水环境容量计算
排放方式
自净
稀释
W自净
W稀释
W
水环境容量,反映流域的自然属性(水文特性),又反映人类对环境
的需求(水质目标)
水环境容量 =
稀释容量( W稀释 )
+自净容量( W自净 )
两部分
稀释容量,在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时,依靠稀
释作用达到水质目标所能承纳的污染物量
自净容量,由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用,给定水域
达到水质目标所能自净的污染物量
水环境容量基本特征
? 资源性 水环境容量是一种自然资源 — 能容纳一定量的
污染物也能满足人类生产, 生活和生态系统的需要;水环
境容量是有限的可再生自然资源 。
? 区域性 受各类区域的水文, 地理, 气象条件等因素的影
响, 不同水域对污染物的物理, 化学和生物净化能力存在
明显的差异, 导致水环境容量有明显的地域性特征 。
? 系统性 河流、湖泊等水域一般处在大的流域系统中,水
域与陆域、上游与下游、左岸与右岸构成不同尺度的空间
生态系统,因此,在确定局部水域水环境容量时,必须从
流域的角度出发,合理协调流域内各水域的水环境容量。
影响要素
? 水域特性
几何特征 ( 岸边形状, 水底地形, 水深或体积 ) ;
水文特征 ( 流量, 流速, 降雨, 径流等 ) ;
化学性质 ( pH值, 硬度等 ) ;
物理自净能力 ( 挥发, 扩散, 稀释, 沉降, 吸附 ) ;
化学自净能力 ( 氧化, 水解等 ) ;
生物降解 ( 光合作用, 呼吸作用 ) 。
? 环境功能要求
不同功能区划, 对水环境容量的影响很大:水质要求高的
水域, 水环境容量小;水质要求低的水域, 水环境容量
大;
影响要素
? 污染物质
不同污染物本身具有不同的物理化学特性和生物反应规
律, 不同类型的污染物对水生生物和人体健康的影
响程度不同 。 不同的污染物具有不同的环境容量;
? 排污方式
一般来说,在其他条件相同的情况下
集中排放的环境容量比分散排放小
瞬时排放比连续排放的环境容量小
岸边排放比河心排放的环境容量小
因此,限定的排污方式是确定环境容量的一个重要确定
因素。
计算步骤 1
? 水域概化 将天然水域(河流、湖泊水库)概化成计算水域
? 基础资料调查与评价
水域水文资料(流速、流量、水位、体积等)
水域水质资料(多项污染因子的浓度值)
收集水域内的排污口资料(废水排放量与污染物浓度)
支流资料(支流水量与污染物浓度)
取水口资料(取水量,取水方式)
污染源资料等(排污量、排污去向与排放方式)
并进行数据一致性分析,形成数据库。
计算步骤 2
? 选择控制点 ( 或边界 ) 根据水环境功能区划和水域内的水
质敏感点位置分析, 确定水质控制断面的位置和浓度控制
标准 。 如存在污染混合区, 则需根据环境管理的要求确定
污染混合区的控制边界 。
? 建立水质模型 选择零维, 一维或二维水质模型, 并确定模
型所需的各项参数 。
? 容量计算分析 应用设计水文条件和上下游水质限制条件进
行水质模型计算, 利用试算法 ( 根据经验调整污染负荷分
布反复试算, 直到水域环境功能区达标为止 ) 或建立线性
规划模型 ( 建立优化的约束条件方程 ) 等方法确定水域的
水环境容量 。
? 环境容量确定 在容量计算分析基础上,扣除非点源污染影
响部分,则为实际环境管理可利用的水环境容量。
设计条件
? 计算单元
水环境容量计算单元的划分,采用节点划分法
从保证重要水域水体功能角度出发,以大中城市及重要工
