地表水环境影响评价 (3)ppt课件

1、Surface Water of Environment Impact Assessment地表水体的污染和自净地表水体的污染和自净河流和河口水质模型河流和河口水质模型湖泊水库水质数学模型湖泊水库水质数学模型水质模型的标定水质模型的标定开发行动对地表水影响的识别开发行动对地表水影响的识别地表水环境影响预测和评价地表水环境影响预测和评价地表水环境影响的评价地表水环境影响的评价地表水资源自学地表水资源自学水体污染水体污染水体自净水体自净水体的耗氧与复氧过程水体的耗氧与复氧过程水温变化过程自学水温变化过程自学 点污染源点污染源 点污染源排放的废水量和污染物可以从点污染源排放的废水量和污染物可以从管道

2、或沟渠中直接量测流量和采样分析组分浓管道或沟渠中直接量测流量和采样分析组分浓度确定，在经费和其他条件有限制时，常采用度确定，在经费和其他条件有限制时，常采用排污目的排污目的(例如排放系数例如排放系数)推算的方法。推算的方法。工业废水量计算式，式中：工业废水量计算式，式中： m单位产品废水量，单位产品废水量，L/t； M该产品的日产量，该产品的日产量，t/d； Ki总变化系数，根据工艺或总变化系数，根据工艺或 阅历决议；阅历决议； t 工厂每日任务时数，工厂每日任务时数，h。居住区生活污水量计算式，式中：居住区生活污水量计算式，式中： QS居住区生活污水量，居住区生活污水量，L/s； q每人每日

3、的排水定额，每人每日的排水定额， L/(人人d)； N设计人口数，人；设计人口数，人； Ks总变化系数总变化系数(1.51.7)。86400qNKQss 3600tmMKQis 2. 非点污染源非点污染源非点污染源：非点污染源又称面源，非点污染源：非点污染源又称面源，是指分散或均匀地经过岸线进入水体是指分散或均匀地经过岸线进入水体的废水和自然降水经过沟渠进入水体的废水和自然降水经过沟渠进入水体的废水。的废水。 主要包括城镇排水、农田排水和主要包括城镇排水、农田排水和乡村生活废水、矿山废水、分散的小乡村生活废水、矿山废水、分散的小型禽畜豢养场废水，以及大气污染物型禽畜豢养场废水，以及大气污染物经

4、过重力沉降和降水过程进入水体等经过重力沉降和降水过程进入水体等所呵斥的污染废水。所呵斥的污染废水。 非点源污染情况复杂，其污染影非点源污染情况复杂，其污染影响较难定量，污染日益突出。响较难定量，污染日益突出。(1)城市非点污染源负荷估计：城市非点污染源负荷估计： 来源：雨水下水道及合流制下水道的溢来源：雨水下水道及合流制下水道的溢流。污染物自街道经排水系统进入受纳水流。污染物自街道经排水系统进入受纳水体。体。 这里仅思索被暴雨冲刷到接受水体的负这里仅思索被暴雨冲刷到接受水体的负荷。荷。 根本程序：首先估计暴雨事件中暴雨径根本程序：首先估计暴雨事件中暴雨径流的大小径流深度和径流面积的乘积，流的大

5、小径流深度和径流面积的乘积，从而确定暴雨冲刷率，进而估计径流冲刷从而确定暴雨冲刷率，进而估计径流冲刷到受纳水体的堆积物负荷，然后根据堆积到受纳水体的堆积物负荷，然后根据堆积物中污染物浓度计算污染物负荷，或者根物中污染物浓度计算污染物负荷，或者根据固体废物与污染物的统计相关关系计算据固体废物与污染物的统计相关关系计算污染物负荷。污染物负荷。暴雨径流深度的估计：暴雨径流深度的估计： RCRPDs 式中：式中： R 总暴雨径流深度，总暴雨径流深度，cm； CR 总径流系数；总径流系数； P 降雨量，降雨量，cm； Ds 洼地存水，洼地存水，cm。 总径流系数的估算方法：总径流系数的估算方法：粗略估算

6、式：粗略估算式：式中：式中：I不透水区百分数；不透水区百分数； 按照不同坡度计算的不透水区按照不同坡度计算的不透水区(指指屋面、沥青和水泥路面或广场、庭院等屋面、沥青和水泥路面或广场、庭院等)的径流的径流系数系数 。0.15 1100100RIIC准确计算式：准确计算式：式中：式中：Fi各种类型地域所占的面积；各种类型地域所占的面积； i对应的径流系数。对应的径流系数。iiRiFCF洼地存水洼地存水Ds的粗略估计：的粗略估计：0.630.48100sID 径流中冲刷到接受水体的颗粒物负荷：在总径流中冲刷到接受水体的颗粒物负荷：在总暴雨径流估算出来后，可估算暴雨冲刷率。普暴雨径流估算出来后，可估

7、算暴雨冲刷率。普通以为通以为1 h内总径流为内总径流为1.27 cm时，可冲走时，可冲走90的的街道外表颗粒物堆积物。街道外表颗粒物堆积物。暴雨径流中冲刷的固体负荷：暴雨径流中冲刷的固体负荷：式中：式中：Ysw暴雨冲刷到受纳水体的颗粒物负荷；暴雨冲刷到受纳水体的颗粒物负荷； te 等效的累积天数，等效的累积天数，d；Ysu街道外表颗粒物日负荷量，街道外表颗粒物日负荷量，kgd;PC冲刷率，冲刷率，%。swesuYt YPC 式中：式中： tr从最后一次暴雨事件算起的天数，从最后一次暴雨事件算起的天数，d； ts从最后一次清扫街道算起的天数，从最后一次清扫街道算起的天数，d； s街道清扫频率。街

