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第四章水环境质量评价 水环境质量现状评价 内容简介 地表水环境影响评价 一 地表水质量评价 第一节水环境质量现状评价 一 评价因子的选择 1 评价因子选择的原则 1 根据水环境质量现状评价的目的选择符合要求的评价因子 2 根据被评价水体的功能 如饮用 渔业 公共娱乐等选择评价因子 3 根据水体污染源评价结果得出的评价区主要污染物选择评价因子 4 根据水环境评价标准选择评价因子 5 根据水环境监测条件和测试条件选择评价因子 2 评价因子的类别 1 感官因子 如味 色 浑浊度 悬浮物等 2 氧平衡的因子 如DO BOD COD等 3 营养因子 如硝酸盐 磷酸盐 氨盐等 4 毒性因子 如Cr As 酚 氰化物等 5 微生物因子 如粪大肠菌群等 6 重金属因子 如Cu Pb Zn Cd等 1 一般型水环境指数 1 北京西郊水质量指数 式中 i 各种污染物的实测浓度 mg L Si 各种污染物的地表水质量标准 mg L n 污染物种类数 叠加型 二 评价方法 指数法 表4 1北京西郊水质质量指数分级 根据北京西郊河流具体情况 用P值将地表水分为七个等级 见表4 1 2 南京水域质量综合指标 共选了砷 酚 氰 铬 汞作评价参数 按I水值定出水域的水质分级标准 见表4 2 式中 i i污染物的实测浓度 mg L Si 各种污染物的评价标准 mg L Wi 污染物的权重 Wi 1 n 污染物种类数 加权均值型 均值型 表4 2南京水域质量综合指标分级 3 有机污染综合评价指数 我国环境工作者鉴于上海地区黄浦江等河流的水质受有机污染突出的问题 综合出氨氮与溶解氧饱和百分率之间的相互关系 提出了有机污染综合评价指数A 式中BODi BOD0 BOD的实测值和评价标准 CODi COD0 COD的实测值和评价标准 NH3 Ni NH3 N0 NH3 N的实测值和评价标准 DOi DO0 DO的实测值和评价标准 计算时 根据黄浦江的具体情况 各项指标标准规定如下 BOD0 4mg L COD0 6mg L NH3 N0 1mg L DO0 4mg L 结合黄浦江的具体情况 水质质量评价分级如表4 3所示 表4 3黄浦江水质质量评价分级 4 内梅罗 N L Nemerow 污染指数 河流污染科学分析 参数 温度 颜色 透明度 pH 大肠菌群数 总溶解固体 悬浮固体 总氮 碱度 氯 铁 锰 硫酸盐 溶解氧 将水按用途划分为三类 人类接触使用的 包括饮用 游泳 制造饮料等 人类间接接触使用 包括养鱼 工业食品制造 农业用等 人类不接触使用 包括工业冷却水 公共娱乐及航运等 指数表达式 根据水的不同用途 拟定相应水质标准 作为计算水质指标的依据 进而计算出各种用途的水的水质指标值 根据划分的水的用途 内梅罗建立了分指数 式中PIj j类水用途指数 i i污染物的实测浓度 Sij i污染物对应j类水用途的标准 为了使指数能够反映水体的污染程度 在计算 i Sij 值的方法中应加以修正 当 i Sij 1 0时 i Sij为实测值 当 i Sij 1 0时 i Sij 1 0 5lg i Sij 当分析区域污染控制问题时 必须考虑到目前该区域中水的一切用途 计算出总的水污染指数PI 内梅罗建议用一个区域中所计算出的各种用途的PIj来计算PI 即需要将一个区域各种用途的相对重要性确定出来 得出一些简单的常数值 Wj 而使 Wj 1 然后把各个Wj值作为各个PIj的权数 最后求出PI 即 兼顾考虑最高值与平均值和不同类的水用途对整个评价区域水体的影响 例4 1某水体50 用于饮用 30 用于果树种植 20 用于水泥生产 该水体各污染物实测浓度即不同用途水质标准见下表 试求该水体的内梅罗指数值 并判断该水体是否污染 当 i Sij 1 0时 i Sij 1 0 5lg i Sij 该水体已被污染 2 分级型水环境指数 1 罗斯 S L Ross 水质指数 英国克鲁多河 评价参数 悬浮固体 BOD DO 氨氮 表4 4各评价参数权重 评价参数权重见表4 4 其中DO可用浓度和饱和百分数两种表示 各取权重为1 所有权重值加得10 磷酸盐 在计算水质指数时 不直接用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 见表4 5 表4 5水质指数各参数的评分尺度 计算式为 规定WQI值用整数表示 这样就将水质指数分成从0 10的11个等级 各级指数可进行如下分级 2 布朗 R M Brown 水质指数 水质参数 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 