业区、工业企业生活等重要和敏感的区域或断面作为划
分节点,把河道划分为若干较小的计算单元进行水环境
容量计算。
? 控制点
?一般情况下, 计算单元内可以直接按照水环境功能区
上下边界, 监测断面 等设置控制点或节点 。
?某一功能区划水域内存在多个常规性监测断面,
选取最高级别的监测断面
最有代表性的监测断面
最能反映最大取水量取水口水质的监测断面 。
?功能区划水域没有常规性监测断面,可以选择功能
区的 下断面 或者 重要的用水点 作为控制节点。
控制断面的选取要注意以下几个问题
? 断面不要设在排污混合区内 ( 由排放浓度过渡到功能
区标准的排污混合区或过渡区 ) ;
? 断面一定要反映敏感点的水质 。 大部分水环境功能区内
都允许有取水口 ( 饮用水, 工业用水, 农业用水 ) 或鱼
类索饵, 产卵等活动区存在, 断面设置应考虑这些敏感
点的水质保护, 以保证功能区真正达标 。
? 断面要保证出境水质达标 。
水文条件
? 河流 指河段内的水位, 流速和流量等条件;
? 湖库 指湖库的水位, 库容和流入流出条件;
? 一般条件下, 水文条件年际, 月际变化非常大 。 各流域
一般可选择 30Q10( 近 10年最枯月平均流量 ) 作为设计
流量条件, 30V10( 近 10年最枯月平均库容 ) 作为湖库
的设计库容 。 以下几类情况, 可分别概化为:
?海河, 黄河等北方各流域由于枯水月流量太小或可能断
流, 可同时选择 90Q10( 近 10年最枯季平均流量 ) 或
90V10( 近 10年最枯季平均库容 ) 作为参考设计水文条
件 。
?长江, 珠江等干流河面较宽 ( > 200m), 污染物扩散
一般仅在岸边进行, 不影响到河流对岸 。 设计水文条件
可选择 30Q10或 30V10,然后根据环境管理的需求确定
混合区范围进行岸边环境容量计算, 以混合区水环境容
量作为可以实际利用的水环境容量数据 。
? 其他河段设计流量的计算选取枯水期月平均流量作为计算
样本
? 有闸坝控制的河段,关闸时间较长时,可以考虑近 10年
平均水位下的水体容积作为设计流量或最小下泄流量。
? 对于一般湖泊或水库,分别按照近 10年最低月平均水位
水位相应的蓄水量和死库容的蓄水量确定设计流量。
? 有条件的地区,可对丰平枯水期特征明显的河流,以及按
照最枯流量计算没有水环境容量的情况,按照分水期进行
水环境容量的计算(需要注明对应的水期月份),汇总得
到全年的水环境容量。
水文条件
边界条件
? 控制因子, COD和氨氮主要控制因子,湖库增加总磷,
总氮和叶绿素 a指标 ;
? 质量标准
省界断面水质标准以国家制定的流域规划确定的目标和
省界功能区水质目标为依据,
省内断面水质标准以水环境功能区划为水环境容量计算
的依据, 跨市, 县界的功能区协调方案由各省解决 。
需要国家协调省际水环境功能区目标差异和目标水质的,
可以提交总局和技术指导组解决 。
? 设计流速,河流的设计流速为对应设计流量条件下的
流速。
? 本底浓度
参考上游水环境功能区标准, 以对应国家环境质量标准的上限
值 ( 达到对应国家标准的最大值 ) 为本底浓度 ( 来水浓度 )
对于跨界水环境功能区本底浓度需要考虑国家和省 ( 直辖市,
自治区 ) 政府部门规定的出, 入断面浓度限值 。
? 水质目标值
水环境功能区相应环境质量标准类别的上限值为水质目标值 。
? 单位时间
一般指一年。最枯月或最枯季的环境容量换算为全年,作为
功能区的年环境容量。
排放浓度采用 mg/l单位,流量采用 m3/s单位,计算结果是瞬
时允许污染物流量( mg/s),需换算成年容量。
边界条件
排污方式