8、道清扫频率。 1erssstttt式中：式中：Lsu颗粒物日负荷率，颗粒物日负荷率，kg(kmd)；Lst街道边沟长，约等于街道边沟长，约等于2倍的街道长，倍的街道长，km。susustYLL 街道外表颗粒物日负荷取决于多种要素，街道外表颗粒物日负荷取决于多种要素，如交通强度、区域地表覆盖物的方式、径流量如交通强度、区域地表覆盖物的方式、径流量和降雨强度、灰尘沉降量、前期干旱时间、城和降雨强度、灰尘沉降量、前期干旱时间、城市街道清扫频率和清扫质量等。市街道清扫频率和清扫质量等。径流中冲刷到受纳水体的有机污染负荷：径流中冲刷到受纳水体的有机污染负荷：用颗粒固体负荷乘上浓度因子计算有机物负荷：用颗

9、粒固体负荷乘上浓度因子计算有机物负荷：式中：式中：You有机污染物的日负荷量，有机污染物的日负荷量，kgd； 单位转换因子，单位转换因子，10-6； Ysu总颗粒物固体日负荷量，总颗粒物固体日负荷量，kgd； Cou有机污染物在颗粒物中的浓度，有机污染物在颗粒物中的浓度，gg。ousuouYYC 城市降雨径流问题是个非常复杂的问题，与城市降雨径流问题是个非常复杂的问题，与多种要素相关，如降水过程、大气污染、土地运多种要素相关，如降水过程、大气污染、土地运用、人类污染特征、自然特点等。由于变化性大、用、人类污染特征、自然特点等。由于变化性大、随机性强、偶尔要素多，尚未掌握其规律性。随机性强、偶尔

10、要素多，尚未掌握其规律性。(2)农田径流污染负荷估算：农田径流污染负荷估算：第一种方法：避开污染物在农田外表实践迁移第一种方法：避开污染物在农田外表实践迁移过程的变化，仅经过采集和分析各个集水区的过程的变化，仅经过采集和分析各个集水区的径流水样计算进入某一水环境中某种污染物总径流水样计算进入某一水环境中某种污染物总量，其公式如下：量，其公式如下：式中：式中： M某种污染物输出总量，某种污染物输出总量，kg；i第第i小时的该种污染物浓度，小时的该种污染物浓度，kgm3； Qi第第i小时的径流量，小时的径流量，m3； n观测的总时数，观测的总时数，h； j第第j个农田集水区；个农田集水区； m集水

11、区总数。集水区总数。11mniijiMQ 耗氧有机污染物：如糖类、蛋白质耗氧有机污染物：如糖类、蛋白质 营养物：如营养物：如N、P化合物化合物 有机毒物：如多氯联苯，有机农药有机毒物：如多氯联苯，有机农药 重金属：如重金属：如Hg、Cd 非金属无机毒物：如氰化物、氟化物非金属无机毒物：如氰化物、氟化物 病原微生物：如致病菌、病毒病原微生物：如致病菌、病毒 酸碱污染：如酸性或碱性废水酸碱污染：如酸性或碱性废水 石油类石油类 热污染热污染定义：水体在其环境容量范围内，经过本身定义：水体在其环境容量范围内，经过本身的物理、化学和生物作用，使受纳的污染物浓的物理、化学和生物作用，使受纳的污染物浓度不断

12、降低，逐渐恢复原来的水质，这种过程度不断降低，逐渐恢复原来的水质，这种过程叫水体自净。包括污染物的迁移、转化和衰减叫水体自净。包括污染物的迁移、转化和衰减变化。变化。1. 迁移和转化迁移和转化 推流迁移：水流平移运动推流迁移：水流平移运动 分散稀释：分子分散、湍流和弥散分散稀释：分子分散、湍流和弥散 转化和运移：吸附或解吸、沉淀和再悬浮转化和运移：吸附或解吸、沉淀和再悬浮BODNBODaBOD2BODnBOD1BODc第二阶段第二阶段BOD第一阶段第一阶段BODt/dBOD/mgL-1图图4-2 受污染水样的生化需氧量受污染水样的生化需氧量(BOD)曲线曲线 有机物的生化降解呈一级反响：。间，

13、间，污染物在水体中停留时污染物在水体中停留时；，耗氧系数耗氧系数数数污染物碳化衰减速率常污染物碳化衰减速率常；值，值，已降解的已降解的；水中总的碳化需氧量，水中总的碳化需氧量，；时刻剩余碳化需氧量，时刻剩余碳化需氧量，式中：式中：积分得：积分得：dtd/)(Kmg/LBODmg/Lmg/LteKdt)(ddtdBODBODBODtKBODBODBODBODBODBODBODBODacaaccac1=111111 - 由氨氮氧化为硝酸盐的过程，也呈一级反响：。，耗氧系数耗氧系数含氮化合物速率常数含氮化合物速率常数；，时刻的剩余硝化需氧量时刻的剩余硝化需氧量；总的硝化需氧量，总的硝化需氧量，式中：

14、式中：积分得：积分得：d/1)(mg/Lmg/LeNBODBODtKBODBODBODNBODKtKdtdnNNNnnn 23214. 1)(57. 414. 157. 4,NONNHONBODNOKBODNNN 普通以20的K为基准，计算温度T时的值：。的范围为的范围为，的范围为的范围为，式中：式中：CT.;CT.KKKKNTN,NT ,NT,T ,3010081=35100471=120202012011 - 当水中溶解氧被耗费殆尽时，水中硝酸盐将被反硝化细菌复原为亚硝酸盐再转化为氮气排出。 当水中短少溶解氧和硝酸根离子时，硫酸盐和含硫蛋白质将被细菌复原为硫化氢。 水中细菌、重金属和有机毒

15、物的衰减作用多数也呈一级反响。 耗氧过程 (1) 碳化耗氧： (2) 硝化耗氧： (3) 水生植物呼吸耗氧： (4) 水体底泥耗氧：RdtdBOD 3 )e-(12tKBODBODBODBODNNnN )e-(111tKBODBODBODBODaca ddBODbcBODBODKrdtddtdb 1)1(4 2. 复氧过程(1) 大气复氧：大气复氧速率系数。大气复氧速率系数。式中：式中：22sKKdtdDODODDD 。水水温温，饱饱和和溶溶解解氧氧浓浓度度，式式中中：CTTDODO ;mg/L6 .31468ss 。度系数，通常为度系数，通常为大气复氧速率系数的温大气复氧速率系数的温大气复氧

