环境影响评价讲授地表水环境影响评价学习教案.pptx

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1、会计学1环境影响评价环境影响评价(pngji)讲授讲授 地表水环境地表水环境影响评价影响评价(pngji)第一页，共101页。第四章第四章 地表水环境影响评价地表水环境影响评价(pngji)(pngji)第一节第一节 地表水体的污染地表水体的污染(wrn)和自净和自净一、地表水资源一、地表水资源二、水体污染二、水体污染点污染源点污染源 点污染源排放的废水量和污染物可以从管点污染源排放的废水量和污染物可以从管道或沟渠中直接量测流量和采样分析组分浓度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，常采用排确定，在经费和其他条件有限制时，常采用排污指标污指标(例如例如(lr)

2、排放系数排放系数)推算的方法。推算的方法。第1页/共100页第二页，共101页。居住区生活污水居住区生活污水(w shu)量计算式，式量计算式，式中：中：QS居住区生活污水居住区生活污水(w shu)量，量，L/s；q每人每日的排水定额，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)。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；Ki总变化系数总变化系数(xsh)，根据工艺或经，根据工艺或经验决定；验决定；t 工厂每日工作时数，工厂每日工作时数，h。

3、第2页/共100页第三页，共101页。2.非点污染非点污染(wrn)源源非点污染非点污染(wrn)源：非点污染源：非点污染(wrn)源又称源又称面源，是指分散或均匀地通过岸线进入水体的面源，是指分散或均匀地通过岸线进入水体的废水和自然降水通过沟渠进入水体的废水。废水和自然降水通过沟渠进入水体的废水。主要包括城镇排水、农田排水和农村生活主要包括城镇排水、农田排水和农村生活废水、矿山废水、分散的小型禽畜饲养场废水，废水、矿山废水、分散的小型禽畜饲养场废水，以及大气污染以及大气污染(wrn)物通过重力沉降和降水过物通过重力沉降和降水过程进入水体等所造成的污染程进入水体等所造成的污染(wrn)废水。废

4、水。非点源污染非点源污染(wrn)情况复杂，其污染情况复杂，其污染(wrn)影响较难定量，但又不能忽视，特别是影响较难定量，但又不能忽视，特别是对点源已进行有效控制后，非点源污染对点源已进行有效控制后，非点源污染(wrn)会日益突出。会日益突出。第3页/共100页第四页，共101页。(1)城市非点污染源负荷估计：城市非点污染源负荷估计：城市非点污染源负荷来源：城市雨水下水道及合城市非点污染源负荷来源：城市雨水下水道及合流制下水道的溢流。污染物自城市街道经排水系流制下水道的溢流。污染物自城市街道经排水系统进入受纳水体。统进入受纳水体。城市非点源污染物被暴雨冲刷到接受水体的负荷城市非点源污染物被暴

5、雨冲刷到接受水体的负荷的计算：的计算：基本程序：首先估计暴雨事件中暴雨径流的大小基本程序：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），从而确定暴雨（径流深度和径流面积的乘积），从而确定暴雨的冲刷率，进而估计径流冲刷到受纳水体的沉积的冲刷率，进而估计径流冲刷到受纳水体的沉积物负荷，然后根据沉积物中污染物浓度计算污染物负荷，然后根据沉积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物负荷，或者根据固体废物与污染物的统计相关(xinggun)关系计算污染物负荷。关系计算污染物负荷。第4页/共100页第五页，共101页。暴雨径流深度暴雨径流深度(shnd)的估计：的

6、估计：RCRPDs 式中：式中：R 总暴雨径流深度总暴雨径流深度(shnd)，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(指屋指屋面、沥青和水泥路面或广场面、沥青和水泥路面或广场(gungchng)、庭院、庭院等等)的径流系数的径流系数。第5页/共100页第六页，共101页。准确计算式：准确计算式：式中：式中：Fi各种类型地区所占的面积各种类型地区所占的面积(min j)；i对应

