第六章水環(huán)境影響(之一)

第六章

水環(huán)境影響預(yù)測與評價

（之一）水體與水體污染污染物質(zhì)在河流中的混合擴散河流水質(zhì)模型水質(zhì)模型參數(shù)估值1第一節(jié)水體與水體污染一、水體與水體污染的概念1水體的概念水是自然環(huán)境中最活躍的因素之一。水體-水聚集的自然綜合體分三類：地表水體、地下水體、海洋地表水體：江、河、湖泊、沼澤、水庫分五類天地定位，山澤通氣，雷風(fēng)相薄，水火不相射。22水體污染分兩類：一類水體自然污染；另一類水體人為污染，后者為主要水體污染過程：（1）溶解氧下降過程（2）水生生態(tài)平衡破壞過程魚類等高等水生生物遷移、死亡，耐污耐毒喜肥低等水生生物、植物大量繁殖（3）低毒變高毒過程水體的pH值變化、氧化還原、有機負荷等條件的改變，使低毒化合物轉(zhuǎn)化為高毒化合物（4）低濃度向高濃度轉(zhuǎn)化過程物理堆積和生物富集作用3水體自凈機制物理凈化稀釋、混合、擴散、沉積、沖刷、再懸浮化學(xué)凈化化學(xué)吸附、化學(xué)沉淀、氧化還原、水解等生物凈化微生物的降解作用污染惡化水體自凈水質(zhì)惡化區(qū)水質(zhì)恢復(fù)區(qū)水質(zhì)清潔區(qū)4二、水體污染物及污染源1水體污染物理化性質(zhì)：物理污染物、化學(xué)污染物、生物污染物、綜合污染物形態(tài)分：離子態(tài)、分子態(tài)、簡單污染物、復(fù)雜污染物對水體的影響特征：感官污染物、衛(wèi)生學(xué)污染物、毒理學(xué)污染物、綜合污染2水體污染源自然屬性：自然污染源、人為污染源排放污染物種類：物理污染源（熱、放射性）、化學(xué)污染源、生物污染源幾何形狀：點污染源—城市、企業(yè)的集中排放口面污染源—降水地面徑流5三、水體污染類型及危害1有機耗氧性污染耗氧→缺氧→厭氧→發(fā)臭→破壞水體功能2化學(xué)毒物污染（1）非金屬無機毒物（2）重金屬與類金屬無機毒物（3）易分解有機毒物（4）難分解有機毒物3石油污染在水面形成一層油膜，阻止溶解氧進入水中4放射性污染5富營養(yǎng)化污染6第二節(jié)污染物質(zhì)在河流中的混合與擴散一、污染物質(zhì)在河流中的混合對于保守污染物、易降解污染物混合稀釋都是它們遷移的主要方式之一1、河流的混合稀釋模型廢水進入河流后，不斷地與河水發(fā)生混合交換作用，使保守污染物濃度沿流程逐漸降低，這一過程稱為混合稀釋過程污水注入點、完全混合點7注入點完全混合點初始段混合系數(shù)稀釋比在非均勻混合斷面上的污染物平均濃度按下式計算（6-3）8在水質(zhì)完全混合斷面以下的任意斷面的a,n和Ci均為常數(shù)非均勻混合段面上的污染濃度計算？需知道Qi簡單的辦法：測定排水口至完全混合斷面的距離Ln假設(shè)混合系數(shù)與距離成正比，任意斷面的混合系數(shù)按下式計算：Ln無實測數(shù)據(jù)時，參考表6-1確定92費羅洛夫經(jīng)驗公式費羅洛夫提出完全混合距離公式：10導(dǎo)則推薦公式：B-河流寬度；H-平均水深；I-河流底坡度；u-河流中斷面平均流速；a-排放口到岸邊距離11二、污染物在河流中的擴散1分子擴散物質(zhì)分子的隨機運動而引起的物質(zhì)遷移或分散。以擴散方式通過單位截面的質(zhì)量流量與擴散物質(zhì)的濃度梯度成正比分子擴散影響很小，在水環(huán)境影響評價中忽略2湍流擴散河流水作湍流運動時，隨機的湍流運動引起污染物擴散河流中污染物以湍流擴散為主123、剪切流離散流速梯度存在的流動稱為剪切流空間各點處，湍流時均值與湍流時均值的空間平均值的系統(tǒng)差別所產(chǎn)生的分散現(xiàn)象4、對流擴散溫度差或密度分層不穩(wěn)定性而引起的鉛直方向?qū)α鬟\動所伴隨的污染物遷移。物質(zhì)的擴散輸移規(guī)律和水體的流動特性緊緊聯(lián)系一起135移流擴散方程取一微分六面體，按物質(zhì)守恒原理三維擴散方程二維擴散一維擴散--污染物的“源”或“匯”流入“源”流出“漏”14第三節(jié)河流水質(zhì)模型一、河流水質(zhì)模型簡介為排入河流中污染物的數(shù)量與河水水質(zhì)之間提供定量關(guān)系，為水質(zhì)評價、預(yù)測及影響分析提供依據(jù)（Streeter-Phelps)1925年第一次建立水質(zhì)模型，至今60多個春秋時間特性分類：靜態(tài)模型、動態(tài)模型空間維數(shù)：零維、一維、二維、三維水質(zhì)組分：單一組分、多組分水體類型：河流水質(zhì)模型、河口水質(zhì)模型、湖泊水質(zhì)模型、水庫水質(zhì)模型、海灣水質(zhì)模型15如何選擇、使用水質(zhì)模型？