16、速率系数大气复氧速率系数式中：式中：024. 1;22020,2,2rTrTKKK 氧亏量氧亏量1atm，淡水，淡水。水中含盐量，水中含盐量，式中：式中：%000273. 000205. 00966. 00044972. 0367134. 06244.1422sSSSTSTTDO 河口河口计算溶解氧的Hyer(1971)阅历公式(2) 光协作用复氧：光合作用产氧量。光合作用产氧量。值；值；一天中产氧速率的平均一天中产氧速率的平均式中：式中：OOPPdtd p河流中污染物的混合和衰减模型河流中污染物的混合和衰减模型BOD-DO耦合模型耦合模型污染物在河口中的混合和衰减模型污染物在河口中的混合和衰

17、减模型河口和河网水质模型河口和河网水质模型1. 污染物在河流中的混合污染物在河流中的混合 废水排入水体后，最先发生的过程是混合稀废水排入水体后，最先发生的过程是混合稀释。对大多数难降解污染物混合稀释是它们迁释。对大多数难降解污染物混合稀释是它们迁移的主要方式之一。对易降解污染物混合稀释移的主要方式之一。对易降解污染物混合稀释也是它们迁移的重要方式之一。水体的混合稀也是它们迁移的重要方式之一。水体的混合稀释、分散才干，与其水体的水文特征亲密相关。释、分散才干，与其水体的水文特征亲密相关。 当废水进入河流后，便不断地与河水发生混当废水进入河流后，便不断地与河水发生混合交换作用，使难降解污染物浓度沿

18、流程逐渐合交换作用，使难降解污染物浓度沿流程逐渐降低，这一过程称为混合稀释过程。降低，这一过程称为混合稀释过程。 污水排入河流的入河口称为污水注入点。污水污水排入河流的入河口称为污水注入点。污水注入点以下的河段，污染物在断面上的浓度分注入点以下的河段，污染物在断面上的浓度分布是不均匀的，靠入河口一侧的岸边浓度高，布是不均匀的，靠入河口一侧的岸边浓度高，远离排放口对岸的浓度低。随着河水的流逝，远离排放口对岸的浓度低。随着河水的流逝，污染物在整个断面上的分布逐渐均匀。污染物在整个断面上的分布逐渐均匀。 污染物浓度在整个断面上变为均匀一致的断面，污染物浓度在整个断面上变为均匀一致的断面，称为水质完全

19、混合断面。称为水质完全混合断面。 最早出现水质完全混合断面的位置称为完全混最早出现水质完全混合断面的位置称为完全混合点。合点。 污水注入点的上游称为初始段，或背景河段；污水注入点的上游称为初始段，或背景河段；污水注入点到完全混合点之间的河段称为非均污水注入点到完全混合点之间的河段称为非均匀混合段；匀混合段； 完全混合点的下游河段称为均匀混合段。完全混合点的下游河段称为均匀混合段。AauxCx1上游上游河段河段x2混合过程段混合过程段完全混合段完全混合段污水污水BaCH 设河水流量为设河水流量为Q，水质完全混合断面以前，水质完全混合断面以前，任一非均匀混合断面上参与和废水混合的河水任一非均匀混合

20、断面上参与和废水混合的河水流量为流量为Qi。把参与和废水混合的河水流量。把参与和废水混合的河水流量Qi与与该断面河水流量该断面河水流量Q的比值定义为混合系数，以的比值定义为混合系数，以表示：表示： 把参与和废水混合的河水流量把参与和废水混合的河水流量Qi与废水流与废水流量量q的比值定义为稀释比，以的比值定义为稀释比，以n表示：表示：iQQiQQnqq非均匀混合断面上的污染物平均浓度计算公式：非均匀混合断面上的污染物平均浓度计算公式：式中：式中： Q河流的流量，河流的流量，m3s；1排污口上游河流中污染物浓度，排污口上游河流中污染物浓度，mgL； q排人河流的废水流量，排人河流的废水流量，m3s

21、；2废水中的污染物浓度，废水中的污染物浓度，mgL。在水质完全混合断面以下的任一断面的在水质完全混合断面以下的任一断面的、n和和i均为常数。均为常数。1212iiiQqQqQqQq12iQqQq 当废水在岸边排入河流时，废水靠岸边向下当废水在岸边排入河流时，废水靠岸边向下游流去，经过相当长的间隔才干到达完全混合。游流去，经过相当长的间隔才干到达完全混合。 在非均匀混合段的废水排入一侧的岸边构成一在非均匀混合段的废水排入一侧的岸边构成一个污染带。个污染带。 当完全混合间隔当完全混合间隔Ln无实测数据时，可参考无实测数据时，可参考下表确定。表中列举出了许多河流在岸边集中下表确定。表中列举出了许多河

22、流在岸边集中排入废水时，污水与河水到达完全混合所需的排入废水时，污水与河水到达完全混合所需的时间。从下表中查取所需时间与河水实践流速时间。从下表中查取所需时间与河水实践流速的乘积为完全混合间隔。的乘积为完全混合间隔。2. 污染物质在河流中的分散污染物质在河流中的分散 污染物质在河流中的迁移总起来可分污染物质在河流中的迁移总起来可分为两类，即推流和分散。推流也称平流、为两类，即推流和分散。推流也称平流、随流输移。推流是指污染物质随水质点的随流输移。推流是指污染物质随水质点的流动一同移到新的位置。分散可分为分子流动一同移到新的位置。分散可分为分子分散、湍流分散、剪切流离散弥散和分散、湍流分散、剪切

