环境质量评价4-1第四章1

4水环境质量评价水资源评价的重要性水资源的重要性基础资源战略资源时空分布不均水资源短缺水生态/环境恶化天然条件现代化进程水问题解决问题的思路、方法和理念改变满足国家需求地表水地表水地下水地表水土壤水地下水水资源评价2007年3月22日，印度新德里，一名儿童在公共水站饮水2007年3月22日，在阿富汗首都喀布尔，一名女孩用独轮车往自家运水2007年3月21日，印度海德拉巴，妇女们在一水井前争抢接水2007年3月19日，南非西北部的吉拉斯一村庄，一名男孩在用泵取水。这个3500人的村庄只有一个水泵cfp

图4月4日，云南省个旧市一小水库干涸见底，村民在库底捉泥鳅。由于干旱缺水，当地已经有3年无法种植水稻。自2009年以来，整个云南省遭遇持续三年干旱。中国与世界部分国家年径流总量比较(2000年)12000240003600048000600001200024000360004800060000加拿巴印美中年径流总量（亿立方米）俄罗总量大，世界第六中国与世界部分国家年径流人均量比较(2000年)250005000075000100000125000250005000075000100000125000巴加拿美印中世界人人均径流量（立方米/人）...世界人均的1/4，110位之后人均少YellowRiverflows1956-2000

黄河水流量伊犁河北疆调水14.2引额济乌济克25.2南水北调西线80滇中调水34东深供水23.7闽江调水13太湖引江170江苏引江50海河引黄46淮河引黄37南水北调东线148南水北调中线130引汉济渭15引黄济石6大伙房输水18绰尔河引水6引哈入锡1.2哈达山输水14.2呼玛河引水20跨流域水资源配置工程图2030年主要跨流域水资源配置工程图1996年的主题是：“为干渴的城市供水”

1997年的主题是：“水的短缺”

1998年的主题是：“地下水－－看不见的资源”

1999年的主题是：“我们（人类）永远生活在缺水状态之中”

2000年的主题是：“卫生用水”

2001年的主题是：“21世纪的水

2002年的主题是：“水与发展”

2003年的主题是：“水——人类的未来”

2004年的主题是：“水与灾害

2005年的主题是：“生命之水”

2006年的主题是：“水与文化

2007年的主题是：“水利发展与和谐社会”

2008年的主题是：“涉水卫生”

2009年的主题是：“跨界水——共享的水、共享的机遇”

2010年的主题是："关注水质、抓住机遇、应对挑战“

2011年的主题是：“城市水资源管理”

2012年的主题是：水与粮食安全

世界水日(WorldWaterDay)-3月22日4.1水环境现状评价4.2水环境影响评价（水质模型）4.2.1河流水质模型简介4.2.2河流的混合稀释模型4.2.3守恒污染物在均匀流场中的扩散模型4.2.4Streeter-Phelps（S-P）模型4.2.5河流水质模型中参数估值目录4.1水环境现状评价水体污染及污染物水体污染：指人类活动排放的污染物进入水体，使水质、底质的理化特性和水环境中的生物特性、组成发生改变，从而影响水的有效利用，造成水质恶化，危害人体健康和破坏生态环境的现象。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。表4-1水体污染源分类1、感观性状及物理指标色、味、透明度、混浊度、悬浮物，这些指标进行城市和风景游览区水质评价时尤为重要。还有热污染，放射性污染等2、微生物指标细菌、大肠杆菌等，伤寒、霍乱、细菌性痢疾的病原菌等。3、氧的平衡指标DO、COD、BOD、TOD、总有机碳TOC。水质污染的评价指标4、化学指标（三大类）（1）无机物指标硝酸盐氮、氨态氮、磷酸盐等营养盐类因子及其它无机盐类。（2）重金属指标①毒性较小的：铁、铜、锌等；②毒性较大的：汞、镉、铅、铬等（3）有机物指标①无毒有机物：糖类、脂肪、蛋白质等，这些物质主要是影响水体中溶解氧。②毒性有机物：石油、石油化工产品、人类合的各类稠环、杂环芳香化合物、杀虫剂等。4.1地表水指数评价模型4.1.1一般型水环境指数环境质量指数是无量纲数,表示污染物在环境中实际浓度超过评价标准的程度,即超标倍数。水质参数的标准指数>1，表明该水质参数超过了水质标准，已经不能满足使用要求。Ii

