第六章-水环境影响评价.ppt

第六章水环境影响评价,2,第一节基本概念水体：包括水、水中的悬浮物、溶解物、底质和水生生物等；水环境：指地球上分布的各种水体以及与其密切相连的诸环境要素；水环境质量：主要由水质、底部沉积物和水生生物等三部分组成的状况决定的。,污染源,持久性污染物是指在地表水中很难由于物理、化学、生物作用而分解、沉淀或挥发的污染物。例如在悬浮物甚少，沉降作用不明显水体中的无机盐类、重金属等，可以通过生化需氧量与化学需氧量比值来判定，BOD/COD0.3，判别其为持久性污染物。非持久性污染物是指在地表水中由于生物作用而逐渐减少的污染物，例如耗氧有机物，BOD/COD0.3，则判别其为非持久性污染物。酸碱污染物指各种废酸、废碱等，表征酸碱污染物的水质参数是PH值。废热主要由排放废水所引起，表征废热的水质参数为水温。,化学需氧量，通常记作“COD”，指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量，以每升水消耗氧的毫克数表示（mg/L）。COD值越高，表示水中有机污染物污染越重。生化需氧量，通常记作BOD，亦作生化耗氧量。指地面水水体中的微生物分解有机化合物过程中所消耗的溶解氧。以每升水中被消耗的氧的毫克数表示，是评价水体有机污染的主要指标。为使测定值有可比性，常采用在20条件下，培养五昼夜后测定的生化需氧量（对生活污水而言，约等于完全氧化分解耗氧量的百分之七十），称为五日生化需氧量记作BOD5。,2水环境的自净,自然环境包括水环境对污染物质都具有一定的承受能力，即所谓环境容量。水体能够在其环境容量的范围内，经过水体的物理、化学和生物的作用，使排入污染物质的浓度和毒性随时间的推移，在向下游流动的过程中自然降低，称之为水体的自净作用,水体的自净过程很复杂，按其机理划分有：物理过程。其中包括稀释、混合、扩散、挥发、沉淀等过程。水体中的污染物质在这一系列的作用下，其浓度得以降低。稀释和混合作用是水环境中极普遍的现象，又是比较复杂的一项过程，它在水体自净中起着重要的作用。化学及物理化学过程。污染物质通过氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应使其浓度降低。生物化学过程。污染物质中的有机物，由于水体中微生物的代谢活动而被分解、氧化并转化为无害、稳定的无机物，从而使浓度降低。,二、水环境目标,1环境质量方面根据国家地表水环境质量标准，把水质指标分为以下几类物理参数。包括温度、味、色、浊度、固体(总固体、悬浮性固体、溶解性固体等)。化学参数。可分为有机和无机成分。无机指标：含盐量、硬度、PH值、酸度、碱度及铁、锰、氯化物、硫酸盐、硫化物、重金属类、氛、磷等。有机指标：BOD5、COD、DO、酚、油等。生化参数。大肠杆菌。2污染源排放方面按排放总量、污染物削减率、污水处理率、达标率、污水回用率等等。,三、地表水环境评价的基本思路,按照区域水质标准和可持续发展要求，明确环境质量目标；根据国家排污控制标准，界定建设项目可能产生的源强；选择水质模型，进行水环境影响预测；优化污染源控制方案，实现达标排放和总量控制；综合分析得出建设项目的环境可行性结论,10,评价标准：地表水环境质量标准GB3838-2002；污水综合排放标准8978-1996；城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002；海水水质标准GB3097-1997;工业企业设计卫生标准TJ36-79。等,四、地表水环境影响评价的标准,五、地表水环境影响评价的工作程序,第二节地表水环境质量评价等级,一、划分评价等级,环境影响评价技术导则地面水环境(HJ/T2.3-93)对评价等级划分作了规定。,一般情况下，污水排放量越大，水质越复杂，评价等级越高；受纳水体水域规模越小，水质要求严格，评价等级越高,划分等级的依据反映工程特性的判据：建设项目的污水排放量；污水水质的复杂程度反映环境特性的判据：受纳水体(指各种受纳污水的地面水域)的水域规模水环境质量要求,污水排放量污水排放量Q(m3/d)按大小划分为五个等级：Q20000；20000Q10000；10000Q5000；5000Q1000；1000Q200注意：污水排放量中不包括间接冷却水、循环水以及其它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。