1、第第5章章 地表水環境預測與影響評價地表水環境預測與影響評價l水質預測模型水質預測模型河流水質模型河流水質模型河口水質模型河口水質模型湖庫水質模型湖庫水質模型水污染負荷預測水污染負荷預測l地表水影響評價地表水影響評價第第1節節 預測條件的確定預測條件的確定 l預測時段預測時段 地表水環境預測應考慮水體自凈能力不同的各個時段（水地表水環境預測應考慮水體自凈能力不同的各個時段（水期）。通常將其劃分為自凈能力最小、一般、最大三個階期）。通常將其劃分為自凈能力最小、一般、最大三個階段（如：枯水期、平水期、豐水期）。段（如：枯水期、平水期、豐水期）。一、二級評價，應分別預測水體自凈能力最小和一般兩個一、

2、二級評價，應分別預測水體自凈能力最小和一般兩個時段的環境影響。冰封期較長的水域，當其水體功能為生時段的環境影響。冰封期較長的水域，當其水體功能為生活飲用水、食品工業用水水源或漁業用水時，還應預測冰活飲用水、食品工業用水水源或漁業用水時，還應預測冰封期的環境影響。封期的環境影響。三級評價或二級評價時間較短時，可以只預測自凈能力最三級評價或二級評價時間較短時，可以只預測自凈能力最小時段的環境影響。小時段的環境影響。第第1節節 預測條件的確定預測條件的確定 l預測水質參數的篩選預測水質參數的篩選對河流，可按下式將水質參數排序后從中選取預測對河流，可按下式將水質參數排序后從中選取預測水質因子。水質因子

3、。ISE=CpQp(Cs-Ch)QhISE-水質參數的排序指標水質參數的排序指標Cp-建設項目水污染物的排放濃度，建設項目水污染物的排放濃度，mg/LCs-水污染物的評價標準限值，水污染物的評價標準限值，mg/LCh-評價河段污染物的濃度，評價河段污染物的濃度，mg/LQp-建設項目的廢水排放量，建設項目的廢水排放量，m3/sQh-評價河段的流量，評價河段的流量，m3/sISE值是負值或越大，說明擬建項目排污對該項水質參數值是負值或越大，說明擬建項目排污對該項水質參數的污染影響越大。的污染影響越大。第第1節節 預測條件的確定預測條件的確定 l預測范圍和預測點位的確定預測范圍和預測點位的確定預測

4、范圍與地表水環境現狀調查的范圍相同或略預測范圍與地表水環境現狀調查的范圍相同或略小（特殊情況也可略大）。預測點的數量和位置小（特殊情況也可略大）。預測點的數量和位置應根據受納水體和建設項目的特點、評價等級以應根據受納水體和建設項目的特點、評價等級以及當地的環保要求確定。及當地的環保要求確定。預測點的確定預測點的確定 已確定的敏感點；已確定的敏感點； 環境現狀監測點；環境現狀監測點； 水文條件和水質突變處的上、下游；水文條件和水質突變處的上、下游； 水源地，重要水工建筑物及水文站附近；水源地，重要水工建筑物及水文站附近； 在河流混合過程段選擇幾個代表性段面；在河流混合過程段選擇幾個代表性段面；

5、排污口下游可能超標的點位附近。排污口下游可能超標的點位附近。矩形平直河流、矩形彎曲河流、非矩形河流矩形平直河流、矩形彎曲河流、非矩形河流具體簡化方法如下：具體簡化方法如下：河流斷面寬深比河流斷面寬深比20時，可視為矩形河流；時，可視為矩形河流；大中河流斷面上水深變化很大且評價等級較高（如一級評大中河流斷面上水深變化很大且評價等級較高（如一級評價）時，可以視為非矩形河流并應調查其流場？，其他情況價）時，可以視為非矩形河流并應調查其流場？，其他情況均可簡化為矩形河流；均可簡化為矩形河流；大中河流中，預測河段彎曲較大（如其最大彎曲系數大中河流中，預測河段彎曲較大（如其最大彎曲系數1.3）時，可視為彎

6、曲河流，否則可以簡化為平直河流；時，可視為彎曲河流，否則可以簡化為平直河流；小河可以簡化為矩形平直河流；小河可以簡化為矩形平直河流；河流水文特征或水質有急劇變化的河段，可在急劇變化之河流水文特征或水質有急劇變化的河段，可在急劇變化之處分段，各段分別進行簡化。處分段，各段分別進行簡化。河流簡化河流簡化對于江心洲等按以下原則進行簡化對于江心洲等按以下原則進行簡化評價等級為評價等級為3級時，江心洲、淺灘等均可按無江心級時，江心洲、淺灘等均可按無江心洲、淺灘情況對待；洲、淺灘情況對待；評價等級為評價等級為2級時，江心洲位于充分混合段，可以級時，江心洲位于充分混合段，可以按無江心洲對待；按無江心洲對待；

7、評價等級為評價等級為1級且江心洲較大時，可分段進行簡化，級且江心洲較大時，可分段進行簡化，江心洲較小時可不考慮，江心洲位于混合過程段，江心洲較小時可不考慮，江心洲位于混合過程段，可分段進行簡化。可分段進行簡化。人工控制河流根據水流情況可以視其為水庫，也可人工控制河流根據水流情況可以視其為水庫，也可以視其為河流，分段進行簡化。以視其為河流，分段進行簡化。河流簡化河流簡化河流感潮段河流感潮段受潮汐作用影響較明顯的河段。可以將落潮時最大受潮汐作用影響較明顯的河段。可以將落潮時最大斷面平均流速與漲潮時最小斷面平均流速之差等于斷面平均流速與漲潮時最小斷面平均流速之差等于0.05m/s0.05m/s的斷面