23、流离散弥散和对流分散。对流分散。 (1) 分子分散 分子分散是指物质分子的随机运动即布朗运动而引起的物质迁移或分散景象。当水体中污染物质浓度分布不均匀时，污染物质将会从浓度高的地方向浓度低的地方挪动。分子分散过程服从费克第一定律。xEJMx 即以分散方式经过单位截面积的质量流量与分散物即以分散方式经过单位截面积的质量流量与分散物质的浓度梯度成正比。质的浓度梯度成正比。 分子分散系数普通很小。分子分散引起的物质迁移分子分散系数普通很小。分子分散引起的物质迁移与其它要素引起物质迁移相比，分子分散在水环境影与其它要素引起物质迁移相比，分子分散在水环境影响评价中往往被忽略。响评价中往往被忽略。 (2)

24、 湍流分散湍流分散 当河流做湍流运动时，随机的湍流作用引当河流做湍流运动时，随机的湍流作用引起污染物的分散，称为湍流分散。起污染物的分散，称为湍流分散。 湍流分散所引起的污染物质量通量与浓度湍流分散所引起的污染物质量通量与浓度梯度成正比。湍流分散系数比分子分散系数大梯度成正比。湍流分散系数比分子分散系数大78个数量级。因此，在河流中污染物的迁移个数量级。因此，在河流中污染物的迁移是以湍流为主的。是以湍流为主的。xEIxx (3) 剪切流离散剪切流离散 当垂直于流动方向的当垂直于流动方向的横断面上流速分布不均匀横断面上流速分布不均匀或者说有流速梯度存在的或者说有流速梯度存在的流动称为剪切流。剪切

25、流流动称为剪切流。剪切流离散又称弥散，它是由于离散又称弥散，它是由于横断面上各点的实践流速横断面上各点的实践流速不等而引起的。不等而引起的。 剪切流离散同样可以剪切流离散同样可以类比分子分散，其引起的类比分子分散，其引起的质量通量可用下式表示：质量通量可用下式表示： 式中式中 ：Dx剪切流剪切流离散系数，或称弥漫系数，离散系数，或称弥漫系数，m2s。xDJxx (4) 对流分散对流分散 对流分散指由于温度差或密度分层不稳定对流分散指由于温度差或密度分层不稳定性面引起的铅直方向对流运动所伴随的污染物性面引起的铅直方向对流运动所伴随的污染物迁移。迁移。 在自然界的水体中，各种方式分散经常交在自然界

26、的水体中，各种方式分散经常交错在一同发生，除上述污染物几种主要迁移方错在一同发生，除上述污染物几种主要迁移方式以外，还存在着冲刷、淤积和悬浮等多种方式以外，还存在着冲刷、淤积和悬浮等多种方式。除分子分散外，一切各种迁移方式都和水式。除分子分散外，一切各种迁移方式都和水体流动特性有亲密联络，因此，要研讨物质的体流动特性有亲密联络，因此，要研讨物质的分散输移规律应和研讨水体的流动特性紧紧联分散输移规律应和研讨水体的流动特性紧紧联络在一同。络在一同。 (5) 移流分散方程移流分散方程 从流动的水体中，取一微分六面体。从流动的水体中，取一微分六面体。按照物质守恒原理，从微分六面体按照物质守恒原理，从微

27、分六面体流进与流出的污染物质量流进与流出的污染物质量之差该当等于同时段内微之差该当等于同时段内微分六面体内质量的增量，分六面体内质量的增量，从而导出三维的移流分散从而导出三维的移流分散方程为：方程为：对于二维问题，移流分散方程为：对于二维问题，移流分散方程为：xyuvwtxyzEEsxxyyzzxyuvtxyEEsxxyy对于一维问题，移流分散方程为：对于一维问题，移流分散方程为： 根本模型的求解因环境问题的复杂，往往求解根本模型的求解因环境问题的复杂，往往求解起来很困难，通常是利用有限差分法和有限元起来很困难，通常是利用有限差分法和有限元法求其数值解。法求其数值解。xuEstxxx 运用水质

28、模型预测河流水质时，常假设该运用水质模型预测河流水质时，常假设该河段内无支流，在预测时期内河段的水力条件河段内无支流，在预测时期内河段的水力条件是稳态的和只在河流的起点有恒定浓度和流量是稳态的和只在河流的起点有恒定浓度和流量的废水或污染物排入。的废水或污染物排入。 假设在河段内有支流汇入，而且沿河有多假设在河段内有支流汇入，而且沿河有多个污染源，这时应将河流划分为多个河段采用个污染源，这时应将河流划分为多个河段采用多河段模型。多河段模型。(1) (1) 河流水质模型的定义及分类河流水质模型的定义及分类定义：河流水质模型是描画水体中污染物随定义：河流水质模型是描画水体中污染物随时间和空间迁移转化

29、规律的数学方程。时间和空间迁移转化规律的数学方程。分类：分类：按时间特性分：分为动态模型和静态模型。按时间特性分：分为动态模型和静态模型。 描写水体中水质组分的浓度随时间变化描写水体中水质组分的浓度随时间变化的水质模型称为动态模型。的水质模型称为动态模型。 描画水体中水质组分的浓度不随时间变描画水体中水质组分的浓度不随时间变化的水质模型称为静态模型。化的水质模型称为静态模型。按水质模型的空间维数分：分为零维、一维、二维、按水质模型的空间维数分：分为零维、一维、二维、三维水质模型。三维水质模型。 当把所调查的水体看成是一个完全混合反响器时，当把所调查的水体看成是一个完全混合反响器时，即水体中水质

30、组分的浓度是均匀分布的，描画这种情即水体中水质组分的浓度是均匀分布的，描画这种情况的水质模型称为零维的水质模型。况的水质模型称为零维的水质模型。 描画水质组分的迁移变化在一个方向上是重要的，描画水质组分的迁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。维水质模型。 描画水质组分的迁移变化在两个方向上是重要的，描画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，这种水质模型称在另外的一个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为两维水质模型。为两维水质模型。 描画水质组分迁移变化在三个方向进展

