-第四章-地表水环境影响评价课件.ppt

1、Surface Water of Environment Impact Assessment地表水体的地表水体的污染和自净污染和自净河流河流和和河口河口水质模型水质模型湖泊湖泊（水库水库）水质数学模型）水质数学模型水质水质模型的标定模型的标定开发行动开发行动对地表水影响的识别对地表水影响的识别地表水环境影响地表水环境影响预测预测和和评价评价地表水环境影响的地表水环境影响的评价评价一一地表水地表水资源资源（自学）（自学）二二水体水体污染污染三三水体水体自净自净四四水体的水体的耗氧耗氧与与复氧复氧过程过程五五水温水温变化过程（自学）变化过程（自学）1.点污染源点污染源 点污染源排放的废水量和污染物

2、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道或沟渠中直接量测流量直接量测流量和和采样分析组分浓度采样分析组分浓度确定，在经费和其他条件有限制时，常采用确定，在经费和其他条件有限制时，常采用排排污指标污指标(例如排放系数例如排放系数)推算的方法。推算的方法。工业废水量计算式工业废水量计算式，式中：，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 经验决定；经验决定；t 工厂每日工作时数，工厂每日工作时数，h。居住区生活污水量计算式居住区生活污水量计算式，式中：，式中：QS居住区生活污水量，居住

3、区生活污水量，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)。86400qNKQss 3600tmMKQis 2.非点污染源非点污染源非点污染源：非点污染源：非点污染源又称面源，是指分散非点污染源又称面源，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

4、染物通过重力沉降和降水过程进入以及大气污染物通过重力沉降和降水过程进入水体等所造成的污染废水。水体等所造成的污染废水。非点源污染情况复杂，其污染影响较难定非点源污染情况复杂，其污染影响较难定量，污染日益突出。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：来源：雨水下水道及合流制下水道的溢流。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体。污染物自街道经排水系统进入受纳水体。这里仅考虑被暴雨冲刷到接受水体的负荷。这里仅考虑被暴雨冲刷到接受水体的负荷。基本程序：基本程序：首先首先估计暴雨事件中暴雨径流的估计暴雨事件中暴雨径流的大小（径流深度和径流

5、面积的乘积），大小（径流深度和径流面积的乘积），从而从而确确定暴雨冲刷率，定暴雨冲刷率，进而进而估计径流冲刷到受纳水体估计径流冲刷到受纳水体的沉积物负荷，的沉积物负荷，然后然后根据沉积物中污染物浓度根据沉积物中污染物浓度计算污染物负荷，计算污染物负荷，或者或者根据固体废物与污染物根据固体废物与污染物的统计相关关系计算污染物负荷。的统计相关关系计算污染物负荷。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：

6、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各种类型地区所占的面积；各种类型地区所占的面积；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：径流中冲刷到接受水体的颗粒物负荷：在总在总暴雨径流估算出来后，可估算暴雨冲刷率。一暴雨径流估算出来后，可

7、估算暴雨冲刷率。一般认为般认为1 h内总径流为内总径流为1.27 cm时时，可冲走，可冲走90的的街道表面颗粒物（沉积物）。街道表面颗粒物（沉积物）。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街道表面颗粒物日负荷量，街道表面颗粒物日负荷量，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。

8、街道清扫频率。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 街道表面颗粒物日负荷街道表面颗粒物日负荷取决于取决于多种因素多种因素，如交通强度、区域地表覆盖物的形式、径流量如交通强度、区域地表覆盖物的形式、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：用颗粒

9、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十分复杂的问题，与城市降雨径流问题是个十分复杂的问题，与多种因素相关，如降水过程、大气污染、土地使多种因素相关，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、用、人类污染特征、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。随机性强、偶然因素多，

10、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：避开污染物在农田表面实际迁移第一种方法：避开污染物在农田表面实际迁移过程的变化，仅通过采集和分析各个集水区的过程的变化，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集水区总数。集水区总数

11、。11mniijiMQ(1)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(2)营养物：如营养物：如N、P化合物化合物(3)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(4)重金属：如重金属：如Hg、Cd(5)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(6)病原微生物：如致病菌、病毒病原微生物：如致病菌、病毒(7)酸碱污染：如酸性或碱性废水酸碱污染：如酸性或碱性废水(8)石油类石油类(9)热污染热污染定义：定义：水体在其环境容量范围内，经过自身水体在其环境容量范围内，经过自身的物理、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

12、纳的污染物浓度不断降低，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(1)推流迁移：水流平移运动推流迁移：水流平移运动(2)分散稀释：分子扩散、湍流和弥散分散稀释：分子扩散、湍流和弥散(3)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