8、作為其與河流的界線的斷面作為其與河流的界線河口的簡化河口的簡化河口河口河流交匯處河流交匯處河流感潮河段河流感潮河段河口外濱海段河口外濱海段湖、庫匯合處湖、庫匯合處簡化方法：簡化方法：除個別要求很高（如一級評價）的情況外，河流感潮段一除個別要求很高（如一級評價）的情況外，河流感潮段一般可按潮周平均、高潮平均和低潮平均三種情況，簡化為穩般可按潮周平均、高潮平均和低潮平均三種情況，簡化為穩態進行預測；態進行預測；河流匯合部分可以分為支流、匯合前主流、匯合后主流三河流匯合部分可以分為支流、匯合前主流、匯合后主流三段分別進行環境影響預測。小河匯入大河時，把小河看成點段分別進行環境影響預測。小河匯入大河時

9、，把小河看成點源；源；河流與湖泊、水庫的匯合部分可以按照河流與湖泊、水庫河流與湖泊、水庫的匯合部分可以按照河流與湖泊、水庫兩部分分別預測其環境影響；兩部分分別預測其環境影響；河口斷面沿程變化較大時，可以分段進行環境影響預測；河口斷面沿程變化較大時，可以分段進行環境影響預測；河口外濱海段可視為海灣。河口外濱海段可視為海灣。河口的簡化河口的簡化簡化方法簡化方法評價等級為評價等級為1級時，中湖（庫）可以按大湖（庫）對待，停級時，中湖（庫）可以按大湖（庫）對待，停留時間較短時也可以按小湖（庫）對待；留時間較短時也可以按小湖（庫）對待；評價等級為評價等級為3級時，中湖（庫）可以按小湖（庫）對待，停級時，

10、中湖（庫）可以按小湖（庫）對待，停留時間很長時也可按大湖（庫）對待；留時間很長時也可按大湖（庫）對待；評價等級為評價等級為2級時，如何簡化視具體情況而定；級時，如何簡化視具體情況而定；水深水深10m且分層期較長（如大于且分層期較長（如大于30天）的湖泊、水庫可天）的湖泊、水庫可視為分層湖（庫）；視為分層湖（庫）；湖、庫的簡化湖、庫的簡化簡化為簡化為大湖（庫）、小湖（庫）、分層湖（庫）大湖（庫）、小湖（庫）、分層湖（庫）串聯型湖泊可以分為若干區，各區分別按上述情況簡化；串聯型湖泊可以分為若干區，各區分別按上述情況簡化；不存在大面積回流區和死水區且流速較快，水力停留時間不存在大面積回流區和死水區且

11、流速較快，水力停留時間較短的狹長湖泊可簡化為河流。其岸邊形狀和水文特征值變較短的狹長湖泊可簡化為河流。其岸邊形狀和水文特征值變化較大時還可以進一步分段；化較大時還可以進一步分段；不規則形狀的湖泊、水庫可根據流場的分布情況和幾何形不規則形狀的湖泊、水庫可根據流場的分布情況和幾何形狀分區；狀分區；自頂端入口附近排入廢水的狹長湖泊或循環利用湖水的小自頂端入口附近排入廢水的狹長湖泊或循環利用湖水的小湖，可以分別按各自的特點考慮。湖，可以分別按各自的特點考慮。湖、庫的簡化湖、庫的簡化污染源包括污染源包括排放方式排放方式和和排放規律排放規律的簡化的簡化污染源簡化污染源簡化排放方式排放方式點源點源面源面源排

12、放規律排放規律連續恒定排放連續恒定排放非連續恒定排放非連續恒定排放在預測中，通常可以把排放規律簡化為連續恒定排放。在預測中，通常可以把排放規律簡化為連續恒定排放。對于點源排放位置的處理，有如下情況：對于點源排放位置的處理，有如下情況：排入河流的兩排放口的間距較小時，可以簡化為一個排放口，排入河流的兩排放口的間距較小時，可以簡化為一個排放口，其位置假設在兩排放口之間，其排放量為兩者之和；其位置假設在兩排放口之間，其排放量為兩者之和；排入小湖（庫）的所有排放口可以簡化為一個排放口，其排排入小湖（庫）的所有排放口可以簡化為一個排放口，其排放量為所有排放量之和；放量為所有排放量之和；排入大湖（庫）的兩

13、排放口的間距較小時，可以簡化為一個排入大湖（庫）的兩排放口的間距較小時，可以簡化為一個排放口，其位置假設在兩排放口之間，其排放量為兩者之和；排放口，其位置假設在兩排放口之間，其排放量為兩者之和；無組織排放可以簡化為面源，從多個間距很近的排放口分別無組織排放可以簡化為面源，從多個間距很近的排放口分別排放污水時，可以簡化為面源。排放污水時，可以簡化為面源。污染源簡化污染源簡化預測方法與水質數學模型預測方法與水質數學模型預測方法預測方法數學模式法：數學模式法：給出定量的預測結果。一般情況此方法較給出定量的預測結果。一般情況此方法較簡單，應首先考慮。簡單，應首先考慮。物理模型法：物理模型法：此方法能反

14、映比較復雜的水環境特點，且此方法能反映比較復雜的水環境特點，且定量化程度較高，再現性好。但需要有相應的試驗條件和定量化程度較高，再現性好。但需要有相應的試驗條件和較多的基礎數據，且制作模型要耗費大量的人力、物力和較多的基礎數據，且制作模型要耗費大量的人力、物力和時間。時間。類比分析法：類比分析法：此種預測方法屬于定性或半定量性質。此種預測方法屬于定性或半定量性質。專業判斷法：專業判斷法：定性地反映建設項目的環境影響。定性地反映建設項目的環境影響。水環境影響預測模型水環境影響預測模型 水質模型的分類水質模型的分類 按時間特性分類按時間特性分類 動態模型動態模型 靜態模型靜態模型 按水域類型分：按

15、水域類型分：河流水質模型河流水質模型 河口水質模型河口水質模型(受潮汐影響受潮汐影響) 湖泊水質模型湖泊水質模型 水庫水質模型水庫水質模型 海灣水質模型海灣水質模型 按描述水質組分的多少分類：按描述水質組分的多少分類： 單一組分模型單一組分模型 多組分水質模型多組分水質模型 按水質組分分類分：按水質組分分類分： 耗氧有機物模型耗氧有機物模型(BODDO模型模型) 單一組分的水質模型單一組分的水質模型 難降解有機物水質模型難降解有機物水質模型 重金屬遷移轉化水質模型重金屬遷移轉化水質模型按水力學和排放條件分：按水力學和排放條件分：穩態模型穩態模型 非穩態模型非穩態模型按水質模型的空間維數分類：按