31、的水质模描画水质组分迁移变化在三个方向进展的水质模型称为三维水质模型。型称为三维水质模型。按描画水质组分的多少分：分为单一组分和按描画水质组分的多少分：分为单一组分和多组分的水质模型。多组分的水质模型。 水体中某一组分的迁移转化与其它组分水体中某一组分的迁移转化与其它组分没有关系，描画这种组分迁移转化的水质模型没有关系，描画这种组分迁移转化的水质模型称为单一组分的水质模型。称为单一组分的水质模型。 水体中一组分的迁移转化与另一组分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络、相互或几个组分的迁移转化是相互联络、相互影响的，描画这种情况的水质模型称为多组分影响的，描画这种情况的

32、水质模型称为多组分的水质模型。的水质模型。按水体的类型可分为：河流水质模型、河口按水体的类型可分为：河流水质模型、河口水质模型受潮汐影响、湖泊水质模型、水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。河流、河口水库水质模型和海湾水质模型等。河流、河口水质模型比较成熟，湖、海湾水质模型比较复杂，质模型比较成熟，湖、海湾水质模型比较复杂，可靠性小。可靠性小。按水质组分可分为：耗氧有机物模型按水质组分可分为：耗氧有机物模型BODDO模型模型 ，无机盐、悬浮物、放射，无机盐、悬浮物、放射性物质等性物质等单一组分的水质模型，难降解有机物水质模单一组分的水质模型，难降解有机物水质模型，重

33、金属迁移转化水质模型。型，重金属迁移转化水质模型。 水质模型的选择：选择水质模型必需对所研讨水质模型的选择：选择水质模型必需对所研讨的水质组分的迁移转化规律有清楚地了解。由于水的水质组分的迁移转化规律有清楚地了解。由于水质质组分的迁移组分的迁移(分散和平流分散和平流)取决于水体的水文特性和水取决于水体的水文特性和水动力学特性。在流动的河流中，平流迁移往往占主动力学特性。在流动的河流中，平流迁移往往占主导导位置，对某些组分可以忽略分散项；在受潮汐影响位置，对某些组分可以忽略分散项；在受潮汐影响的的河口中，分散是主导的迁移景象，分散项必需思索河口中，分散是主导的迁移景象，分散项必需思索而而不能忽略

34、。对这两者选择的模型就不应一样。对河不能忽略。对这两者选择的模型就不应一样。对河床床规整，断面不变，污染物排入量不变的水体，可选规整，断面不变，污染物排入量不变的水体，可选用用静态模型。为了减少模型的复杂性和减少所需的资静态模型。为了减少模型的复杂性和减少所需的资料，对河流系统的水质模型往往选用静态的。料，对河流系统的水质模型往往选用静态的。 选择的水质模型必需反映所研讨的水质组分，选择的水质模型必需反映所研讨的水质组分，运用条件和现实条件接近。运用条件和现实条件接近。(2) 污染物在均匀流场中的分散水质模型污染物在均匀流场中的分散水质模型 进入环境的污染物可以分为两大类：守恒进入环境的污染物

35、可以分为两大类：守恒污染物惰性污染物和非守恒污染物。污染物惰性污染物和非守恒污染物。守恒污染物：污染物进入环境以后，随着介质守恒污染物：污染物进入环境以后，随着介质的运动不断地变换所处的空间位置，还由于分的运动不断地变换所处的空间位置，还由于分散作用不断向周围分散而降低其初始浓度，但散作用不断向周围分散而降低其初始浓度，但它不会因此而改动总量，不发生衰减。这种污它不会因此而改动总量，不发生衰减。这种污染物称为守恒污染物。如重金属、很多高分子染物称为守恒污染物。如重金属、很多高分子有机化合物等。有机化合物等。非守恒污染物：污染物进入环境以后，除了随非守恒污染物：污染物进入环境以后，除了随着环境介

36、质流动而改动位置，并不断分散而降着环境介质流动而改动位置，并不断分散而降低浓度外，还因本身的衰减而加速浓度的下降。低浓度外，还因本身的衰减而加速浓度的下降。这种污染物称为非守恒污染物。这种污染物称为非守恒污染物。非守恒物质的衰减有两种方式：一种是由其本非守恒物质的衰减有两种方式：一种是由其本身的运动变化规律决议的；如放射性物质的蜕身的运动变化规律决议的；如放射性物质的蜕变；另一种是在环境要素的作用下，由于化学变；另一种是在环境要素的作用下，由于化学的或生物化学的反响而不断衰减的，如可生化的或生物化学的反响而不断衰减的，如可生化降解的有机物在水体中微生物作用下的氧化分降解的有机物在水体中微生物作

37、用下的氧化分解过程。解过程。守恒污染物在均匀流场中的分散方程守恒污染物在均匀流场中的分散方程 对于守恒污染物在运动过程中不发生衰减。对于守恒污染物在运动过程中不发生衰减。在均匀流场中，流速应为常数，分散参数也应在均匀流场中，流速应为常数，分散参数也应为常数。因此，移流分散方程式有以下方式：为常数。因此，移流分散方程式有以下方式：二维空间分散方程式为：二维空间分散方程式为：一维空间分散方程式为：一维空间分散方程式为：分散方程的解分散方程的解对于瞬时点源，守恒污染物在均匀无限大流场对于瞬时点源，守恒污染物在均匀无限大流场中，污染物浓度呈高斯分布。假设设坐标原点中，污染物浓度呈高斯分布。假设设坐标原

