水环境影响评价 07

1、第七讲第七讲 水环境影响评价水环境影响评价水质复杂程度的划分水质复杂程度的划分 分复杂、中等、简单三种。分复杂、中等、简单三种。 复杂复杂：污染物类型：污染物类型3； 污染物类型污染物类型=2，需预测的水，需预测的水 质参数质参数10 中等中等：污染物类型：污染物类型=2=2、参数、参数1077 简单：简单：污染物类型污染物类型=1=1、参数、参数77更正更正水体自净水体自净4水体自净：水体在其环境容量范围内，经过水体自净：水体在其环境容量范围内，经过自身的自身的物理、化学和生物物理、化学和生物作用，使受纳的污作用，使受纳的污染物浓度不断降低，逐渐恢复原有水质的过染物浓度不断降低，逐渐恢复原有

2、水质的过程。程。一、水体中污染物的迁移与转化一、水体中污染物的迁移与转化 水中污染物迁移与转化主要包括物理过程、化学过程、水中污染物迁移与转化主要包括物理过程、化学过程、生物过程。生物过程。1 1、物理过程、物理过程 只对水中污染物的存在位置变化产生作用，而不对其性只对水中污染物的存在位置变化产生作用，而不对其性质变化产生作用。其主要过程（作用）包括：移流（推流、质变化产生作用。其主要过程（作用）包括：移流（推流、对流）、扩散（包括紊动扩散和离散等）、沉降或再悬浮，对流）、扩散（包括紊动扩散和离散等）、沉降或再悬浮，以上过程（及作用）常称稀释混合以上过程（及作用）常称稀释混合n污染物在水体中的

3、迁移和转化污染物在水体中的迁移和转化 推流迁移推流迁移：污染物随着水流在：污染物随着水流在X、Y、Z三个方三个方向上平移运动产生的迁移作用。向上平移运动产生的迁移作用。（前后、左右、（前后、左右、上下）上下） 分散稀释分散稀释：污染物在水流中通过分子扩散、湍：污染物在水流中通过分子扩散、湍流扩散和弥散作用分散开来而得到稀释。流扩散和弥散作用分散开来而得到稀释。 转化和运移转化和运移：污染物在悬浮颗粒上的吸附或解：污染物在悬浮颗粒上的吸附或解吸、污染物颗粒的凝并、沉淀和再悬浮。底泥吸、污染物颗粒的凝并、沉淀和再悬浮。底泥中污染物随底泥沉淀物运移，热污染的传导和中污染物随底泥沉淀物运移，热污染的传

4、导和散失。散失。2 2、化学过程、化学过程 主要是水中污染物主要是水中污染物经过经过不同的化学反应过程（作不同的化学反应过程（作用），其污染物的性质发生变化（如：有机变无用），其污染物的性质发生变化（如：有机变无机、高分子变低分子、溶解物生成难溶物等）。机、高分子变低分子、溶解物生成难溶物等）。其主要过程（作用）包括：氧化或还原、分解或其主要过程（作用）包括：氧化或还原、分解或化合、溶解或再析出、酸碱中和、混凝及化学吸化合、溶解或再析出、酸碱中和、混凝及化学吸附等。附等。3 3、生物过程、生物过程 水中污染物在水中生物（主要是水中微生物）的作用水中污染物在水中生物（主要是水中微生物）的作用下，

5、其性质或存在位置（状态）发生变化。其主要过程就下，其性质或存在位置（状态）发生变化。其主要过程就是水生物对水中污染物的利用过程。主要原因是水中生物是水生物对水中污染物的利用过程。主要原因是水中生物将某种（些）污染物作为自己的食物及营养（能量）的来将某种（些）污染物作为自己的食物及营养（能量）的来源，它们消耗利用了水中的这种（些）污染物，起到了净源，它们消耗利用了水中的这种（些）污染物，起到了净化水质的作用。化水质的作用。 l衰减变化衰减变化 污染物的好氧生化衰减过程污染物的好氧生化衰减过程污染物的降解分为两个阶段：污染物的降解分为两个阶段：（1）不含氮有机物的氧化，包括）不含氮有机物的氧化，包

