生态环境质量评价课程第六章.ppt

第六章水环境影响预测与评价 水体与水体污染地表水环境影响评价基本任务 程序河流与湖泊水质模型 了解水体中污染物的迁移与转化了解地表水环境影响评价工作程序的基本环节理解各种水质模型的含义及其计算 第一节水体与水体污染 一 水体和水体污染按水体所处的位置可分为 地表水水体 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 水体污染恶化过程和水体自净过程是同时产生和存在的 但在某一水体的部分区域或一定的时间内 这两种过程总有一种过程是相对主要的过程 决定着水体污染的总特征 这两种过程的主次地位在一定的条件下可相互转化 二 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 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分类可分为感官污染物 卫生学污染物 毒理学污染物 综合污染物 三 水体污染类型感官性状污染有机污染无机污染有毒物质污染富营养化污染油污染热污染病原微生物污染 四 水体中污染物的迁移与转化 一 水体中污染物迁移与转化的过程1 物理输移过程主要指污染物在水体中的混合稀释和自然沉淀作用 混合稀释作用 1 紊动扩散 由水流的紊动特性引起水中污染物自高浓度向低浓度区转移 2 移流 由于水流的推动使污染物的迁移随水流输移 3 离散 由于水流方向横断面上流速分布的不均匀 由河岸及河底阻力所致 而引起的分散 2 化学转化过程主要指污染物在水体中发生的理化性质变化等化学反应 其中氧化 还原作用起重要作用 3 生物降解过程基本过程是水中微生物 尤其是细菌 在溶解氧充分的情况下 将一部分有机污染物当作食饵消耗掉 将另一部分有机污染物氧化分解成无害的简单有机物 二 河流水体中污染物的对流和扩散混合废水进入河流水体后 不是立即就能在整个河流端面上与河流水体完全混合 虽然垂直方向上一般都能很快地混合 但往往需要经过很长一段纵向距离才能达到横向完全混合 这段距离通常称为横向完全混合距离 污染物在河流中的混合 纵向距离小于横向完全混合距离的区域称为横向混合区 纵向距离大于横向完全混合距离的区域称为断面完全混合区 三 海水中污染物的混合扩散排放到海水中的污水 一般是含有各种污染物的淡水 密度都比海水小 入海后一面与海水混合而稀释 一面在海面向四周扩展 污水在海面上的扩展 溢油在海面上的变化极其复杂 一般划分为 扩展过程 对实际溢油事件的观测发现 在溢油的最初数十小时内 扩展过程占支配地位 但随时间而逐渐变弱 扩展过程主要受惯性力 重力 黏性力和表面张力控制 扩展过程的一个明显特征是各向异性 如在主风向上 油膜被拉长 在油膜的迎风面上形成堆积等 漂移过程 是油膜在外界动力场 如风应力 油水界面切应力等 驱动下的整体运动 其运动速度由潮流 风海流 风浪余流三部分组成 第二节地表水环境影响评价概述 一 地表水环境影响评价的工作任务明确工程项目性质 划分评价等级 地表水环境现状调查和评价 建设项目工程污染分析 项目的环境影响的预测与评价 提出控制方案和环保措施 水环境影响评价工作程序 二 地表水环境影响评价工作分级1 建设项目的污水排放量参考 污水综合排放标准 通常将我国企业污水排放量Q m3 d 分为5个档次 Q 20000 20000 Q 10000 10000 Q 5000 5000 Q 1000 1000 Q 200 污水排放量中不包括间接冷却水 循环水以及其他含污染物极少的清净下水的排放量 但包括含热量大的冷却水的排放量 2 建设项目污水水质的复杂程度污水水质的复杂程度按污水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 根据污染物在水环境中输移 衰减特点以及它们的预测模式 将污染物分为四类 持久性污染物 指进入环境后仅发生迁移和分散 从而改变其所处的位置和浓度 但总量保持不变 其中还包括在水环境中难降解 毒性大 易长期积累的有毒物质 非持久性污染物 指进入环境以后 除迁移 