地表水環(huán)境響預(yù)測公式

1、、掌握常用河流水質(zhì)預(yù)測模式的運用預(yù)測地表水水質(zhì)變化的方法，大致可以分為四大類：數(shù)學(xué)模型法、物理模型法、類比分析法和專業(yè)判斷法。1、數(shù)學(xué)模型法：一般情況數(shù)學(xué)模型法比較簡單，應(yīng)首先考慮；2、 物理模型法：物理模型在地面水環(huán)境影響預(yù)測中主要指水工模型。水工 模型法定量性較咼，再現(xiàn)性較好，能反映出比較復(fù)雜的地面水環(huán)境的水力特征和污染物遷移的物理過程，但 需要有合適的試驗場所和條件以及必要 的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，制作這種模型需要較多的人力、物力和時間。水工模型法只適用于解決個別特定問題或有現(xiàn)成模型可資利用的情況。水工模型應(yīng)根據(jù)相似準則設(shè)計。在無法利用數(shù)學(xué)模式法預(yù)測 ，而評價 級別比較高的，對預(yù)測要求比較嚴時，應(yīng)用

2、此方法。3、類比分析法：屬于定性或半定量預(yù)測。對三級評價或二級評價的個別情況(如對地面水環(huán)境影響較小的水質(zhì)參數(shù)或在地面水環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化過程復(fù)雜而其影響又不太大的水質(zhì)參數(shù))， 由于評價時間短、無法取得足夠的數(shù)據(jù)，不能利用數(shù)學(xué)模式法或物理型法預(yù)測建設(shè)項目的環(huán)境影響時可采用此法。建設(shè)項目對地面水環(huán)境的某些影響， 如感官性狀、有害物質(zhì)在底泥中的 累積釋放等，目前 尚無實用的定量預(yù)測方法，這種情況可以采用類比調(diào)查 法。預(yù)測對象與類比調(diào)查對象之間應(yīng)滿足下要求：(a) 兩者地面水環(huán)境的水力、水文條件和水質(zhì)狀況類似；(b) 兩者的某種 環(huán)境影響來源應(yīng)具有相同的性質(zhì) ，其強度應(yīng)比較接近或成 比例關(guān)系。4、專業(yè)判

3、斷法：定性 地反映建設(shè)項目的環(huán)境影響。當水環(huán)境影響問題較特 殊，一般環(huán)評人員難以準確識別其環(huán)境影響特征或者無法利用常用方法進行 環(huán)境影響預(yù)測，或者由于建設(shè)項目環(huán)境影響評價的時間無法滿足采用上述其 他方法進行環(huán)境影響預(yù)測等情況下，可選用此種方法。建設(shè)項目對地面水環(huán)境的某些影響 (如感官性狀，有毒物質(zhì)在底泥中的 累積和釋放等)以及某些過程(如 pH值的沿程恢復(fù)過程)等，目前尚無實 用的定量預(yù)測方法，這種情況， 當沒有條件進行類比調(diào)查法時 ，可以采用 專業(yè)判斷法。在選擇模型時，必(1)水質(zhì)模型的空間維數(shù)；須考慮以下幾個重要的技術(shù)問題(2) 水質(zhì)模型所描述(或所使用)的時間尺度；(3) 污染負荷、源和

4、匯；(4) 模擬預(yù)測的河段范圍；(5) 流動及混合輸移；(6) 水質(zhì)模型中的變量和動力學(xué)結(jié)構(gòu)(1)空間維數(shù) 大多數(shù)的河流水質(zhì)預(yù)測評價采用一維穩(wěn)態(tài)模型， 對于大中型河流中的廢水排放，橫向濃度梯度(變化)較明顯，需要米用二維模型進行預(yù)測評價。 在河流水質(zhì)預(yù)測評價中，一般不采用三維模型。 預(yù)測范圍內(nèi)的河段分為 上游河段、混合過程段和充分混合段。上游河段：排放口上游的河段。混合過程段:指排放口下游達到充分混合以前的河段。充分混合段：指污染物濃度在斷面上均勻分布的河段。當斷面上任意一點的濃度與斷面平均濃度之差小于平均濃度的5%時，可以認為達到均勻分布。需采用一維模式或零維模式預(yù)測斷面平均水質(zhì)。在混合過程

