水环境容量的理论 及应用
河海大学
(逄勇)
Pang Yong
2004年 4月 7日
主要内容
第一部分 水环境容量的概念及研究现状
第二部分 水环境容量基本计算方法
第三部分 江苏省水环境容量研究成果介绍
1,水环境容量的概念 (纳污能力、承载能力)
1.1 水环境容量的概念
水环境容量是水体在规定的环境目标下所能
容纳的污染物的最大负荷,其大小与水体特征、
水质目标及污染物特性有关。
1.2 总量控制的两种方法
目标总量控制:根据基准年的排污量来确定总量指
标,主要是便于管理和操作,但和水环境功能区管理的要
求有一定距离。
容量总量控制:根据水体功能区要求的水质来确定
总量指标,和水环境功能区管理的要求相一致。
水环境容量的确定是容量总量控制的基础 。
第一部分 水环境容量的概念及研究现状
2、国内外对水环境容量的一些认识
?国外有些国家主要从浓度控制进行污染物排放量控制
?国内学术界对此有争议
?许多 基层环保部门水环境容量研究的积极性不高
3、水环境容量研究的意义及现实可行性
3.1 意义
可持续发展的一个重要的定量指标
3.2 现实可行性
?有强有力的理论基础
?计算结果的大数上能把握住
?管理上的迫切需要
1,水环境容量研究的理论基础 (水质模型 )
污染源排污量 水体水质
水质预测
水环境容量计算
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
2,水环境容量基本计算方法及分析
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
2.1 基本计算方法
? 总体达标计算法
? 控制断面达标计算法
2.2 总体达标计算法的优缺点
(1)优点:
? 计算结果和污染源位臵没有关系,人为影响小;
? 计算简便,易操作。
(1)缺点
计算结果值偏大,需进行不均匀系数值订正。
污染源排污量 水体水质
水质预测
水环境容量计算
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
2.3 控制断面计算达标法的优缺点
( 1)优点
能够保证控制断面的水质达标,特别适合于饮
用水水源地的保护;以及国控、省控、市控等重要
水质控制断面水质达标的管理。
污染源排污量 水体水质
水质预测
水环境容量计算
控制断面 2控制断面 1
( 2)缺点
① 要事先明确每个排污口的位臵,在对未来污染
源的把握上,一般不确定性因素较多,故这种方法
在操作上有难度。
② 当控制断面上游有多个排污口时,控制断面水
质达标时的水环境容量值有多个解,使得该方法在
操作上有难度。
③ 控制断面水质浓度正好达标,意味着控制断面
至排污口这一段河道的水质均超标,与功能区水质
管理稍有出入。
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
控制断面 1
排污口 1 排污口 2 排污口 3
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
建议:
? 对于重要控制断面,采用控制断面水质达标
的方法进行水环境容量的计算,
? 对于一般水体,采用总体水质达标的方法进
行水环境容量的计算。
3,总体达标水环境容量计算方法(零维模型)
3.1 水质计算
qQKV
QCWC
??
??
0
00
W:污染物排放量;
Q0:流入河流、湖库流量;
C0:上游来水的背景浓度值;
K:水质降解系数;
V:水体容积;
q:旁侧支流流量。
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
C0,Q0
W,q
C (Q0 +q)
V
KVC
3.2 水环境容量计算
3.2.1 基本计算方法
qQKV
QCWC
??
??
0
00
当 C=CS时,W
即为环境容
量,公式中
的单位为:
Kg/天。
? ? 4.86)( 00 ????? sss qCK V CCCQW
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
自净容量稀释容量
3.2.2 几个问题的讨论
( 1)不均匀系数订正
总体达标水环境容量方法计算出的结果值偏
大, 一般称为偏不保守 。 故为了符合实际起见,
引入不均匀系数的概念进行订正 。 订正方法如下

