地表水环境影响评价.ppt
地表水环境影响评价 水体分类 按水体所处的位置，可粗略地将其分为地面水体，地下水体和海洋等三类 地面水水体与人们的生活和生产活动密切相关，地面水可按不同用途对其进行分类，如农田灌溉水，渔业用水，饮用水等。并对水质有不同要求，同时制定了相应的水质标准，作为控制水质的依据。水体污染、水体污染源 影响地面水环境质量的污染物按排放方式可分为点源和面源，按污染性质可分为持久性污染物、非持久性污染物、水体酸碱度（pH值）和热污染四大类，如表41表示水体中污染物迁移与转化（水体自净）水体中污染物的迁移与转化包括物理输送过程（物理自净）、化学转化过程（化学自净）和生物降解过程（生物自净）。物理过程作用主要指是污染物在水体中的混合稀释和自然沉淀过程。化学转化：氧化还原反应是水体化学净化的重要作用。不同的pH值下，对污染物有一定净化作用。天然水体本身具有的混凝沉淀作用和吸附作用。等 生物自净的基本过程是水中微生物(尤其是细菌)在溶解氧充分的情况下，将一部分有机污染物当作食铒消耗掉，将另一部分有污染物氧化分解成无害的简单无机物。河流水体中污染物的混合过程 （1）在水深方向充分混合，称为掺混段或近区 （2）从竖向充分混合算起到横向上开始充分混合的阶段，称之为混合过程过程段或远区。（3）横断面上开始充分混合以后的区域流为完全混合段。完全混合是指河断面任一测点污染物浓度不低于（或高于）断面平均浓度的5 在某些较大的河流中，横向混合可能达不到对岸，横向混合区不断向下游远处扩展，形成所谓“污染带”。海水中污染物的混合过程 排放海洋中的污水，一般是含有各种污染物的淡水，它的浓度比海水小，入海后一面与海水混合稀释，一面在海面上扩展，排放到海中的污水浮在海洋表层向外扩展，海水从底面逐渐混入，离排污口距离越远，稀释程度越大。污水层厚度在排放口附近较深，然后向外逐渐减小。向外扩展到一定程度，即污水的密度达到一定界限值即形成扩展前沿一锋面，这时污水的稀释倍数达60100倍。常用的水质预测模型 在环境介质处于稳定流动状态和污染源连续排放的条件下，环境中的污染物分布状况也是稳定的。这时，污染物在某一空间位置的浓度不随时间变化，这种不随时间变化的状态称为稳态。这时c/t=0.把动态问题按稳态处理：水质管理中，人们的兴趣常常不在于了解水质的逐时变化，而是在于一个潮周内的平均水质状态。研究这样一种平均的水质既可以大大降低模型的复杂程度，也可以仍然满足管理要求。这种平均的水质状态也可以用稳态模型来描述。完全混合模型 废水排入一条河流时，如符合下述条件：（1）河流是稳态的，定常排污。指河床截面积、流速、流量及污染物的输入量和弥散系数都不随时间变化。（2）污染物在整个河段内均匀混合，即河段内各点污染物浓度相等。（3）废水的污染物为持久性物质，不分解也不沉淀。（4）河流无支流和其他排污口废水进入。此时在排放口下游某断面的浓度可按完全混合模型计算。式中C废水与河水混合后的浓度，mg/L Cp河流上游某污染物的浓度，mg/LQP河流上游的流量，m3/s Ch排放口处污染物的浓度，mg/LQh排放口处的污水量，m3/spphhphc Qc QQQc(41)一维模型 废水排入一条河流后，如符合下述条件（1）河流是稳态的，定常排污。（2）污染物浓度在水深方向和横向已定全混匀，即河流中任一断面各点污染物浓度相等。（3）污染物浓度按一级化学反应衰减，（4）没有其他的源和汇。预测常采用一维模型。此模型适用于较浅、较窄的河流。一维模型解析表达式如下：式中Cx下游距离处x污染物的浓度，mg/L C0河流初始断面x=0处污染物的浓度，mg/LK1污染物的衰减速度常数，1/d u河水流动速度，m/st河水从x=0流x处所用时间，d01exp()86400 xxccKu8 6 4 0 0 xtu01exp()xccK t(42)例41一个改扩工程拟向河流排放水，废水量Q0.15m3/s.,苯酚浓度为Ch30mg/L,河流流量Qp=5.5m3，流速V0.3m/s,苯酚背景浓度为Ch=0.5mg/L，苯酚的降解系数K10.2d，求排放点下游10Km处的苯酚浓度。