7、的径流系数。对应的径流系数。洼地存水洼地存水Ds的粗略的粗略(cl)估计：估计：径流中冲刷到接受水体的颗粒物负荷：在总暴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。一般认雨径流估算出来后，可估算暴雨冲刷率。一般认为为(rnwi)1 h内总径流为内总径流为1.27 cm时，可冲走时，可冲走90的街道表面颗粒物（沉积物）。的街道表面颗粒物（沉积物）。第6页/共100页第七页，共101页。暴雨径流中冲刷的固体暴雨径流中冲刷的固体(gt)负荷：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

8、；Ysu街道表面颗粒物日负荷量，街道表面颗粒物日负荷量，kgd。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(tinsh)，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(tinsh)，d；s街道清扫频率。街道清扫频率。第7页/共100页第八页，共101页。式中：式中：Lsu颗粒物日负荷颗粒物日负荷(fh)率，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。街道街道(jido)表面颗粒物日负荷取决于多种因素，表面颗粒物日负荷取决于多种因素，如交通强度、区域地表覆盖物的形式、径流量和降如交通强度、区域地表

9、覆盖物的形式、径流量和降雨强度、灰尘沉降量、前期干旱时间、城市街道雨强度、灰尘沉降量、前期干旱时间、城市街道(jido)清扫频率和清扫质量等。清扫频率和清扫质量等。第8页/共100页第九页，共101页。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(fh)：用颗粒固体负荷用颗粒固体负荷(fh)乘上浓度因子计算有机物乘上浓度因子计算有机物负荷负荷(fh)：式中：式中：You有机污染物的日负荷有机污染物的日负荷(fh)量，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总颗粒物固体日负荷(fh)量，量，kgd；Cou有机污染物在颗粒物中的浓度，有机污

10、染物在颗粒物中的浓度，gg。城市降雨径流问题是个十分复杂的问题，与水城市降雨径流问题是个十分复杂的问题，与水分循环的每一个环节分循环的每一个环节(hunji)都有关系，并与多种都有关系，并与多种因素相关，如降水过程、大气污染、土地使用、人因素相关，如降水过程、大气污染、土地使用、人类污染特征、自然特点等。由于变化性大、随机性类污染特征、自然特点等。由于变化性大、随机性强、偶然因素多，尚未掌握其规律性。强、偶然因素多，尚未掌握其规律性。第9页/共100页第十页，共101页。(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：避开污染物在农田表面实际迁移过程第一种方法：避开污染物在农田表

11、面实际迁移过程的变化，仅通过采集和分析各个集水区的径流水样的变化，仅通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量，其公式计算进入某一水环境中某种污染物总量，其公式(gngsh)如下：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集水区总数。集水区总数。第10页/共100页第十一页，共101页。第二节第二节 污染物质在河流中的混合与扩散污染物质在河流中的混合与扩散一、污染物质在

12、河流中的混合一、污染物质在河流中的混合 废水排入水体后，最先发生的过程是混合稀释。废水排入水体后，最先发生的过程是混合稀释。对大多数保守污染物混合稀释是它们对大多数保守污染物混合稀释是它们(t men)迁移迁移的主要方式之一。对易降解的污染物混合稀释也是它的主要方式之一。对易降解的污染物混合稀释也是它们们(t men)迁移的重要方式之一。水体的混合稀释、迁移的重要方式之一。水体的混合稀释、扩散能力，与其水体的水文特征密切相关。扩散能力，与其水体的水文特征密切相关。1河流的混合稀释模型河流的混合稀释模型 当废水进入当废水进入(jnr)河流后，便不断地与河河流后，便不断地与河水发生混合交换作用，使

13、保守污染物浓度沿流水发生混合交换作用，使保守污染物浓度沿流程逐渐降低，这一过程称为混合稀释过程。程逐渐降低，这一过程称为混合稀释过程。第11页/共100页第十二页，共101页。污水排入河流的入河口称为污水排入河流的入河口称为(chn wi)污水注污水注入点。污水注入点以下的河段，污染物在断面入点。污水注入点以下的河段，污染物在断面上的浓度分布是不均匀的，靠入河口一侧的岸上的浓度分布是不均匀的，靠入河口一侧的岸边浓度高，远离排放口对岸的浓度低。随着河边浓度高，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水的流逝，污染物在整个断面上的分布逐渐均匀。匀。污染物浓度在整个断面