5、段下游河段 (x > L ),可以采用一維模型；在混合過程段(XWL), 應(yīng)采用二維模型。在HJ/T 2.3-93中給出了判定河流中達到橫向均勻混合的計算公式。L(0.4B 0.6a)Bu(0.0065B 0.058h)7ghi式中：L 混合過程段長度，m；B河流寬度，m;a排放口距岸邊的距離， m ； u 河流斷面平均流速，m/s ； h 平均水深，m ；g重力加速度，9.81 m/s2 ；i河流坡度。大、中河流一、二級評價，且排放口下游35如以內(nèi)有集中取水點或其他特別重要的環(huán)保目標時，均應(yīng)采用二維模式預(yù)測混合過程段水質(zhì)。 不考慮混合距離的重金屬污染物、部分有毒物質(zhì)及其他保守物質(zhì)的下游

6、濃度預(yù)測，可米用零維模型。 對于有機物降解性物質(zhì)，當需要考慮降解時，可采用零維模型分段模型，但計算精度和實用性較差，最好用一維模型求解。(2)時間尺度在水質(zhì)模型預(yù)測中使用的時間尺度，按逐漸增加水質(zhì)模型復(fù)雜性的順序出現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)、準穩(wěn)態(tài)、動態(tài)； 動態(tài)：河流流量、污染物復(fù)合、溫度等隨時間變化； 穩(wěn)態(tài)：之預(yù)測計算水質(zhì)濃度的空間分布。 準穩(wěn)態(tài)：一般瞬時、有限時段排放選擇準穩(wěn)態(tài)準穩(wěn)態(tài)的預(yù)測通常是在穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)上考慮部分隨時間變化的因素；有以下集中狀態(tài)變化的污染負荷 一一定常的河流流量（常用）定常的污染負荷一一變化的河流流量定常的污染負荷 一一定常的河流流量一一變化的其他環(huán)境因素河流水質(zhì)預(yù)測，絕大多數(shù)選擇穩(wěn)態(tài)準

7、穩(wěn)態(tài)（3）污染負荷、源和匯一般而言，影響河流水質(zhì)狀況的污染負何、源和匯包括下列各項（1）來自城市下水道系統(tǒng)的城市徑流；（2）來自工礦企業(yè)（直接排入水體）的點源；（3）來自城市污水處理廠的點源；（4）非點源；（5）河流上游或支流帶入的污染物（包括氧虧）；（6）河床內(nèi)的源和匯（污染物沉寂、再懸浮、底泥耗氧、藻類產(chǎn)氧、耗氧等）（4）模擬預(yù)測的河段范圍導(dǎo)則中按污水排放量和河流規(guī)模規(guī)定和河段的預(yù)測范圍： 對于預(yù)計可能受到明顯影響的重要水域應(yīng)劃入預(yù)測范圍； 在預(yù)測溶解氧時，預(yù)測范圍應(yīng)包括溶解氧區(qū)域； 在預(yù)測的河段范圍內(nèi)，水文特征突然變化和水質(zhì)突然變化出的上游、下游、重要水工建筑物附近、水文站附近、例行水質(zhì)

8、監(jiān)測斷面均是預(yù)測關(guān)心點。（5）流動及混合輸移進行水質(zhì)預(yù)測要求河流流量平衡。因此，需要考慮較重要的支流和污染源的流量。在某種情況卜還要考慮 地下水排泄和地表水補給對河流流量的影 響。（6）模型中的變量和動力學(xué)機構(gòu)一般水質(zhì)模型按照污染物分為四類： 持久性污染物（在環(huán)境中難降解、毒性大、易長期積累的有毒物質(zhì)） 非持久性污染物：酸和堿（以PH表征）； 廢熱（以溫度表示）對于非持久性污染物，一般采用一階反應(yīng)動力學(xué)來反應(yīng)衰減規(guī)律。對持久性污染物，在沉降作用明顯的河段，可近似采用非持久性污染物預(yù)測模式掌握利用數(shù)學(xué)模式按不同的分類依據(jù)，水環(huán)境預(yù)測模型種類如下圖所示：預(yù)測各類地面水體水質(zhì)時，模式的選用原則水環(huán)境