W订正 =αW
α 为不均匀系数,α 为界于 0和 1之间的一个
数。
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
对于大于 1000宽的河流,不采用完全混合模
型进行水环境容量计算,而是采用岸边污染带控
制法进行水环境容量计算。对于小于 1000宽的河
流,进行不均匀系数订正,具体如下:
河宽,500-1000米 α=0.1 -0.2
200-500米 α=0.2 -0.5
100-200米 α=0.5 -0.8
小于 100米 α=0.8 -1.0
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
( 2)双向河流时的计算方法
正向河流,W正 = Q01(Cs - C01)+K1V1Cs+q1Cs
反向河流,W反 = Q02(Cs - C02)+K2V2Cs+q2Cs
设计算时间段为 A,反向流在计算时间段中的
天数为 B,则双向流允许纳污量的计算公式:
反正 WA
BW
A
BAW ???
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
( 3) 时空变化明显的河段
划分空间单元和时间单元进行计算,对于各
单元的计算结果再进行空间和时间单元的叠加。
? ?
? ?
?
n
j
m
i
jiWW
1 1
,
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
4,控制断面水质达标水环境容量计算方法
4.1 概念
为保证控制断面水质达标,上游各污染源的最大允
许排污量。
控制断面 1
排污口 1 排污口 2 排污口 3
4.2 控制断面水质达标时的水环境容量计算方法
4.2.1 一维稳态水质模型
4.2.1.1 水质计算
qQ
qCQCC
?
??
0
100'
)8 6 4 0 0e x p (' xukCC ???
公式中 C1,q为排污口废水浓度 mg/L和废水量 m3/s; C0
,Q0为上游河水浓度 mg/L和流量 m3/s。 K为水质降解系数 1/
日; X为距排污口的距离 m; U为流速 m/s。
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
C0,Q0 C
1,q
C’
C
4.2.1.2 水环境容量计算
只有一个排污口时的计算公式:
4.86)8 6 4 0 0()( 000 ??????? ?????? QCuxKE x pCqQW s
)8 6 4 0 0e x p (' xukCC ???
qQ
qCQCC
?
??
0
100'
当 C=CS时,
C1q=W即为
环境容量,
公式中的
单位为:
Kg/天 。
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
4.2.2 二维稳态水质模型
4.2.2.1 水质计算
单个污染源时:
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4e x p)(8 6 4 0 0e x p),(
22
2/10 ?
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
排污口
Cp,Qp
Hu
x
y
多个污染源时:
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?
n
i
i yxcyxc
1
),(),(
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4e x p)(8 6 4 0 0e x p),(
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2/1
11
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4e x p)(8 6 4 0 0e x p),(
22
2/1?

第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
排污口 1 排污口 2 排污口 3 控制端面
4.2.2.2 水环境容量计算
一个排污口时的计算公式:
4.86
)
4
)2(
e x p ()
4
e x p (
)
8 6 4 0 0
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xuMH
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xKyxc
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4
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4e x p)(8 6 4 0 0e x p),(
22
2/10 ?
当 C=CS时,
CpQp=W即
为环境容
量,公式
中的单位
为,Kg/天 。
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
4.2.3 多个排污口时的计算公式:
控制断面水质与排污量响应关系曲线计算
设:控制断面水质浓度为 C1;控制断面上游各
污染源排污量为,W1,W2,W3………….等, 则可根据
水质模型公式推导得出控制断面水质与上游排污
量之间的函数关系式为:
C1=C1( W1,W2,W3………….)
根据公式可绘制在不同上游排污量情况下 W1
,W2,W3………….对 C1影响的关系曲线。
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
控制断面 1
排污口 1 排污口 2 排污口 3
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
5,湖库水体纳污能力计算
5.1 对于面积较小的湖库
利用完全混合公式进行水环境容量的计算。
? ? 4.86)( 00 ????? sss qCK V CCCQW
在进行水环境容量计算时要进行不均匀系数订
正,具体如下,W订正 =αW
湖库面积:大于 50Km2 采用其它方法进行计算;
10Km2-50Km2 α=0.1 -0.3
5Km2-10Km2 α=0.3 -0.6
小于 5Km2 α=0.6 -1.0
5.2 对于面积较大的湖库
5.2.1 入湖口断面水质浓度达标的计算思路
利用入湖河口水质浓度与上游污染排污量响应关
系曲线进行计算。
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
排污口 1
排污口 2
排污口 3
入湖河口水质
控制断面
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
5.2.2 分功能区按水质达标情况进行计算
利用水质模型,计算出湖体中各功能区的水质状
况,分析各功能区水质达标时,入湖排污口的污染物
排放量即为湖库的水环境容量值。
排污口 1
排污口 3
排污口 2
功能区 2
功能区 4
功能区 3功能区 1
功能区 6功能区 5
功能区 8
功能区 7
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
5.2.3 湖库中排污混合带约束计算
计算入湖库口门中的排污混合带大小,对此进行
约束,得出的入湖排污口的污染物排放量即为湖库的
水环境容量值。
排污口
5.2.4 湖库中断面水质达标的简化模型
4.86)
1 7 2 8 0 0
e x p ( 0
0
2
?
?
?
?
?
?
? ?
?
? Q
Q
HrKCW
s
?
W—为水环境容量,单位为 Kg/日。
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
排污口
控制断面水质
6、长江等大水体水环境容量的计算
6.1 总体水环境容量的考虑
(1)岸边污染带允许排污量,这部分允许排污量就是长江
等大水体总体水环境容量的一部分。
(2)引清水增加的周围河道的水环境容量。
总的水环境容量应该是这两部分之和。
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
排污口
Cp,Qp
引清水
排污混合带
排污口的允许排
污量
增加周边河道
的水环境容量
第二部分 水环境容量的概念及基本计算方法
6.2岸边污染带允许排污量计算中的几个主要问题及
解决问题的思路
(1)排污口的确定 (考虑现状及规划)
(2)排污混合带范围的确定 ( 500-1000m)
(3)上游来水水质浓度的确定 (功能区划值及监测平均值)
江苏省的水体
主要分为河网区;湖泊区;长江
三大类。对于这
三类区,可按不
同方法进行江苏
省水体的水环境
容量的计算。
1,江苏省基本水系概况
第三部分 江苏省水环境容量课题研究介绍
对于湖泊水系,由于江苏省湖泊水环境问题的
严重性,主要考虑控制入湖河道水质达标,不进
行湖泊内水环境容量的计算;
对于长江水系,由于长江的污染物主要以污
染带形式出现,故进行排污混合带与排污量关系
计算;
对于河网水系,进行水环境容量计算研究。
江苏省河网区水系 主要分为:太湖流域;秦
淮河流域;沂沭泗流域;洪泽湖流域;南通河网
区;里下河河网区六大片。
第三部分 江苏省水环境容量课题研究介绍
2,主要工作内容
? 计算出江苏省各主要河段的水环境容量值。
? 以各主要河段的水环境容量计算结果为基础,汇
总出江苏省各县及各市的水环境容量值。
? 进行太湖入湖河道 COD、氨氮污染物总量控制计算