计算式 式中WQI 水质指数 其数值在0 100之间 Pi 第i个参数的质量 其数值在0 100之间 Wi 第i个参数的权重值 在0 1之间 权重系数见表4 6 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 评价顺序 监测项目与评分标准 首先赋予各项监测值以评分数 将评分数转换成数学模式 再对水质进行污染分级 最后写出污染表达式 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 对地表水质的单一项目或污染物的评分见表4 7 把单一项目或污染物的含量分为 级 评分时分别给予10 8 6 4 2分 10分最理想 2分最差 表4 7地表水质单一项目或污染物的分级评分标准 数学模式 可概括的表示水质监测的总项数和各级别的项数 式中S 监测总项数 分别为监测值得10分 8分 6分 4分 2分的项数 其中得4分和2分的项数为超过地表水标准的项数 污染分级 式中S 监测总项数 WJ 污染级别 C 超标项数 地表水质的综合评价分五级 即W1级 第一级 优秀级 也叫饮用级 W2级 第二级 优良级 也叫水产级 W3级 第三级 标准级 也叫地表级 W4级 第四级 污染级 也叫污灌级 W5级 第五级 重污染级 也叫弃水级 据最低两项评分值之和作为分级依据 污染表达式 例4 2某水体污染物监测结果如下表 试写出W值法的数学模式和污染表达式 4 分级评分法 水质分级浓度限值 水质等级分值 蒋小玉 表4 9水质等级分值表 表4 8地面水质分级 注 表中未注明单位者为mg L 评价模式 当所有评价因子浓度都在 级范围时 按总分值确定水质等级 评价表达式如下 当评价因子中有属于 级别时 以水质量最差的污染因子所在的级别作为定级依据 并注明该因子的化学符号或中文名称 评价表达式如下 式中ai 评价因子相应的分值 P 总分值相应的水质等级 Pmax 水质量最差的评价因子所属的水质级别 X 最差的污染因子的化学符号或名称 Pb 95 作业题 1 某地区建有火力发电厂 石油化工厂和钢铁厂 其废气排放量与污染物监测结果如表3 17所示 试确定该地区的主要污染物和主要污染源 评价标准TSP 0 5mg m3 SO2 0 25mg m3 NOx 0 15mg m3 CO 6 0mg m3 表3 17三厂废气排放量及污染物浓度 表3 17三厂废气中污染物负荷 解 根据等标污染负荷和等标污染负荷比公式计算 计算值如下表 2 某环境影响预测专家的评价结果如表3 18所示 试计算方案的算术平均值 满分频率和变异系数 并分析计算结果 表3 18方案评价结果计算表 表3 18方案评价结果计算表 解 根据 计算结果如下表 1 试验设计的要素包括哪些 因子是指影响试验 分析 观测结果的条件 因子在试验中所取的状态称为水平 不同因子之间的水平组合称为处理 每一个处理完成的次数称为重复 用于表征试验结果大小或方向的变量称为效应指标 2 如果试验因子有4个 其中两个因子设3个水平 另两个设4个水平 则完全设计的试验处理数为多少个 144 3 对地表水现状进行评价时 评价因子选择的原则有哪些 1 根据水环境质量现状评价的目的选择符合要求的评价因子 2 根据被评价水体的功能 如饮用 渔业 公共娱乐等选择评价因子 3 根据水体污染源评价结果得出的评价区主要污染物选择评价因子 4 根据水环境评价标准选择评价因子 5 根据水环境监测条件和测试条件选择评价因子 5 内梅罗污染指数的表达式是什么 6 某河流采用W值水质评价方法评价得出的污染表达式为 则该河流水质的超标项目数是多少 2 7 应用分级评分法对某地表水体进行现状评价时 以水质量最差的污染因子所在的级别作为定级依据 4 有机污染综合评价指数的表达式是什么 例4 3据下表提供的河水水质污染因子实测值 确定分级型指数表达式 注 表中未注明单位者为mg L 注 表中未注明单位者为mg L 3 特殊水质参数的标准指数P93 1 DO的标准指数 式中IDOj j点的DO的标准指数 DOf 饱和溶解氧浓度 DOj j点的DO的实测浓度 DOs DO评价标准 2 pH的标准指数 式中IpHj j点的pH标准指数 pHj j点的pH实测值 pHsd pH的下限标准 pHsu pH的上限标准 二 地表水体底质的评价 对于湖泊 通常是在进行湖区土壤中有害物质自然含量调查的基础上 按下式计算污染指数 式中Ii i污染物的污染指数 i 底质中污染物的实测值 Li 湖区土壤中i污染物的自然含量 计算出各参数的污染指数后 按内梅罗公式 将计算得的P值按下表对底质污染状况分级 表4 10底质污染状况分级表 三 地表水环境质量生物学评价 一 一般描述对比法 