14、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，称为称为(chn wi)水质完全混合断面。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最早出现水质完全混合断面的位置称为(chn wi)完全混合点。完全混合点。污水注入点的上游称为污水注入点的上游称为(chn wi)初始段，或初始段，或背景河段；污水注入点到完全混合点之间的河背景河段；污水注入点到完全混合点之间的河段称为段称为(chn wi)非均匀混合段；非均匀混合段；完全混合点的下游河段称为完全混合点的下游河段称为(chn wi)均匀混均匀混合段。合段。第12页/共100页第十三页，共101页。设河水流量设河水流量(li

15、ling)为为Q，水质完全混合，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断面以前，任一非均匀混合断面上参与和废水混合的河水流量混合的河水流量(liling)为为Qi。把参与和废水。把参与和废水混合的河水流量混合的河水流量(liling)Qi与该断面河水流量与该断面河水流量(liling)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(liling)Qi与废水流量与废水流量(liling)q的比值定义为稀释比，的比值定义为稀释比，以以n表示：表示：第13页/共100页第十四页，共101页。非均匀混合非均匀混合(hnh

16、)断面上的污染物平均浓度计算断面上的污染物平均浓度计算公式：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；2废水中的污染物浓度，废水中的污染物浓度，mgL。在水质完全混合在水质完全混合(hnh)断面以下的任一断面的断面以下的任一断面的、n和和i均为常数。均为常数。第14页/共100页第十五页，共101页。当废水在岸边排入河流时，废水靠岸边向当废水在岸边排入河流时，废水靠岸边向下游流去，经过相当长的距离才能达到完全混合下游流去，经过相当长的距离才能达到完全混合。在非均匀混合段

17、的废水排入一侧的岸边形成一。在非均匀混合段的废水排入一侧的岸边形成一个污染带。当完全混合距离个污染带。当完全混合距离Ln无实测无实测(sh c)数数据时，可参考下表确定。表中列举出了许多河流据时，可参考下表确定。表中列举出了许多河流在岸边集中排入废水时，污水与河水达到完全混在岸边集中排入废水时，污水与河水达到完全混合所需的时间。从表中查取所需时间与河水实际合所需的时间。从表中查取所需时间与河水实际流速的乘积为完全混合距离。流速的乘积为完全混合距离。第15页/共100页第十六页，共101页。二、污染物质二、污染物质(wzh)在河流中的扩散在河流中的扩散 污染物质污染物质(wzh)在河流中的迁移总

18、起来可分在河流中的迁移总起来可分为两类，即推流和扩散。推流也称平流、随流输移。为两类，即推流和扩散。推流也称平流、随流输移。推流是指污染物质推流是指污染物质(wzh)随水质点的流动一起移随水质点的流动一起移到新的位置。扩散可分为分子扩散、湍流扩散、剪到新的位置。扩散可分为分子扩散、湍流扩散、剪切流离散（弥散）和对流扩散。切流离散（弥散）和对流扩散。1分子扩散分子扩散 分子扩散是指物质分子扩散是指物质(wzh)分子的随机运动分子的随机运动（即布朗运动）而引起的物质（即布朗运动）而引起的物质(wzh)迁移或分迁移或分散现象。当水体中污染物质散现象。当水体中污染物质(wzh)浓度分布不浓度分布不均匀

19、时，污染物质均匀时，污染物质(wzh)将会从浓度高的地方将会从浓度高的地方向浓度低的向浓度低的地方移动。分子扩散过程服从地方移动。分子扩散过程服从费克第一定律。费克第一定律。第16页/共100页第十七页，共101页。即以扩散方式即以扩散方式(fngsh)通过单位截面积的质量流通过单位截面积的质量流量与扩散物质的浓度梯度成正比。量与扩散物质的浓度梯度成正比。分子扩散系数一般很小。分子扩散引起的物分子扩散系数一般很小。分子扩散引起的物质迁移与其它因素引起物质迁移相比，分子扩散在质迁移与其它因素引起物质迁移相比，分子扩散在水环境影响评价中往往被忽略。水环境影响评价中往往被忽略。2湍流扩散湍流扩散 当