数值越大表示该单项的环境质量越差。因此对溶解氧和pH值而言,其单项水质参数具有不同的定义式。标准指数法（1）一般水质因子（随水质浓度增加而水质变差的水质因子）

Ii=Ci/Si

式中：Ii——标准指数；Ci—评价因子i的实测浓度值（mg/L）；Si——评价因子i的评价标准限值（mg/L）。（2）特殊水质因子（DO和pH）①②IDO—DO的标准指数；CDO—溶解氧实测值，mg/L；SDO—溶解氧的评价标准限值，mg/L。OS——某水温、气压条件下的饱和溶解氧浓度（mg/L），计算公式常采用：OS=468/（31.6+T），T为水温，℃注意pH值—两端有限值，水质影响不同IpH——≤pH的标准指数；pH——pH实测值；pHd——评价标准中pH的下限值；

pHu——评价标准中pH的上限值。例题：已知某河流水体温度为24.9oC，实测水体DO和DO标准分别为5.16mg/L和5mg/L,实测河流水体pH值=7.1，水体的pH值标准限值为6-8，求该河流水体DO和pH的标准指数值。水体饱和溶解氧Os=468/(31.6+24.9)=8.28mg/LIpH=(7.1-7.0)/(8-7.0)=0.1IDO=(8.28-5.16)/(8.28-5)=0.951因此该水体DO指数为0.951，pH指数值为0.1。解答(5.16＞5mg/L)(pH7.1＞7.0)1.N.L.Nemerow(内梅罗)指数内梅罗指数是一种突出最大值的计权型多因子环境质量指数。选用的水质指标：温度、颜色、透明度、pH值、大肠杆菌数、总溶解固体、SS、TN、碱度、氯、铁、锰、硫酸盐和DO。

把水的用途分为三类：人类直接接触使用的；间接接触使用的；不接触使用的。根据不同用途设定不同的水质标准，计算水质分指数

PIi＝[（Ii2，max＋Ii2，平均）/2]1/2

总指数PIi＝∑Wi

Pii例题4-1：在某河流的3个采样断面上进行采样分析结果如表1所示（mg/L），如果河流的水40%用于游泳（断面A1），40%用于渔业（断面A2），20%用于航运（断面A3），计算各断面内梅罗水质指数和河流总的内梅罗水质指数

污染因子标准A1A2A3BOD546.510.35.41COD1532.217.524.59总氰化物0.20.0170.0020.007挥发酚0.0050.0150.0130.006总镉0.0050.0030.0020.007溶解氧53.45.164.69温度-2524.924.3OS8.2698.2838.372总汞0.00010.0010.00020.0012总砷0.0500.010.01总氮10.91.456.52AverageMax内梅罗指数A1Ci/SiA2Ci/SiA3Ci/Si1.6252.5751.3532.1471.1671.6390.0850.010.03532.61.20.60.41.43.880.95131.558------1021200.20.20.91.456.522.4711.2622.878102.6127.2842.0438.726不同断面的水质实测值计算结果断面A1：PI1=[（2.47072+102）/2]0.5=7.2837断面A2：PI2=[（1.26152+2.62）/2]0.5=2.0434断面A3：PI3=[（2.87832+122）/2]0.5=8.7260因此总的内梅罗水质指数PI=0.4×7.2837+0.4×2.0434+0.2×8.7260