分散而改变位置和浓度外 还因污染物本身的衰减而加速浓度的降低 因此其总量随时间不断减少 酸和碱 以pH表征 热污染 以温度表征 污水水质的复杂程度 复杂 污染物类型数 3 或者只有两类污染物 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 且需要预测其浓度的水质参数数目 10 或者只需预测一种污染物 但需要预测其浓度的水质参数数目 7 简单 污染物类型数 1 需要预测浓度的水质数数目 7 3 受纳污水的地面水域的规模河流和河口 按建设项目排污口附近河段的多年平均流量或平水期平均流量划分为 大河 150m3 s 中河 15 150m3 s 小河 15m3 s 湖泊和水库 按枯水期湖泊 水库的平均水深与水面面积划分为 4 地面水域的水质要求 即水质类别 地面水质按GB3838 2002划分为五类 如受纳水域的实际功能与该标准的水质分类不一致时 由当地环保部门对其水质提出具体要求 地面水环境影响评价分级判据 内陆水体 海湾环境影响评价分级判据 三 地面水环境现状调查 一 水环境现状调查范围的确定原则应能包括建设项目对周围地面水环境影响较显著的区域 在确定某项具体工程的地面水环境调查范围时 应尽量按照将来污染物排放后可能的达标范围 并考虑评价等级的高低 评价等级高时可取范围略大 河流水环境现状调查的范围 需要考虑污水排水量大小 河流规模来确定排放口下游应调查的河段长度 湖泊 水库以及海湾水环境现状调查范围 需要考虑污水排水量的大小来确定调查半径或调查面积 不同污水排放量时水域现状调查范围参考表 二 水环境现状调查的时间要求根据当地水文资料初步确定河流 湖泊 水库的丰水期 平水期 枯水期 同时确定最能代表这三个时期的季节或月份 遇气候异常年份 要根据流量实际变化情况确定 对有水库调节的河流 要注意水库放水或不放水时量的变化 海湾按大潮期和小潮期划分 评价等级不同 对调查时间的要求亦有所不同 当调查区域内面源污染严重 丰水期水质劣于枯水期时 一 二级评价的各类水域必须调查丰水期 若时间允许 三级评价也应调查丰水期 冰封期较长的水域 且作为生活饮用水 食品加工用水的水源或渔业用水时 应调查冰封期的水质 各类水域在不同评价等级时水质的调查时期 三 水文调查与水文测量的原则与内容1 原则应尽量向有关的水文测量和水质监测等部门收集现有资料 当资料不足时 应进行一定的水文调查 测量 与水质调查 监测 特别需要进行与水质调查同步的水文测量 一般情况 水文调查与水文测量在枯水期进行 必要时 其他时期 丰水期 平水期 冰封期等 可进行补充调查 水文测量的主要内容 对象 与拟采用的环境影响预测方法密切相关 在采用数学模式时应根据所选用的预测模式及应输入的水文特征值和环境水力学参数的需要决定其内容 与水质调查同步进行的水文测量 原则上只在一个时期内进行 它与水质调查的次数和天数不要求完全相同 在能准确求得所需水文要素及环境水力学参数的前提下 尽量精简水文测量的次数和天数 2 河流丰水期 平水期 枯水期的划分 河流平直及弯曲情况 如平直段长度及弯曲段的弯曲半径等 横断面 坡度 比降 水位 水深 河宽 流量 流速及其分布 水温 糙率及泥沙含量等 丰水期有无分流漫滩 枯水期有无浅滩 沙洲和断流 北方河流还应了解结冰 封冰 解冻等现象 在采用数学模式预测时 其具体调查内容应根据评价等级 河流规模及所选择的模型要求决定 河网地区应调查各河段流向 流速 流量关系 了解流向 流速 流量的变化特点 3 感潮河口感潮河口的水文调查与水文测量的内容应根据评价等级和河流的规模决定 其中除应包括与河流相同的内容外 还应有 感潮河段的范围 涨潮 落潮及平潮时的水位 水深 流向 流速及其分布 横断面形状 水面坡度以及潮间隙 潮差和历时等 在采用数学模式预测时 其具体调查内容应根据评价等级 河流规模及所选择的模型要求决定 4 湖泊与水库应根据评价等级 湖泊和水库的规模决定水文调查与水文测量的内容 其中主要有 湖泊水库的面积和形状 丰水期 平水期 枯水期的划分 流入 流出的水量 水力停留时间 水量的调度和贮量 湖泊 水库的水深 