? 当排污口污水排放流量较大(根据各区域特征确定)
现状排污口,必须作为独立的排污口处理。
? 其他排污口,可以适当简化。
?若排污口距离较近,可把多个排污口简化成集中的排
污口
排污口概化的重心计算:
X=( Q1C1X1+Q2C2X2+····QnCnXn) /(Q1C1+Q2C2+····QnCn)
X:概化的排污口到功能区划下断面或控制断面的距离;
Qn:第 n个排污口 ( 支流口 ) 的水量;
Xn:第 n个排污口 ( 支流口 ) 到功能区划下断面的距离;
Cn:第 n个排污口(支流口)的污染物浓度;
上界 下界
上界
1 2 3
下界
1#
排污口概化示意图
?距离较远并且排污量均比较小的分散排污口,可概化
为非点源入河,仅影响水域水质本底值,不参与排污口
优化分配计算。
水质模型
? 模型的类型
零维模型
一维模型:
二维模型:
零维模型
? 对河流,表现形式为河流稀释模型;对于湖泊与水库,
主要有盒模型
? 符合下列两个条件之一的环境问题可概化为零维问题:
?河水流量与污水流量之比大于 10~20;
?不需考虑污水进入水体的混合距离;
常用零维模型解决的问题
? 对河流
?不考虑混合距离的重金属污染物、部分有毒物质等其它保
守物质的下游浓度预测与允许纳污量的估算;
?有机物降解性物质的降解项可忽略时,可采用零维模型;
?对于有机物降解性物质,当需要考虑降解时,可采用零维
模型分段模拟,但计算精度和实用性较差,最好用一维模
型求解。
? 对湖泊、水库
?不存在分层现象、无须考虑混合区范围的富营养化问题和
热污染问题;
?可依流场、浓度场等分布规则进行分盒的湖泊和水库,其
环境问题均可按零维盒模型处理。
定常设计条件下河流稀释混合模型
? 点源,河水、污水稀释混合方程
Ep
EEpp
QQ
QCQCC
?
????
C— 完全混合的水质浓度( mg/L);
Qp,Cp— 上游来水设计水量( m3/s)与
设计水质浓度( mg/L);
QE,CE— 污水设计流量( m3/s)与设计
排放浓度( mg/L);
对于可概化为完全均匀混合类的排污情况, 排污口与控
制断面之间水域的允许纳污量计算公式为:
单点源排放:
ppEpC CQQQSW ????? )(
式中,WC— 水域允许纳污量 (g/L);
S— 控制断面水质标准 (mg/L)
多点源排放
ppEi
n
i
pC CQQQSW ????? ?
?
)(
1
式中,QEi—— 第 i个排污口污水设计排放流量 (m3/s);
n—— 排污口个数
? 考虑吸附态和溶解态污染指标耦合模型
定常设计条件下河流稀释混合模型
610
1
???
?? SSK
CC
p
T
对于需要区分出溶解态浓度的污染物,可用下式计算
式中,C— 溶解态浓度 (mg/L);
Cr— 总浓度 (mg/L);
SS— 悬浮固体浓度 (mg/L);
Kp— 分配系数 (L/mg)。
概率分布设计条件下的河流稀释混合模型
? 概率稀释模型把定常稀释模型中的大输入变量 Qp,Cp,QE,CE等
设定为独立的随机变量,并服从对数正态分布,估算污水、河水混
合浓度的概率分布。
? 其基本表达式为:过矩量近似法或求积法,可以对公式进行求解。
得出河水浓度的概率分布图
排放浓度与超标率 ( Pr) 关系
? 在超标率计算时,假定排污总量中排污水量不变,改变排污浓度,
在给定达标率(或超标率)的条件下反推,乘以排污水量,可求出
允许纳污量。
湖泊、水库的盒模型
? 以年为时间尺度来研究湖泊、水库的富营养化过程时,可把
湖泊看作一个完全混合反应器,这样盒模型的基本方程为
VcSQCQCdtV d C CE )(?????