根据调查水体中水生生物的区系组成 种类 数量 生态状况 资源特性等的描述 并和该区域内同类型水体或同一水体的历史状况进行比较 据此作出水体的水质评价 二 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量的生物种类的存在或缺失 来指示水体有机物或某种特定污染物的多寡与污染程度的方法 静水中主要选用底栖动物或浮游生物 流水中主要选用底栖动物或着生生物 大型无脊椎动物是应用较多的指示生物 三 生物指数法 把水质变化引起的对生物群落的生态效应用数学方法表达出来 可得到群落结构的定量数值 即生物指数 2 污染引起的水质变化对生物群落的生态效应 1 生物指数定义 1 某些对污染物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 2 群落中生物种类数 在污染严重时下减少 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 3 组成群落的个别种群变化 4 群落中种类组成比例的变化 5 自养 异养程度上的变化 6 生产力的变化 3 单一指数形式 1 贝克 Beck 指数 BI 方法 按底栖大型无脊椎动物对有机污染的耐性分成两类 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 在环境条件相似 采样面积确定的河段采集底栖动物进行种类鉴定以评价河流水质质量 评价模式 式中A 类动物种类数目 B 类动物种类数目 评价标准 BI 0属重污染水 BI 0 10属中等污染水 BI 10属清洁水 修正的贝克法 用采集时间代替采集面积 而采集面积不限定 由4 5人在一个采集点上采集30分钟 尽量将河段各种大型底栖动物采集完全 然后鉴定所采集的动物种类 计算模式同上 但水质评价标准相应修改为BI 0 6属重度污染水 BI 6 10属中度污染水 BI 10 20属轻度污染水 BI 20属清洁水 2 硅藻类生物指数 XBI 用河流中硅藻的种类数计算生物指数 式中A 不耐污的种类数 B 对有机污染无特殊反应的种类数 C 在污染区内独有的种类数 评价模式 评价标准 XBI 0 50为多污带 XBI 50 150为中污带 XBI 150 200为轻污带 3 污染生物指数 BIP 式中A 有叶绿素生物 生产者 藻类 数量 B 无叶绿素生物 消费者 原生动物 数量 评价模式 评价标准 BIP 0 8为清洁水 BIP 8 20为轻度污染水 BIP 20 60为中度污染水 BIP 60 100为严重污染水 4 种的多样性指数 1 格利森 Gleason 多样性指数 式中S 生物种类数 N 群落的总个体数 d值越大 表示水质越清洁 2 马格利夫 Margalef 多样性指数 d值越大 表示水质越清洁 3 辛普森 Simpson 多样性指数 式中ni 第i种生物的个体数 N 总个体数 d值越大 表示水污染程度越轻 4 香农 韦弗 Shannon Weaver 多样性指数 式中S 物种数 H 3时为轻度污染至无污染 H 1 3为中度污染 H 0 1为重污染 5 生产力指数 以有机物的生产过程和分解过程的强度为依据来评价水体污染程度 根据群落的初级生产量 P 和呼吸量 R 的比率划分污染等级 P R值在水质正常时一般为1左右 如偏离过大 则表明污染 2 自养指数 AI 生产力是生物群落或群落在一个生态系统内物质转移及能量流的一个指标 1 P R值 AI 50 100时表示水体未受污染 AI 100时表示水体受到污染 四 湖泊环境质量现状评价 在进行湖泊水质评价 底质评价和生物评价的基础上 可进行湖泊环境的综合评价 加权法的各监测点的综合污染指数 I 和综合分级数 M 按下式计算 式中Wi 水质 底质和生物评价分别在综合评价中所占的权重 Mi 水质 底质和生物评价的分级值 把监测点的综合污染指数I和综合分级值M点绘在采样点分布图上 作出等值线图 然后按面积加权求出湖泊的总污染指数和总分级值 五 地下水质量评价 一 评价因子选择 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 K Na Ca2 Mg2 SO42 Cl HCO3 NH4 NO2 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 Hg Cr Cd Pb As F CN等 3 有害物质 有机酸 有机氯 有机磷以及其他工业排放的有机毒物等 4 细菌 寄生虫卵 病毒等 1 统计法 二 评价方法 以监测点的检出值与背景值或生活饮用卫生标准比较作依据 