环境管理_水环境质量评价

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 加拿大 巴西 印尼 美国 中国 年径流总量 亿立方米 俄罗斯 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 巴西 加拿大 美国 印尼 中国 世界人均 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 毒性较小的 铁 铜 锌等 毒性较大的 汞 镉 铅 铬等 3 有机物指标 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 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 IDO 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 L IpH 7 1 7 0 8 7 0 0 1 IDO 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 WiPii 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 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 2 2 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 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 WiPiPi 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2 0 严重污染 判断该水域的环境质量 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 4 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 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 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 优秀级 饮用级 114 130 良好级 水产级 94 114 标准级 地表级 52 94 污染级 污灌级 26 52 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 8 4 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 表4 8地面水质评价分级 表4 9各级参数的分值及评价总分值 表4 10评价总分值 评价参数为10项时 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 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 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 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 混合过程段极限长度 m B 河段平均河流 断面 宽度 m a 排污口与近岸水边的距离 m u 河段 断面 平均流速 m s H 河段平均 断面 水深 m g 重力加速度 m s2 9 8m s2 J 河段河流坡度 m m 混合过程段污染物浓度Ci及混合段长度L 例题 一河段的上断面处有一岸边污水排放口稳定地向河流排放污水 其污水特征为 QE 19440m3 d BOD5 E 81 4mg L 河流水环境参数值为 Qp 6 0m3 s BOD5 p 6 16mg L B 50 0m H 1 2m