第六章 地表水环境影响评价 1.教学内容 (1)地表水资源、水体污染、水体自净： (2)河流水质模型： (3)水质模型的标定： (4)开发行动对地表水影响的识别： (5)地表水环境影响预测与评价。 2.重点与难点 重点：水体主要污染源及主要污染物的确定：地表水环评工作程序、评价等级和评价标准： 地表水环境影响预测和评价内容及方法。 难点：各种模型的建立及其应用条件，模型系数的标定方法。 3.教学基本要求 (1)熟练掌握河流中污染物的混合和衰减模型，BOD一D0耦合模型： (2)掌握混合系数估值，耗氧系数和复氧系数的估值、多系数同时估算法： (3)了解河口、湖泊水质数学模型的种类及应用： (4)了解开发行为对地表水环境的影响： (5)掌握地表水环评的工作程序、评价等级和评价标准： (6)掌握地表水环境影响预测内容。 第一节地表水体的污染和自净 一、地表水资源 云 云 云 雪 雨 ↓ ↓ 蒸发作用 个 雪 D 径流 5 初步 分离 海滤 地下径流 分 湖或河流子 地下水层 海洋 图4一1地球上水循环示意图 二、水体污染 1.点污染源 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 分析组分浓度确定，在经费和其他条件有限制时，常采用排污指标（例如排放系
数)推算的方法。居住区生活污水量计算式： qNK 86400 式中： Qs一居住区生活污水量，Ls: q 每人每日的排水定额，L/(人·d): N 设计人口数，人： Ks 总变化系数(1.5~1.7)。 工业废水量计算式： mMK. 3600t 式中： m一单位产品废水量，L: M该产品的日产量，t: Ki 总变化系数，根据工艺或经验决定： t一工厂每日工作时数，h。 2.非点污染源 非点污染源：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 生活废水、矿山废水、分散的小型禽畜饲养场废水，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。 非点源污染情况复杂，其污染影响较难定量，但又不能忽视，特别是对点源 已进行有效控制后，非点源污染会日益突出。 ()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。 城市非点源污染物被暴雨冲刷到接受水体的负荷的计算： 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，或者根据固体废物与污染物的统计 相关关系计算污染物负荷。 ①暴雨径流深度的估计： R=CR.P-Ds 式中：R一总暴雨径流深度，cm:
CR 总径流系数： P 降雨量，cm: Ds- 洼地存水，Cm。 总径流系数的估算方法： 粗略估算式： 式中：一不透水区百分数： φ一按照不同坡度计算的不透水区（指屋面、沥青和水泥路面或广 场、庭院等)的径流系数。Φ可以查表4-2 准确计算式： >(FP) 式中：Fi— 各种类型地区所占的面积： φi—对应的径流系数。 洼地存水Ds的粗略估计： D.=0.63-0.48 100 ②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。一般认为1h内总径流为1.27cm时，可冲走90%的街道表面颗粒 物（沉积物）。 暴雨径流中冲刷的固体负荷： Yw=tY（PC) 式中：Ysw一暴雨冲刷到受纳水体的颗粒物负荷： te- 等效的累积天数，d: Ysu一街道表面颗粒物日负荷量，kg/d。 t。=(t,-t)1-6,)+t 式中： r一从最后一次暴雨事件算起的天数，d: ts一从最后一次清扫街道算起的天数，d: s—街道清扫频率。 Y=Lu·L 式中： Lsu—颗粒物日负荷率，kg/(km.d): Lst—街道边沟长，约等于2倍的街道长
街道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。 表4一3城市集水区污染物累积速率 地表颗粒物总最 O)极限值 地表颗粒物总量 BOD极限值 土地使用 土地使用 /kg(km'd)I mg'g-I /kg(km-d)-1 /mg'g1 商业区 4.5 7.7 单独住宅 0.95 5.0 工业区 6.3 3.0 加数平均 2.0 5.0 居住区 3.1 3.0 ③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： Yom=a.Ym·Cnm 式中：You一有机污染物的日负荷量，kg/d: u一单位转换因子，10-6： Ysu一总颗粒物固体日负荷量，kg/d: Cou有机污染物在颗粒物中的浓度，ug/g。 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。 (2)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，其公式如下： M ∑∑p, j=1 i=l 式中：M—某种污染物输出总量，kg: pi—第i小时的该种污染物浓度，kg/m3: Qi—第i小时的径流量，m3: n—观测的总时数，h: j一第j个农田集水区： m一一集水区总数。 三、水体自净 水体自净：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， 使受纳的污染物浓度不断降低，逐渐恢复原有水质的过程
1.污染物在水体中的迁移和转化 (1)推流迁移：污染物随着水流在X、Y、Z三个方向上平移运动产生的迁 移作用。（前后、左右、上下） (2)分散稀释：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。 (3)转化和运移：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。底泥中污染物随底泥沉淀物运移，热污染的传导和散失。 2.衰减变化 (1)污染物的好氧生化衰减过程 20 第二阶段BOD 第-一阶段BOD P 10 PBoDa PBOD 10 20 t/d 图4-2受污染水样的生化需氧最(B0D)曲线 污染物的降解分为两个阶段：(1)不含氨有机物的氧化，包括含氮有机物的 氨化及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化：（2)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)。 (2)碳化过程：呈一级反应： d(PBop,-PBoD) dt dpBoD=-K PpOD. dt 积分后得：Pon=PaoD,-POD=POn.e (3)硝化过程：也具有一级反应的性质： dpBoD.=-KNPBOD, dt PBoD.PBoDs ek PBOD=4.57Nk+1.14PN0. PmDs-4.57PN.+PNm-N)+1.14PNo. (4)温度对K1(碳化衰减速率)和硝化速率KN影响：