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 2 综合指数法 1 根据实测浓度按照 地下水质量标准 GB T14848 1993 进行单项组分质量类别划分 可划分为五类 2 根据不同的类别确定单项组分评价分值 见下表 表4 11单项组分评价分值Fi 参加评分的项目不包括细菌学指标 当不同类别标准值相同时 从优不从劣 表4 12地下水质量级别划分 3 按内梅罗污染指数计算综合评价分值F 4 级别定名 在评价因子得分时 不包括细菌学指标 但仍需考察细菌学指标属于哪一类 根据F值划分地下水质量级别之后 再将细菌学指标的类别注在级别定名之后 如 优良 类 例4 4某地下水环境质量监测站获得的采样点地下水水质监测数据如下表所示 试根据GB T14848 93标准对其环境质量现状进行评价 表地下水水质监测数据 表地下水质量分类标准 部分 mg L 解 1 评分 2 计算综合评价分值 3 级别定名 良好 类 六 关于湖泊和水库富营养化的评价 一 评价指标与标准 1 评价指标 1 物理指标 温度 色度 透明度 照度 辐射 水力停留时间等 2 化学指标 DO CO2 N P BOD COD等 3 生物指标 藻类种类 组成 密度和生物量 叶绿素a 生物多样性指数 浮游动物和底栖动物种类和生物量等 2 评价标准 常用的评价指标 水的透明度 氮含量 磷含量 叶绿素a浓度 溶解氧饱和度 营养等级可划分为 贫营养 中营养和富营养 注 允许负荷量是指湖泊从贫营养状态向中营养状态过渡的临界量 危险负荷量则是湖泊从中营养状态向富营养状态过渡的临界量 二 评价方法 1 水体 湖泊 水库 营养状况调查 水体形态 水体面积 深度 最大深度和平均深度 周年和多年水位 水量变化 湖水理化性质 物理性质 不同深度水温 春夏季每月测定2次 透明度 夏季每月测定2次 化学性质 采不同深度水样进行定期测定DO 各种形态的磷 总氮 pH和碱度 测定沉积物厚度 有机物含量 生物特征 调查浮游植物 浮游动物 大型植物 鱼类 底栖动物的种类和丰度 1 水体营养状况调查 2 流域调查 估计流域面积 流域内年降水量 流域内地形地貌和景观特征 流域周围农田 森林和湿地的面积和分布 污染物点源和面源的排放情况 2 评价方法 绿藻商 0 1为贫营养型 1 5为富营养型 5 15为重富营养型 1 藻类种类商法 复合藻商 0 1为贫营养型 1 2 5为弱富营养型 3 5为中度富营养型 5 20为重度富营养型 20 43为重富营养型 式中SD 萨氏盘透明度 m Chla 叶绿素a含量 mg m3 TP 总磷浓度 mg m3 2 营养状况指数法 根据湖水透明度 SD 浮游植物现存量Chla 以叶绿素a为代表 湖水总磷浓度 TP 之间存在的相关关系 以透明度为基准确定营养状态指数 TSI 以0 100的连续数值作为湖泊富营养化状态的分级标准 评价湖泊的富营养化程度 卡森 Carlson 在非生物固体悬浮物和水的色度比较低的情况下 当TSI51 为富营养型 式中 TSI 综合营养状态指数 TSI j 第j种参数的营养状态指数 m 评价参数的个数 一般取3或4即可 Wj 第j种参数的相关权重 3 相关加权综合营养状况指数法 首先选TSI Chla 为基准状态指数 再从其它参数的状态指数中选择与TSI Chla 绝对偏差较小的2 3个参数的状态指数同TSI Chla 一起相关加权综合 得出综合营养状态指数 式中aj bj 相应于第j种参数的两个常数 j 第j种参数的含量 表适合于我国湖泊的部分参数的营养状态指数TSI j 式中rij 第j个参数与基准参数Chla的相关系数 表我国部分湖泊的Chl与其它参数的相关系数rij及rij2 状态指数排列式 式中n 评价参数的数目 T 湖泊营养类型 贫 中 富 三个营养类别分别用大写字母 O M E 表示 P 选用的参数符号 I 相应参数的营养状态指数值 Ic 综合营养状态指数 例4 5某湖泊水质监测数据如下表所示 试判断该湖泊的营养类型 表湖泊水质监测数据 解 首先计算各参数的营养状态指数 然后计算各参数的权重 查表得出Chla与TP和SD的相关系数r分别为0 84和 0 83 然后计算相关加权综合营养状态指数 最后写出状态指数排列式 4 多参数营养状况指数 评价标准 MTSI 1 极贫营养 MTSI 1 3 贫营养 MTSI 2 5 中营养 MTSI 4 7 富营养 MTSI 7 10 极富营养 5 评分法 一 地表水环境影响评价的目的 通过调查分析 预测 评估 定量的预测未来的开发行为或建设项目向受纳水体中的污染物排放量 确定建设前水体环境背景的状况 分析建设项目投产后水环境质量的变化 解释污染物在水体中的迁移 转化和降解规律 