4地表水环境影响评价

环境评价教程1第四章地表水环境影响评价环境评价教程2本章重点：水体污染、水体自净及耗氧、复氧规律、水质预测模型、评价等级划分、采样断面与取样点的设置、地表水环境影响预测和评价本章难点：水质预测模型及应用本章目录：地表水体的污染和自净河流和河口水质模型湖泊（水库）水质模型水质模型的标定开发行动对地表水影响的识别地表水环境影响预测和评价环境评价教程34.1地表水体的污染和自净一、地表水及地表水资源地表水的含义：河流、河口、湖泊（水库、池塘）、海洋、湿地等水体的统称。地表水环境质量是由水质、底部沉积物和水生生物等三部分状况决定的地表水资源：总量约为13.9亿km3，其中：海水97％，淡水3％（2.997％为冰山）。环境评价教程4二、水体污染水的感官性状、物理化学性质、水生物组成、底部沉积物的数量和组分等发生恶化，破坏水体原有功能的现象。（1）点污染源：通过管道和沟渠收集和排入水体的废水。废水量和污染物可以直接测流量和采样分析组分浓度确定。常采用排污指数推算的方法。环境评价教程5•居住区生活污水量Qs计算式（4-1）：式中：Q——居住区生活污水量，L/s；q——每人每日的排水定额，L/(人.d);N——设计人口数K——总变化系数（1.5~1.7）86400ssqNKQ环境评价教程6•工业废水量Qs按式估算式中：m——单位产品废水量，L/t；M——该产品的日产量，t;K——总变化系数，根据工艺或经验决定；t——工厂每日工作时数，h.tmMKQis3600环境评价教程7（2）非点污染源（面源）：分散或均匀地通过岸线进入水体和自然降水通过沟渠进入水体的废水。主要包括：城镇排水、农田排水和农村生活废水、矿山废水、分散的小型禽畜饲养场废水，以及大气污染物通过重力沉降和降水过程进入水体等所造成的污染废水。非点源污染负荷估算的途径：复杂，难定量（1）在对水土流失过程及其主要制约因素进行大量调查的基础上，通过对非点源污染物的输出过程的模拟来研究区域污染物对接受水体的输出总量。（2）采用直接或间接途径估算非点污染源总径流量和平均径流污染物浓度以计算总污染负荷量。环境评价教程8农田径流污染负荷估算a通过采集和分析各个集水区的径流水样计算进入某一水环境中污染物总量：mjnijiiQM11b估计径流量、径流经过农田土壤层引起侵蚀的沉积物负荷及单位沉积物上的污染物量进入水体的污染物量。（类似于城市非点污染源负荷的估计）n-观测时数（i）m－集水区总数（j）环境评价教程9根据污染物在水环境中输移、衰减特点以及他们的预测模式，将污染物分为四类：持久性污染物：如重金属非持久性污染物：如一般有机物水体酸碱度：以pH为表征热污染：以温度表征环境评价教程10水体污染物耗氧有机污染物营养物有机毒物重金属非金属无机毒物病原微生物酸碱污染石油类热污染环境评价教程11三、水体自净水体自净：水体在其环境容量范围内，经过自身的物理、化学和生物作用，使受纳的污染物浓度不断降低，逐渐恢复原有水质的过程。（1）污染物在水体中的迁移和转化推流迁移：污染物随着水流在X、Y、Z三个方向上平移运动产生的迁移作用。（前后、左右、上下）分散稀释：污染物在水流中通过分子扩散、湍流扩散和弥散作用分散开来而得到稀释。转化和运移：污染物在悬浮颗粒上的吸附或解吸、污染物颗粒的凝并、沉淀和再悬浮。底泥中污染物随底泥沉淀物运移，以及热污染的传导和散失等。环境评价教程12（2）衰减变化a污染物的好氧生化衰减过程污染物的降解分为两个阶段：（1）不含氮有机物的氧化，包括含氮有机物的氨化及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化；（2）氨氮硝化（含氮化合物经过一系列生化反应过程，由氨氮氧化为硝酸盐）。