6、括含氮有机物的氨化及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化；含氮有机物的氨化及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化；（2）氨氮硝化（含氮化合物经过一系列生化反应过程，由氨氮）氨氮硝化（含氮化合物经过一系列生化反应过程，由氨氮氧化为硝酸盐）。氧化为硝酸盐）。衰减变化衰减变化 （1）碳化过程）碳化过程：呈一级反应：呈一级反应：ccaBODBODBODBODKdtddtd11可得：可得：tKBODBODBODBODeaac11衰减变化衰减变化 （2）硝化过程）硝化过程：也具有一级反应的性质：也具有一级反应的性质：nnBODNBODKdtd可得：可得：tKBODBODNNne的估算：的估算：NBOD214.

7、 157. 4NOKBODNN或或2314. 157. 4,NONNHoNBODN（3）温度）温度对对K1(碳化衰减速率碳化衰减速率)和硝化速率和硝化速率KN影响：影响：CTKKTT01201201, 13510,047. 1，CTKKNTNNTN02020,3010,08. 1， （4）脱氮作用）脱氮作用：水中溶解氧被耗尽时，硝酸盐将被反：水中溶解氧被耗尽时，硝酸盐将被反硝化细菌还原为亚硝酸盐再转化为氮气。硝化细菌还原为亚硝酸盐再转化为氮气。 （5）硫化物的反应硫化物的反应：水体中缺少溶解氧和硝酸根离子：水体中缺少溶解氧和硝酸根离子时，硫酸盐会被细菌还原为硫化氢，含硫蛋白质在厌时，硫酸盐会被

8、细菌还原为硫化氢，含硫蛋白质在厌氧条件下被大肠杆菌分解成半氧条件下被大肠杆菌分解成半胱胱氨酸，再被还原为硫氨酸，再被还原为硫化氢，如有铁和亚铁离子，可生成难溶的硫化铁或硫化氢，如有铁和亚铁离子，可生成难溶的硫化铁或硫化亚铁。化亚铁。 （6）细菌的衰减细菌的衰减：服从一级反应：服从一级反应：KttBB100 （7）重金属和有机毒物的衰减）重金属和有机毒物的衰减：多数呈一级反应：多数呈一级反应。例题例题 假设一条河流流速u0.1m/s，K10.3/d, 排污管道所排放的污水浓度BOD5=20mg/L，假设污水一下河立即与河水完全混合，混合处BOD5=6.44mg/L，计算排污口下游10km处河水中

9、BOD5浓度。水体的耗氧与复氧过程水体的耗氧与复氧过程 （了解）（了解）4水中耗氧分为：水中耗氧分为： 1、碳化过程耗氧、碳化过程耗氧 2、硝化过程耗氧、硝化过程耗氧 3、水生生物耗氧、水生生物耗氧 4、水体底泥耗氧、水体底泥耗氧二、复氧过程二、复氧过程: 复氧分为：复氧分为： 大气大气 + 水生植物光合作用水生植物光合作用 1、大气复氧、大气复氧 P70 氧气由大气进入水体的传质速率与水体的氧亏量氧气由大气进入水体的传质速率与水体的氧亏量 D成正比：成正比：DDKdtd2DODODsTsDO6 .31468其中：其中：（淡水，常压下）（淡水，常压下）220002739.000205.0096

10、6.00044972.0367134.06244.14SSTSTTsDO（河口处的含盐水）（河口处的含盐水）024. 12020,2,2rTrTKK通常取 2、光合作用、光合作用 p70 时间平均模型为：时间平均模型为：PtPOn水温的变化水温的变化4引起水温变化的工业污染源：发电厂、化引起水温变化的工业污染源：发电厂、化工厂等排放的热水。工厂等排放的热水。4引起水温变化的自然因素：水面同大气的引起水温变化的自然因素：水面同大气的热量交换、水体同河床的热量交换、太阳热量交换、水体同河床的热量交换、太阳的辐射等。的辐射等。4零维模型零维模型4一维模型一维模型4二维模型二维模型4三维模型三维模型4