20、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扩散，称为湍流扩散。起污染物的扩散，称为湍流扩散。湍流扩散所引起的污染物质量通量与浓度湍流扩散所引起的污染物质量通量与浓度梯度成正比。湍流扩散系数比梯度成正比。湍流扩散系数比分子分子(fnz)扩散系数大扩散系数大78个数量级。个数量级。因此，在河流中污染物的迁移因此，在河流中污染物的迁移是以湍流为主的。是以湍流为主的。第17页/共100页第十八页，共101页。3剪切流离散剪切流离散 当垂直于流动方向的横断面上流速分布不均当垂直于流动方向的横断面上流速分布不均匀或者说有流速梯度存在的流动称为剪切流。剪切匀或者说有流速

21、梯度存在的流动称为剪切流。剪切流离散又称弥散，它是由于流离散又称弥散，它是由于(yuy)横断面上各点横断面上各点的实际流速不等而引起的。的实际流速不等而引起的。剪切流离散同样可以类比分子扩散，其引起剪切流离散同样可以类比分子扩散，其引起的质量通量可用下式表示：的质量通量可用下式表示：式中式中：Dx剪切流离散系剪切流离散系数，或称弥漫系数，数，或称弥漫系数，m2s。4对流扩散对流扩散(kusn)对流扩散对流扩散(kusn)指由于温度差或密度分层不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稳定性面引起的铅直方向对流运动所伴随的污染物迁移。迁移。第18页/共100页第十九页

22、，共101页。在自然界的水体中，各种形式扩散常常交在自然界的水体中，各种形式扩散常常交织在一起发生织在一起发生(fshng)，除上述污染物几种主，除上述污染物几种主要迁移方式以外，还存在着冲刷、淤积和悬浮要迁移方式以外，还存在着冲刷、淤积和悬浮等多种形式。除分子扩散外，所有各种迁移方等多种形式。除分子扩散外，所有各种迁移方式都和水体流动特性有密切联系，因此，要研式都和水体流动特性有密切联系，因此，要研究物质的扩散输移规律应和研究水体的流动特究物质的扩散输移规律应和研究水体的流动特性紧紧联系在一起。性紧紧联系在一起。5移流扩散方程移流扩散方程 从流动的水体中，取一微分六面体。按照物从流动的水体中

23、，取一微分六面体。按照物质守恒原理，从微分六面体流进与流出的污染物质守恒原理，从微分六面体流进与流出的污染物质量之差应当等于同时质量之差应当等于同时(tngsh)段内微分六面体段内微分六面体内质量的增量，从而导出三维的移流扩散方程为：内质量的增量，从而导出三维的移流扩散方程为：第19页/共100页第二十页，共101页。对于二维问题对于二维问题(wnt)，移流扩散方程为：，移流扩散方程为：第20页/共100页第二十一页，共101页。对于一维问题，移流扩散对于一维问题，移流扩散(kusn)方程为：方程为：基本模型的求解因环境问题的复杂，往往基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

24、利用有限差分法和有限求解起来很困难，通常是利用有限差分法和有限元法求其数值解。元法求其数值解。第21页/共100页第二十二页，共101页。第三节第三节 河流和河口水质模型河流和河口水质模型 河流是沿地表的线形低凹部分集中的经常性河流是沿地表的线形低凹部分集中的经常性或周期性水流或周期性水流(shuli)。较大的叫河（或江），。较大的叫河（或江），较小的叫溪。河口是河流注入海洋、湖泊或其他河较小的叫溪。河口是河流注入海洋、湖泊或其他河流的河段，可以分为入海河口、入湖河口及支流河流的河段，可以分为入海河口、入湖河口及支流河口。口。应用水质模型预测应用水质模型预测(yc)河流水质时，常河流水质时，常