9、預(yù)測模型種類1-按來水和排污 .動態(tài)、稅態(tài)和隨時間的變化1#況準穏態(tài)（或準動態(tài)）模式零錐* 一維、二維2.按木質(zhì)分布狀況和三細模式I工按模擬預(yù)測的水質(zhì)組分一單一爼分和峯細分耦合模式持久件污染物擴穗模申和業(yè)按污染物非持久性污染物擴敬模型河流水質(zhì)預(yù)測模熨、5按地表水體類熨湖泊水庫）水質(zhì)預(yù)測模型*河口水質(zhì)預(yù)測模型、 I海灣水質(zhì)預(yù)測模世等除此之外，按水質(zhì)數(shù)學(xué)模式的求解方法及方程形式劃分為解析解和數(shù)值解 模式。（1）在水質(zhì)混合區(qū) 進行水質(zhì)影響預(yù)測時，應(yīng)選用 二維或三維模式；在水質(zhì) 分布均勻的水域 進行水質(zhì)影響預(yù)測時，選用 零維或一維模式。（2） 對上游來水或污水排放的水質(zhì)、水量 隨時間變化顯著情況下的水

10、質(zhì)影 響預(yù)測，應(yīng)選用動態(tài)或準穩(wěn)態(tài)模式：其他情況選用穩(wěn)態(tài)模式。（3） 矩形河流、水深變化不大的湖（庫）及海灣，對于連續(xù)恒定點源排污的水質(zhì)影響預(yù)測，二維以下一般采用解析解解模式；三維或非連續(xù)恒定點 源排污（瞬時排放、有限時段排放）的水質(zhì)影響預(yù)測，一般采用數(shù)值解模式。（4）穩(wěn)態(tài)數(shù)值解水質(zhì)模式 適用于非矩形河流、水深變化較大的湖（庫）和 海灣水域連續(xù)恒定點源排污的水質(zhì)影響預(yù)測。（5）動態(tài)數(shù)值解水質(zhì)模式 適用于各類恒定水域中的非連續(xù)恒定排放或非恒 定水域中的各類污染源排放。（6）單一組分的水質(zhì)模式 可模擬的污染物類型包括：持久性污染物、非持 久性污染物和廢熱（水溫變化預(yù)測）；多組分耦合模式模擬的水質(zhì)因子

11、彼此 間均存在一定的關(guān)聯(lián)，如 S P模式模擬的DO和BOD。常用的河流水質(zhì)模式及其選擇表応流及污取物特征適用的水質(zhì)模式L持久性污染物（連 埃排放完全混舍河段河流完全混合模式橫向混合過程段（1）河說二維穩(wěn)態(tài)混合摂式（宜角坐標系）（2）河流二維穩(wěn)態(tài)累積湍童模式（累積流毎 坐標沉降作用明顯的河段工非持久性污染物 （連續(xù)樺放）商流一維穏態(tài)模式，沉降作用近做為 竺二-g （砥為沉降速率）di完全混合河段河盜一維穩(wěn)態(tài)模式，-級動力學(xué)方程- = -K,c （氐為降解逮率） dt橫向混合過程段（1）河流二維穩(wěn)態(tài)混合衰祓模式（貞希磋標 S>（2）河流二維.螳態(tài)累積流量袞減模式罠積 流疑坐折沉肆柞用明毘的河

12、段河流一維穩(wěn)態(tài)模式，K憊沉降低用的反應(yīng)方Hz'理式近似為學(xué)八兇+（&為降齪速dr翠，屁為沉降速率）3.鍛解就河流一集DOBOD為分模式如S-P模式）4.瞬時源（或有限 時段源中、小河流河流-維準轅態(tài)橈成流吒定常一污染負荷 變化）犬型河流河涼二誰難穩(wěn)態(tài)摸罠常用河流水質(zhì)數(shù)學(xué)預(yù)測模式有：1河流稀釋混合模式2河流的一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模式3.Streeter-Phelps 模式4河流二維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模式5.常規(guī)污染物瞬時點源排放水質(zhì)預(yù)測模式、6有毒有害污染物（比重 <1瞬時點源排放預(yù)測模式1.河流稀釋混合模（1）點源：河水、污水稀釋混合方程。對于點源排放持久性污染物，河水與污水完全混合、反映