提出建设项目和区域环境污染物的控制和防治对策 为开发行动或建设项目方案的优化决策提供依据 以实现环境保护的目标 第二节地表水环境影响评价 二 工作程序 评价等级和评价标准 一 技术工作程序 P90 第一阶段 了解工程设计 确定评价级别和评价范围 编制环境影响评价工作大纲 第二阶段 详细开展水环境现状调查和监测 做仔细的工程分析 评价水环境现状 第三阶段 选择或建立和验证水质模型 预测拟议行动对水体的污染影响 评价影响的意义及其重大性 研究相应的污染防范对策 第四阶段 提出污染防治和水体保护对策 总结工作成果 完成报告书 为项目监测和事后评价作准备 二 评价等级的划分 环境影响评价技术导则 地面水环境 HJ T2 3 93 1 建设项目污水排放量 20000m3 d 10000 20000m3 d 5000 10000m3 d 1000 5000m3 d 1000m3 d 2 建设项目污水水质的复杂程度 复杂 污染物类型数 3 或者只有2类污染物 但需要预测其浓度的水质参数数目 10 中等 污染物类型数 2 其需要预测其浓度的水质参数 10 或者只需预测一类污染物 但需要预测的水质参数数目 7 简单 污染物类型数 1 需要预测浓度的水质参数数目 7 建设项目污水排放量 建设项目污水水质的复杂程度 受纳水体的规模 受纳水体对水质的具体要求 持久性污染物非持久性污染物酸和碱热污染 3 地表水域规模 拟建项目排污口附近河流断面的多年平均流量 150m3 s的为大河 15m3 s的为小河 介于二者之间的为中河 1 河流或河口规模的划分 2 湖泊和水库规模的划分 当平均水深 10m时 多年平均蓄水面积 50km2为大湖 水库 10m时 多年平均蓄水面积 25km2为大湖 水库 2 5km2为小湖 水库 介于二者之间为中湖 水库 4 地表水质要求 地表水环境质量标准 GB3838 2002 表4 13地表水环境影响评价分级 续表 三 工程分析和环境影响识别 自学 P85 88 91 三 评价标准 P89 1 地表水环境质量标准 GB3838 2002 2 工业企业设计卫生标准 TJ36 2002 3 污水综合排放标准 GB8978 2002 四 影响评价因子的筛选 P92 1 城市和各工业部门通常排放的水污染物 2 按等标排放量值Pi大小排序 选择排位在前的因子 3 在受项目影响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 4 经环境调查已经超标或接近超标的污染物 5 地方环保部门要求预测的敏感污染物 五 评价水域的污染源调查和评价 P92 六 地表水质监测调查和评价 P92 95 自学 七 地表水环境影响预测 P95 一 预测条件的确定 1 预测范围 与已确定的评价范围一致 2 预测点的确定 1 已确定的敏感点 2 环境现状监测点 3 水文条件和水质突变处的上 下游 水源地 重要水工程建筑物及水文站附近 4 在河流混合过程段选择几个代表性断面 5 排污口下游可能出现超标的点位附近 3 预测时期 预测时期一般分丰水期 平水期和枯水期三个时期 对一 二级评价项目应预测自净能力最小和一般的两个时期环境影响 对于冰封期较长的水域 当其功能为生活饮用水 食品工业用水水源或渔业用水时 还应预测冰封期的环境影响 三级评价或评价时间较短的二级评价可只预测自净能力最小时期的环境影响 4 预测阶段 预测阶段一般分建设过程 生产运行和服务期满后三个阶段 所有拟建项目均应预测生产运行阶段的影响 对于建设过程超过一年的大型建设项目且受纳水体要求水质级别较高时应进行建设阶段影响预测 个别建设项目还应根据其性质 评价等级 水环境特点以及当地的环保要求预测服务期满后的环境影响 在环境现状调查水质参数中选择拟预测水质参数时 对河流可以按下式将水质参数排序后从中选取 式中ISE 污染物排序指标 p 污染物排放浓度 mg L q 废水排放量 m3 s s 污染物排放标准 mg L h 河流上游污染物浓度 mg L Q 河水的流量 m3 s 5 拟预测水质参数的筛选 二 预测方法的选择 1 定性分析法 2 定量预测法 1 专业判断法 2 类比调查法 定性分析主要用于三级和部分二级的评价项目和对水体影响较小的水质参数 或解决目前尚无定量预测方法的问题 或由于无法取得必需的数据开展数学模型预测等情况 物理模型和数学模型 三 地表水环境影响评价中的水质模型 1 水体自净 P66 1 迁移和转化 推流迁移 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作用 分散稀释 污染物在水流中通过分子扩散 湍流扩散和弥散作用分散混合 得到稀释 式中Jm Jt Jd 分子扩散 