16、水質模型的空間維數分類： 零維模型零維模型 一維模型一維模型 二維模型二維模型 三維模型三維模型第第2 2節節 河流水質模型河流水質模型河流完全混合模型、一維穩態模型、河流完全混合模型、一維穩態模型、S-P模型（適用模型（適用于于河流的充分混合段河流的充分混合段）托馬斯模型（適用于托馬斯模型（適用于沉降作用明顯沉降作用明顯的河流的河流充分混合充分混合段）段）二維穩態混合模式和二維穩態衰減模式（適用于二維穩態混合模式和二維穩態衰減模式（適用于平平直河流的混合過程段直河流的混合過程段）二維穩態累積流量模式和二維穩態衰減累積流量模二維穩態累積流量模式和二維穩態衰減累積流量模式（適用于式（適用于彎曲河

17、流的混合過程段彎曲河流的混合過程段）均勻混合段均勻混合段混合段混合段背景段背景段污水注入點污水注入點完全混合點完全混合點L混合段總長度混合段總長度均勻混合段均勻混合段背景段背景段污水注入點污水注入點瞬間完全混合瞬間完全混合既是污水注入點，也是完全混合點既是污水注入點，也是完全混合點混合段混合段背景段背景段污水注入點污水注入點沒有完全混合點沒有完全混合點L混合段總長度混合段總長度1. *河流混合過程段長度河流混合過程段長度預測范圍內河段分預測范圍內河段分充分混合段充分混合段、混合過程段混合過程段和和排污口上游河段排污口上游河段。充分混合段充分混合段：污染物濃度在斷面上均勻分布的河段。當斷面上任：

18、污染物濃度在斷面上均勻分布的河段。當斷面上任意一點的濃度與斷面平均濃度之差小于平均濃度的意一點的濃度與斷面平均濃度之差小于平均濃度的5時，可以時，可以認為達到均勻分布。認為達到均勻分布。混合過程段混合過程段：指排放口下游達到充分混合以前的河段。：指排放口下游達到充分混合以前的河段。河流混合過程段長度可由下式計算（理論公式）：河流混合過程段長度可由下式計算（理論公式）：河中心排放河中心排放 x=0.1uxB2/Ey岸邊排放岸邊排放 x=0.4uxB2/Ey u xx方向流速，方向流速，m/s； B 河流寬度，河流寬度，m； Ey橫向擴散系數，橫向擴散系數，m2/s。 常用河流水質數學模型與適用條

19、件常用河流水質數學模型與適用條件 河流混合過程段長度河流混合過程段長度12(0.40.6 )(0.0580.0065 )()Ba BuxHB gHI*河流混合過程段長度可由下式估算（經驗公式）：河流混合過程段長度可由下式估算（經驗公式）：式中，式中，B河流寬度，河流寬度，m； a排放口距岸邊的距離，排放口距岸邊的距離，m； u河流斷面的平均流速，河流斷面的平均流速，m/s； H平均水深，平均水深，m； g重力加速度，重力加速度，9.8m/s2； I河流坡度，河流坡度，。常用河流水質數學模型與適用條件常用河流水質數學模型與適用條件例題例題1： 一河段的一河段的K 斷面處有一岸邊污水排放口穩定地向

20、河流排放斷面處有一岸邊污水排放口穩定地向河流排放污水，其河水特征為：污水，其河水特征為：B=50.0m， H 均均=1.2m，u=0.1m/s，I=9，試計算混合過程污染帶長度。，試計算混合過程污染帶長度。 解解: 混合過程段長度：混合過程段長度： 12(0.40.6 )(0.0580.0065 )()(0.4 50.00.6 0) 50.0 0.1(0.058 1.20.0065 50.0) 9.8 1.2 9Ba BuxHB gHI 779.0m所以混合過程段長度為所以混合過程段長度為779.0m。穩態條件下基本模型的解析解穩態條件下基本模型的解析解l什么是穩態？什么是穩態？ 1、河流河床

21、截面積、流速、流量不隨時間變化、河流河床截面積、流速、流量不隨時間變化 2、污染物的輸入量、彌散系數不隨時間變化、污染物的輸入量、彌散系數不隨時間變化 3、河流無支流和其他排污口廢水進入、河流無支流和其他排污口廢水進入 河流的充分混合模型河流的充分混合模型hhPPEPC QC QCQQ式中：式中：Q Qh h河水流量，河水流量， m m3 3/s/s； C Ch h河水背景斷的污染物濃度，河水背景斷的污染物濃度， mg/Lmg/L； C CP P廢水中污染物的濃度，廢水中污染物的濃度， mg/Lmg/L； Q QP P廢水的流量，廢水的流量， m m3 3/s/s； C C完全混合的水質濃度，

22、完全混合的水質濃度， mg/Lmg/L。完全混合模型適用條件完全混合模型適用條件l穩態：河流為恒定流（流量、流速不隨時間變化）穩態：河流為恒定流（流量、流速不隨時間變化）l廢水連續穩定排放廢水連續穩定排放l下游某點廢水和河水在整個斷面上達到了均勻混合下游某點廢水和河水在整個斷面上達到了均勻混合l持久性的污染物持久性的污染物l該河流無支流和其他排污口進入該河流無支流和其他排污口進入 例題：完全混合模型例題：完全混合模型l計劃在河邊建一座工廠，該廠將以計劃在河邊建一座工廠，該廠將以2.83m3/s2.83m3/s的流量的流量排放廢水，廢水中總溶解固體（總可濾殘渣和總不排放廢水，廢水中總溶解固體（總