25、假设该河段内无支流，在预测假设该河段内无支流，在预测(yc)时期内河时期内河段的水力条件是稳态的和只在河流的起点有恒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的废水（或污染物）排入。定浓度和流量的废水（或污染物）排入。如果在河段内有支流汇入，而且沿河有多如果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。第22页/共100页第二十三页，共101页。2河流水质模型河流水质模型 河流水质模型是描述水体中污染物随时间河流水质模型是描述水体中污染物随时间和空间迁移转化规律的数学方程。和空间迁移转化规律的数

26、学方程。1、水质模型的分类：、水质模型的分类：按时间特性分：按时间特性分：分为动态模型和静态模型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的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水质模型称为动态模型。描述水体中水质组分的浓度不随时间变化描述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的水质模型称为静态模型。按水质模型的空间维数分：按水质模型的空间维数分：分为零维、一维、分为零维、一维、二维、三维水质模型二维、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应器时，即水体中水

27、质组分的浓度是均匀分布第23页/共100页第二十四页，共101页。的，描述这种情况的水质模型称为零维的水质模型。的，描述这种情况的水质模型称为零维的水质模型。描述水质组分的迁移变化描述水质组分的迁移变化(binhu)在一个方向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。水质模型称为一维水质模型。描述水质组分的迁移变化描述水质组分的迁移变化(binhu)在两个方向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，上是重要的，在另外的一个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为两维水质模型。这种水质模型称为两维水质模型

28、。描述水质组分迁移变化描述水质组分迁移变化(binhu)在三个方向进在三个方向进行的水质模型称为三维水质模型。行的水质模型称为三维水质模型。按描述水质组分的多少分：分为单一组分和多组分按描述水质组分的多少分：分为单一组分和多组分的水质模型。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第24页/共100页第二十五页，共101页。没有关系，描述这种组分迁移转化的水质模型称为没有关系，描述这种组分迁移转化的水质模型称为(chn wi)单一组分的水质模型。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（或几个水体中一组分的迁移转化与另一组分（或几个组分）的迁移

29、转化是相互联系、相互影响的，描述组分）的迁移转化是相互联系、相互影响的，描述这种情况的水质模型称为这种情况的水质模型称为(chn wi)多组分的水质多组分的水质模型。模型。按水体的类型可分为：河流水质模型、河口水质模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、水库水质模型型（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、河口水质模型比较成熟，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，可靠性小。湖、海湾水质模型比较复杂，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模模型）型

30、），无机盐、悬浮物、放射性物质等，无机盐、悬浮物、放射性物质等第25页/共100页第二十六页，共101页。单一组分的水质模型，难降解有机物水质模型，单一组分的水质模型，难降解有机物水质模型，重金属迁移重金属迁移(qiny)转化水质模型。转化水质模型。水质模型的选择：选择水质模型必须对所研究水质模型的选择：选择水质模型必须对所研究的水质组分的迁移转化规律有清楚地了解。因的水质组分的迁移转化规律有清楚地了解。因为水质组分的迁移为水质组分的迁移(扩散和平流扩散和平流)取决于水体的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，平流迁移往往占主导地位，对某

31、些组分可以忽略流迁移往往占主导地位，对某些组分可以忽略扩散项；在受潮汐影响的河口中，扩散是主导扩散项；在受潮汐影响的河口中，扩散是主导的迁移现象，扩散项必须考虑而不能忽略。对的迁移现象，扩散项必须考虑而不能忽略。对这两者选择的模型就不应一样。对河床规整，这两者选择的模型就不应一样。对河床规整，断面不变，污染物排人量不变的水体，可选用断面不变，污染物排人量不变的水体，可选用静态模型。为了减少静态模型。为了减少(jinsho)模型的复杂性和模型的复杂性和减少减少(jinsho)所需的资料，对河流系统的水质所需的资料，对河流系统的水质模型往往选用静态的。但这种选择不能充分评模型往往选用静态的。但这种