湍流扩散和弥散作用的物质质量通量 Em Et Ed 分子扩散系数 湍流扩散系数和弥散系数 污染物浓度梯度 分子扩散系数Em约为10 8 10 9m2 s 湍流扩散系数Et约为10 1 10 2m2 s 弥散系数Ed约为10 102m2 s 转化和运移 沉淀作用 气液交换作用 吸附作用 2 衰减变化 污染物的好氧生化衰减过程 化学作用 生物作用 有机污染物的好氧生化降解 式中 BODc t时刻剩余碳化需氧量 mg L BODa 水中总的碳化需氧量 mg L BOD1 已降解的碳化需氧量 mg L K1 有机污染物碳化衰减速率系数 耗氧系数 1 d t 污染物在水体中停留时间 d 硝化作用降解 式中 BODn t时刻剩余硝化需氧量 mg L BODN 水中总的硝化需氧量 mg L BOD2 已降解的硝化需氧量 mg L KN 含氮化合物硝化衰减速率系数 耗氧系数 1 d 脱氮作用 反硝化作用 硫化物的反应 细菌的衰减作用 重金属和有机毒物的衰减作用 2 水体的耗氧与复氧过程 1 耗氧过程 碳化需氧量衰减耗氧 含氮化合物硝化耗氧 式中 硝化作用比碳化作用滞后的时间 在一个水体中考虑碳化和硝化的总耗氧量时 水生植物呼吸耗氧 式中 BOD3 水生植物耗氧量 R 水生植物呼吸消耗水体中溶解氧的速率系数 水体底泥耗氧 式中 BOD4 水体底泥耗氧量 BODd 河床的BOD面积负荷 Kb 河床的BOD耗氧速率系数 rc 底泥耗氧的阻尼系数 2 复氧过程 大气复氧 式中K2 大气复氧速率系数 D DOs DO 水体氧亏量 饱和溶解氧浓度和溶解氧浓度 mg L 式中S 水中含盐量 光合作用 式中P 一天中产氧速率的平均值 O 光合作用产氧量 3 河流和河口水质模型 1 完全混合模型 应用条件 河流是稳态的 定常排污 河床截面积 流速 流量及污染物的输入量不随时间变化 污染物在整个河段内均匀混合 河段内各点污染物浓度相等 废水的污染物为持久性物质 不分解也不沉淀 河流无支流和其他排污口废水进入 排污口下游某断面的污染物浓度计算公式 式中 0 废水与河水混合后的污染物浓度 mg L Q 河流的流量 m3 s 1 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 2 废水中的污染物浓度 mg L 例4 1河边拟建一工厂 排放含氯化物废水 流量2 83m3 s 含盐量1300mg L 该河平均流速0 46m s 平均河宽13 7m 平均水深0 61m 上游来水含氯化物100mg L 该厂废水如排入河中能与河水迅速混合 问河水氯化物是否超标 设地方标准为200mg L 解 该厂废水如排入河中 河水氯化物将超标609 200 3 045倍 2 零维模型 适用范围 不考虑混合距离的重金属污染物 部分有毒物质等其他持久性污染物的下游浓度预测与允许纳污量的估算 有机物降解物质的降解项可忽略时 可采用零维模型 适用于较浅 较窄的河流 基本方程 式中ux 河流的平均流速 m d或m s 河流中污染物浓度 mg L S 污染物的源和汇 mg L d 或mg L s r 污染物的反应速度 对于一个没有源和汇的河流 即S 0 如果污染物的反应符合一级反应动力学的衰减规律 即r K 式中K 污染物的衰减系数 1 d或1 s 在稳态条件下 即d dt 0 在非稳态条件下 即d dt 0 3 一维模型 稳态水质模型 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都不随时间变化 同时污染物按一级化学反应 不考虑其他源和汇 式中Ex 废水与河水的纵向混合系数 m2 d或m2 s x 河水 从排污口 向下游流经的距离 m 对于非持久性或可降解污染物 若给定x 0时 0 x 时 0 非稳态水质模型 污染物的瞬时排放 弥散作用可以忽略时 式中M 一次排放的污染物量 mg A 河流的横断面积 m2 例4 2一个改扩建工程拟向河流排放废水 废水量q 0 15m3 s 苯酚浓度为30 g L 河流流量Q 5 5m3 s 流速ux 0 3m s 苯酚背景浓度为0 5 g L 苯酚的降解 衰减 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 考虑纵向弥散条件下的下游10km处的苯酚浓度 首先计算起始点处完全混合后的初始浓度 忽略纵向弥散条件下的下游10km处的苯酚浓度 4 二维模型 当边界条件比较简单时 如在等宽等深的河流中 断面平均流速ux不变 横向平均流速uy 0 横向混合系数Ey为常数 忽略纵向弥散作用 式中Ey 废水与河水的横向混合系数 m2 d或m2 s uy 河流的横向平均流速 m d或m s 在岸边排放且无岸边影响条件下的稳态解 