11、2 河流和河口水质预测模型河流和河口水质预测模型n预测模型的选择预测模型的选择4在河段内有支流汇入，且沿河有多个污染源，在河段内有支流汇入，且沿河有多个污染源，采用多河段模型；采用多河段模型；4废水排入河流后与河水迅速完全混合后的浓度，废水排入河流后与河水迅速完全混合后的浓度，持久性污染物与河水完全混合后的浓度预测，持久性污染物与河水完全混合后的浓度预测，可采用零维模型；可采用零维模型；4污染物浓度在断面上比较均匀分布的中小型河污染物浓度在断面上比较均匀分布的中小型河流的水质预测，采用一维模型；流的水质预测，采用一维模型；4污染物浓度在垂向比较均匀，而在纵向和横向污染物浓度在垂向比较均匀，而在

12、纵向和横向分布不均匀的大河，采用二维模型。分布不均匀的大河，采用二维模型。4对水面宽、深，流态复杂的河流的水质预测，对水面宽、深，流态复杂的河流的水质预测，应采用三维模型。应采用三维模型。常用水质模式：1 完全混合模式与适用条件完全混合模式与适用条件式中：式中：CC均匀混合断面处水质平均浓度（均匀混合断面处水质平均浓度（mg/Lmg/L）；）； C Ch h河流上游污染物浓度（河流上游污染物浓度（mg/Lmg/L）；）； Q Qh h河流流量（河流流量（m m3 3/s/s）；）；C CP P污染物排放浓度（污染物排放浓度（mg/Lmg/L）；）；Q QP P废水排放量（废水排放量（m m3

13、3/s/s）。）。适用条件：适用条件：河流充分混合段；河流充分混合段；持久性污染物；持久性污染物；河流为恒定流；河流为恒定流；废水连续稳定排放。废水连续稳定排放。)/()(phhhppQQQCQCC例1： 上游来水CODCr(p)=14.5mg/L，QP=8.7m3/s；污水排放源强CODCr(E)=58mg/L，QE=1.0m3/s。如忽略排污口至起始断面间的水质变化，且起始断面的水质分布均匀，则：LmgQQQCODQCODCODEpEECrppCrCr/0 .19)()()0(例2： 某河段的上断面处有一岸边排放口稳定地向河流排放污水，其污水排放特征为：QE=4.5m3/s，BOD5(E)

14、=60mg/L；河流水环境特征参数为Qp=25.0m3/s， BOD5(p)=2.6mg/L。假设污水一进入河流就与河水均匀混合，试计算在排污口断面处BOD5的浓度？解： BOD5(0)=pEppEEQQBODQBODQ)(5)(5=0 .255 . 46 . 20 .25605 . 4=5 .29335= 11.4（mg/L）2 河流一维稳态模式与适用条件河流一维稳态模式与适用条件式中：式中：c计算断面的污染物浓度，计算断面的污染物浓度，mg/L；c0计算初始点污染物浓度，计算初始点污染物浓度，mg/L；K衰减系数，衰减系数，1/d；u河流流速，河流流速，m/s；x从计算初始点到下游计算断面

15、的距离，从计算初始点到下游计算断面的距离，m。适用条件：河流充分混合段；适用条件：河流充分混合段；非持久性污染物；非持久性污染物；河流为恒定流；河流为恒定流；废水连续稳定排放。废水连续稳定排放。)86400exp(0uxkCCx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1

16、0km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）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处的浓处的浓度：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