=5.4760根据PIi＝[（Iimax2＋Ii平均2）/2]1/22、北京西郊水质质量系数P

这是1975年进行北京西郊环境质量评价时提出的，1976年北京东南郊在评价时也曾采用。P﹤0.20.2-0.50.5-1.01.0-5.05.0-1010-100﹥100清洁微污染轻污染中度污染较重污染严重污染极重污染本指数可用于地下水评价，在地下水评价时把C0i改为饮用水标准即可。

P地下水

00～0.50.5～11～55～10

清洁微污染轻污染中度污染较重污染3、南京水域质量综合指数1）、表达式：

I水＝1/n·∑Wi

PiPi＝Ci/Si∑Wi

＝12）、评价参数：砷、酚、氰、铬、汞；3）、按综合指标值对水质进行分类：I水<0.2，清洁；I水＝0.2～0.4，尚清洁；I水＝0.4～0.7，轻污染；I水＝0.7～1.0，中污染；I水＝1.0～2.0，重污染；I水>2.0，严重污染。判断该水域的环境质量。水质指标总砷挥发酚总氰化物铬（6价）总汞实测值（mg/L）0.0250.0050.10.010.0001标准值（mg/L）0.050.0050.20.050.0001权重0.20.20.10.20.3南京某三类水域，实测得以下水质指标：解：I水＝0.138<0.2，则该水域清洁水质指标总砷挥发酚总氰化物铬（6价）总汞实测值Ci（mg/L）0.0250.0050.10.010.0001标准值Si（mg/L）0.050.0050.20.050.0001权重Wi0.20.20.10.20.3Pi＝Ci/Si0.51.00.50.21.0Wi

Pi0.100.200.050.040.30I水＝1/n·∑Wi

Pi0.1384、上海水质指数上海地区水系水质调查组和华东师范大学地理系在对黄浦江评价时提出了“有机污染综合评价值A：下标带i的均为实测值；下标为0的均为标准值。分级情况：

A﹤00～11～22～33～4﹥4污染等级012345

级别良好较好一般轻度污染中度污染严重污染4.1.2分级型指数分级型指数是在计算水质指数时，不直接同各参数的测定值或相对污染值来统计，而是先把它们分成等级，然后按等级进行计算，然后根据不同指标的权重值相乘，最后将得到的分值与综合评价表对比，判断水质的级别。1.罗斯（S.L.Ross）水质指数WQI选用悬浮固体、BOD、DO、氨氮4个评价参数，并给予权重（表4-4）。在计算水质指数时，先把它们分成等级，然后按等级进行计算（见表4-5），其计算式为：WQI=∑分级值/∑权重值（4-10）WQI值（整数）将水质指数分成从0-10的11个等级，数值越大，则水质越好，各级指数可进行如下分级：WQI=10