式中m 单位时间排放的污染物量即污染物源强 mg s或mg d H 河流平均水深 m 5 污染物与河水完全混合所需距离 当某一断面上任一点的浓度与断面平均浓度之比介于0 95只1 05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距离称为完成横向混合所需的距离 当采用河中心排放时所需的完成横向混合的距离 在岸边排放时 式中B 河流平均宽度 m 式中A 排放口到岸边的距离 m H 平均水深 m g 重力加速度 m s2 I 河流底坡 m m 6 BOD DO耦合模型 建立模型的假设 河流中的BOD的衰减和DO的复氧都是一级反应 斯特里特 H Streeter 菲尔普斯 E Phelps 反应速度是定常的 河流中的耗氧是由BOD衰减引起的 而河流中的DO来源则是大气复氧 S P模型的基本公式 溶解氧浓度的临界点 式中 Dc 临界点的氧亏值 mg L tc 由起始点到达临界点的流行时间 d 例4 3一个拟建工厂 将废水经过处理后排入附近的一条河流中 已知现状条件下 河流中BOD5的浓度为2 0mg L 溶解氧浓度为8 0mg L 河水水温为20 河流流量为14m3 s 排放的工业废水 BOD5的浓度在处理前为800mg L 水温为20 流量为3 5m3 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 参数K1 20 0 23d 1 K2 20 3 0d 1 若河流的溶解氧标准为5 0mg L 计算工厂排出废水中允许进入河流的最高BOD5浓度 解 起始溶解氧浓度 20 时的饱和溶解氧浓度 起始氧亏值 而最大允许的氧亏值 工厂排放废水中最高允许BOD5浓度由下两式计算 采用试算法 假定不同的起始BOD5浓度 得到相应于溶解氧浓度不低于标准的临界氧亏值 见下表 工厂处理后排出废水BOD5的允许浓度 消减率 托马斯 H Thomas 修正型 式中K3 悬浮物沉降作用消耗BOD的速率系数 d 1 杜宾斯 坎普 Dobins Camp 修正型 式中B 底泥的耗氧速率 mg L d P 河流中光合作用的产氧速率 mg L d 奥康纳 D O Connor 修正型 7 污染物在河口中的混合和衰减模型 自学 P75 8 河口和河网水质模型 自学 P76 4 湖泊 水库 水质数学模型 1 完全混合模型 污染物 营养物 混合和降解模型 沃兰伟德 Vollenwelder 式中V 湖 库的容积 m3 污染物或水质参数的浓度 mg L W 污染物或水质参数的平均排入量 mg s t 时间 s Q 出入湖 库流量 m3 s K1 污染物或水质参数浓度衰减系数 1 s 式中W0 现有污染物排入量 mg s p 拟建项目废水中污染物浓度 mg L q 废水排放量 m3 s 0 湖 库中污染物起始浓度 mg L 对于持久性污染物 K1 0 则 当时间足够长 湖库中污染物 营养物 浓度达到平衡时 则平衡时浓度 湖 库中污染物达到一指定 t所需时间t 设 t p 则 无污染物输入 W 0 时浓度随时间变化 污染物 营养物 浓度达到与初始浓度之比 t 0所需时间 溶解氧模型 式中K2 大气复氧系数 1 d或1 s R 湖库的生物和非生物因素耗氧总量 mg m3 d 或mg m3 s 式中A 养鱼密度 mg m3 r 鱼类耗氧速率 mg kg d 或mg kg s B 其他因素耗氧量 mg m3 d 或mg m3 s 2 卡拉乌舍夫扩散模型 自学 P81 例4 4某水库 其容积为1 0 107m3 某河流输入水量为2 5 107m3 a 水库内COD的本底浓度为2 0mg L 河流中COD浓度为4 0mg L COD在水库中的衰减系数为0 08a 1 试求平衡时水库中COD的浓度及达到平衡浓度的90 所需要的时间 解 5 水质模型的标定 1 混合系数估值 经验公式法 式中u 摩阻流速 剪切流速 m s 一个流量恒定 无河湾的顺直河流 河宽很大 而水深较浅 az在0 067左右 ay 0 058H 0 0065B B H 100 ax 140 300 B 15 60m 菲希尔 Fischer 公式 泰勒 Taylor 公式 爱尔德 Elder 公式 B H 100 示踪试验法 定义 示踪试验法是向水体中投放示踪物质 追踪测定其浓度变化 据以计算所需要的各环境水力学参数的方法 示踪物质应满足的要求 具有在水体中不沉降 不降解 不产生化学反应的特性 测定简单准确 经济 对环境无害 无机盐类 NaCl LiCl 荧光染料 若丹明W 工业碱性玫瑰红 和放射性同位素 示踪物质的投放方式 瞬时投放有限时段投放连续恒定投放 连续恒定投放时 其投放时间 