,污染物分类根据污染物在水环境中的输移、衰减特点及其它们的预测模式，将污染物分为四类：持久性污染物(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；酸和碱(以pH表征)；热污染(以温度表征)。,污水水质复杂程度由污水中所含有的污染物类型决定复杂：污染物类型数3，或者只有两类污染物;但需预测其浓度的水质参数数目10。中等：污染物类型数2，且需预测其浓度的水质参数数目10；或者只有一类污染物但需预测其浓度的水质参数数目7。简单：污染物类型数1，需预测其浓度的水质参数7。常规水质参数：河流可选用水温、PH、溶解氧、高锰酸钾指数、五日生化需氧量、非离子氨、氰化物、砷、汞、六价铬、石油类（河口要增加盐度、湖泊（水库）增加总磷、总氮等）；,受纳水体的水域规模河流与河口：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：排污口附近河流断面流量：大河：150m3/s;中河：15150m3/s;小河：15m3/s。,湖泊：以枯水期蓄水量和蓄水面积为判定依据。也可以平均水深和水面积作为划分水域规模的依据当平均水深10m时：大湖(库)：25km2；中湖(库)：2.525km2；小湖(库)：2.5km2。当平均水深10m时：大湖(库)：50km2；中湖(库)：550km2；小湖(库)：5km2。具体应用上述划分原则时，可根据我国南、北方以及干旱、湿润地区的特点进行适当调整。,水质类别对地面水域的水质要求(即水质类别)以GB3838为依据。目前以2002年新修订的标准为依据。该标准将地面水环境质量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（水陆水体）,例一拟建建设项目，污水排放量为5800m3/d，经类比调查知污水中含有COD、BOD、Cd、Hg，PH为酸性，受纳水体为一河流，多年平均流量为90m3/s，水质要求为3类，此环评应按几级进行评价？方法：对照污水排放量：为500010000之间水质复杂程度：含有持久性污染物（Cd、Hg）、非持久性污染物（COD、BOD）、酸碱（PH为酸性），污染物类型数3，复杂程度为“复杂”水域规模：介于150m3/s到15m3/s之间，为中等河流水质要求：3类,查表可知，此环评应按二级评价要求进行,第三节地面水环境现状调查与评价一、水环境现状调查二、水环境现状评价,一、水环境现状调查1调查目的了解项目所在区域和相关区域的水环境质量状况。了解区域水环境特点和环境敏感目标。为预测模型的选择提供依据和获取基础数据。决定评价的主要方向和重点。2调查方法收集资料、现场监测、遥感法（根据调查对象的不同选取不同的调查方法）,3调查范围环境现状的调查范围，应能包括建设项目对周围地面水环境响较显著的区域。在此区域内进行的调查，能全面说明与地面水环境相联系的环境基本状况，并能充分满足环境影响预测的要求。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、污水排放量的大小、受纳水域特点，以及评价等级的高低后决定。河流环境现状调查的范围，需要考虑污水排放量的大小、河流规模来确定排污口下游应调查的河段长度。湖泊、水库，以及海湾环境现状调查范围，需要考虑污水排放量的大小，确定调查半径或调查面积(以排污口为圆心，以调查半径为半径)。,4调查时间环境现状调查时间与水文特征的划分相对应。河流、河口、湖泊与水库一般按丰水期、平水期、枯水期划分，同时确定最能代表这三个时期的季节域月份；对于海湾，应确定评价期限间的大潮期和小潮期划分；对于北方地区，也可以划分为冰封期和非冰封期。评价等级不同，对各类水域调查时期的要求也不同。,当调查区域面源污染严重，丰水期水质劣于枯水期时，一、二级评价的各类水域应调查丰水期，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、水文情况。,5调查内容（1）水域功能和水环境敏感目标调查调查水环境功能区划和水功能区划的划定及审批；没有划定功能区的，调查水域的实际功能；水环境敏感目标的分布、类型、保护级别和保护要求。