17、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污染物的衰减可用二维模型预测；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。预测宜采用三维模型。3、二维水质模型 二维稳态水质混合模式（平直河段）、 二维稳态水质混合衰减模式（平直河段）二维模型适用的对象和预测的问题二维模型适用的对象和预测的问题适用对象为大、中型河流适用对象为大、中型河流预测的问题是污染带分布及超标水域界定。预测的问题是污染带分布及超标水域界定。 二维稳态水质混合模式（平直河段）

18、1、岸边排放 2、非岸边排放 二维稳态水质混合衰减模式（平直河段） 1、岸边排放 2、非岸边排放xMyBuxuMuyxuMHQccyxcyyyEEh42exp4exp),(22xMyaBuxMyauxMuyxuMHQccyxcyyyyEEh422exp42exp4exp),(222xMyBuxMuyxuMHQccuxKyxcyyyEEh422exp)42exp(86400exp),(xMyaBuxMyauxMuyxuMHQccuxKyxcyyyyEEh4222exp422exp)42exp(286400exp),(适用条件：平直、断面形状规则河流混合过程段； 河流为恒定流动；连续稳定排放。河流

19、二维稳态混合累积流量模式与适用条件岸边排放式中：q=Huy Mq=H2uMy c(x,q)(x,q)处污染物垂向平均浓度，mg/L；Mq累积流量坐标系下的横向混合系数；适用条件：弯曲河流、断面形状不规则河流混合过程段；持久性污染物；河流为非恒定流动；连续稳定排放；对于非持久性污染物，需要采用相应的衰减模式。xMqQxMqxMHQccqxcqhqqpph4)2(exp42exp),(224、 河流混合过程段与水质模式选择河流混合过程段与水质模式选择预测范围内的河段可以分为充分混合段，预测范围内的河段可以分为充分混合段，混合过程段和上游河段。混合过程段和上游河段。充分混合段：是指污染物浓度在断面上

20、均充分混合段：是指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面平均浓度之差小于平均浓度的5%时，可以时，可以认为达到均匀分布。认为达到均匀分布。 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理论公式理论公式非岸边排放：岸边排放：式中： 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）

21、水深（m）； g重力加速度（m/s2）； J河段河流坡度。gHJBHBuaBL)0065. 0058. 0()6 . 04 . 0(max经验公式经验公式gHJBHuBL)0065. 0058. 0(*428 . 15、SP模型的一般方程式：模型的基本假定：模型的基本假定：（1）BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应；的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应；（2）反应速率常数是定常的；）反应速率常数是定常的；（3）耗氧是由）耗氧是由BOD衰减引起的，溶解氧来源则是衰减引起的，溶解氧来源则是大气复氧。大气复氧。 S-P模式仅限于模式仅限于BOD5和和DO的水质影响预测的水质影响预测。 uxKDuxKu

22、xKKKCKDuxKCC86400exp86400exp86400exp86400exp2021120110式中式中 K1耗氧系数（耗氧系数（d-1）；）； K2复氧系数（复氧系数（d-1）；）； x排污口（或起始断面）至预测断面处的河排污口（或起始断面）至预测断面处的河段长度（段长度（m）；）；适用条件：适用条件： 评价河段受纳水体的水质、水量较稳定；评价河段受纳水体的水质、水量较稳定； 工程外排废水的水质与水量较稳定；工程外排废水的水质与水量较稳定； 易降解污染物在小河流评价河段或大、中河流均易降解污染物在小河流评价河段或大、中河流均匀混合断面以下河段的水质预测。匀混合断面以下河段的水质预

23、测。 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：Qp6.0 m3/s，BOD5(p)6.16mg/L，B50.0m，H1.2m，u0.1m/s，J0.9，K1=0.3/d。试计算混合过程段（污染带）长度。如果忽略污染物质在该段内的降解和沿程河流水量的变化，在距完全混合断面10km的下游某断面处，河水中的BOD5浓度是多少？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（了解）（了解） 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

24、。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离。 当只需了解污染物在当只需了解污染物在个潮汐周期内的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平均浓度时，