38、点在污染物排放点，那么有：在污染物排放点，那么有：二维分散方程的解：二维分散方程的解：22dEdtx22exp44xutyMEtEt一维分散方程的解为：一维分散方程的解为：对于守恒污染物，实践运用中，在不需求思索对于守恒污染物，实践运用中，在不需求思索其横向均匀混合时间的情况下，通常假设其可其横向均匀混合时间的情况下，通常假设其可以瞬间混合终了，而采用完全混合公式来计算以瞬间混合终了，而采用完全混合公式来计算河流断面的污染物浓度。河流断面的污染物浓度。2()exp44MxutEtEt 对非守恒污染物，在河流的流量和其他水文对非守恒污染物，在河流的流量和其他水文条件不变的稳态条件下，可以采用一维

39、模型进条件不变的稳态条件下，可以采用一维模型进展污染物浓度预测。展污染物浓度预测。220 xxEuKxx 对于非耐久性或可降解污染物，假设给定对于非耐久性或可降解污染物，假设给定x x0 0，00，上式解为：，上式解为： 对于普通条件下的河流，推流构成的污染物迁移作对于普通条件下的河流，推流构成的污染物迁移作用要比弥散作用大得多，在稳态条件下，弥散作用用要比弥散作用大得多，在稳态条件下，弥散作用可以忽略，那么有：可以忽略，那么有：式中：式中： ux ux河流的平均流速，河流的平均流速，m md d或或m ms s；ExEx废水与河水的纵向混合系数，废水与河水的纵向混合系数，m2m2d d或或m

40、2m2s s； K K污染物的衰减系数，污染物的衰减系数，1 1d d或或1 1s s； x x河水河水( (从排放口从排放口) )向下游流经的间隔，向下游流经的间隔，m m。04exp112xxxxu xKEEu xuKx0 NoImage例例1 一个改扩建工程拟向河流排放废水，废水一个改扩建工程拟向河流排放废水，废水量量q0.15m3s，苯酚浓度为，苯酚浓度为30gL，河流流，河流流量量Q5.5m3s，流速，流速u0.3ms，苯酚背景浓，苯酚背景浓度为度为 0.5 g L，苯酚的降解衰减系数，苯酚的降解衰减系数K0.2d-1，纵向弥散系数，纵向弥散系数Ex10m2s。求排放点。求排放点下游

41、下游10km处的苯酚浓度。处的苯酚浓度。解解 计算起始点处完全混合后的初始浓度：计算起始点处完全混合后的初始浓度：(1) 思索纵向弥散条件下的下游思索纵向弥散条件下的下游10km处的浓度：处的浓度：00.15305.50.51.28/5.50.15g L24 0.2/86400 100.3 100001.28 exp111.19/2 100.3g L2忽略纵向弥散时的下游忽略纵向弥散时的下游10km处的浓度：处的浓度： 0.2 100001.281.19/0.3 86400g L 由此看出，在稳态条件下，忽略纵向弥散由此看出，在稳态条件下，忽略纵向弥散系数与思索纵向弥散系数的差别可以忽略。系数

42、与思索纵向弥散系数的差别可以忽略。 对水面宽阔的河流受纳污对水面宽阔的河流受纳污(废废)水后的混合过水后的混合过程和污染物的衰减可用二维模型预测；对于水程和污染物的衰减可用二维模型预测；对于水面又宽又深和流态复杂的河流水质预测宜采用面又宽又深和流态复杂的河流水质预测宜采用三维模型。三维模型。 (3) 污染物与河水完全混合所需间隔污染物与河水完全混合所需间隔 污染物从排污口排出后要与河水完全混合污染物从排污口排出后要与河水完全混合需一定的纵向间隔，这段间隔称为混合过程段。需一定的纵向间隔，这段间隔称为混合过程段。 当某一断面上恣意点的浓度与断面平均浓当某一断面上恣意点的浓度与断面平均浓度之比介于

43、度之比介于0.95 至至1.05 之间时，称该断面已到之间时，称该断面已到达横向混合，由排放点至完成横向断面混合的达横向混合，由排放点至完成横向断面混合的间隔称为完成横向混合所需的间隔。间隔称为完成横向混合所需的间隔。 当采用河中心排放时所需的完成横向混合当采用河中心排放时所需的完成横向混合的间隔为：的间隔为：在岸边上排时：在岸边上排时：20.1xyu BxE20.4xyu BxE二、二、BODDO耦合模型耦合模型 河水中溶解氧浓度河水中溶解氧浓度 (DO)是决议水质是决议水质干净程度的重要参数之一，而排入河流的干净程度的重要参数之一，而排入河流的 BOD在衰减过程中将不断耗费在衰减过程中将不

44、断耗费DO，与此，与此同时空气中的氧气又不断溶解到河水中。同时空气中的氧气又不断溶解到河水中。 描画一维河流中描画一维河流中BOD 和和DO消长变化消长变化规律的模型规律的模型(SP模型模型)。建立。建立SP模型的模型的根本假设如下：根本假设如下：河流中的河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都的衰减和溶解氧的复氧都是一级反响；是一级反响；反响速度是定常的；反响速度是定常的；河流中的耗氧是由河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，而衰减引起的，而河流中的溶解氧来源那么是大气复氧。河流中的溶解氧来源那么是大气复氧。S P方程：方程：临界氧亏发生的时间：临界氧亏发生的时间： 该方程是运用最广的河流水质中该方

45、程是运用最广的河流水质中BODDO预测模型。预测模型。01220121ssDODODBODK tK tK tDODKeeeKK0021221111ln1DcBODKKKtKKKKSP模型的修正模型：模型的修正模型： SP模型的假设是不模型的假设是不完全符合实践的。为了计算河流水质的某些特完全符合实践的。为了计算河流水质的某些特殊问题，人们在殊问题，人们在 SP 模型的根底上附加了一些模型的根底上附加了一些新的假设，推导出了一些新的模型。新的假设，推导出了一些新的模型。托马斯托马斯(Thomas)模型模型 对一维静态河流，在对一维静态河流，在SP模型的根底上，模型的根底上，为了思索沉淀、絮凝、冲