13、的生化降解呈一级反应：有机物的生化降解呈一级反应：。间，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，也呈一级反应：由氨氮氧化为硝酸盐的过程，也呈一级反应：。，耗氧系数耗氧系数含氮化合物速率常数含氮化合

14、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：式中：积分得：积分得：d/1)(mg/Lmg/LeNBODBODtKBODBODBODNBODKtKdtdnNNNnnn 23214.1)(57.414.157.4,NONNHONBODNOKBODNNN 一般以一般以20的的K为基准，计算温度为基准，计算温度T时的值时的值：。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 -当水中溶解氧被消耗殆尽时，水中硝酸盐将当水中溶解氧被消耗殆尽时，水中硝酸

15、盐将被反硝化细菌还原为亚硝酸盐再转化为氮气排被反硝化细菌还原为亚硝酸盐再转化为氮气排出。出。当水中缺少溶解氧和硝酸根离子时，硫酸盐当水中缺少溶解氧和硝酸根离子时，硫酸盐和含硫蛋白质将被细菌还原为硫化氢。和含硫蛋白质将被细菌还原为硫化氢。水中细菌、重金属和有机毒物的衰减作用多水中细菌、重金属和有机毒物的衰减作用多数也呈一级反应。数也呈一级反应。1.耗氧过程耗氧过程(1)碳化耗氧：碳化耗氧：(2)硝化耗氧：硝化耗氧：(3)水生植物呼吸耗氧：水生植物呼吸耗氧：(4)水体底泥耗氧：水体底泥耗氧：RdtdBOD 3)e-(12tKBODBODBODBODNNnN )e-(111tKBODBODBODBO

16、Daca ddBODbcBODBODKrdtddtdb 1)1(4 2.复氧过程复氧过程(1)大气复氧：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 。水温，水温，饱和溶解氧浓度，饱和溶解氧浓度，式中：式中：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：%000273.000205.00966.00044972.036713

17、4.06244.1422sSSSTSTTDO 河口河口计算溶解氧的计算溶解氧的Hyer(1971)经验公式经验公式(2)光合作用复氧：光合作用复氧：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一一河流河流中污染物的混合和衰减模型中污染物的混合和衰减模型二二BOD-DO耦合耦合模型模型三三污染物在污染物在河口河口中的混合和衰减模型中的混合和衰减模型四四河口河口和和河网河网水质模型水质模型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，最先发生的过程是废水排入水体后，最先发生的过程是混合稀释混合稀释。对。对大多数大多数

18、难降解污染物难降解污染物混合稀释是它们迁移的主要方式混合稀释是它们迁移的主要方式之一。对之一。对易降解污染物易降解污染物混合稀释也是它们迁移的重要混合稀释也是它们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。水文特征密切相关。当废水进入河流后，便不断地与河水发生混合交换当废水进入河流后，便不断地与河水发生混合交换作用，使作用，使难降解污染物难降解污染物浓度沿流程逐渐降低，这一过浓度沿流程逐渐降低，这一过程称为程称为混合稀释过程混合稀释过程。污水排入河流的入河口称为污水排入河流的入河口称为污水注入点污水注入点。污水。污水注

19、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，称为称为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完全混完全混合点合点。污水注入点的上游称为污水注入点的上游称为初始段初始段，或，或背景河段背景河段；

20、污水注入点到完全混合点之间的河段称为污水注入点到完全混合点之间的河段称为非均非均匀混合段匀混合段；完全混合点的下游河段称为完全混合点的下游河段称为均匀混合段均匀混合段。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的比值定义为的比值定义为混合系数混合系数，以，以表示：表示：把参与和废水混合的河

21、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的比值定义为的比值定义为稀释比稀释比，以，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；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

22、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，经过相当长的距离才能达到完全混合。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。个污染带。当完全混合距离当完全混合距离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流在岸边集中排入废水时，污水与河水达到完全混合所需的排入废水时，污水与河水达到完全混合所需的时间。时间。从下表中查取所需时间与河水实际流速从下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的乘积为完全混合距离。2.污染物质

23、在河流中的扩散污染物质在河流中的扩散 污染物质在河流中的迁移总起来可分为两污染物质在河流中的迁移总起来可分为两类，即类，即推流推流和和扩散扩散。推流也称平流、随流输移。推流也称平流、随流输移。推流是指污染物质随水质点的流动一起移到新推流是指污染物质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的随机运动（即布朗运分子扩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现象动）而引起的物质迁移或分散现象。当水体中污染。当水体中污染

24、物质浓度分布不均匀时，污染物质将会从浓度高的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移动。分子扩散过程服从费克地方向浓度低的地方移动。分子扩散过程服从费克第一定律。第一定律。xEJMx 即以扩散方式通过即以扩散方式通过单位截面积单位截面积的的质量流量质量流量与扩散物与扩散物质的质的浓度梯度浓度梯度成正比。成正比。分子扩散系数一般很小。分子扩散引起的物质迁移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，分子扩散在水环境影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。响评价中往往被忽略。(2)湍流扩散湍流扩散 当河流做湍流运动时，