水温分层情况及水流状况 湖流的流向和流速 环流的流向 流速及稳定时间 等 在采用数学模式预测时 其具体调查内容应根据评价等级 湖泊 水库的规模及所选择的模型要求决定 5 海湾海岸形状 海底地形 潮位及水深变化 潮流状况 小潮和大潮循环期间的水流变化 平行于海岸线流动的落潮和涨潮 流入的河水流量 盐度和温度造成的分层情况 水温 波浪的情况以及内海水与外海水的交换周期等 在采用数学模式预测时 其具体调查内容应根据评价等级 海湾特点及所选择的模型要求决定 四 点污染源调查1 原则以搜集现有资料为主 只有在十分必要时才补充现场调查或测试 点污染源调查的繁简程度可根据评价级别及其与建设项目的关系而略有不同 如评价级别较高且现有污染源与建设项目距离较近时应详细调查 在通过收集或实测以取得污染源资料时 应注意其与受纳水域的水文 水质特点之间的关系 以便了解这些污染物在水体中的自净情况 2 基本内容点源的排放 调查确定排放口的平面位置 排放方向 排放口在断面上的位置 排放形式 分散排放或集中排放 排污数据 根据现有的实测数据 统计报表以及各厂矿的工艺路线等选定的主要水质参数 并调查现有的排放量 排放速度 排放浓度及其变化等数据 用排水状况 主要调查取水量 用水量 循环水量及排水总量等 废 污 水的处理状况 主要调查废 污 水的处理设备 处理效率 处理水量及进 出水的水质状况等 五 非点污染源的调查1 原则基本上采用收集资料的方法 一般不进行实测 2 基本内容 1 非点污染源概况 原料 燃料 废弃物的堆放位置 堆放面积 堆放形式 堆放点的地面铺装及其保洁程度 堆放物的遮盖方式等 2 非点污染源的排放方式 排放去向与处理情况 应说明非点源污染物是有组织的汇集还是无组织的漫流 是集中后直接排放还是处理后排放 是单独排放还是与生产废水或生活污水共同排放等 3 非点污染源的排污数据 根据现有实测数据 统计报表以及根据引起非点源污染的原料 燃料 废料 废弃物的物理 化学 生物化学性质选定调查的主要水质参数 调查有关排放季节 排放时期 排放量 排放浓度及其他变化等数据 六 水质调查与水质参数的选择原则1 水质调查的原则应尽量使用现有数据资料 如资料不足时应实测 2 水质参数选择的原则常规水质参数 它能反映水域水质一般状况 特征水质参数 它能代表建设项目将来排放的水质 常规水质参数以GB3838 2002中所提出的pH 溶解氧 高锰酸盐指数 五日生化需氧量 凯氏氮或非离子氨 酚 氰化物 砷 汞 铬 六价 总磷以及水温为基础 根据水域类别 评价等级 污染源状况适当删减 特征水质参数根据建设项目特点 水域类别及评价等级选定 七 河流水质采样断面与取样点设置的原则1 水质取样断面设置的原则为评价完整江河水系的水质 需要设置背景断面 对照断面 控制 或监测 断面和削减断面 对于某一河段 只需设置对照 控制和削减 或过境 三种断面 在调查范围的两端应布设取样断面 调查范围内重点保护对象附近水域应布设取样断面 水文特征突然化处 如支流汇入处等 水质急剧变化处 如污水排入处等 重点水工构筑物 如取水口 桥梁涵洞等 附近应布设取样断面 水文站附近等应布设采样断面 并适当考虑水质预测关心点 在拟建成排污口上游500m处应设置一个取样断面 2 取样断面上水质取样垂线设置的原则每个断面处按照河宽布设水质取样垂线 当河流断面形状为矩形或相近于矩形时 可按下列原则布设 小河 在取样断面的主流线上设一条取样垂线 大 中河 河宽50m者 共设三条取样垂线 在主流线上及距两岸不少于0 5m 并有明显水流的地方各设一条取样垂线 特大河 例如长汁 黄河 珠江 黑龙江 淮河 松花江 海河等 由于河流过宽 应适当增加取样垂线数 而且主流线两侧的垂线数目不必相等 拟设置排污口一侧可以多一些 若断面形状十分不规则时 应结合流线的位置 适当调整取样垂线的位置和数目 3 垂线上水质取样点设置的原则每根垂线上按照水深布设水质取样点 在一条垂线上 水深 5m时 在水面下0 5m水深处及在距河底0 5m处 各取样一个 水深为1 5m时 只在水面下0 5m处取一个样 在水深不足1m时 取样点距水面不应 0 3m 