46、刷和再悬浮过程对为了思索沉淀、絮凝、冲刷和再悬浮过程对BOD去除的影响，引入了去除的影响，引入了BOD沉浮系数沉浮系数k3，BOD变化速度为变化速度为k3L。由以下的根本方程组。由以下的根本方程组(忽忽略分散项略分散项)：解得：解得：1300132201132ekktBODBODBODkktk tk tDDkeeekkk1312BODBODDBODDdkkdtdkkdt 方程组：方程组：。和和处河水的处河水的求该河段求该河段。，溶解氧为，溶解氧为为为上游河水上游河水，溶解氧为，溶解氧为为为的废水，的废水，河段始端排放河段始端排放。，水温，水温流速流速，例题：某河段流量例题：某河段流量DOBOD

47、kmxLmgBODLmgBODdmQdkdkdkCTdkmudmQx555341131211346/95. 800/500/101017. 082. 194. 06 .13/46/10216 LmgTCLmgLmgDOBODSDODOBOD/354.106 .136 .314686 .314686 .13/554. 81021601095. 8216/124.2210216500100216005 下饱和溶解氧下饱和溶解氧为为和和的的解：河段始端混合河水解：河段始端混合河水LmgeeekkkkLmgeeBODxxuxKDvxkvxkkBODsDODsDODOuxkkBODBOD/64. 6)2

48、(/01.20124.22)1(/)(2310146/6)17. 094. 0(/)(052023131 河水的溶解氧为河水的溶解氧为为为河水的河水的三、污染物在河口中的混合和衰减模型三、污染物在河口中的混合和衰减模型 入海河口受海洋潮汐和上游河流来水双重入海河口受海洋潮汐和上游河流来水双重作用。海潮上溯与上游下泄的水流相汇构成剧作用。海潮上溯与上游下泄的水流相汇构成剧烈的混协作用。烈的混协作用。 普通污染比较严重的河口都是工业集中的普通污染比较严重的河口都是工业集中的城市或水陆交通枢纽。在无组织排放的条件下，城市或水陆交通枢纽。在无组织排放的条件下，河口将受纳许多排放口废水。在通航的河口，河

49、口将受纳许多排放口废水。在通航的河口，其宽度普通都较大，也比较深，污染物要完成其宽度普通都较大，也比较深，污染物要完成横向混合仍需求经过较长的间隔。横向混合仍需求经过较长的间隔。 当只需了解污染物在一个潮汐周期内的平当只需了解污染物在一个潮汐周期内的平均浓度时，可以采用本节中引见的河流相应情均浓度时，可以采用本节中引见的河流相应情况的模型，其混合系数况的模型，其混合系数Ey可以采用式可以采用式(467)的的泰勒公式。泰勒公式。 假设要求污染物与河口水混合过程中浓度假设要求污染物与河口水混合过程中浓度随时间变化情况，那么应采用二维动态混合数随时间变化情况，那么应采用二维动态混合数值模型预测：首先

50、经过实测得到断面上各测点值模型预测：首先经过实测得到断面上各测点流速与断面平均流速的相关关系，同时用一维流速与断面平均流速的相关关系，同时用一维非恒定流方程数值模型计算出沿程各断面平均非恒定流方程数值模型计算出沿程各断面平均流速，这样就可得到河口的流场分布。流速，这样就可得到河口的流场分布。二维动态混合物数值模型的微分方程见式：二维动态混合物数值模型的微分方程见式：2222xyxyuuEEKtxyxy四、河口和河网水质模型四、河口和河网水质模型 河口是入海河流受潮汐作用影响明河口是入海河流受潮汐作用影响明显的河段。显的河段。潮汐对河口水质的双重影响：潮汐对河口水质的双重影响：上游下泄的水流相汇

51、，构成剧烈的上游下泄的水流相汇，构成剧烈的混协作用，使污染物的分布趋于均匀；混协作用，使污染物的分布趋于均匀；由于潮流的顶托作用，延伸了污染由于潮流的顶托作用，延伸了污染物在河口的停留时间，有机物的降解物在河口的停留时间，有机物的降解会进一步耗费水中的溶解氧，使水质会进一步耗费水中的溶解氧，使水质下降。下降。此外，潮汐也使河口的含盐量添加。此外，潮汐也使河口的含盐量添加。 河口模型比河流模型复杂，求解也比较困河口模型比河流模型复杂，求解也比较困难。对河口水质有艰苦影响的评价工程，需求难。对河口水质有艰苦影响的评价工程，需求预测污染物浓度随时间的变化。这时应采用水预测污染物浓度随时间的变化。这时

52、应采用水力学中的非恒定流的数值模型，以差分法计算力学中的非恒定流的数值模型，以差分法计算流场，再采用动态水质模型，预测河口恣意时流场，再采用动态水质模型，预测河口恣意时刻的水质。当排放口的废水能在断面上与河水刻的水质。当排放口的废水能在断面上与河水迅速充分混合，那么也可用一维非恒定流数值迅速充分混合，那么也可用一维非恒定流数值模模型计算流场，再用一维动态水质模型预测恣意型计算流场，再用一维动态水质模型预测恣意时辰的水质。对河口水质有艰苦影响，但只需时辰的水质。对河口水质有艰苦影响，但只需预测污染物在一个潮汐周期内的平均浓度，这预测污染物在一个潮汐周期内的平均浓度，这时可以用一维潮周平均模型预测

53、。时可以用一维潮周平均模型预测。 一维潮周平均河口水质模型如下：一维潮周平均河口水质模型如下：式中：式中：r污染物的衰减速率，污染物的衰减速率，g/(m3.d)； s系统外输入污染物的速率，系统外输入污染物的速率，g/(m3.d)； ux不思索潮汐作用，由上游来水不思索潮汐作用，由上游来水(净泄净泄量量)产生的流速，产生的流速，m/s。假定假定s0和和rK1，对排放点上游对排放点上游x0对排放点下游对排放点下游x 00 xxdddEursdxdxdx 2104112expxxxxuEKExu 2104112expxxxxuEKExu 21041xxuEKQW 第三节第三节 湖泊湖泊(水库水库)

