为高毒化合物。如三价铬、五价砷、无机汞可转化为更毒的六价铬、三价砷、甲基汞。 低浓度向高浓度转化过程 由于物理堆积和生物富集作用，使低浓度向高浓度转化。如重金属、难分解有机物、营养物向底泥的积累过程，使底泥的污染物浓度升高。由于生物的食物链作用，使污染物在鱼类或其它水生生物体里富集，造成污染物的高浓度。三.水体自净 水体中污染物浓度自然逐渐降低的现象称为水体自净。 水体自净机制有三种: 物理净化 物理净化是由于水体的稀释、混合、扩散、沉积、冲刷、再悬浮等作用而使污染物浓度降低的过程 化学净化 化学净化是由于化学吸附、化学沉淀、氧化还原、水解等过程而使污染物浓度降低。 生物净化 生物净化是由于水生生物特别是微生物的降解作用使污染物浓度降低。 水体自净的三种机制往往是同时发生，并相互交织在一起。哪一方面起主导作用取决于污染物性质和水体的水文学和生物学特征实际上,水体自净可以看作是污染物在水体中的迁移、转化和衰减变化的过程。 1.迁移和转化 污染物在水中的迁移和转化作用包含推流迁移、分散稀释、吸附沉降等方面。（1）推流迁移：指污染物随着水流在X、Y、Z三个方向上平移运动产生的迁移运动（2）分散稀释：指污染物在水流中通过分子扩散、湍流扩散和弥散作用分散开来，得到稀释（3）转化和运移：是污染物在悬浮颗粒上的吸附或解吸、污染物颗粒的凝并、沉淀和再悬浮。底泥中污染物随底泥沉淀物运移，以及热污染的传导和散失等2.衰减变化(1)污染物的好氧生化衰减过程一个受污染的水体的水样在实验室测得的BOD曲线如图所示: 污染物的降解(BOD升高)可分为两个阶段: 第一阶段主要是不含氮有机物的氧化,但也包括含氮有机物的氨化及后生成的不含氮有机物的继续氧化。这阶段BOD常被称作碳化需氧量，以 表示，总的碳化需氧量则以 表示。 第二阶段为氨氮硝化作用的需氧量。总的硝化需氧量以 表示。 一个严重污染的水体的自净过程先是含碳有机物降解到低浓度后再进行氨氮硝化；而对污染较轻的水体，往往是两个阶段同时进行 和 之和反映了水体受可降解有机物污染的程度河流水质模型简介 水质数学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，主要介绍了守恒污染物和非守恒污染物在均匀场流中的两类水质模型。进入环境的污染物可以分为两大类：守恒污染物和非守恒污染物。 污染物进入环境以后，随着介质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，但它不会因此而改变总量发生衰减。这种污染物称为守恒污染物。如重金属、很多高分子有机化合物等。 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。这种污染物称为非守恒污染物。 非守恒物质的衰减有两种方式：一是由其自身运动变化规律决定的，如放射性物质的蜕变；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，如可生化降解的有机物在水体中微生物作用下的氧化-分解过程。应用水质模型预测河流水质时,常假设该段内无支流,在预测时期内河段的水力条件是稳态的和只在河流的起点有恒定浓度和流量的废水(或污染物)排入。 为了选择使用的方便，可以把它们按不同的方法进行分类。 按时间特性分类：分动态模型和静态模型。 按空间维数分类：分为零维、一维、二维、三维水质模型。(1)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，描述这种情况的水质模型称为零维的水质模型(2)描述水质组分的迁移变化在一个方向上是重要的，另外两个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为一维水质模型(3)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，这种水质模型称为二维水质模型(4)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 按描述水质组分分类：分为单一组分和多组分的水质模型。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、相互影响的，描述这种情况的水质模型称为多组分的水质模 按水体的类型可分为：河流水质模型、河口水质模型(受潮汐影响)、湖泊水质模型、水库水质模型和海湾水质模型等。河流、河口水质模型比较成熟，湖泊、海湾水质模型比较复杂，可靠性小。非守恒污染物在均匀河流中的水质模型 一.河流中污染物的混合和衰减模型1.