湖南环境生物学院：《环境评价与系统分析》 第六章 水环境质量评价和影响预测

环境质量评价与系统分析 湖南环境生物学院环科系 彭亮

环境质量评价与系统分析 湖南环境生物学院环科系 彭 亮

6.水环境质量评价和影响预测 口6.1水体与水体污染 ■6.1.2水体污染物及污染源 ■6.1.3水体污染类型 口6.2河流水质模型 !6.2.1河流水质模型简介 ■6.2.2河流的混合稀释模型 ■6.2.3守恒污染物在均匀流场中的扩散模型 ■6.2.4非守恒污染物在均匀河流中的水质模型 625 Streeter-Phelps(sP)模型 ■6.2.6河流水质模型中参数估值 口6.3湖泊水库模型与评价 ■6.3.1湖泊环境概述 6.3.2湖泊环境质量现状评价 」■6.3.3湖泊环境预测模式 口6.4地面水环境影响评价 ■6.4.1评价目的、分级及程序 ■6.4.2环境影响评价大纲三 ■6.4.3项目分析和污染源调查 ■6.4.4地区水环境调查 ■6.4.5水环境影响预测及评价三 6.4.6清洁生产和水污染防治

6. 水环境质量评价和影响预测  6.1 水体与水体污染 ◼ 6.1.1 水体和水体污染 ◼ 6.1.2 水体污染物及污染源 ◼ 6.1.3 水体污染类型  6.2 河流水质模型 ◼ 6.2.1 河流水质模型简介 ◼ 6.2.2 河流的混合稀释模型 ◼ 6.2.3 守恒污染物在均匀流场中的扩散模型 ◼ 6.2.4 非守恒污染物在均匀河流中的水质模型 ◼ 6.2.5 Streeter-Phelps（S-P）模型 ◼ 6.2.6 河流水质模型中参数估值  6.3 湖泊水库模型与评价 ◼ 6.3.1 湖泊环境概述 ◼ 6.3.2 湖泊环境质量现状评价 ◼ 6.3.3 湖泊环境预测模式  6.4 地面水环境影响评价 ◼ 6.4.1 评价目的、分级及程序 ◼ 6.4.2 环境影响评价大纲 ◼ 6.4.3项目分析和污染源调查 ◼ 6.4.4地区水环境调查 ◼ 6.4.5水环境影响预测及评价 ◼ 6.4.6清洁生产和水污染防治

6.1水体与水体污染 口6.1.1水体和水体污染 按水体所处的位置可把它分为三类:地面水水体、地下水水体、海洋。这 N自然界的大循环和小循环实现 种水体是水在自然界的大循环中的三个环节。 ■水体污染恶化过程和水体自净过程是同时产生和存在的。但在某一水体的部 分区域或一定的时间内,这两种过程总有一种过程是相对主要的过程。它决 定着水体污染的总特征。这两种过程的主次地位在一定的条件下可相互转化。 口6.1.2水体污染物及污染源 造成水体的水质、生物、底质质量恶化的各种物质或能量都称为水体污染物 水体污染物的种类繁多,从不同的角度可将水体污染物分为各种类型。按理 化性质分类可分为物理污染物、化学污染物、生物污染物综合污染物。按形 态分类可分为:离子态(阳离子,阴离子)污染物、分子态污染物、简单有机 物、复杂有机物、颗粒状污染物。按污染物对水体的影响特征分类可分为感 官污染物、卫生学污染物、毒理学污染物、综合污染物。 口6.1.3水体污染类型 有机耗氧性污染、化学毒物污染、石油污染、放射性污染、富营养化污染、 致病性微生物污染

6.1 水体与水体污染  6.1.1 水体和水体污染 ◼ 按水体所处的位置可把它分为三类：地面水水体、地下水水体、海洋。这三 种水体中的水可以相互转化，它通过水在自然界的大循环和小循环实现。三 种水体是水在自然界的大循环中的三个环节。 ◼ 水体污染恶化过程和水体自净过程是同时产生和存在的。但在某一水体的部 分区域或一定的时间内，这两种过程总有一种过程是相对主要的过程。它决 定着水体污染的总特征。这两种过程的主次地位在一定的条件下可相互转化。  6.1.2 水体污染物及污染源 ◼ 造成水体的水质、生物、底质质量恶化的各种物质或能量都称为水体污染物。 ◼ 水体污染物的种类繁多，从不同的角度可将水体污染物分为各种类型。按理 化性质分类可分为物理污染物、化学污染物、生物污染物综合污染物。按形 态分类可分为：离子态(阳离子，阴离子)污染物、分子态污染物、简单有机 物、复杂有机物、颗粒状污染物。按污染物对水体的影响特征分类可分为感 官污染物、卫生学污染物、毒理学污染物、综合污染物。  6.1.3 水体污染类型 ◼ 有机耗氧性污染、化学毒物污染、石油污染、放射性污染、富营养化污染、 致病性微生物污染

6.2河流水质模型 「62-1河流水质刑筲个 ■6.2.2河流的混合稀释模型 ■6.2.3守恒污染物在均匀流场中的扩散模型 ■6.2.4非守恒污染物在均匀河流中的水质模型 ■6,2.5 Streeter- Phelps(S-P)模型 ■6.2.6河流水质模型中参数估值

6.2 河流水质模型 ◼ 6.2.1 河流水质模型简介 ◼ 6.2.2 河流的混合稀释模型 ◼ 6.2.3 守恒污染物在均匀流场中的扩散模型 ◼ 6.2.4 非守恒污染物在均匀河流中的水质模型 ◼ 6.2.5 Streeter-Phelps（S-P）模型 ◼ 6.2.6 河流水质模型中参数估值