V— 湖泊中水的体积 ( m3) ;
Q— 平衡时流入与流出湖泊的流量 ( m3/a) ;
CE— 流入湖泊的水量中水质组分浓度 ( g/m3) ;
C— 湖泊中水质组分浓度 ( g/m3) ;
Sc— 如非点源一类的外部源和汇 ( m3) ;
r(c)— 水质组分在湖泊中的反应速率。
如果反应器中只有反应过程, 则 Sc=0,则公式变为:
VcQCQCdtV d C E )(????
湖泊、水库的盒模型
当反应器内的反应符合一级反应动力学,且是衰减反应时,则
KCc ??)(?
公式又变为以下形式
KCVQCQCdtV d C E ???
K是一级反应速率常数( 1/t)
湖泊、水库的盒模型
当反应器处于稳定状态时,dC/dt=0,可得到下式
0??? K C VQCQC E
???
?
???
?
?? tE KCC 1
1
t=V/Q,t为停留时间
类 别 数 据 注 释
水力
数据 河

流量 Q
设计流量如 7Q10
横截面积 A
水深 H
由于稀释容量的原因, 流量的正确估计很重
要 。 由于模型是在设计条件下进行的, 因而
设计流量的计算是必需的 。 当河流被视为完
全混合反应时, 应计算 A,H.


水力停留时间 tw
平均深度 H
水体容积 V
湖泊表面积 A
tw是湖泊等滞流水体模型的一个重要参数,
由 V/Q计算
污染
源数

污水流量 QE
污水外排浓度 CE
悬浮固体浓度 SS
背景浓度 Cp
QE, CE指设计条件下的外排流量和浓度
考虑溶解态和颗粒态污染物时需使用 SS值,
常用于重金属
零维模型数据和参数总结表
一维模型
? 对于河流而言,一维模型假定污染物浓度仅在河流纵向
上发生变化,主要适用于同时满足以下条件的河段:
?宽浅河段;
?污染物在较短的时间内基本能混合均匀;
?污染物浓度在断面横向方向变化不大,横向和垂向的污
染物浓度梯度可以忽略。
? 在忽略离散作用时,一维稳态衰减规律的微分方程为:
uKxeCC ??? 0
式中,u— 河流断面平均流速,m/s;
x— 沿程距离,km;
K— 综合降解系数,1/d;
C— 沿程污染物浓度,mg/L;
C0— 前一个节点后污染物浓度,mg/L
二维模型
? 当水中污染物浓度在一个方向上是均匀的,而在其余两个
方向是变化的情况下,一维模型不再适用,必须采用二维
模型
)
4
e x p (),(
2
u
xK
xE
uz
u
xEhu
mzxC
y
y
???
?
C( x,z) —— 排污口对污染带内点 ( x,z) 处浓度贡献值, mg/L;
m—— 河段入河排污口污染物排放速率, g/s;
u—— 污染带内的纵向平均流速, m/s;
h—— 污染带起始断面平均水深, m;
Ey—— 横向扩散系数, m2/s;
x—— 敏感点到排污口纵向距离, m;
z—— 敏感点到排污口所在岸边的横向距离, m;
K—— 污染物降解系数, 1/s;
C0—— 上游来水中污染物浓度, mg/L;
π—— 圆周率。
? 适合于饮用水水源地河段的纳污能力计算
? 实际上,污水进入水体后,不能在短距离内达到全断面
浓度混合均匀的河流均应采用二维模型。
? 实际应用中,水面平均宽度超过 200m的河流均应采用
二维模型计算。
二维模型分类
按河流水文特征分:
静止水体二维水质模型;
平流段二维水质模型;
感潮段二维水质模型;
潮汐河网二维水质模型。
按河流水文特征分:
( 1) 瞬时投放
瞬时岸边投放水质模型;
瞬时江心投放水质模型 。
( 2) 连续投放
点源岸边连续投放水质模型;
点源江心连续投放水质模型;
线源岸边连续投放水质模型;
线源江心连续排放水质模型。
按投放方式分
解析解二维水质模型
数值解二维水质模型
从解的形式分:
几种二维水质模型和相应的解析解
2
2
2
2
2
2
z
CD
y
CD
x
CD
t
C
zyx ?