23、可濾殘渣和總不可濾殘渣）濃度為可濾殘渣）濃度為1300mg/L1300mg/L，該河流平均流速為，該河流平均流速為0.457m/0.457m/，平均河寬為，平均河寬為13.72m13.72m，平均水深為，平均水深為0.61m0.61m，總溶解固體濃度為總溶解固體濃度為310mg/L310mg/L，如果該工廠的廢水排，如果該工廠的廢水排入河中能與河水迅速混合，入河中能與河水迅速混合，那么總溶解固體的濃度那么總溶解固體的濃度是否超標（設標準為是否超標（設標準為500mg/L500mg/L）？）？答案：731mg/L，超標0.46倍零維模型穩態解零維模型穩態解QkVQCC/0穩態條件下的河流的零維模

24、型穩態條件下的河流的零維模型0011()8 6 4 0 0CCCxktku式中：式中：C流出河段的污染物濃度，流出河段的污染物濃度，mg/L; C0-完全混合模型計算出的濃度值，完全混合模型計算出的濃度值， mg/L; x河段長度，河段長度，m。 k-污染物的衰減速率常數污染物的衰減速率常數 1/d； u河水的流速，河水的流速，m/s; t兩個斷面之間的流動時間。兩個斷面之間的流動時間。例題：河流的零維模型例題：河流的零維模型l有一條比較淺而窄的河流，有一段長有一條比較淺而窄的河流，有一段長1km1km的河段，的河段，穩定排放含酚廢水穩定排放含酚廢水1.0m1.0m3 3/s;/s;含酚濃度為

25、含酚濃度為200mg/L200mg/L，上游河水流量為上游河水流量為9m9m3 3/s/s，河水含酚濃度為，河水含酚濃度為0 0，河流，河流的平均流速為的平均流速為40km/d40km/d，酚的衰減速率常數，酚的衰減速率常數k k2 2 1/d1/d，求河段出口處的河水含酚濃度為多少？，求河段出口處的河水含酚濃度為多少？答案：21 mg/L一維模型適用條件一維模型適用條件 l河流充分混合段（河流橫斷面上達到完全混合）；河流充分混合段（河流橫斷面上達到完全混合）；l非持久性污染物（溶解態污染物）；非持久性污染物（溶解態污染物）；l河流為恒定流；河流為恒定流；l廢水連續穩定排放。廢水連續穩定排放。

26、 l適用于適用于符合一維動力學降解規律符合一維動力學降解規律的一般污染物，如氰、酚、有機毒的一般污染物，如氰、酚、有機毒物、重金屬、物、重金屬、BODBOD、CODCOD等單項指標的污染物。等單項指標的污染物。河流一維模型河流一維模型l當污染物在河流橫向上達到完全混合后，分析污當污染物在河流橫向上達到完全混合后，分析污染物在縱向即水流方向輸移、轉化的變化情況時用染物在縱向即水流方向輸移、轉化的變化情況時用一維模型一維模型一維穩態模型的解一維穩態模型的解：二階線性偏微分方程二階線性偏微分方程022kCxCuxCDxx02kuDxxxxBeAeC21X0X0一維模型穩態解一維模型穩態解對于不受潮汐

27、影響的內陸河，擴散、離散相對于移流作對于不受潮汐影響的內陸河，擴散、離散相對于移流作用很小，即用很小，即Dx近似為近似為0，所以，排污對于上游（，所以，排污對于上游（x0）的濃度變化沒有影響，引起排污口下游河流污染物濃度的濃度變化沒有影響，引起排污口下游河流污染物濃度的變化為：的變化為：uxkCxC10exp)(一維模型穩態解一維模型穩態解河流的一維模型河流的一維模型 考慮彌散的一維穩態模型考慮彌散的一維穩態模型l式中：式中：C C下游某一點的污染物濃度，下游某一點的污染物濃度， mg/L mg/L ； C C0 0完全混合斷面的污染物濃度，完全混合斷面的污染物濃度， mg/Lmg/L； u

28、u河水的流速，河水的流速，m/sm/s； D Dx x方向上的擴散系數，方向上的擴散系數， m m2 2/s /s ； k k1 1污染物降解的速率常數（污染物降解的速率常數（1/d1/d）；）； x x下游某一點到排放點的距離，下游某一點到排放點的距離，m m。0exp(1) 2uCCm xD124186400k Dmu河流的一維模型河流的一維模型 忽略彌散的一維穩態模型忽略彌散的一維穩態模型l式中：式中： C C下游某一點的污染物濃度，下游某一點的污染物濃度，mg/Lmg/L； C C0 0完全混合斷面的污染物濃度完全混合斷面的污染物濃度，mg/L mg/L ； u u河水的流速，河水的流

29、速，m/sm/s； k k1 1污染物降解的速率常數（污染物降解的速率常數（1/d1/d）；）； x x下游某一點到排放點的距離下游某一點到排放點的距離，m m。01exp()86400 xCCku例題：河流的一維模型例題：河流的一維模型l一個改擴工程擬向河流排放廢水，廢水量為一個改擴工程擬向河流排放廢水，廢水量為0.15 m0.15 m3 3/s/s，苯酚濃度為，苯酚濃度為30mg/L,30mg/L,河流流量為河流流量為5.5 5.5 m m3 3/s/s，流速為，流速為0.3 m/s0.3 m/s，苯酚背景濃度為，苯酚背景濃度為0.5mg/L0.5mg/L，苯酚的降解系數，苯酚的降解系數k

30、 k0.2/d0.2/d，縱向彌，縱向彌散系數散系數D D為為10 m10 m2 2/s/s。求排放點下游。求排放點下游10km10km處的苯處的苯酚濃度。酚濃度。答案：考慮彌散作用，答案：考慮彌散作用，1.19mg/L; 忽略彌散作用，忽略彌散作用，1.19mg/L。 可以看出，在穩態條件下，忽略彌散系數與考可以看出，在穩態條件下，忽略彌散系數與考慮彌散系數的差異很小，常可以忽略。慮彌散系數的差異很小，常可以忽略。河流一維河流一維BOD-DO模型模型l反應耗氧有機物和水中溶解氧狀況反應耗氧有機物和水中溶解氧狀況l預測某一時刻水中剩余預測某一時刻水中剩余BOD濃度和氧虧值。濃度和氧虧值。水體的