13、河流稀釋能力的方程為：c= (CpQp + fhQh)/(Q +Q) 式中：c污水與河水混合后的濃度， mg/L;Cp排放口處污染物的排放濃度， mg/ L ;Qp排放口處的廢水排放量，mg/s。Ch河流上游某污染物的濃度， mg/ L;Qh河流上游的流量，mg/ s； Qh B u h河流完全混合模式的適用條件: 河流充分混合段； 持久性污染物； 河流為恒定流動； 廢水連續(xù)穩(wěn)定排放(2)非點源方程：對于沿程有非點源(面源)分布入流的情形，可按非點源方程計算河段污染物的濃度:式中:Ws沿程河段內(nèi)(x= 0到x = Xs)非點源匯入的污染物總負荷量，kg/d ；Q下游x距離處河段流量，m3/s；

14、Qs沿程河段內(nèi)(x= 0到x= Xs。)非點源匯入的水量，m3/s；xs控制河段總長度，km ；x沿程距離(Ow xW) , km。(3)考慮吸附態(tài)和溶解態(tài)污染指標耦合模型當需要區(qū)分溶解態(tài)和吸附態(tài)的污染物在河流水體中的指標耦合，應(yīng)加入分配系數(shù)的概念。分配系數(shù)Kp的物理意義是在平衡狀態(tài)下，某種物質(zhì)在固液兩相間的分配比 例。Kp式中: c溶解態(tài)濃度，mg/L ；X 單位質(zhì)量固體顆粒吸附的污染物質(zhì)量，mg/mg ；Kp分配系數(shù)，L/mg。對于有毒有害污染物，在已知其在水體中的總濃度的情況下，溶解態(tài)的濃度可用考慮吸附態(tài)和溶解態(tài)污染指標耦合模型 計算：CTC 1 Kp S 10 6式中：c溶解態(tài)濃度，m

15、g/L ； ct總濃度，mg/L ；S懸浮固體濃度，mg/L ；Kp分配系數(shù)，L/mg。對于溶解態(tài)污染物，當污染物在河流橫向方向上達到完全混合后，描述污 染物的輸移、轉(zhuǎn)化的微分方程為:(6-6)式中:A河流橫斷面面積：Q 河流流量；c水質(zhì)組分濃度；Dl綜合的縱向離散系數(shù)；Sl直接的點源或非點源強度：維穩(wěn)態(tài)Sb上游區(qū)域進入的源強；2.河流的水質(zhì)模式Sk動力學(xué)轉(zhuǎn)化率，正為源，負為匯。2設(shè)定條件：穩(wěn)態(tài)(少=0),忽略縱向離散作用,則上述微分方程的解為:KCC0 exp(X)非持久性污染物，一階反應(yīng)動力學(xué)反應(yīng)衰減規(guī)律86400u式中：K一階反應(yīng)動力學(xué)速度，1/d ；(耗氧系數(shù)K1，復(fù)氧系數(shù)K2，沉降系

16、數(shù)K3，(K1+K2 )，( K1+K3 )，對于持久性污染物，在沉降作用明顯的河流中，可以采用綜合消減系數(shù) K替代(K1+K3 )，這些K都可以往里面帶，很重要的公式，只要是非持久性污染物，衰減的都是exp這個模式的)C0初始濃度，mg/L ；u河流流速，m/s；x沿河流方向距離，m；C位于污染源（排放口）下游 x處的水質(zhì)濃度，mg/L。S-P模式是研究河流 溶解氧與BOD關(guān)系的最早的、最簡單的耦合模型 它的基本假設(shè)為： 河流為一維恒定流，污染物在河流橫斷面上完全混合； 氧化和復(fù)氧都是一級反應(yīng)， 反應(yīng)速率常數(shù)是定常的， 氧虧的凈變化僅是水 中有機物耗氧和通過液-氣界面的大氣復(fù)氧的函數(shù)。Str