河流水质模型简介 口为了选择使用的方便,可以把它们按不同的方法进行分类 按时闻姞性分类分动杰刑和静态模型 口按空间维数分类;分为零维、一维、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,描述这种情况的水质模 型称为零维的水质模型。描述水质组分的迕移变化在一个 方向上是重要的,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。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。描述水质组分,迁移变 化在三个方向进行的水质模型称为三维水质模型 口按描述水质组分分类,分为单一组分和多组分的水质模型。 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 称为多组分的水质模型

河流水质模型简介  为了选择使用的方便，可以把它们按不同的方法进行分类。  按时间特性分类，分动态模型和静态模型。  按空间维数分类；分为零维、—维、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，描述这种情况的水质模 型称为零维的水质模型。描述水质组分的迕移变化在一个 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。描述水质组分，迁移变 化在三个方向进行的水质模型称为三维水质模型。  按描述水质组分分类，分为单一组分和多组分的水质模型。 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 称为多组分的水质模型

6.2.2河流的混合稀释模型 背景段 混合段 均匀混合段 河水Q(m3/s), 污染物浓度为C1(mg/L) 污染物浓度为C2(mg/L 废水流量为q(m3/) 混合系数a 稀释比n定义Q,aQ 混合过程段的污染物浓度C及混合段总长度L C2+C29 Ca@+C2c 混合过程段的混合系数a是河三 0+q a0+q 流沿程距离ⅹ的函数, 2.3,(aO+q 1-exp(-b) ag a(x)1+(0/qexp(-b)

6.2.2 河流的混合稀释模型 背景段 混合段 均匀混合段 河水Q(m3/s)， 污染物浓度为C1(mg／L) 污染物浓度为C2 (mg／L) 废水流量为 q(m3/s) q aQ q Q n Q Q a i i = = = 混合系数a ， 稀释比n 定义 aQ q C aQ C q Q q C Q C q C i i i + + = + + = 1 2 1 2 混合过程段的污染物浓度 Ci 及混合段总长度 L 3 (1 ) lg 2.3               − + = a q aQ q Ln  1 ( / ) exp( ) 1 exp( ) ( ) Q q b b a x + − − − = 混合过程段的混合系数a 是河 流沿程距离 x 的函数

6.2.3守恒污染物在均匀流场中的扩散模型 1.均匀流场中的扩散方程 aC 02C aC 在均匀流场中的一维扩散方程成为: at ax 水深方向(z方向)均匀混合,X方向和 y方向存在浓度梯度时,二维扩散方程: aC 02C 02C acaC otD 2+Dyo2-ux=u O XC 方向面的故系数间的x的流速分量:2y坐

6.2.3 守恒污染物在均匀流场中的扩散模型 1. 均匀流场中的扩散方程 x C u x C D t C x x   −   =   2 2 y C u x C u y C D x C D t C x y x y   −   −   +   =   2 2 2 2 在均匀流场中的一维扩散方程成为： 水深方向(z方向) 均匀混合，x 方向和 y 方向存在浓度梯度时，二维扩散方程： Dx—— x 坐标方向的弥散系数；ux—— x方向的流速分量；Dy—— y 坐 标方向的弥散系数；uy—— y方向的流速分量

6.2.3守恒污染物在均匀流场中的扩散模型 2无限大均匀流场中移 流扩散方程的解C=D.9C+D,0C x y OX 若在无限大均匀流场中,坐标原点设在污染物排放点,污染物浓度的 分布呈高斯分布,则方程式的解为 O . exp uh. 4D x 4D 式中Q是连续点源的源强(g/s),结果C 的单位为(g/m3=mg/L)

6.2.3 守恒污染物在均匀流场中的扩散模型 2 无限大均匀流场中移 流扩散方程的解 2 2 2 2 y C D x C D x C u x y   +   =   （6-13） 若在无限大均匀流场中，坐标原点设在污染物排放点，污染物浓度的 分布呈高斯分布，则方程式的解为。 式中 Q 是连续点源的源强 (g/s)，结果C 的单位为(g/m3= mg/L)。         = − D x y u uh D x u Q C y 4 y exp 4 / 2 

y 虛源 1)无限大流场 y{2)半无限流场 〔3)两岸反射 考虑河岸反射时移流扩散方程的解 C(,y)Wh,/4 Dx/y exp/-u 2 4Dx 河宽为B,只计河岸一次反射时的二维静态河流岸边排 放连续点源水质模型的解为 20 C(x, y) exp 4 (2B-y)2l t exp h.idX/l D 4Dx

                − − +         = − D x B y u D x y u uh D x u Q C x y y y 4 y (2 ) exp 4 exp 4 / 2 ( , ) 2 2  河宽为 B，只计河岸一次反射时的二维静态河流岸边排 放连续点源水质模型的解为 考虑河岸反射时移流扩散方程的解         = − D x y u uh D x u Q C x y y 4 y exp 4 / ( , ) 2  2

完成横向均匀混合的距离 断面上河对岸浓度达到同一断面最 大浓度的5%,定义为污染物到达对岸。 0.06751B 这一距离称为污染物到达对岸的纵向b 距离, 若断面上最大浓度与最小浓度之差不超过5%,认为达到均匀混合。 完成横向均匀混合的断面的距离称为完全混合距离。 0.1vB2 中心排放情况,L D 0.4B 岸边排放情况,L三三

完成横向均匀混合的距离 断面上河对岸浓度达到同一断面最 大浓度的5％，定义为污染物到达对岸。 这一距离称为污染物到达对岸的纵向 距离， y b D uB L 2 0.0675 = 若断面上最大浓度与最小浓度之差不超过5％，认为达到均匀混合。 完成横向均匀混合的断面的距离称为完全混合距离。 y m D uB L 2 0.1 = y m D uB L 2 0.4 = 中心排放情况， 岸边排放情况