K1n=K.2A-20 0=1.047,T=10~350C KNT-KN.200N20 0=1.08,T=10~30°C (5)脱氮作用：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。 (6)硫化物的反应：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，含硫蛋白质在厌氧条件下被大肠杆菌分解成半胱氨酸，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亚铁。 (7)细菌的衰减：服从一级反应： B,=B。×10a (8)重金属和有机毒物的衰减：多数呈一级反应。 四、水体的耗氧与复氧过程 1.耗氧过程 (1)碳化过程耗氧 PnoD Pnop.-PRop.Pnop,1-eki) (2)硝化过程耗氧 PROD:=PBODN -PBOD.PRoD 1-e k! 若考虑硝化比碳化的滞后时间a,则上式为： Pon,=PEODS1-eKw-a)） (3)水生植物呼吸耗氧 dpBoD3二-R dt (4)水体底泥耗氧（机理未清楚，了解) b=- -KpPBOD dt dt 1+re 2.复氧过程：大气+水生植物光合作用 (1)大气复氧 氧气由大气进入水体的传质速率与水体的氧亏量pD成正比： dpp=-K2PD Pp ippo.-Ppo 468 PD0,=31.6+T (淡水，常压下)
K2r=K2.200-20 通常取0.=1.024 河口处的含盐： P0=14.6244-0.367134T+0.0044972T2-0.0966S+0.00205ST+0.0002739S2 (2)光合作用 时间平均模型为： P 第二节 水环境影响预测模型 一、河流河口水质模型简介 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。较大的叫河（或 江)，较小的叫溪。河口是河流注入海洋、湖泊或其他河流的河段，可以分为入 海河口、入湖河口及支流河口。 应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。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 个河段采用多河段模型。 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。 水质模型的分类： 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 间变化的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、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的水质模型。水体中某一 组分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。 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。 按水质组分可分为：耗氧有机物模型(BOD—DO模型)，无机盐、悬浮 物、放射性物质等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。 二、水质预测因子的筛选 ①根据工程分析和环境现状、评价等级、当地的环保要求筛选和确定建设期、 运行期和服务期满后拟预测的水质参数。 ②拟预测水质参数的数目应既说明问题又不过多，一般应少于环境现状调查 水质参数的数目。 ③不同预测时期的水质预测参数彼此不一定相同。 拟预测水质指标的确定 对河流，可以按下式将水质指标排序后从中选取： ISE=_ COp ,-c6)0 I$E是负值或者越大，说明建设项目对河流中该项水质指标的影响越大。 三、河流常用的水质模型 1.完全混合模式（点源） P0= 2p+qp2 Q+9 式中：p。一废水与河水完全混合的浓度，mgL: 01 排污口上游河流中污染物浓度，mg/L: Q—河流的流量，m3s: p2—废水中的污染物浓度，mg/L: q—排入河流的废水流量，m3s。 适用条件：河流充分混合段；持久性污染物：河流恒定流动；废水连续稳定 排放。 非点源方程、考虑吸附态和溶解态污染指标耦合模型（略）
[例4-1]河边拟建一工厂，排放含氯化物废水，流量2.83s,含盐量 1300mgL。该河平均流速0.46ms,平均河宽13.7m,平均水深0.61m,上游 来水含氯化物10mgL,该厂废水如排人河中能与河水迅速混合，问河水氯化 物是否超标？（设地方标准为200mg/L)。 [解]P。=100mgL,Q=0.46×13.7x0.61=3.84m31s 01-1300mgL,9=2.83m3s A-0X384300x2.83=406g=609mg1 3.84+2.83 6.67 该厂废水如排人河中，河水氯化物将超标约3倍。 2.河流一维稳态模式 (1)一维稳态水质模型 4KE p=Po expI- ) 2E 1 (2)忽略弥散的一维稳态水质模型 p=Po exp(-- 式中：ux--河流的平均流速，m/d或m/s: Ex--废水与河水的纵向混合系数，m2/d或m2s: K--污染物的衰减系数，1/d或1/s: x-河水（从排放口)向下游流经的距离，m。 适用条件：河流充分混合段：非持久性污染物：河流恒定流动：废水连续稳 定排放。 [例]一个改扩建工程拟向河流排放废水，废水量q=0.15m3/s,苯酚浓度 为30μg/L,河流流量Q=5.5m3/s,流速u=0.3m/s,苯酚背景浓度为0.54 g/L,苯酚的降解（衰减)系数K=0.2d-1,纵向弥散系数Ex=10m2/s。求 排放点下游10km处的苯酚浓度。 [解]计算起始点处完全混合后的初始浓度： A-0.15×30+5.5x0.5 5.5+0.15 1.28ug/L (1)考虑纵向弥散条件下的下游10km处的浓度： 0.3×10000 4(0.2/86400)10 p=1.28.exp 2×10 0.32 =1.194g/L
(2)忽略纵向弥散时的下游10km处的浓度： p=1.28 0.2×10000 =1.19ug/L 0.3×86400 由此看出，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。 对水面宽阔的河流受纳污（废）水后的混合过程和污染物的衰减可用二维模 型预测：对于水面又宽又深和流态复杂的河流水质预测宜采用三维模型。 3.河流二维稳态混合模式（补充） 岸边排放： dx.y)=cn+ cpep 非岸边排放： cpep dx.y)=c+ 式中：H一平均水深，m: B—河流宽度，m; a一排放口到岸边的距离，m: My—横向混合系数，m2。 适用条件：平直、断面形状规则河流混合过程段：持久性污染物：河流为恒 定流动：连续稳定排放。 对于非持久性污染物，需采用相应的衰减模式。 4.河流二维稳态混合累积流量模式（补充） c,9)=c,+ q Huy M.H'uM