（2）水文调查一般情况下，以收集资料为主，以河流为例：1、丰水期、平水期、枯水期的划分2、河流的水文特征参数：河宽B、水深H、流速u、流量Q、坡度（比降）J和弯曲系数（弯曲系数1.3可视为顺直河流）等。3、水温、泥沙含量等4、丰水期有无分流漫滩，枯水期有无浅滩、沙洲和断流5、有无冰封期以及冰封时间、解冻时间6、预测所需要的其它资料,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、河流的规模决定，其中除与河流相同的内容外，还有：感潮河段(是指受潮汐作用影响较明显的河段)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水面坡度以及潮间隙、潮差和历时等。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(附平面图)，丰水期、平水期、枯水期的划分，流入、流出的水量，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。,海湾海湾水文调查与水文测量的内容应根据评价等级及海湾的特点选择下列全部或部分内容：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限等。,（3）水环境质量调查调查参数的选取：1、一般参数可根据地表水环境质量标准，结合建设项目污染物排放情况和当地水环境特点选取。2、如果水域有比较重要的生态功能还应进行水生生物调查。3、如果建设项目排放易积累的污染物或原底质中存在易积累污染物，还应进行底质调查。,（4）污染源调查的原则及基本内容点源调查的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。例如在评价改、扩建项目时，对此项目改、扩建前的污染源应详细了解，常需现场调查或测试。点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成设项目距离较近时应详细调查，例如位于建设项目的排水与受纳河流的混合过程段以内，并对预测计算可能有影响的情况。,点源调查的内容根据评价工作的需要选择下述全部或部分内容进行调查。调查内容可以列成表格点源的排放：排放口的平面位置(附污染源平面位置图)及排放方向；排放口在断面上的位置；排放形式(分散排放还是集中排放)。排放数据：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。厂矿企业、事业单位的废、污水处理状况：主要调查废、污水的处理设备、处理效率、处理水量及水质状况等。,非点源调查的原则非点源调查基本上采用间接搜集资料的方法，一般不进行实测。非点源调查的内容根据评价工作的需要选择下述全部或部分内容进行调查。概况：原料、燃料、废弃物的堆放位置(即主要污染源，要求附污染源平面位置图)、堆放面积、堆放形式(几何形状、堆放厚度)、堆放点的地面铺装及其保洁程度、堆放物的遮盖方式等。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。排放数据：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、排放浓度及其它变化等数据。,6水质监测项目及取样断面和采样点的布设（1）水质参数的选择所选择的水质参数包括现两类；一类是常规水质参数，它能反映水域水质一般状况；另一类是特征水质参数，它能代表建设项目将来排放的水质。常规水质参数：以地面水环境质量标准GB3838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。敏感水质参数：指受纳水域敏感的或曾出现过超标而要求控制的污染参数。,（2）取样断面和采样点布设河流取样断面的布设原则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；水文特征突然变化化(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；水文站附近等应布设样断面，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。