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方程形式 1
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tD
z
tD
y
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x
DDDt
MtzyxC
zyxzyx 444
e x p4,,,
222
2/12/3?
解析解
静止水体(如水库、湖泊)的突发性事故的中心排放情况
浓度预测。
适用条件
KCzCDy CDx CDxCutC zyx ??????????????? 222222
方程形式 2
解析解
适用条件
? ? ? ? ? ? ? ? ??
?
?
???
? ?????? Kt
tD
z
tD
y
tD
utx
DDDt
MtzyxC
zyxzyx
3444e x p4,,,2222/12/3?
按理论上来说,只适用于无限空间点源的瞬时投放,
但实际应用中也可以应用到大江大河江心事故性排放的浓
度估计
几种二维水质模型和相应的解析解
方程形式 3
解析解 1
适用条件 可引用到大江大河江心事故性排放的浓度场预测
几种二维水质模型和相应的解析解
KCy CDxCDxCutC yx ???????????? 2
2
2
2
? ? ? ?? ? ? ? ??
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tD
y
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utx
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MtyxC
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e x p2
44
e x p
4
,,
2222
2/1?解析解 2
一侧有边界的可引用到大江大河岸边事故性排放的浓度场预测。
适用条件
方程形式 4
解析解
适用条件
一般河流不考虑降解情况下的二维浓度场计算
几种二维水质模型和相应的解析解
2
2
2
2
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CD
z
CD
x
Cu
yz ?
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e x p
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,,
yzyz
yzz
u
MtyxC
?????
方程形式 5
解析解
适用条件
用于预测有限空间突发性线源排放情况的浓度场预测
几种二维水质模型和相应的解析解
2
2
2
2
z
CD
x
CD
x
Cu
t
C
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tD
ze r fc
tD
ut
tD
utxe r fc
tD
utxe r fcCtyxC
zxxx 4
e x p442,,0
方程形式 6
解析解 1
适用条件 无边界影响的点源连续排放, 适于大江河江心点源连续排放浓度场计算
几种二维水质模型和相应的解析解
KCyCDxCu y ?????? 22
? ? ? ? ???????? ??? uxKxDuyxuD MyxC
yy 4
e x p4,221?
? ? ? ? ??
?
?
???
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u
xK
xD
uy
xuD
MyxC
yy 4
e x p,
2
21?
解析解 2
无对岸影响的岸边排放,适用于大江河岸边点源连续排放浓度场计算
? ? ? ? ? ?? ??
?
?
???
? ???? n
yy u
xK
xD
nByu
xuD
MyxC
0
2
21 4
2e x p,
?
解析解 3
有对岸影响的岸边排放,适用于小河岸边点源连续排放浓度场计算
适用条件
湖库模型
当以年为时间尺度来研究湖泊、水库的富营养化过程时,往往可以把
湖泊看作一个完全混合反应器。这样的基本方程为
VcQCQCdtV d C E )(????
当所考虑的水质组分在反应器内的反应符合一级反应动力学, 而
且是衰减反应时, 则
KCc ??)(?
上式变为以下形式 K C VQCQC
dt
V d C
E ???
当反应处于稳定状态时,dC/dt=0,则
KVQ
QCC E
??