距河底也不应 0 3m 对于三级评价的小河 不论河水深浅 只在一条垂线上取一个样 一般情况下取样点应在水面下0 5m处 距河底不应 0 3m 4 水样的对待二 三级评价 需要预测混合过程段水质的场合 每次应将该段内各取样断面中每条垂线上的水样混合成一个水样 其他情况每个取样断面每次只取一个混合水样 一级评价 每个取样点的水样均应分析 不取混合样 八 湖泊 水库水质取样位置与采样点设置的原则1 水质取样位置设置的原则主要考虑污水排放量 评价工作等级 一般按照一定的水域面积布设水质取样垂线 布设原则上应尽量覆盖整个调查范围 并且能切实反映湖泊 水库的水质和水文特点 如进水区 出水区 深水区 浅水区 岸边区等 取样位置可以采用以建设项目的排放口为中心 沿放射线布设的方法 每个取样位置的间隔可参考下列数字 1 大 中型湖泊与水库 2 小型湖泊 水库 2 取样位置上水质取样点设置的原则每个位置上按照水深布设水质取样点 1 大 中型湖泊与水库平均水深 10m时 取样点设在水面下0 5m处 但距湖库底不应 0 5m 平均水深 10m时 首先应找到斜温层 在水面下0 5m和斜温层以下 距湖库底0 5m以上处各取一个水样 2 小型湖泊与水库平均水深 10m时 水面下0 5m 并距湖库底不小于0 5m处设一取样点 平均水深 10m时 水面下0 5m处和水深10m 并距底不小于0 5m处各设一取样点 3 水样的对待小型湖泊与水库 如水深 10m时 每个取样位置取一个水样 如水深 10m时则一般只取一个混合样 在上下层水质差距较大时 可不进行混合 大 中型湖泊与水库 各取样位置上不同深度的水样均不混合 九 海湾水质取样位置与采样点设置的原则1 水质取样位置设置的原则设置主要考虑污水排放量 评价工作等级 一般按照一定的水域面积布设水质取样位置 布设原则上应尽量覆盖相应评价等级的调查范围 并且切实反映海湾的水质和水文特点 取样位置可以采用以建设项目的排放口为中心 沿放射线布设的方法或方格网布点的方法 每个取样位置的间隔可参考下列数字 2 取样位置上水质取样点设置的原则每个位置上按照水深布设水质取样点 水深 10m时 只在水面下0 5m处取一个水样 此点与海底的距离不小于0 5m 在水深 10m时 在水面下0 5m处和水深10m 并距海底不小于0 5m处分别设取样点 3 水样的对待每个取样位置一般只有一个水样 即在水深 10m时 将两个水深所取的水样混合成一个水样 但在上下层水质差距较大时 可以不进行混合 第三节地面水环境影响预测方法 一 水质预测因子的筛选按照工程分析和环境现状 评价等级 当地环保要求筛选和确定建设项目建设期 运行期和服务期满后筛选拟预测的水质参数 拟预测水质参数的数目应既说明问题又不过多 一般应少于环境现状调查涉及的水质因子数目 不同预测时期的水质预测参数彼此不一定相同 对河流 可以按下式将水质参数排序后从中选取预测水质因子 ISE 水质参数的排序指标 Cp 建设项目水污染物的排放浓度 mg L Cs 水污染物的评价标准限值 mg L Ch 评价河段的水质浓度 mg L Qp 建设项目的废水排放量 m3 s Qh 评价河段的流量 m3 s ISE是负值或是越大 说明拟建项目排污对该项水质因子的污染影响越大 二 预测条件的确定1 受纳水体的水质状况 一般采用环评实测水质成果数据或者利用收集到的现有水质监测资料数据 2 拟预测的排污状况 正常排放 或连续排放 不正常排放 或瞬时排放 有限时段排放 3 预测的设计水文条件 在预测时应考虑水体自净能力不同的多个阶段 如 对于内陆水体 自净能力最小的时段一般为枯水期 个别水域由于面源污染严重也可能在丰水期 对于北方河流 冰封期的自净能力最小 情况特殊 4 水质模型参数和边界条件 或初始条件 需确定污染物排放源强 排放位置 排放方式 三 水体简化的要求自然界的水体形状和水文 水力学要素比较复杂 而不同等级的评价 各有不同的精密度要求 为了减少预测的难度 可在满足精度要求的基础上 对水体边界形状进行规则化 对水文 水力学要素做适当的简化 对污染源进行简化 以使用比较简单的方法达到预测的目的 第三节水质模型 