,取样断面布设在评价河段上的断面应包括对照断面、消减断面和控制断面。对照断面：应设在评价河段上游的一端（排污口上游100500m处）、基本不受建设项目排水影响的位置，以掌握评价河段的背景水质情况；消减断面：应设在排污口下游污染物浓度变化比较显著的完全混合段，以了解河流中污染物的稀释、净化和衰减情况；控制断面：应设在评价河段的末端或评价河段内有控制意义的位置，诸如支流汇入、建设项目以外的其他废水排放口、工农业用水取水点、地球化学异常的水土流失区、水工构筑物和水文站所在位置等。,2取样断面上取样垂线的布设当河流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，共设两条取样垂线，在取样断面上各距岸边l3水面宽处各设一条取样垂线；河宽50m者，共设三条取样垂线，在主流线上及距两岸05m，并有明显水流的地方各设一条取样垂线。特大河(例如长江、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。如断面形状十分不规则时，应结合主流线的位置，适当调整取样垂线的位置和数目。,垂线上取样水深的确定,对于三级评价的小河不论河水深浅，只在一条垂线上一个点取一个样，一般情况下取样点应在水面下0.5m处，距河底不应小于0.3m.。,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。其它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。,河口(1)取样断面的布设原则：当排污口拟建于河口感潮段内时，其上游需设置取样断面的数目与位置，应根据感潮段的实际情况决定，其下游同河流。(2)取样断面上取样点的布设和水样的对待：与河流部分相同。,湖泊、水库(1)取样位置的布设原则、方法和数目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：大、中型湖泊、水库当建设项目污水排放量小于50000m3/d时：一级评价每1-2.5km2布设一个取样位置；二级评价每1.5-3.5km2布设一个取样位置；三级评价每2-4km2布设一个取样位置。当建设项目污水排放量大于50000m3/d时：一级评价每3-6km2布设一个取样位置；二、三级评价每4-7km2布设一个取样位置。小型湖泊、水库当建设项目污水排放量水于50000m3/d时：一级评价每0.5-1.5km2布设一个取样位置；二、三级评价每1-2km2布设一个取样位置。当建设项污水排放量大于50000m3/d时:各级评价均为每0.5-1.5km2布设一个取样位置。,(2)取样位置上取样点的确定大、中型湖泊、水库当平均水深小于10m时，取样点设在水面下0.5m处，但此点距底不应小于0.5m。平均水深大于等于10m时，首先要根据现有资料查明此湖泊(水库)有无温度分层现象，如无资料可供调查，则先测水温。在取样位置水面下0.5m处测水温，以下每隔2m水深测一个水温值，如发现两点间温度变化较大时，应在这两点间酌量加测几点的水温，目的是找到斜温层。找到斜温层后，在水面下0.5m及斜温层以下，距底0.5m以上处各取一个水样。小型湖泊、水库当平均水深小于是10m时，水面下0.5m，并距底不小于0.5m处设一取样点；当平均水深大于等于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、水库如水深小于10m时，每个取样位置取一个水样；如水深大于等于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、水库各取样位置上不同深度的水样均不混合。,二、水环境现状评价,1评价因子的选取（1）评价因子选取的原则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；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；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；根据水环境评价标准选择评价因子；根据水环境监测条件和测试条件选择评价因子。