1、環(huán)境質量評價與系統(tǒng)分析環(huán)境質量評價與系統(tǒng)分析http:/ 水體與水體污染n6.1.1 水體和水體污染n6.1.2 水體污染物及污染源n6.1.3 水體污染類型o6.2 河流水質模型n6.2.1 河流水質模型簡介n6.2.2 河流的混合稀釋模型n6.2.3 守恒污染物在均勻流場中的擴散模型n6.2.4 非守恒污染物在均勻河流中的水質模型n6.2.5 streeter-phelps（s-p）模型n6.2.6 河流水質模型中參數(shù)估值o6.3 湖泊水庫模型與評價n6.3.1 湖泊環(huán)境概述n6.3.2 湖泊環(huán)境質量現(xiàn)狀評價n6.3.3 湖泊環(huán)境預測模式o6.4 地面水環(huán)境影響評價n6.4.1 評價目的、

2、分級及程序n6.4.2 環(huán)境影響評價大綱 n6.4.3項目分析和污染源調查 n6.4.4地區(qū)水環(huán)境調查 n6.4.5水環(huán)境影響預測及評價 n6.4.6清潔生產和水污染防治 http:/ 水體與水體污染o6.1.1 水體和水體污染n按水體所處的位置可把它分為三類：地面水水體、地下水水體、海洋。這三種水體中的水可以相互轉化，它通過水在自然界的大循環(huán)和小循環(huán)實現(xiàn)。三種水體是水在自然界的大循環(huán)中的三個環(huán)節(jié)。 n水體污染惡化過程和水體自凈過程是同時產生和存在的。但在某一水體的部分區(qū)域或一定的時間內，這兩種過程總有一種過程是相對主要的過程。它決定著水體污染的總特征。這兩種過程的主次地位在一定的條件下可相互

3、轉化。 o6.1.2 水體污染物及污染源n造成水體的水質、生物、底質質量惡化的各種物質或能量都稱為水體污染物。n水體污染物的種類繁多，從不同的角度可將水體污染物分為各種類型。按理化性質分類可分為物理污染物、化學污染物、生物污染物綜合污染物。按形態(tài)分類可分為：離子態(tài)(陽離子，陰離子)污染物、分子態(tài)污染物、簡單有機物、復雜有機物、顆粒狀污染物。按污染物對水體的影響特征分類可分為感官污染物、衛(wèi)生學污染物、毒理學污染物、綜合污染物。o6.1.3 水體污染類型n有機耗氧性污染、化學毒物污染、石油污染、放射性污染、富營養(yǎng)化污染、致病性微生物污染http:/ 河流水質模型n 6.2.1 河流水質模型簡介n

4、6.2.2 河流的混合稀釋模型n 6.2.3 守恒污染物在均勻流場中的擴散模型n 6.2.4 非守恒污染物在均勻河流中的水質模型n 6.2.5 streeter-phelps（s-p）模型n 6.2.6 河流水質模型中參數(shù)估值http:/ 為了選擇使用的方便，可以把它們按不同的方法進行分類。o 按時間特性分類，分動態(tài)模型和靜態(tài)模型。o 按空間維數(shù)分類；分為零維、維、二維、三維水質模型。當把所考察的水體看成是一個完全混合反應器時，即水體中水質組分的濃度是均勻分布的，描述這種情況的水質模型稱為零維的水質模型。描述水質組分的迕移變化在一個方向上是重要的，另外兩個方向上是均勻分布的，這種水質模型稱為一

5、維水質模型。描述水質組分的遷移變化在兩個方向上是重要的，在另外的一個方向上是均勻分布的，這種水質模型稱為二維水質模型。描述水質組分，遷移變化在三個方向進行的水質模型稱為三維水質模型。o 按描述水質組分分類，分為單一組分和多組分的水質模型。水體中一組分的遷移轉化與另一組分(或幾個組分)的遷移轉化是相互聯(lián)系、相互影響的，描述這種情況的水質模型稱為多組分的水質模型.http:/ 河流的混合稀釋模型均勻混合段混合段背景段 河水q(m3/s)，污染物濃度為c1(mgl)污染物濃度為c2 (mgl)廢水流量為 q(m3/s)qaqqqnqqaii混合系數(shù)a ， 稀釋比n 定義 qaqqcaqcqqqcqc

6、ciii2121混合過程段的污染物濃度 ci 及混合段總長度 l 3)1 (lg3 . 2qaqaqln)exp()/(1)exp(1)(bqqbxa混合過程段的混合系數(shù)a 是河流沿程距離 x 的函數(shù)， http:/ 守恒污染物在均勻流場中的擴散模型1. 均勻流場中的擴散方程均勻流場中的擴散方程xcuxcdtcxx22ycuxcuycdxcdtcyxyx2222在均勻流場中的一維擴散方程成為：水深方向(z方向) 均勻混合，x 方向和 y 方向存在濃度梯度時，二維擴散方程：dx x 坐標方向的彌散系數(shù)；ux x方向的流速分量；dy y 坐標方向的彌散系數(shù)；uy y方向的流速分量。http:/ 守