完全混合模型 一股废水排入河流后能与河水迅速完全混合，则混合后的污染物浓度（Ci）为：式中：河流的流量，m3/s C1-排污口上游河流中污染物浓度，mg/L q-排入河流的废水流量，m3/s C2-废水中的污染物浓度，mg/L完全混合模型：污水排入一条河流时，如符合下述条件，则在排入口下面某断面的浓度可按完全混合模型计算。n 河流是稳态的，定常排污； 污染物在整个河段内均匀混合，即河段内各点污染物浓度相等； 污染物为持久性污染物质，不分解也不沉淀； 河流无支流和其他排污口污水进入2.零维水质模型如果将一顺直河流划分成许多相同的单元河段，每个单元河段看成是完全混合反应器。设流入单元河段的入流量和流出单元河段的出流量均为Q，入流的污染物浓度为C0，流入单元河段的污染物完全均匀分布到整个单元河段，其浓度为C。当反应器内的源漏项，仅为反应衰减项，并符合一级反应动力学的衰减规律，即 k1C，根据质量守恒定律，可以写出完全反应器的平衡方程，即零维水质模型：当单元河段中污染物浓度不随时间变化，即dCdt =0，为静态时，零维的静态水质模型为 零维模型 ： 对于河流,常用零维模型表述和诠释的问题有以下三种情况: 适度考虑混合距离的重金属污染、部分的有毒物质等其他持久污染物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以忽略时，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，可采用零维模型分段模拟，但计算精度和实用性较差，最好用一维模型计算 此模型仅适用于较浅、较窄的河流。 例1： 均匀河段长10km，有一含BOD的废水从这一河段的上游端点流入，废水流量为 q =0.2m3/s，BOD浓度C2=200mg/L，上游河水流量 Q =2.0m3/s， BOD浓度C1=2mg/L，河水的平均流速 u =20km/d，BOD的衰减系数 k=2/d，求废水入河口以下(下游) 2km、5km 处的河水中 BOD 的浓度。解：河段初始断面河水中BOD浓度为： 以1km 为单位，将河段分成环境单元，即x=2km、5km处的河段发生处，在i = 2、5的位置。由下式计算 BOD 的浓度同理， i =5, 有 C5 =？(mg/L)。3. 一维水质模型一维水质模型是目前应用最为广的水质模型，由三维水质模型简化而来,其基本方程为:代入初始条件 x=0, C=C0方程的解为： 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，在稳态条件下，弥散作用可以忽略，则有：式中： - 河流的平均流速，m/d或m/s -废水与河水的纵向混合系数，m2/d或m2/s 污染物的衰减系数，1/d或 1/s 河水（从排放口）向下游流经的距离，m一维稳态水质模型： 所谓稳态,是指在均匀河段上定常排污条件下,河段横截面流速、流量、污染物的输入量和弥散系数不随时间变化。 忽略弥散的一维稳态水质模型 ：在前面的条件下一，如果河流较小，流速不大，弥散系数很小，近似地认为 =0。 只要知道初始断面河水中污染物的初始浓度 C0 和 值，即可利用上式求下游某一点的浓度，此模型常用于预测易降解有机物在河流中的浓度变化 例2：一均匀河段，有含BOD的废水流入，河水的平均流速 =20km/d，起始断面河水(和废水完全混合后)含BOD浓度为 C0 =20mg/L，BOD的衰减系数 k=2/d，扩散系数 Dx= 1 km2/d，求下游1km处的河水中 BOD 的浓度。 解：由下式计算 BOD 的浓度为： C =18.1 (mg/l)4.污染物与河水完全混合所需距离(P127)预测范围内的河段可以分为完全混合段、混合过程段、上游河段。 污染物从排污口排出后要与河水完全混合需要一定的纵向距离,这段距离称为混合过程,其长度为L。实际上应用中，若断面上最大浓度与最小浓度之差不超过5，认为达到均匀混合。完成横向均匀混合的断面的距离称为完全混合距离。由理论分析和实验确定的完全混合距离，按污染源在河流中心排放和污染源在河流岸边排放的不同情况，可将完全混合距离表示为： S-P模型的基本方程为：式中: L河水中的BOD值，mg/L； D河水中的亏氧值，mg/L,是饱和溶解氧浓 度Cs （mg/L）与河水中的实际溶解氧浓 度C（mg/L ）的差值 k1河水中BOD衰减(耗氧)速度常数，1d； k2河水中的复氧速度常数，1d； t 河水中的流行时间， d。上式的解析解为: 如果以河流溶解氧来表示：在很多情况下，人们希望能找到溶解氧浓度最低的点临界点。在临界点河水的氧亏最值大，且变化速度为零，则临界点的氧亏值tc由起点到达临界点的流行时间 临界氧亏发生的时间tc可由下式计算：S-P水质模型应用广泛，也可用于计算河段的最大容许排污量。 温度对K1和K2有影响，一般以20C的K1,20和K2,20为基准,则温度T时的值为(p114)在S-P模型基础上，结合河流自净过程中的不同影响因素，人们提出了一些修正模型，见教材。 