环境评价教程13b有机污染物的好养生化降解：呈一级反应：ccaBODBODBODBODKdtddtd11可得：tKBODBODBODBODeaac11C硝化过程：也具有一级反应的性质：nnBODNBODKdtd可得：tKBODBODNNne的估算：NBOD214.157.4NOKBODNN＝或2314.157.4,NONNHoNBODN－＋＝环境评价教程14d温度对K1(碳化衰减速率)和硝化速率KN影响：CTKKTT01201201,135~10,047.1＝＝－，CTKKNTNNTN02020,30~10,08.1＝＝－，e脱氮作用：水中溶解氧被耗尽时，硝酸盐将被反硝化细菌还原为亚硝酸盐再转化为氮气。f硫化物的反应：水体中缺少溶解氧和硝酸根离子时，硫酸盐会被细菌还原为硫化氢，含硫蛋白质在厌氧条件下被大肠杆菌分解成半胱氨酸，再被还原为硫化氢，如有铁和亚铁离子，可生成难溶的硫化铁或硫化亚铁。g细菌的衰减：服从一级反应：KttBB100h重金属和有机毒物的衰减：多数呈一级反应。环境评价教程15四、水体的耗氧与复氧过程（了解）（1）耗氧过程碳化过程耗氧tKBODBODBODBODeaca111硝化过程耗氧tKBODBODBODBODNNnNe12若考虑硝化比碳化的滞后时间a，则上式为：atKBODBODNNe－12环境评价教程16水生植物呼吸耗氧RdtdBOD3水体底泥耗氧（机理未清楚，了解）cBODbBODBODrKdtddtdbdd14环境评价教程17（2）复氧过程:大气+水生植物光合作用大气复氧氧气由大气进入水体的传质速率与水体的氧亏量D成正比：DDKdtd2DODODsTsDO6.31468其中：（淡水，常压下）饱和溶解氧浓度220002739.000205.00966.00044972.0367134.06244.14SSTSTTsDO在河口，会受到含盐量的影响，可用海尔经验公式024.12020,2,2rTrTKK通常取环境评价教程18光合作用时间平均模型为：PtPO以上公式无需背诵，了解即可环境评价教程19五、水温的变化过程引起水温变化的工业污染源：发电厂、化工厂等排放的热水。引起水温变化的自然因素：水面同大气的热量交换、水体同河床的热量交换、太阳的辐射等。END环境评价教程204.2河流和河口水质预测模型从理论上说，污染物在水中的迁移、转化过程要用到三维水质模型预测描述。但实际应用的是一维和二维模型。一维模型常用于污染物浓度在断面上比较均匀分布的中小型河流水质预测；二维模型常用于污染物浓度在垂向比较均匀，而在纵向（X轴）和横向（Y轴）分布不均匀的大河。对于小型湖泊还可采用更简化的零维模型，即在该水体内污染物浓度时均匀分布的。环境评价教程21一、河流中污染物的混合和衰减模型（1）完全混合模型whwwhhQQQCQCC式中：C－废水与河水完全混合后污染物的浓度，mg/LQh－排污口上游来水流量，m3/sCh－排污口上游河流中污染物浓度，mg/LQw－排入河流的废水流量，m3/sCw－废水中污染物浓度，mg/L模型的适用条件：a河流充分混合段；b持久性污染物；c河流为恒定流；d废水连续稳定排放。环境评价教程22•（2）零维模型•零维模型的基本方程为•式中v-河流的流速，m/s•Q-河流的流量，m3/s•C0-进入河流的污水的污染物浓度，mg/L•C-流出河段的污染物浓度，mg/L•S-污染物的源和汇•R-污染物的反应速度rvsQCQCdtdCv0污染物浓度在任何空间方向上不存在变化，也即污染物跟环境介质完全混合，适合环境评价教程23（3）稳态条件下的一维混合衰减模型022KxuxExx若x=0时，＝0，上式的解为：204112expxxxxuKEExuEx－废水与河水的纵向混合系数，m2/sK－污染物的衰减系数，1/s忽略扩散作用时，模型的解为：xuKx86400exp0模型的适用对象：a河流充分混合段；b非持久性污染物；c河流为恒定流；d废水连续稳定排放。