7、恒污染物在均勻流場中的擴散模型2 無限大均勻流場中移無限大均勻流場中移流擴散方程的解流擴散方程的解2222ycdxcdxcuyx（6-13）若在無限大均勻流場中，坐標原點設在污染物排放點，污染物濃度的分布呈高斯分布，則方程式的解為。式中 q 是連續(xù)點源的源強 (g/s)，結果 c 的單位為(g/m3= mg/l)。xduyuxduhqcyy4exp/42http:/ b，只計河岸一次反射時的二維靜態(tài)河流岸邊排放連續(xù)點源水質模型的解為考慮河岸反射時移流擴散方程的解考慮河岸反射時移流擴散方程的解xduyuxduhqyxcyy4exp/4),(22http:/ 0若斷面上最大濃度與最小濃度之差不超過

8、5，認為達到均勻混合。完成橫向均勻混合的斷面的距離稱為完全混合距離。ymdubl21 . 0ymdubl24 . 0中心排放情況，岸邊排放情況，http:/ 在河流岸邊有一連續(xù)穩(wěn)定排放污水口，河寬 6.0m，水深 0.5m，河水流速0.3m/s，橫向擴散系數(shù)dy=0.05m2/s，求污水到達對岸的縱向距離lb和完全混合的縱向距離lm。若污水排放口排放量為 80g/s。說明在到達對岸的縱向距離lb斷面濃度c(lb,b)、c(lb,0), 完全混合的縱向距離斷面濃度c(lm,b)、c(lm,0)各是多少？http:/ 非守恒污染物在均勻河流中的水質模型cvkccq10)(0uxkcqvkcc101

9、011dcdt =0，1.零維水質模型零維水質模型cvkccqdtdcv10)(圖6-2 由多個零維靜態(tài)單元河段組成的順直河流水質模型xxxc0c3c1c5c4c2c3c1c5c4c2iiiuxkcqvkcc101011http:/ , 這是一個二階線性常微分方程 代入初始條件 x=0, c=c0方程的解為 )/(exp)(10uxkcxc。http:/ streeter-phelps（s-p）模型o 1s-p模型基本方程及其解模型基本方程及其解o s-p模型的建立基于兩項假設：n只考慮好氧微生物參加的bod衰減反應，并認為該反應為一級反應。n河流中的耗氧只是bod衰減反應引起的。bod的衰減

10、反應速率與河水中溶解氧(do)的減少速率相同，復氧速率與河水中的虧氧量 d 成正比。o s-p模型的基本方程為：dklkdtddlkdtdl211式中:l河水中的bod值，mg/l；d河水中的虧氧值，mg/l,是飽和溶解氧濃度cs （mg/l）與河水中的實際溶解氧濃度c（mg/l）的差值；k1河水中bod衰減(耗氧)速度常數(shù)，1d；k2河水中的復氧速度常數(shù)，1d；t河水中的流行時間， d。http:/ 05101520250246810012345678x kml mg/ll mg/ldomg/ldomg/lhttp:/ 模型的臨界點和臨界點氧濃度模型的臨界點和臨界點氧濃度o 討論 s-p 模

11、型臨界點氧濃度求出負值怎么辦。o 系統(tǒng)分析方法如何應對模型的失效)()() 1(1/2101/000121212212uxkuxkuxkssscccceekklkecccclcckkkklnkkuxhttp:/ 模型的缺陷和修正方法模型的缺陷和修正方法dklkdtdd21引入自凈系數(shù) fk2/k1，當 dd/dt0 時有 lfd ：lfd，dd/dt0，河流中的溶解氧呈下降態(tài)勢；l=fd，dd/dt=0，河流中的溶解氧保持不變；lfd，dd/dt0，河流中的溶解氧呈上升態(tài)勢；對于s_p模型失效的重污染河流可以進行分段討論。根據這一思想建立的s-p 模型網絡實驗模型網絡實驗http:/ kml

12、mg/ll mg/ldomg/ldomg/lshastry 非線性模型：)(ccklckxcutclckxlutlsaddhttp:/ 模型的修正型模型的修正型o (1)托馬斯(thomas)模型o 對一維靜態(tài)河流，在sp模型的基礎上考慮沉淀、絮凝、沖刷和再懸浮過程對bod去除的影響，引入了bod沉浮系數(shù)k3，dklkdxddulkkdxdlu2131)(2)多賓斯坎普(dobbinscamp)模型一維靜態(tài)河流, 考慮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?？紤]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，以 p表示。 pdklkdxddurlkkdxdl

13、u2131)(http:/ 式中，kn 硝化bod衰減速度常數(shù)， 1/d ；kn 硝化bod衰減速度常數(shù)，1/d ；o lc0, 河流x=0 處，含碳有機物bod濃度，mg/l。o ln0, 河流x=0 處，含氮有機物bod濃度，mg/l。一維靜態(tài)河流，奧康納假設條件為，總bod是碳化和硝化bod兩部分之和，即l=lc+ln， dklklkdxddulkdxdlulkkdxdlunncnnncc2131)(http:/ .022 .020022210)/(18)20/5 . 0*21 (2012202lmguxkcc均勻河段長10km，有一含bod的廢水從這一河段的上游端點流入廢水流量為 q