31、耗氧與復氧過程水體的耗氧與復氧過程l耗氧過程：耗氧過程：BOD耗氧耗氧 （CBOD、NBOD耗氧）耗氧）底泥耗氧（沉積底泥耗氧、底泥再懸浮耗氧）底泥耗氧（沉積底泥耗氧、底泥再懸浮耗氧）水生植物呼吸耗氧水生植物呼吸耗氧l復氧過程：復氧過程：大氣復氧大氣復氧藻類光合作用復氧藻類光合作用復氧臨界氧虧臨界氧虧最大氧虧最大氧虧污水排入污水排入河流河流DO濃度濃度氧垂曲線氧垂曲線距離或時間距離或時間飽和飽和DO濃度濃度BOD曲線曲線水質最差點水質最差點虧氧量為飽和溶解氧濃度與實際溶解氧濃度之差虧氧量為飽和溶解氧濃度與實際溶解氧濃度之差Streeter Phelps (S-P)模式模式建立建立S-P模式的基

32、本假設：模式的基本假設：（1）河流中的）河流中的BOD衰減和溶解氧的復氧都是一級反應；衰減和溶解氧的復氧都是一級反應；（2）反應速度是定常的；）反應速度是定常的；（3）河流中的耗氧是由）河流中的耗氧是由BOD衰減衰減引起的，而河流中的溶解引起的，而河流中的溶解氧來源則是氧來源則是大氣復氧大氣復氧。 S-P模式的適用條件：（模式的適用條件：（1）河流充分混合段河流充分混合段； （2）污染物為耗氧有機污染物污染物為耗氧有機污染物； （3）需要預測河流溶解氧狀態；）需要預測河流溶解氧狀態； （4）河流為恒定流動；）河流為恒定流動； （5）污染物連續穩定排放。）污染物連續穩定排放。l基本形式基本形式D

33、kLkdtdDLkdtdL211Streeter Phelps (S-P)模式模式Streeter Phelps (S-P)模式模式D虧氧量，即飽和溶解氧濃度與溶解氧濃度的差值，虧氧量，即飽和溶解氧濃度與溶解氧濃度的差值，mg/L；cBODBOD的濃度，的濃度，mg/L；K1耗氧系數，耗氧系數，1/d；K2大氣復氧系數，大氣復氧系數，1/d；x從計算初始點到下游計算斷面的距離，從計算初始點到下游計算斷面的距離，m0011 exp()exp()86400BODBODBODxccK tcKu01120221exp()exp()exp()864008640086400BODK cxxxDKKDKKK

34、uuu氧垂公式氧垂公式Streeter Phelps (S-P)模式模式0pphhBODphc Qc QcQQ0pphhphD QD QDQQCBOD0計算初始斷面的計算初始斷面的BOD濃度，濃度，mg/L;D0計算初始斷面虧氧量，即斷面計算初始斷面虧氧量，即斷面DO濃度與濃度與DOf之差，之差，mg/L；Dh上游來水中溶解氧的氧虧值，上游來水中溶解氧的氧虧值，mg/L；Dp污水中溶解氧的氧虧值，污水中溶解氧的氧虧值，mg/L；00221211186400ln(1)cBODDKKKuxKKKcK0022121111ln(1)cBODDKKKtKKKcKStreeter Phelps (S-P)

35、模式模式計算最大氧虧點臨界點計算最大氧虧點臨界點tc由起始點到達臨界點的流行時間由起始點到達臨界點的流行時間。xc臨界點到計算初始點的距離，臨界點到計算初始點的距離，m。Streeter Phelps (S-P)模式模式 S-P模式在水質影響預測中應用最廣，也可用于計算河模式在水質影響預測中應用最廣，也可用于計算河段的最大容許排污量。段的最大容許排污量。 在在S-P模式基礎上，結合河流自凈過程中的不同影響因素，模式基礎上，結合河流自凈過程中的不同影響因素，人們提出了一些修正型。例如人們提出了一些修正型。例如托馬斯托馬斯引入懸浮物沉降作用對引入懸浮物沉降作用對BOD衰減的影響；衰減的影響；多賓斯

36、坎普多賓斯坎普提出了考慮底泥耗氧和光合提出了考慮底泥耗氧和光合作用復氧的模型；作用復氧的模型；奧康納奧康納進一步考慮含氮污染物的影響；進一步考慮含氮污染物的影響；1989年美國年美國EPA推出了推出了QUAL2E，這是一維水質模型，全，這是一維水質模型，全面考慮河流自凈的機理，可以模擬面考慮河流自凈的機理，可以模擬15種以上不同的水質參數種以上不同的水質參數的變化，如水溫、有機磷、有機氮、腸桿菌等。的變化，如水溫、有機磷、有機氮、腸桿菌等。托馬斯托馬斯(Thomas)BOD-DO模型模型l在在S-P模型的基礎上增加沉淀、絮凝、沖刷和再懸浮過模型的基礎上增加沉淀、絮凝、沖刷和再懸浮過程對程對BO

37、D去除的影響，引入了去除的影響，引入了BOD沉浮系數沉浮系數k3，BOD變化速度為變化速度為k3L。l托馬斯采用以下的基本方程組：托馬斯采用以下的基本方程組：l沉浮系數沉浮系數k3 對于沖刷、再懸浮過程，對于沖刷、再懸浮過程，k3 0。DkLkdxdDuLkkdxdLu2131)(托馬斯托馬斯(Thomas)BOD-DO模型模型uxkkCCBODBOD)(exp310)exp()(exp)exp()(2312311200uxkuxkkkkkCkuxkooooBODssl對一維靜態河流，在托馬斯模型的基礎上，多賓斯對一維靜態河流，在托馬斯模型的基礎上，多賓斯-坎普提出坎普提出了兩條新的假設：了兩