从投放到开始取样的时间 应大于1 5xm ux xm为投放点到最远的取样点距离 瞬时投放计算公式 式中 下游断面示踪物质的平均浓度 mg L M 瞬时投入的示踪物质质量 mg A 监测断面面积 m2 x 下游断面距投放点距离 m 在距离投放点下游x处测得不同时刻t的浓度 x t i i 1 2 将对作图 可得到一条直线 其斜率则为 1 Ex 从而可求得Ex 2 耗氧系数K1的估值 实验室测定值修正法 原理 用自动BOD测定仪或原始培养法分别测定10天或更长时间的BOD浓度值 用不同时间t对作图 将会得一直线 直线截距 斜率 两点法 包士柯 K Bosko 实验室测定值的修正 通过测定河流上 下游两断面的 BOD值求K1 式中 BOD A BOD B 河流上游断面A和下游断面B处的BOD浓度 t 两个断面间的流行时间 式中q 排入湖中的废水量 rA rB 湖库中A B点到排放口的距离 废水在湖中的扩散角 BOD A BOD B 湖泊中距排放口rA rB的BOD平均浓度 H 废水扩散区的平均水深 对于湖库 利用离排放口不同距离两点处湖面的BOD平均浓度计算K1 根据河流等距离断面DO浓度及复氧系数K2求K1值 式中 DO1 DO2 DO3 DO4 河流等距离断面1 2 3 4的溶解氧浓度 3 复氧系数K2的估值 欧文斯等人 Owens etal 的经验式 奥康纳 多宾斯 O Conner Dobbins 公式 式中n 河床糙率 谢才系数 分子扩散系数 0 1 H 0 6mux 1 5m s 丘吉尔 Churchill 经验式 0 6 H 8m0 6 ux 1 8m s 4 国内外确定的K1和K2值 日本 前苏联 中国 表4 14前苏联测定的不同温度下的K1值 表4 15日本测定的K1值 表4 16中国某些河流的K1 K2值 四 污染源和水体的简化P96 1 污染源的简化 1 排放形式的简化 以下情况简化为均匀分布的非点源 无组织排放和均匀排放源 垃圾填埋场和农田 排放口很多且间距较近 最远两排污口间距小于预测河段或湖库岸边长度的1 5 排入河流的两排放口距离较近 可简化为一个 其位置假设在两者之间 其排放量为两者之和 排入小型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 可简化为一个 其位置假设在两者之间 其排放量为两者之和 当两个或多个排放口间距或面源范围小于沿岸方向差分网格的步长时 可以简化为一个 两排污口距离小于或等于预测河段长度的1 20为近 两排污口距离大于预测河段长度的1 5为远 2 排污口数量的简化 3 排放规律的简化 连续恒定排放 2 地表水环境简化 1 河流的简化 矩形平直河流矩形弯曲河流非矩形河流 对大中型河流除一级评价应按非矩形 非平直河流对待外 其余均可简化为矩形平直河流 2 湖泊 水库 的简化 大湖 库 小湖 库 分层湖 库 五 预测工作P97自学 B H 20 B H 20 八 地表水环境影响的评价 P97 水环境影响评价是在工程分析和影响预测基础上 以法规 标准为依据解释拟建项目引起水环境变化的重大性 同时辨识敏感对象对污染物排放的反应 对拟建项目的生产工艺 水体污染防治与废水排放方案等提出意见 提出避免 消除和减少水体影响的措施和对策建议 最后提出评价结论 一 评价的原则 建设项目的地表水环境影响评价是评定与估计建设项目各生产阶段对地表水的环境影响 它是环境影响预测的继续 1 地表水环境影响评价的范围与影响预测范围相同 确定其评价范围的原则与环境调查相同 2 所有预测点和所有预测的水质参数均应进行各生产阶段 建设 运行和服务期满 不同情况的环境影响重大性的评价 但应抓住重点 1 空间方面 水文要素和水质急剧变化处 水域功能改变处 取水口附近等应作为重点 2 水质方面 影响较大的水质参数应作为重点 3 多项水质参数综合评价的评价方法和评价的水质参数应与环境现状综合评价相同 4 进行评价的水质参数浓度 i应是其预测的浓度 ipre与基线浓度 ib之和 即 i ipre ib 二 评价的基本资料 水域功能是评价建设项目环境影响的基本资料 1 评价建设项目的地表水环境影响所采用的水质标准应与环境现状评价相同的范围与影响预测范围相同 河道断流时应由环保部门规定功能 并据以选择标准 进行评价 2 规划中几个建设项目在一定时期内 如5年 兴建并向同一地表水环境排污时 应由政府有关部门规定各建设项目的排污总量或允许利用水体自净能力的比例 3 向已超标的水体排污时 应结合环境规划酌情处理或由环保部门事先规定排污要求 三 评价方法 1 规划中几个建设项目在一定时期内 如5年 兴建并向同一地表水环境排污的情况 自净利用指数法 位于地表水环境中j点的污染物i