25、可以采用本节中介绍的河流相应情况的模型，其混合系数情况的模型，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。 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（了解）（了解） 河口是入海河流受潮汐作用影响明显的河河口是入海河流受潮汐作用影响明显的河段。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，上游下泄的水流相汇，形成强烈的混合作用，使污染物的分布趋于均匀使污染物的分布趋于均匀；由于潮流的顶托作用，延长了污染物在河

26、口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停留时间，有机物的降解会进一步消耗水中的溶解氧，使水质下降的溶解氧，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。 湖泊、水库的特征湖泊、水库的特征 1、水在湖（库）中停留时间较长，一般属、水在湖（库）中停留时间较长，一般属于缓流水域，易导致富营养化。水流状态于缓流水域，易导致富营养化。水流状态分为：前进与振动两类。分为：前进与振动两类。 2、水温和水质是竖向分层的，并且随着季、水温和水质是竖向分层的，并且随着季节的变化而变化。节的变化而变化。43 湖泊（水库）水质预测模型湖泊（水库

27、）水质预测模型箱式模型箱式模型分层箱式模型分层箱式模型分层模型分层模型预测模型n完全混合模型完全混合模型-（箱式模型）（箱式模型） 基本假定：基本假定：湖泊（水库）为一个均匀湖泊（水库）为一个均匀混合的水体，即湖泊（水库）中某种混合的水体，即湖泊（水库）中某种营养物的浓度随时间的变化率是输入、营养物的浓度随时间的变化率是输入、输出和沉积的该营养物的量的函数。输出和沉积的该营养物的量的函数。 适用条件：适用条件：停留时间很长、水质基本停留时间很长、水质基本处于稳定状态的中小型湖泊和水库。处于稳定状态的中小型湖泊和水库。4污染物（营养物）混合和降解模型污染物（营养物）混合和降解模型VKQWdtdV

28、10当当t0时，时， 0；tt时，时， t。对上方程积分得：对上方程积分得：tKVQWVKQt11exp或或ttteeVW01其中：其中：qWWKVQVKQWp0101, 对持久性污染物：对持久性污染物：01K0,QWVQ 湖（库）中的污染物浓度达平衡时：湖（库）中的污染物浓度达平衡时：VWdtde平衡浓度,0 污染物达到指定浓度污染物达到指定浓度 t 所需的时间所需的时间 t 为：为：tVWVKQWVKQWVKQVttln1ln1011 无污染物输入时无污染物输入时：tKVQtteeW1000，1ln1,0tt则如现有污染物排入量Q4溶解氧模型溶解氧模型RKVQdtdDODODODOsDO2

29、)(0BrAR其中其中（模型方程没有考虑（模型方程没有考虑浮游植物的增氧量浮游植物的增氧量和和排入湖或库的排入湖或库的废水带入的氧量废水带入的氧量。）。）作业：P100第3题44 水质模型的标定（了解）水质模型的标定（了解）n混合系数估值混合系数估值n耗氧系数估算耗氧系数估算4实验室测定值修正法实验室测定值修正法4两点法两点法n耗氧系数耗氧系数K1系数的估值系数的估值 实验测定原理实验测定原理 将（将（1e-K1t）展开为马克劳林级数有：）展开为马克劳林级数有：2462113121111tKtKtKtKetK而：而：6 .2162161312111311tKtKtKtKtKtK即：即：3116111tKtKetK tKBODBODetya111设设，则有：，则有： 31161tKtKtyaBODn耗氧系数耗氧系数K1系数的估值系数的估值 河流上任意两个截面河流上任意两个截面A和和B（A为上游截面），为上游截面），A、B间无废水和支流汇入，间无废水和支流汇入，有：有：AActKaBODBODe1,BaBctKBODBODe1,两式相比，并取对数可得：两式相比，并取对数可得：BBODABODBODBODABtttKBcAc,1ln1ln