17、eeter-Phelps 模式:” x"ft |S6 u-cjcp l moo 甘其中,+0）Q產(chǎn)（。鳥+公歟©+GJ式中：Qp廢水排放量，m3/s；Qh河流流量，m3/s；3.Streeter-Phelps 模式D 虧氧量即 DO f-DO , mg/L ；Do計算初始斷面虧氧量，mg/L ；Dp上游來水中溶解氧虧值，mg/L ；Dh污水中溶解氧虧值，mg/L ；u河流斷面平均流速，m/s；X 沿程距離，m； c沿程濃度，mg/L。DOf溶解氧濃度，mg/L ；DO f飽和溶解氧濃度，mg/L ；K1耗氧系數(shù)，1/d ；K2復(fù)氧系數(shù)，1/d。 河流充分混合段； 污染物為耗

18、氧性有機污染物； 需要預(yù)測河流溶解氧狀態(tài)； 河流為恒定流動；污染物連續(xù)穩(wěn)定排放。氧垂曲線及相應(yīng)概念:氧垂曲線沿河水流動方向的溶解氧分布為一懸索型曲線，通常稱為氧垂曲線。氧垂曲線的最低點 C稱為臨界氧虧點，臨界氧虧點的虧氧量稱為 最大氧虧 值。在臨界虧氧點左側(cè)，耗氧大于復(fù)氧，水中的溶解氧逐漸減少； 污染物濃 度因凈化作用而逐漸減少。達到臨界虧氧點時，耗氧和復(fù)氧平衡；*臨界點右側(cè)，耗氧量因污染物濃度減少而減少，復(fù)氧量相對增加，水中溶解氧增多，水質(zhì)逐漸恢復(fù)，如排入的耗氧污染物過多將溶解氧耗盡，則有機物受到厭氧菌的還原作用生成甲烷氣體，同時水中存在的硫酸根離子將由于硫酸還原菌的作用而成為硫化氫，引起河

19、水發(fā)臭，水質(zhì)嚴重惡化。臨界氧虧點xc的位置為：4.河流二維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模式（1）二維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)方程 順直均勻河流。 用累積流量坐標表示的二維水質(zhì)方程。（2）連續(xù)點源的河流二維水質(zhì)模式。注意：河流二維模型只需要掌握具體形式及適用條件，一般不涉及計算。（1）河流二維穩(wěn)態(tài)模式與適用條件 平直、斷面形狀規(guī)則河流混合過程段； 持久性污染物； 河流為恒疋流動； 連續(xù)穩(wěn)定排放；（2）河流二維穩(wěn)態(tài)混合累積流量模式與適用條件 彎曲河流、斷面形狀不規(guī)則河流混合過程段； 持久性污染物； 河流為恒疋流動； 連續(xù)穩(wěn)定排放； 對于非持久性污染物，需采用相應(yīng)的衰減模式。5.常規(guī)污染物瞬時點源排放水質(zhì)預(yù)測模式(1) 瞬時點源的河流

20、一維水質(zhì)模式(2) 瞬時點源的河流二維水質(zhì)模式注意：常規(guī)污染物瞬時點源排放水質(zhì)預(yù)測模式只需要掌握具體形式及適用條件，一般不涉及計算問題。6.有毒有害污染物(比重1瞬時點源排放預(yù)測模式注意：有毒有害污染物瞬時點源排放預(yù)測模式只需要掌握具體形式及適用條件，一般不涉及計算問題。二、湖泊、水庫知識點：1.湖泊(水庫)水環(huán)境影響預(yù)測方法(1) 湖泊、水庫水質(zhì)箱模式式中V 湖泊中水的體積、m3,Q平衡時流入與流出湖泊的流量，m3/a；Ce流入湖泊的水量中水質(zhì)組分濃度，g/m3;c湖泊中水質(zhì)組分濃度，g/ m3;Sc如非點源一類的外部源或匯 m3;r (c)水質(zhì)組分在湖泊中的反應(yīng)速率。(2) 湖泊、水庫富營