解计算起始点处完全混合的初始浓度，由式（41）得：下游10km处的浓度由式（42）得00.15 30 5.5 0.51.285.5 0.15c010.2 10000exp()1.28 exp()1.19864000.3 86400 xxccKvmg/L mg/L BODDO耦合模型描述一维河流中BOD和DO消长变化规律的模型（SP模型），有以下基本假定：1、河流的BOD的衰减和溶解的复氧都是一级反应；2、反应速度是定常的3、河流中的耗氧是由BOD衰减引起的；而河流中的溶解氧来源是大气复氧。S-P模型是关于BOD和DO的耦合模型，其数学解析表达式为10k tLL e12210021()k tk tk tk LDeeD ekkL河水中的BOD值;mg/L L0-河流起点的BOD值；mg/LD河水中的氧亏值；mg/LDo河流起点的氧亏值；mg/LK1-河水中BOD衰减（耗氧）系数；1/dK2河流复氧系数；1/dt河水的流行时间。dD表示河流的氧亏变化规律。如果以河流的溶解氧来表示，则 式中CO河流中的溶解氧;mg/L1221 0021()ssktk tk toookLccD ceeDekksoc饱和氧值。mg/L上式称为氧垂公式，根据上式绘制的溶解氧沿程度化曲线，又称为氧垂曲线。图中假设在排放点断面处污水即与河水完全混合。socCO 一般说，人们最关心的是溶解氧浓度最低点临界点，在临界点，河水的氧亏值最大，且变化率为零，由此得1102ck tckDL ek式中Dc临界点的氧亏值；mg/LTc由起点到达临界点的流行时间;d临界氧亏发生的时间tc，可以由下式计算 021221101()1ln1cD kkktkkkL k(4-7)（4-8）例4 一个拟建工厂的废水将排入一条比较清洁的河流。河流的BOD52.0mg/L,溶解氧浓度是8.0mg/L。水温220C，流量为7.1m3/s，工业废水的BOD5800mg/L,水温310C，流量为3.5 m3/s，排出前废水经过曝气使溶解氧浓度达到6mg/L。废水和河水在排放口附近混合，混合后河道中平均水深达到0.91m，河宽15.2m，河流的溶解氧标准为5.0mg/L,各个常数经测定为 k1(200C)=0.23d-1,k2(200C)=3.0d-1,1=1.05,2=1.02 k1是温度的函数，k2是河流流态及温度等的函数。如果以200C作为基准，则任意温度时的大气耗氧、复氧速率系数可以写为：201,1,201TTkk202,2,202TTkk 式中k1,T，k2,T温度为T时的大气耗氧、复氧速率系数；k1,20，k2,20200C条件下的大气耗氧、复氧速率系数；1,2 大气耗氧、复氧速率系数的温度系数。饱和溶解氧浓度C(Os)是温度、盐度和大气压力的函数，在101kPa压力下，淡水中的饱和溶解氧浓度可以用下式计算：式中C(Os)饱和溶解氧浓度，mg/L;T温度，0C.计算工厂排出废水最高允许BOD5。468()31.6sc oT（4-9）解河水和污水总流量 混合后流速 起始水温 起始溶解氧 37.13.510.6Qms10.60.760.91 15.2xum s022 7.1 31 3.525.010.6TC 08 7.1 6.0 3.5()7.3310.6c omg L250C时饱和DO由式（4-9）C(Os)=8.38mg/L,因此08.38 7.33 1.05Dmg L250C时 2520110.23(1.05)0.29kd2520123.0(1.02)3.3kd最大允许氧亏值 max8.38 5.003.38Dmg L计算工厂排放废水的最高物允许BOD5由式（4-7）、（4-8）得：013.31.05(3.30.29)ln13.30.290.290.29ctL10.2901020.293.3ck ttcLkDL eek0.2900.0879tL e采用试算法，假设不同的起点BOD浓度L0(mg/L),得到相应于溶解氧浓度不低于5.0mg/L的L0 因此取L0=47.4mg/L，这里 L0是指河流起点的BOD浓度，为 BOD总,而要计算的是BOD5(200C)，即在起点允许的经过五天培养后消耗掉的BOD值。