非点源模型
模型
名称
开发时

最新版本
发布时间 参数形式
空间尺
度 时间尺度
时间步
长 模型结构
AGNPS 1987 1998 分散参数 流域
开始为单
次暴雨,
后发展为
长期连续
1d
SCS水文模型;通用土壤流失
方程;氮、磷和 COD负荷,不
考虑污染物平衡
HSPF 1976 1996(v.11) 集中参数 流域 长期连续 1min到1d
斯坦福水文模型;侵蚀模型考
虑雨滴溅蚀、径流冲刷侵蚀和
沉积作用;污染物包括氮、磷
和农药等,考虑复杂的污染物
平衡
ANSWE
RS 1977 1996 分散参数 流域
开始为单
次暴雨,
后发展为
长期连续
暴雨期
为 60s,
非暴雨
期为 1d
水文模型考虑降雨初损、入渗、
坡面流和蒸发;侵蚀模型考虑
溅蚀、冲蚀和沉积;早期并不
考虑污染物迁移,后补充了氮、
磷子模型,复杂污染平衡
方程形式 3
解析解 1
适用条件 可引用到大江大河江心事故性排放的浓度场预测
几种二维水质模型和相应的解析解
KCy CDxCDxCutC yx ???????????? 2
2
2
2
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y
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e x p
4
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2222
2/1?解析解 2
一侧有边界的可引用到大江大河岸边事故性排放的浓度场预测。
适用条件
CREAMS 1979 — 集中参数 农田小区 长期连续 1d
SCS水文模型,Green-Ampt入渗模型,
蒸发;侵蚀模型考虑溅蚀、冲蚀、
河道侵蚀和沉积;氮、磷负荷,简
单污染物平衡
GLEAMS 1986 — 集中参数 农田小区 长期连续 1d 水文和侵蚀子模型与 CREAMS相同;污染物更多考虑农药地下迁移过程
CNS 1981 — 集中参数 农田小区 长期连续
水文
1d
污染
物 1mon
SCS水文模型,入渗、蒸发,融雪;
改进通用土壤流失方程;氮、磷负
荷,简单污染物平衡
EPIC 1983 — 集中参数 农田小区 长期连续 1d
SCS水文模型,入渗,蒸发,融雪;
改进通用土壤流失方程;氮、磷负
荷,复杂污染物平衡
SEDIMOT 1984 — 集中参数 流域 单次暴雨 3min
SCS水文模型,坡面流,河道流;侵
蚀部分有两个模型,MUSLE和 SLOSS;
无污染物迁移子模型
非点源模型概述
模型
名称
开发
时间
最新版
本发布
时间
参数形

空间
尺度
时间尺

时间
步长 模型结构
AGNP
S 1987 1998
分散参
数 流域
开始为
单次暴
雨,后
发展为
长期连

1d
SCS水文模型;通用土壤流失
方程;氮、磷和 COD负荷,不
考虑污染物平衡
HSPF 1976 1996(v.11) 集中参 数 流域 长期连 续 1min到 1d
斯坦福水文模型;侵蚀模型考
虑雨滴溅蚀、径流冲刷侵蚀和
沉积作用;污染物包括氮、磷
和农药等,考虑复杂的污染物
平衡
ANSW
ERS 1977 1996
分散参
数 流域
开始为
单次暴
雨,后
发展为
长期连

暴雨
期为
60s,
非暴
雨期
为 1d
水文模型考虑降雨初损、入渗、
坡面流和蒸发;侵蚀模型考虑
溅蚀、冲蚀和沉积;早期并不
考虑污染物迁移,后补充了氮、
磷子模型,复杂污染平衡
非点源模型概述
SWRRB 1984 1993 集中参数 流域 长期连续 1d
SCS水文模型,入渗,蒸发,融雪;
改进通用土壤流失方程;氮、磷负
荷,复杂污染物平衡
ROTO 1990 — 集中参数 大流域 长年连续 1d 河流水文和泥沙演算,水库水文和 泥沙演算
CNPS 1996 — 分散参数 流域 长期连续 1d
SCS水文模型,入渗、蒸发;改进通
用土壤流失方程;氮、磷负荷,简
单污染物平衡
SWAT 1996 2000 集中参数 流域 长期连续 1d
SCS水文模型,入渗,蒸发,融雪;
改进通用土壤流失方程;氮、磷负
荷,复杂污染物平衡
LOAD 1996 — 分散参数 流域 长期连续 1d 产流系数法计算径流量;无侵蚀模型;统计模型计算 BOD,TN,TP负荷
非点源模型概述
参数推求方法
1) 降解系数确定方法
?水团追踪试验
选择合适的河段, 布设监测断面, 确定试验因子 。 测
定排污口污水流量, 污染物浓度 ( 试验因子 ), 测定试验