21、養(yǎng)化預(yù)測模型(磷負荷模型) Voilenweider (沃倫偉德)負荷模型LPI1 V I一- LtJ刃+布式中P:磷的年平均濃度，mg / m3；Lp年總磷負荷/水面面積，mg/ m ;q年入流水量/水面面積，m3/ m2 ；Tr容積/年出流水量，m3/ m3。Dillon（迪龍）負荷模型式中】P春季對流時期磷平均濃度， mg/ L ；磷滯留系數(shù);為平均深度，m ；qo湖泊出流水量，m3 / a；Po 出流磷濃度，mg / L;N 入流源數(shù)目；qi由源i的入湖水量，m3/a；P入流i的磷濃度，mg/ L。（3）常用湖泊（水庫）水質(zhì)模式與適用條件湖泊完全混合衰減模式的適用條件： 小湖（庫）；

22、非持久性污染物； 污染物連續(xù)穩(wěn)定排放； 預(yù)測需反應(yīng)隨時間的變化時采用動態(tài)模式，只需反映長期平均濃度時采用平衡模式。湖泊推流衰減模式的適用條件：大湖、無風(fēng)條件; 非持久性污染物； 污染物連續(xù)穩(wěn)定排放。三河口、海灣水環(huán)境影響預(yù)測方法(1) 潮汐河流一維水質(zhì)預(yù)測模式 一維的潮汐河流水質(zhì)方程一維潮汐平均的水質(zhì)方程(2) 海灣二維水質(zhì)預(yù)測模式 海灣二維水質(zhì)模式海灣潮流模式四、掌握河流水質(zhì)預(yù)測參數(shù)的確定方法知識點：河流水質(zhì)模型參數(shù)的確定方法有：公式計算和經(jīng)驗估值、室內(nèi)模擬實驗測定、現(xiàn)場實測、水質(zhì)數(shù)學(xué)模型測定。1. 單參數(shù)測定方法(1) 復(fù)氧系數(shù)K?的單獨估值方法一經(jīng)驗公式法 歐康那-道賓斯公式=294(第

23、U17£)0- S JD.252> 824 tCz17Cz=nDm = 1.774X10-1 XL 歐文斯等人經(jīng)驗式u0'67IK? (20V ； =5- 34lmgHMO.5m/s) 丘吉爾經(jīng)驗式Mo+ 696K輕沁=5. 03 7673-(0.6m/Wl. 8m/s)(2) 耗氧系數(shù)Ki的單獨估值方法實驗室測定法Ki Ki' (0.1154i)u/h式中：K；實驗室測定的耗氧系數(shù)； i 河流底面坡度;u 流速;h水深。 兩點法864001* Cain 7 At式中：Ca 斷面A或r=rA時的污染物平均濃度。Cb斷面B或r=B時的污染物平均濃度。多點法(m&g

24、t;3)$6400u (m2菇血L 耳Zi g 埶)Ki ='KZ法K】=86400,空p (令 2兒)甲。-z_ ds +OO2 exp(-K2Zkr/w) (DCh _ DQ、一 DO4 + D5(3) K1、K2的溫度校正K我2( Q =«1或2£2兀 > dC f_2° > 溫度常數(shù)用取值范圍：對 K|, &=1021.06, 般取 k047| 對 0=14151. 047, 般取 1.024.(4) 混合系數(shù)的經(jīng)驗公式單獨估算法 泰勒法求橫向混合系數(shù)My = g 058H + 0. 0065B)(gH7)i 費希爾法求縱向離散系數(shù)DL = 0.0nu2B2/hu*(5) 混合系數(shù)的示蹤試驗測定法定義：示蹤實驗法是向水體中投放示蹤物質(zhì)，追蹤測定其濃度變化，據(jù)此計算所需要的各環(huán)境水力參數(shù)的方法。示蹤物質(zhì) 有無機鹽類、螢光染料和放射性同位素 等。示蹤物質(zhì)的選擇應(yīng)滿足以下要求: 在水體中不沉降、不降解，不產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)； 測定簡單準確； 經(jīng)濟； 對環(huán)境無害。示蹤物質(zhì)的投放方式有瞬時投放、有限時段投放和連續(xù)恒定投放 三種。連續(xù)恒定投放時，其投放時間（從投放到開始取樣的時間）應(yīng)大于1.5Xm/U（ Xm為投放點到最遠取樣點的距離）。瞬時投放具有示蹤物質(zhì)用量少，作業(yè)時間短，投放簡單，數(shù)據(jù)整