14、=0.2m3/s，bod濃度c2=200mg/l，上游河水流量 q =2.0m3/s， bod濃度c1=2mg/l，河水的平均流速 u =20km/d，bod的衰減系數(shù) k=2/d，求廢水入河口以下(下游) 1km、2km、5km 處的河水中 bod 的濃度。解：河段初始斷面河水中bod濃度為：以0.5km 為單位，將河段分成環(huán)境單元，即x=0.5km，1km、2km、5km處的河段發(fā)表處在，i = 2、4、10的位置。由6-21式計算 bod 的濃度同理，分別用4 和10代替上式中的 i =2, 有 c4 =16.5(mg/l)，c10 =12.3 (mg/l)。http:/ u=20km/

15、d，起始斷面河水(和廢水完全混合后)含bod濃度為 c0 =20mg/l，bod的衰減系數(shù) k=2/d，擴散系數(shù) dx= 1 km2/d，求下游1km處的河水中 bod 的濃度。解：由6-22式計算 bod 的濃度為： xudkduccxx2104112exp1 .1820124111220exp202c =18.1 (mg/l)http:/ 河流水質模型中參數(shù)估值o 1.縱向擴散系數(shù)縱向擴散系數(shù) dx 的估的估值值o 2. 耗氧系數(shù)耗氧系數(shù) k1 的估值方的估值方法法o 3. 復氧系數(shù)復氧系數(shù) k2 的估值方的估值方法法hudxghiu 系數(shù)，由實驗確定；dx擴散系數(shù)，m2/s；h 斷面平均

16、水深，m；u 摩阻流速(或稱“剪切流速” i 水面比降；g重力加速度，9.81 m/s2；)，m/s；http:/ 湖泊水庫模型與評價n 6.3.1 湖泊環(huán)境概述n 6.3.2 湖泊環(huán)境質量現(xiàn)狀評價o 對湖泊環(huán)境質量現(xiàn)狀評價主要包括以下幾個方面：水質評價、底質評價、生物評價和綜合評價o 水質評價方法 ：污染指數(shù)法、分級聚類法、模糊數(shù)學方法 o 湖泊環(huán)境質量的綜合評價。綜合評價方法有三種：算術平均值法，選擇最大值法和加權法。http:/ 湖泊分層采樣和湖泊水庫采樣點最小密度要求湖泊面積(km)2監(jiān)測點個數(shù)湖泊水深（m）分層采樣10 以下105 以下表層(水面下0.30.5m)10-100205-

17、10表層、底層(離湖底1.0m)100-5003010-20表層、中層、底層500-10004020 以上表層,每隔10m取一層水樣或在水溫躍變處上、下分別采樣。1000以上50http:/ 湖泊環(huán)境預測模式o 完全混合箱式模型污染物守恒情況經歷時間 t后，用質量平衡方程求出濃度c （mg/l） ： 式中：w0 湖（庫）中現(xiàn)有污染物（除qp 帶進湖泊的污染物外）的負荷量g/d；qp 流進湖泊的污水排放量 m3/d， qh 流出湖泊的污水排放量 m3/d；c0 湖（庫）中污染物現(xiàn)狀濃度mg/l， cp 流進湖泊的污水排放濃度 mg/l；v 湖水體積m3。穩(wěn)定的情況下，當時間趨于無窮時，達到平衡濃

18、度 tvqqqcwcqqcwchhpphppexp000hppqqcwc0http:/ kh是描述污染物濃度變化的時間常數(shù)1/d，它是兩部分的和：k1（1/d）表示污染物質按k1的速度作一級降解反應，而v/qh (d)，是湖水體積與出流流流量比，表現(xiàn)了湖水的滯留時間。tkvkqcwcvkqcwchhpphppexp0001)/(kvqkhh對于非守恒物質，經歷時間t后，湖泊內污染物濃度c（mg/l）可以用完全混合衰減方程表示： hppvkqcwc0在湖泊、水庫的出流、入流流量及污染物質輸入穩(wěn)定的情況下，當時間趨于無窮時，達到平衡濃度http:/ 集中參數(shù)模式集中參數(shù)模式上 層 ， ve， ce湖水翻轉時下層vh、ch排向上層，qp e、cpe 排向下層qp h、cph初始濃度cm(t-1)翻池ct完全混合非成層期模型cm(t)總排污qp、cp另一周期湖水分層期非成層期圖 6-8 湖水分層箱式計算模型示意圖http:/ 地面水環(huán)境影響評價n 6.4.1 評價目的、分級及程序n 6.4.2 環(huán)境影響評價大綱 n 6.4.3項目分析和污染源調查 n 6.4.4地區(qū)水環(huán)境調查 n 6.4.5水環(huán)境影響預測及評價 n 6.4