一 模型分类 按时间特性 动态模型 稳态模型 处于稳定流动状态和污染源连续稳定排放的条件下 环境中的污染物分布状况也是稳定的 这时 污染物在某一空间位置的浓度不随时间变化 这种不随时间变化的状态被称为稳态 即 按描述水质组分 单一组分 多组分的水质模型 单一组分的水质可模拟的污染物类型包括 持久性污染物 非持久性污染物和废热 水温预测变化 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 如S P模型模拟的BOD和DO 按空间维数 零维 一维 二维 三维水质模型 零维模型 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 即在任何一个空间方向上都不存在浓度的变化 进入的污染物能在瞬间内分散到空间各部位 根据质量守恒原理 可以写出反应器的平衡方程 即零维模型 对于一个没有源 汇项的反应器 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 kc k 为污染物衰减速度常数 注 小型湖泊属零维模型 一维水质模型 如果污染物浓度只沿x轴方向变化 在y轴和z轴上浓度是均匀的 在均匀流场中 ux和Ex可看作常数 则 如果污染物的降解服从一级反应 在x方向无其他源汇项 则S x c t kc注 河流水质的模拟和预测常用 二维水质模型 当在x和y方向污染物浓度都有变化 在z轴上浓度是均匀的 注 大型的河流 河口 海湾 浅湖的水质模拟和预测常用 三维水质模型 描述水质组分 迁移变化在三个方向进行 二 稳态条件下基本模型的解析解在某种条件下 如果所研究的问题的尺度很大 在这样一个时间尺度下的污染物浓度的平均值保持在相对稳定的状态下 这时可以通过取平均值把动态问题按稳态处理 如河口的水文 水质状态都是随时间变化 但在水质管理中 常不在于了解水质的逐时变化 而是在一个周期内的平均水质状态 研究平均的水质状态可以在满足管理要求的同时 大大降低模型的复杂程度 这种平均状态也可用稳态模型描述 一 零维水质模型小型湖泊 水库 在稳态条件下 V Q 水流理论停留时间 例 一个库容1 105m3的水库 进水和出水流量为4 104m3 d 进水BOD5 8mg L 降解系数k 0 5 d 河水可与库水迅速混合 求出水BOD5 河水流量与污水流量之比大于10 20 不需考虑污水进入水体的混合距离 二 一维模型在稳态条件下 对于非持久性或可降解污染物 若给定x 0 c c0 则 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 河流完全混合模型 废水与河水混合后的污染物浓度 mg L 河流中污染物的背景浓度 mg L 废水中的污染物浓度 mg L 河流的流量 排入河流的废水的流量 完全 单纯 混合模型假设 条件 河流是稳态和定常排放的 即河床断面积 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混合均匀 即浓度处处相等 废水中的污染物为保护性 持久性 物质 不分解也不沉淀 无支流和其它排污口废水进入 因此 完全混合模型可在两种情况下应用 一是排放的污染物与河水完全迅速混合 二是要预测的是持久性污染物 虽然废水与河水完全混合的时间较长 仍可用完全混合模型 例 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0 2m3 s BOD浓度200mg L 上游河水流量2 0m3 s BOD浓度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1km 2km 5km处的河水中BOD的浓度 以 x 0 5km为单位 将河段分成环境单元 即1km 2km 5km处的河段分别处在i 2 4 10的位置 计算BOD的浓度 同理 分别用4和10代替上式中的i 有C4 16 5 mg L C10 12 3 mg L 解 河段初始断面河水中BOD浓度为 例 一均匀河段 有含BOD的废水流入 