38、條新的假設：l考慮地面徑流和底泥釋放考慮地面徑流和底泥釋放BOD所引起的所引起的BOD變化速率，該速率變化速率，該速率以以 R表示。表示。l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，該速率以化速率，該速率以 P表示。表示。l多賓斯多賓斯坎普采用以下基本方程組：坎普采用以下基本方程組：P PD Dk kL Lk kdxdxdDdDu uR R)L)Lk k(k(kdxdxdLdLu u2 21 13 31 1多賓斯多賓斯坎普坎普(DobbInsCamp)BOD-DO模型模型l對一維靜態河流，在托馬斯模型的基礎上對一維靜態河

39、流，在托馬斯模型的基礎上, 奧康納提奧康納提假設條件為，總假設條件為，總BOD是碳化和硝化是碳化和硝化BOD兩部分之和，兩部分之和，即即L=Lc+Ln，則托馬斯修正式可改寫為：，則托馬斯修正式可改寫為： kn 硝化硝化BOD衰減速度常數，衰減速度常數， 1/d ； kn 硝化硝化BOD衰減速度常數，衰減速度常數，1/d ； Lc0, 河流河流x=0 處，含碳有機物處，含碳有機物BOD濃度，濃度，mg/L。 Ln0, 河流河流x=0 處，含氮有機物處，含氮有機物BOD濃度，濃度，mg/L。DkLkLkdxdDuLkdxdLuLkkdxdLunncnnncc2131)(模型模型該模型的解析解為：該

40、模型的解析解為：uxkuxkuxknnnuxkuxkksuxknnuxkkcceDeekkLkeekkkLkDeLLeLLnsns/0/20/1201/0/022211模型模型河流二維水質模型河流二維水質模型l當考慮污染物在河寬方向上的變化情況時，需要當考慮污染物在河寬方向上的變化情況時，需要利用河流二維水質模型。利用河流二維水質模型。l 模型類別模型類別二維穩態混合模式二維穩態混合模式二維穩態衰減模式二維穩態衰減模式平直、斷面形狀規則河段平直、斷面形狀規則河段彎曲、斷面形狀不規則河段彎曲、斷面形狀不規則河段二維穩態混合累積流量模式二維穩態混合累積流量模式二維穩態衰減累積流量模式二維穩態衰減累

41、積流量模式河流二維穩態混合模式河流二維穩態混合模式 適用條件：適用條件： （1）平直、斷面形狀規則平直、斷面形狀規則河段河段混合過程段混合過程段； （2）持久性污染物持久性污染物； （3）河流為恒定流動；）河流為恒定流動； （4）連續穩定排放；）連續穩定排放； 河流二維穩態混合模式河流二維穩態混合模式 c (x ,y)(x, y)點污染源垂直平均濃度，點污染源垂直平均濃度，mg/L； H平均水深，平均水深，m； B河流寬度，河流寬度，m； a排放口與岸邊的距離，排放口與岸邊的距離，m； My橫向混合系數，橫向混合系數，m2/s； x, y笛卡兒坐標系的坐標，笛卡兒坐標系的坐標，m； x -預測

42、點離排預測點離排 放點的縱向距離，放點的縱向距離，m ；y -預測點離排放口的橫向距離，預測點離排放口的橫向距離，m；岸邊排放：岸邊排放：xMyBuxMuyxuMHQccyxcyyyPPh422exp)42exp(),(河流二維穩態混合模式河流二維穩態混合模式 c (x ,y)(x, y)點污染源垂直平均濃度，點污染源垂直平均濃度，mg/L； H平均水深，平均水深，m； B河流寬度，河流寬度，m； a排放口與岸邊的距離，排放口與岸邊的距離，m； My橫向混合系數，橫向混合系數，m2/s； x, y笛卡兒坐標系的坐標，笛卡兒坐標系的坐標，m；非岸邊排放：非岸邊排放：xMyaBuxMyauxMuy

43、xuMHQccyxcyyyyPPh4222exp422exp)42exp(2),(河流二維穩態衰減模式河流二維穩態衰減模式 適用條件：適用條件： （1）平直、斷面形狀規則平直、斷面形狀規則河段河段混合過程段混合過程段； （2）非非持久性污染物持久性污染物； （3）河流為恒定流動；）河流為恒定流動； （4）連續穩定排放；）連續穩定排放； （5）對于非持久性污染物，需采用相應的衰減模式。）對于非持久性污染物，需采用相應的衰減模式。河流二維穩態衰減模式河流二維穩態衰減模式岸邊排放岸邊排放xMyBuxMuyxuMHQccuxKyxcyyypph4)2(exp4exp86400exp),(221非岸邊排

44、放非岸邊排放x-預測點離排放點的距離，預測點離排放點的距離，m； y-預測點離排放口的橫向距離，預測點離排放口的橫向距離，m；C-預測點預測點(x，y)處污染物的濃度，處污染物的濃度，mg/L；cp-污水中污染物的濃度污水中污染物的濃度mg/LQp-污水流量，污水流量，m3/s；ch-河流上游污染物的濃度河流上游污染物的濃度(本底濃度本底濃度)，mg/L；H-河流平均水深，河流平均水深，m； My-河流橫向混合河流橫向混合(彌散彌散)系數，系數，m2/s；u-河流流速，河流流速，m/s；B-河流平均寬度，河流平均寬度，m；-圓周率。圓周率。 本式要求河流在截面上近似矩形。本式要求河流在截面上近

45、似矩形。河流二維穩態混合累積流量模式河流二維穩態混合累積流量模式適用條件適用條件：（1）彎曲河流、斷面形狀不規則河段彎曲河流、斷面形狀不規則河段混合過程段混合過程段； （2）持久性污染物持久性污染物； （3）河流為恒定流動；）河流為恒定流動； （4）連續穩定排放連續穩定排放； （5）對于非持久性污染物，需采用相應的衰減模式。）對于非持久性污染物，需采用相應的衰減模式。岸邊排放：岸邊排放：c（x, q）（x,q）處污染物垂向平均濃度，）處污染物垂向平均濃度，mg/L；Mq累積流量坐標系下的橫向混合系數；累積流量坐標系下的橫向混合系數；x,q累積流量坐標系的坐標；累積流量坐標系的坐標；總總 結結