25、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。湍流扩散系数比分子扩散系数大梯度成正比。湍流扩散系数比分子扩散系数大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。匀或者说有流速梯度存在的流动称为剪切流。剪切流离散又称剪切流离散又称弥散弥

26、散，它是由于横断面上各点，它是由于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剪切流离散系数，或称弥漫剪切流离散系数，或称弥漫系数，系数，m2s。xDJxx (4)对流扩散对流扩散 对流扩散指由于温度差或密度分层不稳定性面引对流扩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迁移起的铅直方向对流运动所伴随的污染物迁移。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，除上述污染物几种

27、主要迁移方织在一起发生，除上述污染物几种主要迁移方式以外，还存在着式以外，还存在着冲刷、淤积和悬浮冲刷、淤积和悬浮等多种形等多种形式。除分子扩散外，所有各种迁移方式都和水式。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，要研究物质的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扩散输移规律应和研究水体的流动特性水体的流动特性紧紧联紧紧联系在一起。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。按照物质从流动的水体中，取一微分六面体。按照物质守恒原理，从微分六面体守恒原理，从微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应当等

28、于同时段内微之差应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扩散从而导出三维的移流扩散方程为：方程为：对于二维问题，移流扩散方程为：对于二维问题，移流扩散方程为：xyuvwtxyzEEsxxyyzzxyuvtxyEEsxxyy对于一维问题，移流扩散方程为：对于一维问题，移流扩散方程为：基本模型的求解因环境问题的复杂，往往求解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 应用水质模型预测河流水质时，常应用水质模型预测河流水质时，常假设假设该该

29、河段内河段内无支流无支流，在预测时期内河段的，在预测时期内河段的水力条件水力条件是稳态的是稳态的和只在和只在河流的起点有恒定浓度和流量河流的起点有恒定浓度和流量的废水的废水（或污染物）排入。（或污染物）排入。如果在河段内如果在河段内有支流汇入有支流汇入，而且沿河，而且沿河有多有多个污染源个污染源，这时应将河流，这时应将河流划分为多个河段划分为多个河段采用采用多河段模型。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：定义：河流水质模型是描述水体中污染物随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。时间和空间迁移转化规律的数学方程。分类：分类：

30、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水质模型称为动态模型动态模型。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的水质模型称为静态模型静态模型。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、二维、分为零维、一维、二维、三维水质模型三维水质模型。当把所考察的水体看成是一个完全混合反应器时，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，描述这种情即水体中水质组分的浓度是均匀分布的，描述这

31、种情况的水质模型称为况的水质模型称为零维的水质模型零维的水质模型。描述水质组分的迁移变化在一个方向上是重要的，描述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，这种水质模型称为另外两个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为一一维水质模型维水质模型。描述水质组分的迁移变化在两个方向上是重要的，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，这种水质模型称在另外的一个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为为两维水质模型两维水质模型。描述水质组分迁移变化在三个方向进行的水质模型描述水质组分迁移变化在三个方向进行的水质模型称为称为三维水质模型三维水质模型。

32、按描述水质组分的多少分：按描述水质组分的多少分：分为单一组分和分为单一组分和多组分的水质模型多组分的水质模型。水体中水体中某一组分某一组分的迁移转化与其它组分没的迁移转化与其它组分没有关系，描述这种组分迁移转化的水质模型称有关系，描述这种组分迁移转化的水质模型称为单一组分的水质模型。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（或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、相互影响几个组分）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的，描述这种情况的水质模型称为多组分多组分的水的水质模型。质模型。按水体的类型可分为：按水体的类型可分为：河流水

33、质模型、河口河流水质模型、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库水质模型和海湾水质模型等。河流、河口水。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：按水质组分可分为：耗氧有机物模型耗氧有机物模型（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：水质模型的选

34、择：选择水质模型必须对所研究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。因为水质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组分的迁移(扩散和平流扩散和平流)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，动力学特性。在流动的河流中，平流平流迁移往往迁移往往占主导占主导地位，对某些组分可以忽略扩散项；在受地位，对某些组分可以忽略扩散项；在受潮汐潮汐影响的影响的河口中，河口中，扩散是主导的迁移现象扩散是主导的迁移现象，扩散项必须考虑而，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。对河床不能忽略。对这两者选择的模型就不应一样。对

35、河床规整，断面不变，污染物排入量不变的水体，可选用规整，断面不变，污染物排入量不变的水体，可选用静态模型。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料，对河流系统的水质模型往往选用静态静态的。的。选择的水质模型必须反映所研究的水质组分，应选择的水质模型必须反映所研究的水质组分，应用条件和现实条件接近。用条件和现实条件接近。(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 进入环境的污染物可以分为两大类：进入环境的污染物可以分为两大类：守恒污染物守恒污染物（惰性污染物）和（惰性污染物）和非守恒污染物非守恒污