54、水质数学模型水质数学模型 湖泊水库水流形状分为前进和振动两类。湖泊水库水流形状分为前进和振动两类。前者指湖流和混协作用，后者指动摇和波漾。前者指湖流和混协作用，后者指动摇和波漾。 (1)湖流：指湖水在水力坡度、密度梯度和风湖流：指湖水在水力坡度、密度梯度和风力等作用下产生沿一定方向的缓慢流动。湖流经力等作用下产生沿一定方向的缓慢流动。湖流经常呈程度环状运动多出如今湖水较浅的场所常呈程度环状运动多出如今湖水较浅的场所和垂直环状运动和垂直环状运动(湖水较深时湖水较深时)。 (2)混合：指在风力和水力坡度作用下产生的混合：指在风力和水力坡度作用下产生的湍流混合和由湖水密度差引起的对流混协作用。湍流混

55、合和由湖水密度差引起的对流混协作用。 (3)动摇：主要由风引起的，又称风浪。动摇：主要由风引起的，又称风浪。 (4)波漾：是在复杂的外力作用下，湖中水位波漾：是在复杂的外力作用下，湖中水位有节拍的升降变化。有节拍的升降变化。 湖泊湖泊(水库水库)的水质特征：的水质特征：水的停留时间较长可达数月至数年，属于水的停留时间较长可达数月至数年，属于缓流水域，其中的化学和生物学过程坚持一个比缓流水域，其中的化学和生物学过程坚持一个比较稳定的形状。较稳定的形状。进入湖泊和水库中的营养物质在其中容易不断进入湖泊和水库中的营养物质在其中容易不断积累，致使水质发生富营养化。积累，致使水质发生富营养化。在水深较大

56、的湖、库中，水温暖水质是竖向分在水深较大的湖、库中，水温暖水质是竖向分层的。层的。 湖泊水质模型分为描画湖、库营养情况的箱湖泊水质模型分为描画湖、库营养情况的箱式模型、分层箱式模型和描画温度与水质竖向分式模型、分层箱式模型和描画温度与水质竖向分布的分层模型。布的分层模型。一、完全混合模型一、完全混合模型 完全混合模型属箱式模型，也称沃兰伟德完全混合模型属箱式模型，也称沃兰伟德(Vollenwelder)模型。模型。 对于停留时间很长、水质根本处于稳定形状对于停留时间很长、水质根本处于稳定形状的中小型湖泊和水库，可以简化为一个均匀混合的中小型湖泊和水库，可以简化为一个均匀混合的水体。沃兰伟德假定

57、，湖泊中某种营养物的浓的水体。沃兰伟德假定，湖泊中某种营养物的浓度随时间的变化率，是输入、输出和在湖泊内堆度随时间的变化率，是输入、输出和在湖泊内堆积的该种营养物量的函数，可以用质量平衡方程积的该种营养物量的函数，可以用质量平衡方程表示：表示： 1污染物污染物(营养物营养物)混合和降解模型混合和降解模型1dVWQKVdt式中：式中： V湖、库的容积，湖、库的容积，m3； 污染物或水质参数的浓度，污染物或水质参数的浓度，mgL； 污染物或水质参数的平均排入量，污染物或水质参数的平均排入量，mgs； t时间，时间，s； Q出入湖、库流量，出入湖、库流量，m3s；K1-污染物或水质参数浓度衰减速率系

58、数污染物或水质参数浓度衰减速率系数1s。积分上式得：积分上式得：式中：式中： W0现有污染物排入量，现有污染物排入量，mgs；W0pWWq tKVQWVKQt11exp 拟建工程废水中污染物浓度，拟建工程废水中污染物浓度，mgL； q废水排放量，废水排放量，m3s。而而 式中：式中： 湖、库中污染物起始浓度，湖、库中污染物起始浓度，mgL。那么：。那么：对于耐久性污染物对于耐久性污染物K10，那么：，那么：当时间足够长，湖、库中污染物当时间足够长，湖、库中污染物(营养物营养物)浓度到浓度到达平衡时，达平衡时， 。那么平衡时浓度为：。那么平衡时浓度为： p10WQKV0011 tttWQeeKV

59、VQV0ddteWV2求湖、库中污染物到达一指定求湖、库中污染物到达一指定t所需时间所需时间t。设设t/0=，那么：，那么：3无污染物输入无污染物输入(W0)时浓度随时间变化为时浓度随时间变化为 这时，可以求出污染物这时，可以求出污染物(营养物营养物)浓度到达初始浓浓度到达初始浓度之比为度之比为即即t 0 时，所需时间：时，所需时间： 1ln(1)VtQKV1(/)00Q VKttee11lnt4溶解氧模型溶解氧模型式中：式中：K2大气复氧系数，大气复氧系数，1/d或或1/s；DO0溶解氧起始浓度，溶解氧起始浓度，mg/L；R湖库的生物和非生物要素耗氧总量，湖库的生物和非生物要素耗氧总量，mg

60、/(m3.d)或或mg/(m3s)； R=rABA养鱼密度，养鱼密度，kg/m3； r鱼类耗氧速率，鱼类耗氧速率，mg/(kg.d)或或mg/(kgs)；DOs饱和溶解氧浓度，饱和溶解氧浓度，mg/L；B其他要素耗氧量，其他要素耗氧量，mg/(m3.d)或或mg/(m3s)。02sDODODODODOdQKRdtV历式计算或借用类似水体的阅历数历式计算或借用类似水体的阅历数据。据。1. 阅历公式计算公式参见阅历公式计算公式参见P82：4-64至至4-682. 示踪实验示踪实验 原理：是向水体中投放示踪物质，追踪测定其浓原理：是向水体中投放示踪物质，追踪测定其浓度变化，据此计算所需的各个环境水力