,（2）评价因子的类别感观因子：如味、色、浑浊度、悬浮物等；氧平衡的因子：如DO、BOD、COD等；营养因子：如硝酸盐、磷酸盐、氨盐等；毒性因子：如Cr铬、As砷、酚氰化物等；微生物因子：如粪大肠菌群；重金属因子：如Cu铜、Pb铅、Zn锌、Cd钆等。,2水环境现状评价方法标准指数法（1）单污染指数评价法该法只用一个参数作为评价指标，简单明了，可直接了解水质状况与评价标准之间的关系。其表达式为：式中Sij-水质评价参数i在第j点上的污染指数；Cij-水质评价参数i在第j点上的监测浓度，mg/L；Csi-水质评价参数i的评价标准，mg/L。,以相对污染浓度值构造的叠加指数型以绝对污染浓度构造的分级型或评分型以绝对污染浓度强度出现的概率构造的统计型,2、内梅罗水质指标,内梅罗水质指标考虑了各污染物的平均污染水平、个别污染物的最大污染状况、水的用途，设计是比较合理的,针对黄浦江有机污染严重的情况，上海环保工作者提出了有机污染综合评价值A依据氨氮与溶解氧饱和百分率之间的相互关系,3、有机污染综合评价,在地表水水质标准所列的20个监测项目中选取了15个作为评价因子。采用评分制，分值越高，表示水质越好。,4、分级型指数,1）所有评价因子浓度都在-级范围内时，按总分值确定水质等级，表示式为,2）所有评价因子浓度都在-级范围内时，以水质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。,理论上讲，水质指数可用任何参数的指标来计算，但指标数量过多会使水质指数的使用变得复杂,5、水质指数,由于受各种因素的制约，在对水质污染浓度随时间变化的认识尚不充分的情况下，可以不按时序来考虑其污染的历时情况，而把每一个测值都看成一个随机变量。使用概率的方法处理，以推求某种出现概率的污染强度是多大。即用各种污染强度的出现机遇来表示时间因素，如某种强度出现机会多，则表示其污染历时较长。P累积频率n总检测次数m从大到小的累积频率,统计型水质评价,水环境质量生物学评价,由污染引起的水质变化对生物群落的生态学效应：第一，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；第二，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。第三，组成群落的个别种群变化；第四，群落中种类组成比例的变化；第五，自养、异养程度上的变化；第六，生产力的变化。,水环境的生物学评价通常采用一般描述对比法、指示生物法和生物指数法等进行评价。水环境的生物学评价方法较好的映射出水环境的生态服务功能及其内在关系，其评估结果有综合性、连续性和积累性，无需太复杂的分析仪器和设备。而这些优点正是污染指数法所缺乏的。如果将水环境的生物学评价法与污染指数法相结合，将得到更合理、更可靠的结论。,某项目地处低丘地带，山坡普遍为缓坡，一般在20以下，丘与丘之间距离宽阔，连接亦无陡坡。据调查，纳污水体全长约65km，流域面积526.2km2，年平均流量6.8m3/s，河宽2030m，枯水期1m3/s，环境容量很小。项目所在地位于该水体的中下游，纳污段水体功能为农业及娱乐用水。拟建排污口下游15km处为国家级森林公园，约26km处该水体汇入另一较大河流，且下游15km范围内无饮用水源取水点。工程分析表明，该项目污染物排放情况为：废水42048m3/d，其中含CODCr为2323.6kg/d，BOD5为680.3kg/d，SS为1449.8kg/d，NH3-N为63.62kg/d。根据以上资料，回答以下问题：1、确定水环境影响评价工作等级。2、请制定一套合理的水环境质量现状调查监测方案。解：1、二级2、监测断面（监测因子、调查范围、断面、采样点）,习题1,习题2,河流水质模型简介河流的混合稀释模型河流水质零维模型河流水质一维模型河流水质二维模型S-P模型,重点,难点.重点,了解,了解,第四节水质预测数学模型,水质模型是一个用于描述物质在水中混合、迁移等变化过程的数学方程，即描述水体中污染物与时间、空间的定量关系。