天然纯净水WQI=8轻度污染水

WQI=6污染水WQI=3

严重污染水

WQI=0水质类似腐败的原污水悬浮固体BOD氨氮DODO浓度（mg/L）分级浓度（mg/L）分级浓度（mg/L）分级饱和度（%）分级浓度（mg/L）分级0-10200-2300-0.23090-10510>91010-20182-4270.2-0.52480-908-9820-40144-6240.1-1.018105-12086-8640-80106-10181.0-2.01260-804-6480-150610-15122.0-5.06>12061-42150-300215-2565.0-10.0340-6040-10>300025-503>10.0010-402表4-5水质指数各参数的评分尺度例题：某水体监测结果为：悬浮固体：25mg/L，BOD：5.5mg/L，氨氮：1.3mg/L，DO：5.2mg/L，利用罗斯水质指数判断水质。解答：首先查表4-5，得到悬浮固体、BOD、氨氮、DO等4个评价参数的分级分别为：14、24、12、4分，根据它们的权重系数分别为：2，3，3，2，则WQI=14+4+24+12/（2+2+3+3）=5.4—介于污染水和严重污染水之间。1970年，R．M．Brown等发表了评价水质污染的水质指数(WQI)。选取了11种重要水质参数。即溶解氧、BOD5、混浊度、总固体、硝酸盐、磷酸盐、pH、温度、大肠杆菌、杀虫剂、有毒元素等，确定每个参数的相对重要权系数。水质指数WQI按下式计算：WQI=∑WiPi∑Wi=1(4-11)式中：WQI为水质指数，其数值在0—100之间；Pi为第i个参数的质量，在0—100之间；Wi为第i个参数的权重值，在0—1之间。2.布朗水质指数（WQI）水质参数重要性评价值中介权重最后的权重Wi溶解氧1.41.00.17大肠菌密度1.50.90.15pH2.10.70.12BOD52.30.60.10硝酸盐2.40.60.10磷酸盐2.40.60.10温度2.40.60.10浑浊度2.90.50.08总固体3.20.40.08合计∑=5.9∑=1.00表4-69个参数的重要性评价及权重系数3.W值水质评价方法一般情况下，BOD5、DO、COD、挥发性酚、氰化物、Cu、As、Hg、Cd、Cr6+、氨氮、阳离子合成洗涤剂（ABS）、石油等13项为必测。SNn10Nn8Nn6Nn4Nn2式中S——监测总项数;Nn10、Nn8、Nn6、Nn4、Nn2分别为监测值得10分、8分、6分、4分、2分的项数。4分和2分项数为超过地表水标准项数。污染表达式：SWJ-C式中S——监测总项数；WJ——污染级别；C——超标项数。表4-7地表水质单一项目或毒物的分级评分标准Ⅰ（优秀级，饮用级）：114-130；Ⅱ（良好级，水产级）：94-114；Ⅲ（标准级，地表级）：52-94；Ⅳ（污染级，污灌级）：26-52；Ⅴ：＜26（重污染级，弃水级）水质分级例题：某地表水监测得到的数据如下：DO：2.2mg/L、BOD5：5mg/L、COD：20mg/L、酚：0.005mg/L、氰化物：0.01mg/L、Cu：0.5mg/L、As：0.03mg/L、Hg：0.002mg/L、Cd：0.03mg/L、Cr6+：0.04mg/L、石油：0.2mg/L、NH4+-N：32.8mg/L、ABS：1.2mg/L，用W值水质评价法写出数学模式和污染表达式。解答：13项目监测数据对应的得分情况是：DO2.2mg/L—2分BOD55mg/L—4分COD20mg/L—4分酚0.005mg/L—8分氰化物0.01mg/L—10分Cu0.5mg/L—4分As0.03mg/L—8分Hg0.002mg/L—4分Cd0.03mg/L—4分Cr6+0.04mg/L—10分石油0.2mg/L—6分NH4+-N32.8mg/L—2分ABS1.2mg/L——4分数学模式：13N210N28N16N64N22（超标项数为8）总得分数为：70分，属于W3级水,因此污染表达式为：13W3-84．分级评分法这是国家环保总局标准处曾推荐的一种水质评价方法。评价标准以GB3838—83《地面水环境质量标准》及《污染水质分级》为参考依据，见表4-8。项目评价分级地面水环境质量标准污染水质分级ⅠⅡⅢⅣⅤⅥ界限值臭级无异臭臭强度一级臭强度二级臭强度三级臭强度四级臭强度五级色度≤10≤15≤25>25>40>50DO饱和率≥90%≥6≥4<4<3<1BOD5≤1≤3≤5>5>15>30CODMn≤2≤4≤6>6>20>50挥发性酚≤0.001≤0.005≤0.01>0.01>0.1>0.5CN≤0.01≤0.05≤0.1>0.1>0.5>2Cu≤0.005≤0.01≤0.03>0.03>0.2>2As≤0.01≤0.04≤0.08>0.08>0.3>1Hg≤0.0001≤0.0005≤0.001>0.001>0.01>0.05Cd≤0.001≤0.005≤0.01>0.01>0.05>0.1Cr6+≤0.01≤0.02≤0.05>0.05<0.2>1.0Pb≤0.01≤0.05≤0.1>0.1<0.3>1.0石油类≤0.05≤0.3≤0.5>0.5>5.0>20大肠菌群（个数/L≤500≤10000≤50000>50000>30000>500000氨氮≤0.3≤0.5≤1.0<2.0<4.0<4.0表4-8地面水质评价分级级别参数的分值评价总分值第一级（Ⅰ）10145-150第二级（Ⅱ）9135-144第三级（Ⅲ）8120-134轻污染（Ⅳ）6110-119中污染（Ⅴ）390-109重污染（Ⅵ）115-89表4-9各级参数的分值及评价总分值级别评价总分值级别评价总分值第一级（Ⅰ）91-94轻污染（Ⅳ）69-74第二级（Ⅱ）84-90中污染（Ⅴ）56-68第三级（Ⅲ）75-83重污染（Ⅵ）9-55表4-10评价总分值（评价参数为10项时）