36、染物。守恒污染物守恒污染物：污染物进入环境以后，随着介质的运：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，还由于分散作用不断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，但它不会因此而改变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。如总量，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。重金属、很多高分子有机化合物等。非守恒污染物非守恒污染物：污染物进入环境以后，除了随着环：污染物进入环境以后，除了随着环境介质流动而改变位置，并不断扩散而降低浓度外，境介质流动而改变位置，并不断扩散

37、而降低浓度外，还因自身的衰减而加速浓度的下降。这种污染物称为还因自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。非守恒污染物。非守恒物质非守恒物质的衰减有两种方式：的衰减有两种方式：一种是由其自一种是由其自身的运动变化规律决定的身的运动变化规律决定的；如放射性物质的蜕；如放射性物质的蜕变；变；另一种是在环境因素的作用下，由于化学另一种是在环境因素的作用下，由于化学的或生物化学的反应而不断衰减的的或生物化学的反应而不断衰减的，如可生化，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用下的氧化分解过程。解过程。守恒污染物守恒污染物在均匀流场中的扩散方程在均匀流

38、场中的扩散方程 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，扩散参数也应在均匀流场中，流速应为常数，扩散参数也应为常数。因此，为常数。因此，移流扩散方程式移流扩散方程式有下列形式：有下列形式：二维空间二维空间扩散扩散方程式为：方程式为：一维空间一维空间扩散扩散方程式为：方程式为：扩散方程的解扩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。若设坐标原点在中，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：

39、22dEdtx22exp44xutyMEtEt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，在不需要考虑对于守恒污染物，实际应用中，在不需要考虑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完毕，而采用完全混合公式来计算以瞬间混合完毕，而采用完全混合公式来计算河流断面的污染物浓度。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，可以采用一维模型进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。22

40、0 xxEuKxx 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x x0 0，0 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：可以忽略，则有：式中：式中：u ux x河流的平均流速，河流的平均流速，m md d或或m ms s；E Ex x废水与河水的纵向混合系数，废水与河水的纵向混合系数，m m2 2d d或或m m2 2s 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

41、；x x河水河水(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 m。04exp112xxxxu xKEEu xuKx0 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：(

42、1)考虑纵向弥散条件下的下游考虑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 L（2）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，由此看出，在稳态条件下，忽略纵向弥散在稳态条件下，忽略纵向弥散系数与考虑纵向弥散系数的差异可以忽略。系数与考虑纵向弥散系数的差异可以忽略。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

43、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距离污染物与河水完全混合所需距离 污染物从排污口排出后要与河水完全混合需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，这段距离称为一定的纵向距离，这段距离称为混合过程段混合过程段。当某一断面上任意点的浓度与断面平均浓当某一断面上任意点的浓度与断面平均浓度之比介于度之比介于0.95 至至1.05 之间时，称该断面已达之间时，称该断面已达到到横向混合横向混合，由排放点至完成横向断面混合的

44、，由排放点至完成横向断面混合的距离称为距离称为完成横向混合所需的距离完成横向混合所需的距离。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距离为：的距离为：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。又不断溶解到河水中。描述一维河流中描述一维河流中BOD 和

45、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：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。S P方程：方程：临界氧亏发生的时间：临界氧亏发生的时间：该方程是应用最广的河流水质中该方程是应用最广的河流水质中BODDO预测模型。预测模型。01220121ssDODODBODK tK tK tDODKeeeKK0021221

46、111ln1DcBODKKKtKKKKSP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。为了计算河流水质的某些特完全符合实际的。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 模型的基础上附加了一些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。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模型的基础上，模型的基础上，为了考虑沉淀、絮凝、冲刷和再悬浮过程对为了考虑沉淀、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

47、化速度为k3L。由以下的基本方程组由以下的基本方程组(忽忽略扩散项略扩散项)：解解得：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DOBODkmxLmgBODLmgBODdmQdkdkdkCTdkmudmQx555341131211346/95.800/500/101017.082.

48、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(/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

49、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形成强作用。海潮上溯与上游下泄的水流相汇形成强烈的混合作用。烈的混合作用。一般污染比较严重的河口都是工业集中的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，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，河口将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经过较长的距离。横向混合仍需要经过较长的距

50、离。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，可以采用本节中介绍的河流相应情均浓度时，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。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河口水混合过程中浓度随时间变化情况，则应采用二维动态混合数值随时间变化情况，则应采用二维动态混合数值模型预测：首先通过实测得到断面上各测点流模型预测：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，同时用一维非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