河水的平均流速ux 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Ex 1km2 d 求下游1km处的河水中BOD的浓度 解 C 18 1 mg L 例 一个改扩建工程拟向河流排放废水 废水量为0 15m3 s 苯酚浓度为30ug L 河流流量为5 5m3 s 流速ux 0 3m s 苯酚背景浓度为0 5ug L 苯酚的降解系数k为0 2d 1 纵向弥散系数Ex 10m2 s 求排放点下游l0km处的苯酚浓度 教材第72页 三 二维模型 Ex x坐标方向的弥散系数 ux x方向的流速分量 Ey y坐标方向的弥散系数 uy y方向的流速分量 在稳态条件下 1 无边界的连续点源排放 两边宽度无限 QA 单位时间内排放的污染物量 即源强 h 平均水深 如果忽略Ex和uy 则 注 可用于大型湖泊岸边排放的污染预测 如果污染源在边界上向一边无限宽度空间排放 则 注 可用在宽度很大的河流上且点源岸边排放的污染预测 一边宽度无限 2 有边界的连续点源排放在有边界的情况下 污染物的扩散会受到边界的反射 这种反射类似于一个虚源的排放 如果存在有限边界 即有两个边界 这时的反射次数p将是无限的 1 如果污染源处在两个边界之间 则 离岸边距离a处排放 a B 2 2 如果污染源为边界排放 而且环境的宽度为B 同样可以通过假设对应的虚源来模拟边界的反射作用 则 岸边排放 例 连续点源D单位时间内排放的污染物量QA 100g s 河流水深1 5m 流速ux 0 3m s 横向弥散系数5m2 s 污染物的衰减速度常数k 0 求 1 无边界约束条件下 x 2000m y 10m处的污染物浓度 2 在岸边排放 河流宽度无穷大 x 2000m y 10m处的污染物浓度 3 在岸边排放 河流宽度B 100m时 x 2000m y 10m处的污染物浓度 解 1 0 34mg L 2 0 68mg L 3 p 2时 4 10mg L p 4时 4 38mg L 三 污染物到达边界的纵向距离 在二维介质中 如果边界的污染物浓度达到断面平均浓度的5 则称污染物到达岸边或地面 从污染物排放点到污染物到达边界的纵向距离就称为污染物到达岸边所需的距离 污染物在中心排放 污染物在边界上排放 四 污染物与河水完全混合所需距离 当某一断面上任意点的浓度与断面平均浓度之比介于0 95 1 05之间时 称该断面已经达到横向混合 由排放点至完成横向混合断面混合的距离称为完成横向混合所需的距离 中心排放 岸边排放 五 BOD DO耦合模型 一 S P Streeter Phelps 模型1 基本假设 河流中的BOD的衰减和DO的复氧都是一级反应 反应速度时定常的 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 L 河水中的BOD值 mg L D 河水中的氧亏值 mg L 饱和溶解氧浓度与河水中的实际溶解氧浓度的差值 k1 河水中BOD衰减 耗氧 系数 1 d k2 河水中的复氧系数 1 d t 河水中的流行时间 d 2 基本方程 其解析解为 L0 河流起始点的BOD值 D0 河流起始点的氧亏值 如果以河流的溶解氧来表示 则 c O 河流中的溶解氧值 c Os 饱和溶解氧值 注 图中假设在排放点断面处污水即与河水完全混合 饱和溶解氧浓度c Os 是温度 盐度和大气压力的函数 在101kPa压力下 淡水中的饱和溶解氧计算 T 温度 在临界点 河水的氧亏值最大 且变化速率为零 则 Dc 临界点的氧亏值 tc 由起始点到达临界点的流行时间 临界氧亏发生的时间tc 临界氧亏发生的距离xc 例 河边拟建一工厂 排放含氯化物废水 流量2 83m3 s 含氯化合物浓度1300mg L 该河平均流速0 46m s 平均河宽13 7m 平均水深0 61m 含氯化合物浓度100mg L 如该厂废水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 河水流量Q u B H 0 46 13 7 0 61 3 84m3 s 该厂废水若排入河中 