46、在利用數學模式預測河流水質時，充分混在利用數學模式預測河流水質時，充分混合段可以采用一維模式或零維模式預測斷面平合段可以采用一維模式或零維模式預測斷面平均水質；混合過程段需采用二維模式進行預測均水質；混合過程段需采用二維模式進行預測。練練 習習 1l一河段的一河段的K斷面處有一岸邊污水排放口穩定地斷面處有一岸邊污水排放口穩定地向河流排放污水，其污水特征為：向河流排放污水，其污水特征為：Qp=19440m3/d，BOD5（p）=81.4mg/L，河水河水Qh=6.0m3/s，BOD5（h）=6.16mg/L，B=50.0m，H均均=1.2m，u=0.1m/s，I=9，K1=0.3 1/d，試計算

47、混合過程污染帶長度。如，試計算混合過程污染帶長度。如果果忽略污染物質在該段內的降解忽略污染物質在該段內的降解和沿程河流和沿程河流水量的變化，在距完全混合斷面水量的變化，在距完全混合斷面10km的下游的下游某段處，河流中某段處，河流中BOD5濃度是多少？濃度是多少？ 練練 習習 2l一家食品加工廠產生廢水一家食品加工廠產生廢水4800m3/d,廢水中主要含廢水中主要含BOD5。處理后，。處理后，BOD5的排放濃度為的排放濃度為30mg/L。該股。該股廢水用管道引到一條較為平直的小河排放。排入小河廢水用管道引到一條較為平直的小河排放。排入小河后，該股廢水中的后，該股廢水中的BOD5的耗氧率為的耗氧

48、率為0.48 1/d。排污。排污口設在距離小河左岸口設在距離小河左岸10m處。小河的平均寬度為處。小河的平均寬度為60m，平均水深平均水深4.79m,斷面平均流速斷面平均流速0.1m/s,平均水面坡降平均水面坡降為為2.7。試預測該股廢水對小河排污口下游。試預測該股廢水對小河排污口下游3000m處水質的影響程度。處水質的影響程度。 河口水質模型河口水質模型 河口是指入海河流受到潮汐作用的一段水體，它河口是指入海河流受到潮汐作用的一段水體，它表現出明顯的時變特征。表現出明顯的時變特征。l一維穩態模型一維穩態模型l該模型在河口斷面面積定常，淡水流量穩定的情該模型在河口斷面面積定常，淡水流量穩定的情

49、況下，可以得到解析解：況下，可以得到解析解：0kCCudxddxdCdxdDxxl排放口上游（排放口上游（ x0 ）：）：204112expxxxxukDDxuCC204112expxxxxukDDxuCC河口水質模型河口水質模型 C0 是在是在 x=0 處（排放口）的污染物濃度，可以用下處（排放口）的污染物濃度，可以用下式計算：式計算： 上式中的上式中的 W 為單位時間內排放的污染物總量；為單位時間內排放的污染物總量； Q 為為淡水的平均流量；淡水的平均流量； Dx 是縱向彌撒系數。是縱向彌撒系數。QWukDQWCxx2041河口水質模型河口水質模型水質模型參數的確定方法水質模型參數的確定方

50、法水質模型參數確定的方法類別：水質模型參數確定的方法類別：實驗室測定法實驗室測定法公式計算法（包括經驗公式、模型求解等）公式計算法（包括經驗公式、模型求解等）現狀實測法現狀實測法示蹤劑法示蹤劑法（1）實驗室測定法）實驗室測定法 K1=K1 +(0.11+54 I )u/H式中：式中：K1耗氧系數，耗氧系數，1/d； K1試驗室測定的耗氧系數，試驗室測定的耗氧系數，1/d； I河流底坡或地面坡度，河流底坡或地面坡度，； u河水流速，河水流速，m/s； H平均水深，平均水深，m。 在實際應用中，在實際應用中， K1 仍然寫作仍然寫作 K1耗氧系數耗氧系數K1單獨估值方法單獨估值方法1186400l

51、nlnAABBccuKtcxc（2）兩點法）兩點法(現場實測法現場實測法)式中：式中：c A、c B為為A、B斷面上污染物的平均濃度，斷面上污染物的平均濃度， x為為A、B斷面間的距離。斷面間的距離。耗氧系數耗氧系數K1單獨估值方法單獨估值方法復氧系數復氧系數K2的單獨估值方法的單獨估值方法經驗公式法經驗公式法（1）奧康納多賓斯，簡稱奧多公式：）奧康納多賓斯，簡稱奧多公式：1/61zcHn1/22(20)3/2()294mD uKHcz170.50.252(20)1.25824mDIKHcz17cz謝才系數謝才系數I河流坡度河流坡度n河床糙率河床糙率H平均水深，平均水深，m。Dm分子擴散系數分

52、子擴散系數00.671.852(20)5.34CuKH0.1H0.6m u 1.5m/s0.6962(20)1.6735.03CuKH0.6H8m0.6u1.8m/s（2）歐文斯等人經驗式）歐文斯等人經驗式 （3）丘吉爾經驗式）丘吉爾經驗式 復氧系數復氧系數K2的單獨估值方法的單獨估值方法經驗公式法經驗公式法K1 、K2的溫度校正的溫度校正K1或或2（T）K1或或2（20）（T-20）溫度常數溫度常數的取值范圍的取值范圍對于對于K1， 1.021.06，一般取，一般取1.047對于對于K2， 1.0151.047，一般取，一般取1.024(1)泰勒法求泰勒法求Ey(適用于河流適用于河流)Ey=

53、(0.058H+0.0065B)(gHI)1/2 B/H100式中：式中：B河流寬度；河流寬度； g重力加速度；重力加速度；(2)愛爾德法求愛爾德法求Ex(適用于河流適用于河流)Ex=5.93H(gHI)1/2混合（擴散）系數的經驗公式混合（擴散）系數的經驗公式混合（擴散）系數的示蹤試驗測定法混合（擴散）系數的示蹤試驗測定法示蹤物質有：示蹤物質有：p 無機鹽類（無機鹽類（ NaCl、LiCl）p 熒光染料（如工業堿性玫瑰紅）熒光染料（如工業堿性玫瑰紅）p 放射性同位素等。放射性同位素等。示蹤物質應滿足以下要求：示蹤物質應滿足以下要求： 具有在水體中不沉降、不降解、不產生化學反應具有在水體中不沉