项目监测浓度（mg/L）臭级臭强度二级色度20DO4.5BOD510CODMn8.2挥发性酚0.002CN0.03Cu0.04As0.05Hg0.0005Cd0.005Cr6+0.0005Pb0.2石油类3.2大肠菌群(个数/L)30000氨氮3.5等级得分Ⅲ8Ⅲ8Ⅲ8Ⅳ6Ⅳ6Ⅱ9Ⅱ9Ⅳ6Ⅲ8Ⅱ9Ⅱ9Ⅰ10Ⅳ6Ⅳ6Ⅲ8Ⅴ3例题：某水库监测数值如下表，利用分级评价法判断水质级别。因此总分=119分，查表4-9，则水质级别属于Ⅳ级—轻污染级。4.1.3地下水质量评价方法（1）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+、Ca2+、Mg2+、Cl-、HCO3-、NH4+、NO3-、pH、矿化度、总硬度、溶解氧、耗氧量等。（2）常见的重金属和非金属物质，有Cu、As、Hg、Cd、Cr、F、CN等。（3）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。（4）细菌、寄生虫卵、病毒等。1.统计法：对监测区污染物质含量变化、监测样、监测井超标率及分布规律进行污染程度评价

2.综合指数法：如内梅罗指数水体受到污染后，必然对生存在其中的生物产生影响，生物也对此作出其不同的反应和变化，其反应和变化是水环境评价的良好指标——这是水环境质量生物学评价的基本依据和原理。

1.一般描述对比法2.指示生物法：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量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3.生物指数法4.种的多样性指数5.生产力4.1.3水环境质量生物学评价3.生物指数法(1)贝克(Beck)指数:底栖大型无脊椎动物

(2)硅藻类生物指数I=（2A+B-2C）/（A+B-C）×100（4-14）A—不耐有机污染种类；B—对有机污染无特殊反应种类；C—有机污染区内独有种类数。(3)生物学污染指数(BIP)BIP=B/（A+B）×100A——生产者(藻类)数量；B——消费者(原生动物)数量。

4.种的多样性指数(1)格立松(Gleason)多样性指数

d=S/lnNS—种类数；N—个体数

(2)Simpson多样性指数

d=1-∑（ni/N）2(4-16)d=1/∑（ni/N）2(4-17)(3)Shannon-Weaver多样性指数H=-∑(ni/N)lg2(ni/N)(4-18)