32、选择不能充分评价时便输入对河流系统的影响。选择的水质模价时便输入对河流系统的影响。选择的水质模型必须反映所研究的水质组分，应用条件和现型必须反映所研究的水质组分，应用条件和现实条件接近。实条件接近。第26页/共100页第二十七页，共101页。2、污染物在均匀流场中的扩散水质模型、污染物在均匀流场中的扩散水质模型 进入环境进入环境(hunjng)的污染物可以分为两大类：的污染物可以分为两大类：守恒污染物（惰性污染物）和非守恒污染物。守恒污染物（惰性污染物）和非守恒污染物。守恒污染物：污染物进入环境守恒污染物：污染物进入环境(hunjng)以后，随着以后，随着介质介质的运动不断地变换所处的空间位置

33、，还由于分散作用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扩散而降低其初始浓度，但它不会因此而不断向周围扩散而降低其初始浓度，但它不会因此而改变总量，不发生衰减。这种污染物称为守恒污染物改变总量，不发生衰减。这种污染物称为守恒污染物。如重金属、很多高分子有机化合物等。如重金属、很多高分子有机化合物等。非守恒污染物：污染物进入环境非守恒污染物：污染物进入环境(hunjng)以后，除以后，除了随着环境了随着环境(hunjng)介质流动而改变位置，并不断介质流动而改变位置，并不断扩散而降低浓度外，还因自身的衰减而加速浓度的下扩散而降低浓度外，还因自身的衰减而加速浓度的下降。这种污染物称

34、为非守恒污染物。降。这种污染物称为非守恒污染物。第27页/共100页第二十八页，共101页。非守恒物质的衰减有两种方式：一种是由其自身非守恒物质的衰减有两种方式：一种是由其自身的运动变化规律决定的；如放射性物质的蜕变；的运动变化规律决定的；如放射性物质的蜕变；另一种是在环境因素的作用下，由于化学的或生另一种是在环境因素的作用下，由于化学的或生物化学物化学(shn w hu xu)的反应而不断衰减的，的反应而不断衰减的，如可生化降解的有机物在水体中微生物作用下的如可生化降解的有机物在水体中微生物作用下的氧化分解过程。氧化分解过程。守恒污染物在均匀流场中的扩散方程守恒污染物在均匀流场中的扩散方程

35、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，在上述移流扩散方程中应有在上述移流扩散方程中应有S0。在均匀流场。在均匀流场中，流速应为常数，扩散参数也应为常数。因中，流速应为常数，扩散参数也应为常数。因此，移流扩散方程式有下列形式此，移流扩散方程式有下列形式(xngsh)：二维空间扩散方程式为：二维空间扩散方程式为：第28页/共100页第二十九页，共101页。一维空间扩散方程式为：一维空间扩散方程式为：扩散方程的解扩散方程的解对于瞬时点源，守恒对于瞬时点源，守恒(shu hn)污染物在均匀无限污染物在均匀无限大流场中，污染物浓度呈高斯分布。若设坐标原点在大流场中，

36、污染物浓度呈高斯分布。若设坐标原点在污染物排放点，则有：污染物排放点，则有：二维扩散方程的解：二维扩散方程的解：第29页/共100页第三十页，共101页。一维扩散方程的解为：一维扩散方程的解为：对于守恒污染物，实际应用中，在不需要对于守恒污染物，实际应用中，在不需要(xyo)考虑其横向均匀混合时间的情况下，通常假设其可考虑其横向均匀混合时间的情况下，通常假设其可以瞬间混合完毕，而采用完全混合公式来计算河流以瞬间混合完毕，而采用完全混合公式来计算河流断面的污染物浓度。断面的污染物浓度。对非守恒污染物，在河流对非守恒污染物，在河流(hli)的流量和其他的流量和其他水文条件不变的稳态条件下，可以采用

37、一维模型进水文条件不变的稳态条件下，可以采用一维模型进行污染物浓度预测。行污染物浓度预测。第30页/共100页第三十一页，共101页。对于非持久性或可降解污染物，若给定对于非持久性或可降解污染物，若给定x0，0，上式解为：，上式解为：对于一般条件下的河流，推流形成的污染物迁移作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，则有：忽略，则有：式中：式中：ux河流的平均流速，河流的平均流速，md或或ms；Ex废水与河水废水与河水(h shu)的纵向混合系数，的纵向混合系数，m2d或或m2s；K污染物