河水氯化物将超标约3倍 例 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的浓度是2 0mg L 河水中溶解氧浓度是8 0mg L 河水水温是20 河流流量是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 混合后河道中平均水深达到0 8m 河宽15m 参数k1 20 0 23d 1 k2 3 0d 1 若河流的溶解氧标准为5 0mg L 计算工厂排除废水中允许进入河流的BOD5最大浓度 解 1 混合后的流量 Q q 14 3 5 17 5m3 s 2 河流流速 u Q q B H 1 46m s 3 起始断面溶解氧浓度 4 20 时的饱和溶解氧浓度 5 起始断面氧亏值 D0 9 07 7 2 1 87mg L 6 最大允许氧亏值 Dc 9 07 5 4 07mg L 已知条件 河流 c1 2 0mg L c O 1 8 0mg L Q 14m3 s B 15m H 0 8m 废水 c2 800mg L c O 2 4 0mg L q 3 5m3 s k1 0 23d 1 k2 3 0d 1 T 20 河流溶解氧标准值 5 0mg L 7 工厂排放的废水中最高允许BOD5浓度为 8 采用试算法 假定不同的起点BOD5的浓度 得到相应于溶解氧浓度不低于5 0mg L的临界氧亏值 溶解氧浓度不低于5 0mg L 因此 取L0 63 3mg L 9 工厂处理后排放出BOD5允许浓度为 BOD5 17 5 63 3 14 2 3 5 308 5mg L 而废水中实际BOD5浓度为800mg L 因此必须采取有效措施削减 800 308 5 800 61 44 才能排放 3 S P模型的缺陷和修正方法 引入自净系数f k2 k1 当dD dt 0时有L fD L fD dD dt 0 河流中的溶解氧呈下降态势 L fD dD dt 0 河流中的溶解氧保持不变 L fD dD dt 0 河流中的溶解氧呈上升态势 对于S P模型失效的重污染河流可以进行分段讨论 六 S P模型的修正型 1 托马斯 Thomas 1937 模型对一维静态河流 在S P模型的基础上考虑沉淀 絮凝 冲刷和再悬浮过程对BOD去除的影响 引入了BOD沉降系数k3 适用于沉降作用明显的河流 2 多宾斯 坎普 Dobbins Camp 1939 模型一维静态河流 考虑地面径流和底泥释放BOD所引起的BOD变化速率 该速率以B表示 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 以P表示 B 底泥的耗氧速率 P 河流中光合作用的产氧速率 3 奥康纳 D O Conner 1961 模型 kN 含氮化合物的衰减速率常数 L 有机物碳化BOD值 Ln 含氮化合物的硝化BOD值 一个污染较重的河段 一般是先发生有机物的碳化过程 然后再发生含氮化合物的硝化过程 对于一个受污染较轻的河段 则两个过程可能同时发生 在托马斯模型基础上考虑了硝化过程对溶解氧过程的影响 若给定初始条件为 当x 0时 L L0 Ln LN D D0 则解为 七 河流水质模型中参数估值 一 河流弥散系数对于一个流量恒定 无河湾的顺直河段 如果河的宽度很大 而水深相对较浅 H 断面平均水深 u 摩阻流速 剪切流速 系数 可由实验确定 I 水力坡度 g 重力加速度 9 80m s2 不同的河流条件下 y和 x变动很大 一般河流的 z在0 067左右 天然河流中的实测数据标明 x的变化幅度很大 对于河宽15 60m的河流 x 14 650 多数在140 300 y的情况较复杂 菲希尔统计分析了许多矩形明渠资料 得出 y 0 1 0 2 平均为0 15 有些灌溉渠道达0 25 根据我国一些实测数据统计 可得 B H 100 H B为河流断面的平均水深和水面宽度 河流断面形状与 y的关系 泰勒 Taylor 公式 适用于河流 爱尔德 Elder 公式 适用于河流 二 耗氧系数k1的估值方法 1 实验室测定值修正法 1 原理 最理想的方法是用自动