? 建立南水北调工程区的简单水质预测模型;建立
长江江苏段特大供水水源区的水质预测模型并进
行排污混合带计算研究。
? 研制完成江苏省水环境容量信息系统,在该系统
中,建立动态水环境容量计算系统。
第三部分 江苏省水环境容量课题研究介绍
污染源、水质、水环境保护目标
等现状资料的调查及评价
地表水(环境)
功能区划确定
各水系片设计水文条
件计算
各水系片水环境数学
模型建立及率定
各水系片长序列降雨
资料频率分析
水质降解系数计算
野外实验研究
模型率定研究
各水系片、各河段
水环境容量计算
各县水环境容量计

各地级市水环境容
量计算
南水北调干线水量水
质预测模型建立
长江江苏段水环境数学模型
建立及排污混合带研究
江苏省水环境容量信息管理系统研制
太湖入湖河
道污染物总
量控制计算
3






线
第三部分 江苏省水环境容量课题研究介绍
4、水环境容量的确定方法
水环境容量计算公式
式中,W,水环境容量值 ( 公斤 /日 ) ; Q0, C0— 进
口断面的入流流量和水质浓度 (mg/L); q—旁侧入流流量
(m3/s); Cs—该水体的水质标准 (mg/L) ; V—水体体积 (m3);
K—水质降解系数 (1/d)。
水环境容量的主要影响因子:
? 水文设计条件( Q0,V),
? 水质降解参数( K),
? 水环境功能区划 ( Cs)
? ? 4.86)( 00 ????? sss qCK V CCCQW
第三部分 江苏省水环境容量课题研究介绍
5、水环境容量计算中几个主要问题的考虑
5.1 设计水文条件的选取原则
首先确定典型年, 典型年的确定原则为根
据区域平均降水量资料, 选取 90%保证率的典型
年 。
在典型年确定基础上,依据区域的月平均
水位资料分高、中、低三种情况确定边界水文
计算条件。根据确定的边界水文条件,利用研
究区域河网水量数学模型,分高、中、低三种
方案计算出研究区域各河道的水文设计条件。
第三部分 江苏省水环境容量课题研究介绍
5.2 水质降解系数确定
采用室内外实验, 模型模拟法, 类比调查的
确定水质降解系数 。
第三部分 江苏省水环境容量课题研究介绍
5.3 水环境功能区划
根据, 江苏省地表水 ( 环境 ) 功能区划
,江苏省人民政府, 2003年 3月 18日, 来计
算水环境 容量 。
第三部分 江苏省水环境容量课题研究介绍
请各位多提宝贵意见
谢 谢