P0-起始断面水质浓度mg/L；K-衰减系数1/d；x－断面间河段长m;u－河段平均流速m/s预测断面水质浓度mg/L河流流速环境评价教程24说明：对水面宽阔的河流受纳污水后的混合过程和污染物的衰减可用二维模型预测。对于水面又宽又深和流态复杂的河流水质预测可用三维模型。环境评价教程25（3）污染物与河水完全混合所需的距离充分混合：当断面上任意一点的浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度的5%时，可以认为达到充分混合。混合过程段距离L的计算a－排放口到岸边的距离，mB－河流宽度，mH－平均水深，mu－河流的平均流速，m/sg－重力加速度，9.8m/sI－河流底坡，0/002/10065.0058.06.04.0gHIBHBuaBL环境评价教程26二、BOD－DO耦合模型（S－P模型）模型的基本假定：（1）BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应；（2）反应速率常数是定常的；（3）耗氧是由BOD衰减引起的，溶解氧来源则是大气复氧。模型方程：BODBODKdtd1DBODDKKdtd21DODOBODDOsKKdtd21或模型的解析解：tKBODBODe10－tKDtKtKBODDeeeKKK20210121tKDtKtKBODDODOeeeKKKs20210121及注意：0BOD0DO及的计算采用完全混合模型的计算式。K1-BOD衰减(耗氧)系数,1/dK2-河流复氧系数，1/dDOs为水中的饱和溶解氧浓度，mg/L;DO为水中的溶解氧浓度mg/L环境评价教程27三、河口和河网水质预测模型河口是入海河流受潮汐作用影响明显的河段。例如长江口为河口。选择原则：（1）忽略环状河网中过水量很小的河流，把环状河网简化为树枝状河网，然后采用水力学模型和水质模型耦合的计算模型进行动态模拟。（2）在掌握详细的河网水文和水质同步监测数据时，可将河网分段，然后采用完全混合模型计算。环境评价教程28预测模型的选择在河段内有支流汇入，且沿河有多个污染源，采用多河段模型；废水排入河流后与河水迅速完全混合后的浓度，持久性污染物与河水完全混合后的浓度预测，可采用零维模型；污染物浓度在断面上比较均匀分布的中小型河流的水质预测，采用一维模型；污染物浓度在垂向比较均匀，而在纵向和横向分布不均匀的大河，采用二维模型。对水面宽、深，流态复杂的河流的水质预测，应采用三维模型。环境评价教程294.3湖泊（水库）水质预测模型湖泊是天然形成的，水库是由于发电、蓄洪、航运、灌溉等目的拦河筑坝人工形成的，他们的水流状况类似。在大多数时间里，湖泊与水库的水质呈竖向分层状态，反映湖中的热分层，下层水温较稳定，表层受气温影响，斜温层为过渡区。一、完全混合模型基本假定：湖泊（水库）为一个均匀混合的水体，即湖泊（水库）中某种营养物的浓度随时间的变化率是输入、输出和沉积的该营养物的量的函数。适用条件：停留时间很长、水质基本处于稳定状态的中小型湖泊和水库。环境评价教程304.4水质模型的标定一、混合系数估值（1）经验公式流量恒定、河宽大、水较浅、无河湾的顺直河流：式中：H－平均水深；I－水力坡度；g－重力加速度泰勒（Taylor）公式（适用于河流）爱尔德(Elder)公式(适用于河流)*HEXX*HEyy*HEzzgHI*gHIBHEy）（0065.0058.0gHIHEx93.5环境评价教程31（2）示踪试验：向水体中投放示踪物质，追踪测定其浓度变化，据以计算所需要的各环境水力参数。其可结合有关（经验）模型，对数据进行拟合，然后进行计算。（3）经验数据根据条件选取文献的经验数据作为混合系数。环境评价教程32二、耗氧系数K1系数