水质模型的分类：1、按水域类型：河流、河口、河网、湖泊2、按水质组分：单一组分、耦合组分（BOD-DO模型）、多重组分（比较复杂，如综合水生态模型）3、按水力学和排放条件：稳态模型、非稳态模型,4、水质模型按空间维数分类,零维水质模型一维水质模型二维水质模型三维水质模型,水质模型维数的选择,零维：3个方向都不考虑一维：仅考虑纵向二维：考虑纵向、横向三维：3个方向都考虑,均匀混合段,背景段,污水注入点,瞬间完全混合,既是污水注入点，也是完全混合点,混合段,背景段,污水注入点,没有完全混合点,L,混合段总长度,什么是稳态？在环境介质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称为稳定。,河流的混合稀释模型,在最早出现的水质完全混合断面，有：,式中：Qh河水流量，m3/s；Ch河水背景的污染物浓度，mg/L；CP废水中污染物的浓度，mg/L；QP废水的流量，m3/s；C完全混合的水质浓度，mg/L。,混合稀释（完全混合）模型适用条件,稳态：河流；排污下游某点废水和河水在整个断面上达到了均匀混合持久性的污染物该河流无支流和其他排污口进入,例题1：完全混合模型,计划在河边建一座工厂，该厂将以2.83m3/s的流量排放废水，废水中总溶解固体（总可滤残渣和总不可滤残渣）浓度为1300mg/L，该河流平均流速为0.457m/s，平均河宽为13.72m，平均水深为0.61m，总溶解固体浓度为310mg/L，如果该工厂的废水排入河中能与河水迅速混合，那么总溶解固体的浓度是否超标（设标准为500mg/L）？,答案：731mg/L，超标0.46倍,零维是一种理想状态，把所研究的水体看成一个完整的体系，当污染物进入这个体系后，立即完全均匀的分散到这个体系中，污染物的浓度不会随时间的变化而变化。,1.零维水质模型,当单元河段中污染物浓度不随时间变化，即dCdt=0，则零维水质模型为,第一个单元河段的零维水质模型,第i个单元河段的零维水质模型,河流零维模型的应用条件对于较浅、较窄的河流，如果不考虑污染物的降解项时，当满足符合下面两个条件之一的环境问题可化为零维模型：（1）河水流量与污水流量之比大于20；（2）不需要考虑污水进入水体的混合距离。,适用于符合一维动力学降解规律的一般污染物，如氰、酚、有机毒物、重金属、BOD、COD等单项指标的污染物。一维模型适用条件横向和垂直方向混合相当快，认为断面中的污染物的浓度是均匀的。或者是根据水质管理的精确度要求允许不考虑混合过程而假设在排污口断面瞬时完成充分混合。,2.一维水质模型,一维模型适用的两种条件,均匀混合段,背景段,污水注入点,适用1,适用2,瞬间完全混合,既是污水注入点，也是完全混合点,混合过程段的长度可由下式估算：,式中，L混合过程段长度；B河流宽度；a排放口距岸边的距离（0=a0.5B）;u河流断面平均流速；H平均水深；g重力加速度，9.81m/s2；I河流坡度。,采用几维模型的依据,当河段长度大于L，可采用0维或一维模型,一维水质模型,其中,。,（河流混合段的混合稀释模型）,进行特征多项式求解，可得,考虑扩散的一维稳态模型,忽略扩散项，沿程的坐标x=ut，dC/dt=-k1C,代入初始条件x=0,C=C0方程的解为,忽略弥散的一维稳态模型,例题：教材P111，题6-1、6-2、6-3,描述河流水质的第一个模型是由斯特里特(H.Streeter)和菲尔普斯(E.Phelps)在1925年提出的，简称S-P模型。S-P模型迄今仍得到广泛的应用，它也是各种修正和复杂模型的先导和基础。S-P模型用于描述一维稳态河流中的BODDO的变化规律。,3、Streeter-Phelps（S-P）模型,临界氧亏,最大氧亏,污水排入,河流DO浓度,氧垂曲线,距离或时间,饱和DO浓度,BOD曲线,水质最差点,亏氧量为饱和溶解氧浓度与实际溶解氧浓度之差,当BOD随污水进入河流后，由于耗氧微生物的生物氧化作用，其浓度逐渐降低，而水中的DO则被消耗，逐渐降低。与此同时，河流还存在着复氧作用，在氧消耗的同时，还不断有氧气进入水体，如下图所示：,BOD-DO耦合模型（S-P模型）,S-P模型的建立基于三项假设：（1）河流中的BOD衰减反应和溶解氧的复氧都是一级反应；（2）反应速度是恒定的；（3）河流中的耗氧只是BOD衰减反应引起的，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。