两者有如下关系：BOD总=BOD剩余+BOD5BOD的衰减是一级反应，BOD剩余=BOD总e-k1t则 BOD5=BOD总-BOD剩余155 0.230(1)47.4(1)32.4kLeemg L 532.4 10.6 2.0 7.194.13.5BODmg L80094.1()800（混合后）工厂排出废水量最大允许BOD5而废水的实际BOD5=800mg/L因此，必须经过处理，削减88%后才能排放。二维模型 污染物排入较宽（大、中）河流，其扩散存在纵向X和横向Y两个方向，预测常采用二维模型。无界的连续点源排放 在如图（4-3）的无边界均匀流场中，二维模型解析表达式如下：2()(,)expexp()44()yxAyxxxxyyu x uQkxc x yE x uuh x uE E式中C（x，y）下游点(x,y)处污染物的浓度，mg/L QA单位时间内排放的污染物量，即源强；mg/sh-平均水深；mEx,Ey 河流的纵向,横向混合系数；m2/dux,uy-河流的纵向,横向的速度分量；m/s k-综合衰减系数（4-11）式中（式中（411）可用于大型湖泊可用于大型湖泊岸边排放的污染岸边排放的污染预测预测 如果污染源在边界上向上边无限宽度空间排放，见图43（b）,则有 22(,)exp()exp()44xAyxxyxu yQkxc x yE xuu hE x u(4-12)式（412）用在宽度很大的河流上且点源岸边排放的污染预测。有边界的连续点源排放 在有边界的情况下，污染物的扩散会受到边界的反射，这种反射类似于一个虚源的排放 图（44）。(a)离岸距离a处排放（aB/2）(b)岸边排放图（4-4）边界有限的点源排放在一般河流中，有两个边界，这时的反射次数P将是无限的；如果染污源处在两个边界之间，那么式（411）就成为：221()(,)exp()exp444pxxAnyyxyxu yu nBnayQc x yE xE xu hE x u21()expexp()4pxnyxu naykxE xu(413)在实际计算中，一般取P=2-4次。如果污染源为河岸边排放，而且河宽度为B（图44 b)，同样可以通过假设对应的虚源来摸拟边界的反射作用，则221(2)2(,)exp()exp444pxxAnyyxyxu yunByQc x yE xE xu hE x u21(2)expexp()4pxnyxunBykxE xu(414)污染物到达边界的纵向距离 二维介质中，在污染物中心排放的条件下，如果边界的污染物浓度达到断面平均浓度的5时，则称污染物到达岸边或地面；从污染物排放点到污染物到达边界的纵向距离称为污染物到达岸边所需的距离。河心排放河心排放若污染物在河心排放，污染物到达边界所需的距离为：0.0137xyu BxE岸边排放岸边排放若污染物在边界上排放，污染物到达对岸所需的距离为：0.055xyu BxE污染物与河水完全混合所需距离 污染物从排污口排出后要与河水完全混合需一定的纵向距离，这段距离称为混合过程段，其长度为x。河心排放河心排放 完成横向混合的距离为 岸边排放岸边排放 完成横向混合的距离为：0.1xyu BxE0.4xyu BxE经验估算模型：式中：L达到充分混合断面的长度，m；B河流宽度，m；a排放口到近岸水边的距离，m；H平均水深，m；u河流平均流速，m/s；g重力加速度，9.8 m/s2；I河流底坡，。浓度计算 混合过程段用河岸边排放二维模型(414)完全混合段用一维模型(42)，C0假定污水在入河处完全混合，用完全混合模型 (41)稳态时污染物在二维流场中的分布 对于二维稳态的污染物分布，令(方差)2