流動的河流中，平流遷移往往占主導(dǎo)地位，對某些組分可忽略擴散項-受潮汐影響的河口中，擴散是主導(dǎo)的遷移現(xiàn)象，擴散項必須考慮不能忽略對河床規(guī)整，斷面不變，污染物排入量不變的水體，可選用靜態(tài)模型目前：比較多的關(guān)注了河流中的生化需氧量和溶解氧之間的關(guān)系的模型，碳和氮的形態(tài)模型，熱污染模型，細菌自凈模型以下介紹一些常見的水質(zhì)模型16二、守恒污染物在均勻流場中的擴散水質(zhì)模型進入環(huán)境的污染物分為兩大類：守恒污染物（惰性污染物）和非守恒污染物守恒污染物：進入環(huán)境以后，隨著介質(zhì)的運動不斷地變換所處的空間位置，還由于分散作用不斷向周圍擴散而降低其初始濃度，但它不會因此而改變總量，不發(fā)生衰減。非守恒污染物：污染物進入環(huán)境后，除了隨著環(huán)境介質(zhì)流動而改變位置，并不斷擴散而降低濃度外，還因自身的衰減而加速濃度的下降171.守恒污染物在均勻流場中的擴散方程在均勻流場中，流速應(yīng)為常數(shù)，擴散參數(shù)為常數(shù)二維空間擴散方程一維空間擴散方程2.擴散方程的解瞬時點源，守恒污染物在均勻無限大流場中，污染物濃度的分布呈高斯分布18M-污染物排放量二維擴散方程的解:一維擴散方程的解:193.二維靜態(tài)河流水質(zhì)擴散模型及其解靜態(tài)污染物排入河流的點在x=0處，連續(xù)點源二維靜態(tài)的擴散方程的解為：考慮河岸影響，排放源位于河流縱向坐標(biāo)x=0處，河寬為B時，考慮河岸一次反射的二維靜態(tài)河流岸邊排放連續(xù)點源水質(zhì)模型為：204.完成橫向均勻混合所需的距離點源二維擴散的橫向濃度分布為正態(tài)分布，隨著縱向距離的增加，橫向濃度分布曲線會變得愈加平坦而趨向均勻化。若斷面上最大濃度與最小濃度之差不超過5%，可以認為污染物已經(jīng)達到了均勻混合。由排放點到完成均勻混合的斷面的距離稱為完全混合距離。理論分析和實驗確定：河中心排放的完全混合距離：岸邊排放的完全混合距離21三、非守恒污染物在均勻河流中的水質(zhì)模型1.零維水質(zhì)模型完全混合反應(yīng)器當(dāng)單元河段中污染物濃度不隨時間變化dC/dt=0,零維靜態(tài)模型一級反應(yīng)動力學(xué)222.一維水質(zhì)模型均勻河段，斷面面積A、平均流速u、污染物輸入量W、擴散系數(shù)E都不隨時間變化，源和漏項僅為反應(yīng)衰減項且符合一級動力學(xué)反應(yīng)。二階線性常微分方程，用特征多項式法求解：（6-30）23（1-m）相應(yīng)排污口的下游區(qū)(x>0);而（1+m）相應(yīng)于排污口以上的上游區(qū)（x<0)。對于衰減的污染物，x<0的取值在此無意義。初始條件：X=0時，C=C0，公式（6-30）的解為：式中C0按下式計算：243.忽略擴散項的一維水質(zhì)模型忽略擴散項的一維水質(zhì)模型的偏微分方程為：在初始條件x(t)=0,C=C0時，其解為：這個偏微分方程可以改寫為兩個成微分方程：254.S-P模型描述一維靜態(tài)河流中的BOD-DO變化規(guī)律兩條假設(shè)：（1）方程中的源和漏項，只考慮好氧微生物參加的BOD衰減反應(yīng)，并認為該反應(yīng)為一級反應(yīng)，即S=-k1L(2)河流中的耗氧只是BOD衰減引起的。BOD的衰減反應(yīng)速率與河水中溶解氧DO的減少速率相同，復(fù)氧速率與河水的虧氧量成正比。26虧氧量D以溶解氧（Os、O）表示，則河流中溶解氧的變化規(guī)律為：27——自凈系數(shù)在河流的某一距離xc處，虧氧值D具有最大值，或溶解氧具有最小值。用求極值的方法求出。dD/dx=0285.S-P模型的修正模型在S-P模型的基礎(chǔ)上附加了一些新的假設(shè)（1）托馬斯模型考慮沉淀、絮凝、沖涮和再懸浮過程對BOD去除的影響，引入了BOD沉浮系數(shù)k2，BOD變化速度k3L。K3取值：沖涮、再懸浮過程，k3<0;沉淀過程，k3>029(2)多賓斯-坎普模型地面徑流和底泥釋放BOD所引起的BOD變化速率，該速率以R表示。考慮藻類光合作用和呼吸作用以及地面徑流所引起的溶解氧變化速率，該速率以P表示。在L(0)=L0,D(0)=D0的初始條件下，得到多賓斯坎普方程的解（6-42）、（6-43）、（6-44）30（3）奧康納模型對一維靜態(tài)河流，在托馬斯模型的基礎(chǔ)上，