河段的水温, 水面宽, 流速等 。
根据流速, 计算流经各监测断面的时间, 按计算的时
间在各断面取样分析, 并同步测验各监测断面水深等水文
要素 。
整理分析试验数据, 计算确定污染物降解系数 。
?实测资料反推法
用实测资料反推法计算污染物降解系数
首先要选择河段,分析上、下断面水质监测资料,
其次分析确定河段平均流速,利用合适的水质模型计算污
染物降解系数,
采用临近时段水质监测资料验证计算结果,确定污染物降
解系数。
河段选择时,为减少随机因素对计算结果的影响,应尽量
选择没有排污口、支流口的河段作为计算河段,这样可排除
入河污染物量和入河水量随机波动对水质监测结果的影响。
K=( LnC1-LnC2) u/l
其中,C1,C2分别为河段上、下断面污染物浓度,L为上下
断面距离,U为流速。
?类比法
国内外有关文献提及的部分河流污染物降解系数见表
在国内外的 24条河流中,BOD5降解系数 K值的下限或
变化范围 ≤0.35d-1的有 17条,占 70.8%。根据以往的研究
成果可知,CODcr降解系数比 BOD5要小,约为 BOD5降
解系数的 60%~70%。
约有 70%以上的河流其 CODcr降解系数在 0.20~0.25 d-1
?分析借用
对于以前在环境影响评价, 环境规划, 科学研究,
专题分析等工作中可供利用的有关数据, 资料经过分析
检验后采用 。
序号 K值 (d-1) 国家 河流 研究人
1 0.3~0.4 美国 Willamette河 Revette
2 0.5 美国 Bagmati河 Davis
3 0.14~2.1 美国 Mile河 Cump
4 0.039~5.2 美国 Holston河 Kittrell
5 0.32 美国 San Antonio河 Texas
6 0.42~0.98 英国 Trent河 Collinge
7 0.56 英国 Tame河 Garland
8 0.18 英国 Thames河 Wood
9 0.53 日本 Yomo河 田村坦之
10 0.23 日本 寝屋川 杉木昭典
11 0.19 波兰 Odra河 Mamzack
12 0.1~2.0 德国 Necker河 Hahn
13 0.01~1.0 法国 Vienne河 Chevereau
14 0.2 墨西哥 Lerma河 Banks
15 0.15 以色列 Alexander河 Aefi
16 0.3~1.0 中国 黄河
17 0.1~0.13 中国 漓江 叶长明
18 0.35 中国 沱江 夏青
19 0.015~0.13 中国 第一松花江
20 0.14~0.26 中国 第二松花江
21 0.2~3.45 中国 图门江
22 1.7 中国 渭河
23 0.88~2.52 中国 江苏清安河
24 0.5~1.4 中国 丹东大沙河
2)不同水期、最枯月之间降解系数关系
)20(
20 0 4 7.1
??? T
T KK
水体温度高,降解系数大,不同水温条件下 K值估算关系式
式中,KT—— T℃ 时的 K值,d-1
T—— 水温,℃ ;
K20—— 20℃ 时的 K值,d-1。
河流水环境容量计算方法
? 河流概化
1 不考虑混合区的水环境容量
污染物进入河流后,在一定范围内经过平流输移、纵向
离散和横向混合后达到充分混合,
根据水质管理的精度要求允许不考虑混合过程而假定在
排污口断面瞬时完成均匀混合,可按一维问题概化计算条
件,建立水质模型。
? 河流一维水质模型由河段和节点两部分组成,
? 节点指河流上排污口、取水口、干支流汇合口等造成
河道流量发生突变的点,水量与污染物在节点前后满
足物质平衡规律(忽略混合过程中物质变化的化学和
生物影响)。
? 河段指河流被节点分成的若干段,每个河段内污染物
的自净规律符合一阶反应规律。
上界 下界
j# k#节点 i
河段 i
河流一维模型概化示意图
功能区内有 i个节点,则将河流分成 i+ 1个河段。在节点处,
要利用节点均匀混合模型进行节点前后的 物质守恒分析,确
定节点后的河段流量和污染物浓度。节点后的河段要以节点
平衡后的流量和污染物浓度为初始条件,按照一维降解规律
计算到下一个节点前的污染物浓度。
节点平衡方程
? Q干流混合后 = Q干流混合前 + Q支流 + Q排污口 - Q取水口
考虑干流、支流、取水口、排污口均在同一节点的最复杂
情况,水量平衡方程为
污染物平衡方程为(忽略混合过程的不均匀性):
取水口排污口支流干流混和前
取水口取水口排污口排污口支流支流干流混和前干流混和前
干流混合后 = QQQQ
Q*CQ*CQ*CQ*CC
???