第四节 湖泊（水库）水质数学模型一.湖泊环境概述二.湖泊环境质量现状评价对湖泊环境质量现状评价主要包括以下几个方面：水质评价、底质评价、生物评价和综合评价水质评价方法 ：污染指数法、分级聚类法、模糊数学方法 湖泊环境质量的综合评价。综合评价方法有三种：算术平均值法，选择最大值法和加权法。第五节 水质模型的标定河流水质模型中的参数,如弥散系数 、耗氧速率常数K1、大气复氧系数K2等，是用来表征河流水体发生的物理、化学和生物过程的动力学常数。对于这些参数的确定，称参数的估算或参数测辩，是水质模型运用中的核心工作，也是难度最大的工作。在建立水质模型的过程中，参数的估算是一关键环节，它们直接关系到模型的准确性和可靠性。为此，人们已做了广泛的研究，较成熟的参数估算方法很多，有实验室法、野外测定法，单独计算一个参数的方法和同时计算多个参数的方法。一、混合系数估算 纵向弥散系数DX是反映天然河流纵向混合输移特性的重要参数，它与河流的水力条件密切相关。纵向弥散系数在河流水质预测尤其是事故性排放和泄漏对下游水质以及河口区水质的影响预测等方面起着十分重要的作用。 确定纵向弥散系数的方法归纳起来有两种： 经验公式和实验法1.经验公式纵向扩散系数 的估值系数，由实验确定； -扩散系数，m2/s；H -断面平均水深，m； -摩阻流速(或称“剪切流速” ) m/s；S -水力坡度；g重力加速度，9.81 m/s2；2.示踪实验法 纵向弥散系数也可由示踪实验求得。本方法是将示踪剂瞬时投入河流某断面，在投入点下游断面采样测定不同时间 t 时示踪剂的浓度C，将此C- t 变化数据代入公式进行计算。二.耗氧系数K1的估算 耗氧系数 k1值随河水中的生物与水文条件而变化，不但各条河流的 k1 值均不相同，即使同一条河流的各河段的k1值也不一样，因此，需要对各河段的k1值进行估算。 耗氧系数的估算常用以下三种方法: 用BOD的室内实验数据估算 用野外实验数据估算 始末两点法三.大气复氧系数K2的估算 流动的水体从大气中吸收氧气的过程为“复氧过程”，也称“再曝气过程”。这种空气中的氧溶解到水体中的现象，是一种气-液之间的对流扩散过程，也是气体的传输过程。 确定 k2 的方法大致可分两类，一类是实测、一类是估算。前者是在野外现场实测，或在实验室内模拟测定，后者是根据一些机理模型或经验、半经验公式进行估算。 中国某些河流的K1、K2值河流名称K1/d-1K2/d-1第一松花江第二松花江黄河(兰州)漓江0.0150.130.140.260.410.870.10.130.00060.0700.0080.180.821.90.30.52第四节 开发行为对地表水影响的识别各种类型的人类开发行动如建设项目、区域和流域开发等都会对地表水环境的水量、水质、水生生物和/或底部沉积物产生影响。建设项目和区域或流域开发行动在建设期、运行期和服务期满都会有不同性质和程度的影响。 常见的开发行动的地表水环境影响:一.工业建设项目(P85)二.水利工程(P87)三.农业和畜牧业开发(P88)四.矿业开发五.城市污水处理厂和垃圾填埋场建设项目对水可能产生的影响包括直接影响和二次影响两部分。 产生的直接影响有： (1)对当地水资源供需平衡的影响； (2)对河水水量时空变化的影响； (3)建设项目排水对受纳河水水质的影响。 建设项目的二次影响有： (1)水环境状况的变化对水生生物的影响； (2)水质变化对用水的影响； (3)水量变化对河道冲淤的影响； (4)水循环变化对下游地区环境的影响； (5)水位变化对上、下游地区的影响； (6)水量减少，河口咸化等。通过环境影响分析，环境评价工作应回答：（1）建设项目可能带来的不可接受的水环境影响，要说明其种类、特点、表现，影响程度、影响时间；（2）从水环境角度确定拟建项目是否适于建设，如不宜建设，说明理由。（3）如果建设项目有多个选择方案，按照它们对河流水环境影响的大小排序，并说明理由。第六节 开发行为对地表水影响的识别各种类型的人类开发行动如建设项目、区域和流域开发等都会对地表水环境的水量、水质、水生生物和或底部沉积物产生影响。建设项目和区域或流域开发行动在建设期、运行期和服务期满都会有不同性质和程度的影响。 常见的开发行动的地表水环境影响:一.工业建设项目二.水利工程三.农业和畜牧业开发四.矿业开发五.城市污水处理厂和垃圾填埋场建设项目对水可能产生的影响包括直接影响和二次影响两部分。 产生的直接影响有： (1)对当地水资源供需平衡的影响； (2)对河水水量时空变化的影响； (3)建设项目排水对受纳河水水质的影响。 建设项目的二次影响有： (1)水环境状况的变化对水生生物的影响； (2)水质变化对用水的影响； (3)水量变化对河道冲淤的影响；