ni——i种的个体数；N——总个体数

5.生产力(1)P/R值(初级生产量/呼吸量)(2)自养指数：AI=去灰分量/叶绿素4.2水环境影响评价4.2.1河流水质模型简介4.2.2河流的混合稀释模型4.2.3守恒污染物在均匀流场中的扩散模型4.2.4Streeter-Phelps（S-P）模型4.2.5河流水质模型中参数估值污染物在河流中的迁移转化过程物理过程化学过程生物过程污染物进入水体分散稀释降低污染物浓度微生物降解氧化还原污染物相互作用改变原来组成4.2.1河流水质模型水体中污染物的迁移按时间特性分类，分动态模型和静态模型。按空间维数分：分为零维、一维、二维、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，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。描述水质组分的迕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。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。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。河流水质模型简介水质模型类型分类依据水质模型类型时间特性动态模型和静态模型水质组分单一组分和多组分空间维数零维、—维、二维、三维水质模型水体类型河流水质模型、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水质组分分类耗氧有机物模型(BOD—DO模型)，无机盐、悬浮物、放射性物质等的单一组分的水质模型，难降解有机物水质模型，重金属迁移转化水质模型其它类型水质—生态模型；确定性模型和随机模型；集中参数模型和分布参数模型；线性模型和非线性模型等河流及污染物特征适用的水质模式持久性污染物(连续排放)完全混合过程段河流完全混合模式横向混合过程段（1）平直河段河流二维稳态混合模式（2）弯曲河段河流二维稳态累积流量模式沉降作用明显的河段河流一维稳态模式，沉降作用近似为非持久性污染物(连续排放)完全混合过程段河流一维稳态模式，一级动力学方程横向混合过程段（零维模型）（1）平直河段河流二维稳态混合衰减模式（2）弯曲河段河流二维稳态累积流量衰减模式沉降作用明显的河段河流一维稳态模式，考虑沉降作用的反应方程式近似为溶解氧河流一维DO－BOD耦合模式（如S－P模式）瞬时源（或有限时段源）中、小河流河流一维准稳态模式（流量定常－污染负荷变化）大型河流河流二维准稳态模式a、完全混合模式的适用条件：河流充分混合段；持久性污染物；河流为恒定流；废水连续稳定排放。

b、一维稳态模式的适用条件：河流充分混合段；非持久性污染物；河流为恒定流；废水连续稳定排放。

c、二维稳态混合模式的适用条件：平直河流、断面形状规则的河流混合过程段；持久性污染物；河流为恒定流；连续稳定排放；对于非持久性污染物，需采用相应的衰减模式。

河流水质模型适用条件d、二维稳态混合累积流量模式的适用条件：弯曲河流、断面形状不规则河流的混合过程段；持久性污染物；河流为恒定流；连续稳定排放；对于非持久性污染物，需采用相应的衰减模式。

e、S-P模式的适用条件：河流充分混合段；污染物为耗氧性有机污染物；需要预测河流溶解氧状态；河流为恒定流；污染物连续稳定排放。

f、河流混合过程段计算模式:适用于排污口下混合过程段长度的界定。一般情况下,评价河段分为:排污口上游河段、充分混合段、混合过程段;

通过混合过程段长度计算，来判断预测河段的水质混合情况，合理选择水质预测模型。

4.2.2河流的混合稀释模型由于一般河流的河宽远大于水深，因此污染物进入水体后垂向（沿水深方向）容易混合均匀，且水体流动（流速）对污染物的迁移作用要大于扩散。因此，如要进行污染带（或超标水域）预测时，常采用二维模式，在实用水质模型公式中，纵向（沿水流方向）主要考虑对流作用，横向（沿河宽方向）仅考虑扩散作用，垂向一般认为水质分布均匀。均匀混合段混合段—L？背景段

河水Qp(m3/s)，染物浓度Cp(mg/L)污染物浓度Ch

(mg/L)废水流量Qh(m3/s)污染物浓度C?

(mg/L)总流量Qh+Qp(m3/s)污染物浓度Cx

?(mg/L)总流量Qh+Qp(m3/s)预测范围内的河段可分为上游河段（背景段）、混合过程段和充分（均匀）混合段。C—废水与河水混合后的浓度，mg/L；Cp—河流上游某污染物的浓度，mg/L；Qp—河流上游的流量，m3/s：Ch—排放口处污染物的浓度，mg/L；Qh—排放口处的污水量，m3/s。（4-30）混合均匀段的浓度C完成横向均匀混合的距离断面上河对岸浓度达到同一断面最大浓度的5％，定义为污染物到达对岸。这一距离称为污染物到达对岸的纵向距离，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，可认为达到均匀分布。完成横向均匀混合的断面的距离称为完全混合距离。中心排放情况，岸边排放情况，Lmax