???
环境容量计算
ji
i QQ
WiCC
??
54.31/+
代入模型,得到一维模型水环境容量的计算公式
)(*)*(*54.31 *4.86 jiiuKx QQCeCWi ???
Wi— 第 i个排污口允许排放量,t/a;
Ci— 河段第 i个节点处的水质本底浓度,mg/l;
C— 沿程浓度,mg/l;
Qi— 河道节点后流量,m3/s;
Qj— 第 i节点处废水入河量,m3/s;
u— 第 i个河段的设计流速,m/s;
x— 计算点到第 i节点的距离,m。
2考虑混合区的水环境容量
在排放口下游指定一个限定区域,使污染物进行初始稀
释,在此区域内可以超过水质标准,这个区域称为混合区。
混合区含有容许的意义,因此它具有位置、大小和形状
三个要素。
混合区位置,是指按照国家的有关规定,有些严格保
护的水域(一级水源保护区、自然保护区等水域)不能允
许混合区存在。
混合区大小,是指允许混合区存在的水域,混合区边
界不应该影响鱼类洄游通道和邻近功能区水质,一般来说,
湖泊海湾内可存在不大于总面积为 1~3km2的混合区,河
口、大江大河的混合区可根据具体情况确定。
混合区形状,是指为便于混合区的管理,将混合区划
定为比较简单的形状设置在水中,湖泊中一般允许一定半
径的圆形或椭圆形水域;在河流中,河道中一般允许一定
范围的岸边窄长水域。
计算混合区的目的
? 目的在于限制混合区。
? 一方面使水体的自净能力得以体现,另一方面保证下
游功能区水质达到标准。
? 在排放口与取水口发生矛盾时,在预测向大水体排放
污水的影响范围以及在研究改变排放方式的效果时,
都必须进行混合区范围计算。
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2
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水环境容量计算公式
86.4为单位换算系数;
W—— 水环境容量,kg/d;
Cs—— 控制点水质标准,mg/L;
C0—— 上断面来水污染物设计浓度,mg/L;
K—— 污染物综合降解系数,1/d;
h—— 设计流量下污染带起始断面平均水深,m;
x1,x2—— 概化排污口至上下游控制断面距离,km;
u—— 设计流量下污染带内的纵向平均流速,m/s;
Ey—— m2/s。
湖库水环境容量计算方法
? 不考虑混合区的水环境容量
)8 6 4 0 0/(*54.31 VKCQ C sWc S??
Wc为水环境容量,t/a。
V—— 湖泊中水的体积( m3);
Q—— 平衡时流入与流出湖泊的流量( m3/s);
CE—— 流入湖泊的水量中水质组分浓度( mg/l);
C—— 湖泊中水质组分浓度( mg/l);
K—— 是一级反应速率常数( 1/d)。
? 虑混合区的水环境容量
需要限定污染混合区边界进行混合区内的二维水质模拟
计算分析,以混合区边界为约束,得出环境容量