38、的衰减系数，污染物的衰减系数，1d或或1s；x河水河水(h shu)(从排放口从排放口)向下游流经的距离，向下游流经的距离，m。第31页/共100页第三十二页，共101页。例例1 一个改扩建工程拟向河流排放废水，废水量一个改扩建工程拟向河流排放废水，废水量q0.15m3s，苯酚浓度为，苯酚浓度为30gL，河流流量，河流流量Q5.5m3s，流速，流速u0.3ms，苯酚背景浓度，苯酚背景浓度为为 0.5 g L，苯酚的降解（衰减）系数，苯酚的降解（衰减）系数(xsh)K0.2d-1，纵向弥散系数，纵向弥散系数(xsh)Ex10m2s。求排放点下游求排放点下游10km处的苯酚浓度。处的苯酚浓度。解解

39、 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）考虑纵向）考虑纵向(zn xin)弥散条件下的下游弥散条件下的下游10km处的浓度：处的浓度：第32页/共100页第三十三页，共101页。（2）忽略纵向弥散）忽略纵向弥散(msn)时的下游时的下游10km处的处的浓度：浓度：由此看出，在稳态条件下，忽略纵向由此看出，在稳态条件下，忽略纵向(zn xin)弥散系数与考虑纵向弥散系数与考虑纵向(zn xin)弥散系数弥散系数的差异可以忽略。的差异可以忽略。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；对于水面又

40、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三维模型。宽又深和流态复杂的河流水质预测宜采用三维模型。第33页/共100页第三十四页，共101页。3污染物与河水完全混合所需距离污染物与河水完全混合所需距离(jl)污染物从排污口排出后要与河水完全混合需一污染物从排污口排出后要与河水完全混合需一定的纵向距离定的纵向距离(jl)，这段距离，这段距离(jl)称为混合过程段。称为混合过程段。当某一断面上任意点的浓度与断面平均浓度之当某一断面上任意点的浓度与断面平均浓度之比介于比介于0.95 至至1.05 之间时，称该断面已达到横向混之间时，称该断面已达到横向混合，由排放

41、点至完成横向断面混合的距离合，由排放点至完成横向断面混合的距离(jl)称为称为完成横向混合所需的距离完成横向混合所需的距离(jl)。当采用河中心排放当采用河中心排放(pi fn)时所需的完成时所需的完成横向混合的距离为：横向混合的距离为：在岸边上排时：在岸边上排时：第34页/共100页第三十五页，共101页。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)是决定水质洁净程是决定水质洁净程度的重要参数之一，而排入河流的度的重要参数之一，而排入河流的 BOD在衰减在衰减过程中将不断消耗过程中将不断消耗DO，与此同时空气中的氧气，与此同时空气中的氧气又不断溶解到河水中。又

42、不断溶解到河水中。描述一维河流中描述一维河流中BOD 和和DO消长变化规律消长变化规律的模型的模型(SP模型模型)。建立。建立SP模型的基本假设模型的基本假设如下如下(rxi)：河流中的河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应；级反应；反应速度是定常的；反应速度是定常的；河流中的耗氧是由河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，而河流衰减引起的，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。中的溶解氧来源则是大气复氧。第35页/共100页第三十六页，共101页。S P方程：方程：临界临界(ln ji)氧亏发生的时间：氧亏发生的时间：该方程是应用最广的河流水质中该方程是应用最广的河流

43、水质中BODDO预测预测模型。模型。第36页/共100页第三十七页，共101页。SP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际的。为了完全符合实际的。为了(wi le)计算河流水质的计算河流水质的某些特殊问题，人们在某些特殊问题，人们在 SP 模型的基础上附模型的基础上附加了一些新的假设，推导出了一些新的模型。加了一些新的假设，推导出了一些新的模型。（1）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模型的基础上，模型的基础上，为了为了(wi le)考虑沉淀、絮凝、冲刷和再悬浮过考虑沉淀、絮凝、冲刷和再悬浮过程对程对BOD去除