BOD的衰减反应速率与河水中溶解氧(DO)的减少速率相同，复氧速率与河水中的亏氧量D成正比。,S-P模型的适用条件,a、河流充分混合段；b、污染物为耗氧性有机污染物；c、河流为恒定流动；d、污染物连续稳定排放。e、需要预测河流溶解氧状态,S-P模型的基本方程为：,式中:L河水中的BOD值，mg/L；D河水中的氧亏值，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。,当边界条件,时，一维稳态河流的BOD-DO耦合模型的基本方程的解为:,S-P模型的临界点和临界点氧亏值,在河流的某一距离处，氧亏值具有最大值，或者说溶解氧值具有最小值，此处的水质最差，是人们最为关心的。,例题：教材P111，题6-4,4S-P模型的修正型,(1)托马斯(Thomas)模型对一维静态河流，在SP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沉浮系数k3，BOD变化速度为k3L，托马斯采用以下的基本方程组（忽略扩散项）。对于冲刷、再悬浮过程，k30,(2)多宾斯坎普(DobbinsCamp)模型在托马斯模型的基础上，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R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。,一般认为，水中有机物的生物氧化过程可分为两个阶段：第一阶段为有机物中的碳和氢被氧化成二氧化碳和水，此阶段称为碳化阶段，在20时完成碳化阶段大约需要20d左右；第二阶段为含氮物质及部分氨被氧化为亚硝酸盐和硝酸盐，称为硝化阶段，在20时完成硝化阶段大约需要100d，因此测定一般水样(如工业废水和新鲜的生活污水)的BOD5时，起硝化作用的细菌生长得很慢，且水中的硝化菌极少，在开始培养的5d或910d内，硝化作用很不显著或根本不会发生。但是对于生化处理池的出水或含有很多硝化菌的河水，则在BOD5的测定期间即可进行硝化作用，从而使BOD5也包含了部分含氮化合物的需氧量。,(3)奥康纳(OConnon)模型,式中，kn硝化BOD衰减速度常数，1/d；Lc0,河流x=0处，含碳有机物BOD浓度，mg/L。Ln0,河流x=0处，含氮有机物BOD浓度，mg/L。,对一维静态河流，在托马斯模型基础之上，奥康纳提出假设条件为，总BOD是碳化和硝化BOD两部分之和，即L=Lc+Ln，,回顾一下SP模型的假设条件,影响溶解氧的主要因素包括：（1）大气复氧（2）有机污染物氧化作用（3）呼吸作用（4）光合作用底泥释放BOD地表径流（BOD和DO）悬浮物的沉降可去除部分BOD考虑硝化作用的影响,S-P模型广泛的应用于河流水质的模拟预测中，是预测河流中BOD和DO变化规律的较好模型。它也用于计算河流的最大允许排污量。,习题1,5、河流水质模型中参数估值,使用水质模型最重要的一环是参数估计，水质模型应用的成败在很大程度上取决于参数估计是否正确，SP模型最重要的两个参数是耗氧系数和复氧系数，这两个参数的获取方法，由于一、二、三级评价预测精度要求不同，在“导则”中也有不同的要求，一般采用实验室测定法、两点法、多点法、经验公式法等等。,耗氧系数K1系数的估值（1）实验室测定值修正法原理：理想方法是利用自动BOD测定仪，描绘出要研究河段水样的BOD历程曲线；没有就将同一水样分10瓶或更多，分别测定1到10天或更长时间BOD值，然后利用公式计算。实验室求得的K1往往比自然界河流中的值要小。,（2）野外实测资料反推法两点法应用条件：在断面A和B之间无废水和支流流入（A为上游截面）。,复氧系数K2系数的估值主要取决于水体中氧亏值的大小和水流紊动作用，其他物理量也有一定作用，用实验方法测定复氧系数需要花费相当多的人力和财力。许多人对其进行了大量研究，提出了许多半经验和经验公式。,6二维水质模型,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。,污水进入水体后，不能在短距离内达到全断面浓度混合均匀的河流均应采用二维模型。实际应用中，水面平均宽度超过200m的河流应采用二维模型