54、降、不降解、不產生化學反應 測定簡單準確，測定簡單準確， 經濟經濟 對環境無害對環境無害 示蹤物質的投放有瞬時投放、有限時段投放和連續恒定投放。示蹤物質的投放有瞬時投放、有限時段投放和連續恒定投放。 向水體中投放示蹤物質，追蹤測定其濃度變化，據以計算向水體中投放示蹤物質，追蹤測定其濃度變化，據以計算所需要的各環境水力學參數的方法。所需要的各環境水力學參數的方法。第第3節節 湖泊與水庫水質模型湖泊與水庫水質模型v湖泊水庫的水質特征湖泊水庫的水質特征v營養源與營養負荷營養源與營養負荷v湖庫水質模型湖庫水質模型湖泊水庫的水質特征湖泊水庫的水質特征l流速小，與河流相比湖泊和水庫中的水流處于相對靜流速小

55、，與河流相比湖泊和水庫中的水流處于相對靜止狀態；止狀態；l停留時間長，湖泊與水庫中的水流交換周期比較長，停留時間長，湖泊與水庫中的水流交換周期比較長，屬于靜水環境；屬于靜水環境；l水生生態系統相對比較封閉；水生生態系統相對比較封閉；l主要水質問題是富營養化；主要水質問題是富營養化；l水質的分層分布。水質的分層分布。典型湖泊水溫垂向分層示意圖典型湖泊水溫垂向分層示意圖A A表層表層B B斜溫層斜溫層C C下層下層Z Z夏季夏季 冬季冬季T污染來源與途徑污染來源與途徑 l污染源污染類型污染類型 污染物來源污染物來源 外源污染物外源污染物點源點源工業廢水工業廢水 城鎮生活污水城鎮生活污水 固體廢物處

56、置場固體廢物處置場 面源面源礦區地表徑流礦區地表徑流 城鎮地表徑流城鎮地表徑流 農牧區地表徑流農牧區地表徑流 大氣降塵大氣降塵 大氣降水大氣降水水體投餌養殖水體投餌養殖 水面娛樂活動廢棄物水面娛樂活動廢棄物 水土流失及土壤侵蝕水土流失及土壤侵蝕 內源污染物內源污染物 底泥及沉積物底泥及沉積物l污染物入湖途徑污染物入湖途徑點源污染點源污染非點源污染非點源污染地下水地下水河渠河渠降塵降塵降水降水養殖投餌養殖投餌流域入地表面流域入地表面湖泊水庫湖泊水庫 利貝希最小值定律利貝希最小值定律 ( ( 最小量的最小量的 Liebig Liebig 法律法律 ) ) 植物生植物生長取決于外界提供給它的所需養料

57、中數量最少的一種。長取決于外界提供給它的所需養料中數量最少的一種。l主要營養源與營養負荷計算主要營養源與營養負荷計算l 地表徑流的營養負荷地表徑流的營養負荷式中：式中：Ijl第第 j 種營養物質的負荷，種營養物質的負荷， g/a； Ai 第第 i 種土地利用類型的面積，種土地利用類型的面積， m2 ； Eij 第第 i 種土地利用類型的單位面積上第種土地利用類型的單位面積上第 j 種污染物種污染物的流失量，的流失量， g/m2 ； m 土地利用類型的總數。土地利用類型的總數。miijijlEAI1營養源和營養負荷營養源和營養負荷l降水的營養負荷降水的營養負荷 式中，式中， Ijp 由降水輸入的

58、第由降水輸入的第 j 種污染物的負荷，種污染物的負荷， g/a；As 湖湖,庫的水面面積，庫的水面面積， m2 ； Cj 第第 j 種種營養物在降水中的含量；營養物在降水中的含量； P 年降水量，年降水量， m/a。l人為因素排放的營養負荷人為因素排放的營養負荷生活污水生活污水 式中，式中， IjsIjs 流入湖泊或水庫的污水中含有的第流入湖泊或水庫的污水中含有的第 j j 種營養物的負荷，種營養物的負荷， g/ag/a； S S 產生污水的人數，產生污水的人數，人；人； EjsEjs 每人每年產生的第每人每年產生的第 j j 種營養物的量，種營養物的量， g/g/人人.a.a。sjjpPAC

59、IjsjsSEIl工業污水工業污水Ijk 第第 k 種工業廢水中第種工業廢水中第 j 種營養物的負荷，種營養物的負荷， g/a； Qk 第第 k 種工業廢水的排放量，種工業廢水的排放量， m3/a； Ejk 第第 k 種種廢水中第廢水中第 j 種營養物的含量，種營養物的含量， g/m3 ； n 含第含第 j 種種營養物的污染源數。營養物的污染源數。l內部營養負荷內部營養負荷I ji 湖泊底泥釋放的第湖泊底泥釋放的第 j 種營養物的負荷，種營養物的負荷， g/；A 底泥底泥量，量，m3; Cjn 底泥第底泥第 j 種營養物的含量，種營養物的含量， g/m3 ； kj 底泥釋放第底泥釋放第 j 種

60、營養物質的速率常數。種營養物質的速率常數。nkjkkjkEQI1jnsjjnCAkIl湖泊、水庫的總營養負荷：湖泊、水庫的總營養負荷：l 式中，式中， Ij 湖泊湖泊,水庫第水庫第 j 種污染物的種污染物的總負荷。總負荷。jnjkjsjpjljIIIIII湖庫環境預測模式湖庫環境預測模式l完全混合箱式模型（零維）完全混合箱式模型（零維）l分層湖分層湖(庫庫)箱式模型（零維）箱式模型（零維）l湖泊水質擴散模型（一維或二維）湖泊水質擴散模型（一維或二維）湖庫完全混合箱式模型湖庫完全混合箱式模型 沃倫威德爾模型沃倫威德爾模型l概述創始創始：沃倫威德爾（：沃倫威德爾（R.A.Vollenweider）