44、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。由以下的基本方程组。由以下的基本方程组(忽略扩散项忽略扩散项)：第37页/共100页第三十八页，共101页。解得：解得：（2）多宾斯）多宾斯坎普坎普(DobbinsCamp)模型模型 对一维静态河流，在托马斯模型的基础上，对一维静态河流，在托马斯模型的基础上，多宾斯多宾斯坎普提出了两条新的假设：坎普提出了两条新的假设：考虑地面径流和底泥释放考虑地面径流和底泥释放BOD所引起的所引起的BOD变化速率，该速率以变化速率，该速率以R表示表示(biosh)。考虑藻类光合作用和呼吸作用以及地面径考虑藻类光合作用

45、和呼吸作用以及地面径流所引起的溶解氧变化速率，该速率以流所引起的溶解氧变化速率，该速率以P表示表示(biosh)。多宾斯。多宾斯坎普采用以下基本方程组：坎普采用以下基本方程组：第38页/共100页第三十九页，共101页。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作用。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形成强烈的混合作海潮上溯与上游下泄的水流相汇形成强烈的混合作用。用。一般污染比较严重的河口都是工业集中的城市一般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，河口将或水陆

46、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，其宽度一般受纳许多排放口废水。在通航的河口，其宽度一般都较大，也比较深，污染物要完成横向混合仍需要都较大，也比较深，污染物要完成横向混合仍需要经过较长的距离。经过较长的距离。当只需了解当只需了解(lioji)污染物在污染物在个潮汐周个潮汐周期内的平均浓度时，可以采用本节中介绍的河流相期内的平均浓度时，可以采用本节中介绍的河流相应情况的模型，其混合系数应情况的模型，其混合系数Ey可以采用式可以采用式(467)的泰勒公式。的泰勒公式。第39页/共100页第四十页，共101页。如果要求污染物与河口水混合过程中浓度如果要求污染物与

47、河口水混合过程中浓度随时间变化情况，则应采用随时间变化情况，则应采用(ciyng)二维动态二维动态混合数值模型预测：首先通过实测得到断面上混合数值模型预测：首先通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，同时各测点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用一维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。面平均流速，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：第40页/共100页第四十一页，共101页。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

48、潮汐作用影响明显的河段。河口是入海河流受潮汐作用影响明显的河段。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，形成强烈的混合作用，使上游下泄的水流相汇，形成强烈的混合作用，使污染物的分布污染物的分布(fnb)趋于均匀；趋于均匀；由于潮流的顶托作用，延长了污染物在河口的停由于潮流的顶托作用，延长了污染物在河口的停留时间，有机物的降解会进一步消耗水中的溶解氧，留时间，有机物的降解会进一步消耗水中的溶解氧，使水质下降。使水质下降。此外，潮汐也使河口的含盐量增加。此外，潮汐也使河口的含盐量增加。第41页/共100页第四十二页，共101页。河口模型比河流模型复杂，求解也比较困河

49、口模型比河流模型复杂，求解也比较困难。对河口水质有重大影响的评价项目，需要难。对河口水质有重大影响的评价项目，需要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，预测河口任意时流场，再采用动态水质模型，预测河口任意时刻的水质。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，则也可用一维非恒定流数值模迅速充分混合，则也可用一维非恒定流数值模型计算流场，再用一维动态水质模型预测任意型计算流场，再用一维动态水质模型预测任意时刻的

50、水质。对河口水质有重大影响，但只需时刻的水质。对河口水质有重大影响，但只需预测污染物在一个预测污染物在一个(y)潮汐周期内的平均浓度，潮汐周期内的平均浓度，这这时可以用一维潮周平均模型预测。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：第42页/共100页第四十三页，共101页。式中：式中：r污染物的衰减速率污染物的衰减速率(sl)，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(sl)，g/(m3.d)；ux不考虑潮汐作用，由上游来水不考虑潮汐作用，由上游来水(净泄量净泄量)产产生的流速，生的流速，m/s。假定假定s0和和