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1、第四章 地表水环境影响评价,第一节 地表水体的污染和自净 一、地表水资源:江、河、湖（水库）、海 其中，海水97，淡水3 （2.997为冰山）,二、水体污染 点污染源 指污染源来源于某一固定地点，如工业企业排污口、城市下水道出口（包括雨水和污水）、城市集中污水处理厂出口等，可以对单个污染源进行测量。在经费和其他条件有限制时，常采用排污指标(例如排放系数)推算的方法。,居住区生活污水量计算式，式中： QS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，人； Ks总变化系数(1.51.7)。,工业废水量计算式，式中： m单位产品废水量，L/t； M该产品的日产量，
2、t； Ki总变化系数，根据工艺或 经验决定； t 工厂每日工作时数，h。,2. 非点污染源 非点污染源：非点污染源又称面源，是指在降雨的淋溶、地表径流的冲刷作用下，大气中、地面和地下的污染物进入江河、湖泊和海洋等水体而造成污染的污染源。 主要包括城市径流和农田径流两大类。 非点源污染情况复杂，其污染影响较难定量，但又不能忽视，特别是对点源已进行有效控制后，非点源污染会日益突出。,(1)城市非点污染源负荷估计： 城市非点污染源负荷来源：城市雨水下水道及合流制下水道的溢流。污染物自城市街道经排水系统进入受纳水体。 城市非点源污染物被暴雨冲刷到接受水体的负荷的计算： 基本程序：首先估计暴雨事件中暴雨
3、径流的大小（径流深度和径流面积的乘积），从而确定暴雨的冲刷率，进而估计径流冲刷到受纳水体的沉积物负荷，然后根据沉积物中污染物浓度计算污染物负荷，或者根据固体废物与污染物的统计相关关系计算污染物负荷。,暴雨径流深度的估计： RCRPDs 式中： R 总暴雨径流深度，cm； CR 总径流系数； P 降雨量，cm； Ds 洼地存水，Cm。,总径流系数的估算方法： 粗略估算式： 式中：I不透水区百分数； 按照不同坡度计算的不透水区(指屋面、沥青和水泥路面或广场、庭院等)的径流系数 。（P63）,准确计算式： 式中：Fi各种类型地区所占的面积； i对应的径流系数。,洼地存水Ds的粗略估计：,径流中冲刷到
4、接受水体的颗粒物负荷：在总暴雨径流估算出来后，可估算暴雨冲刷率。一般认为1 h内总径流为1.27 cm时，可冲走90的街道表面颗粒物（沉积物）。,暴雨径流中冲刷的固体负荷： 式中： Ysw暴雨冲刷到受纳水体的颗粒物负荷； te 等效的累积天数，d； Ysu街道表面颗粒物日负荷量，kgd。,式中： tr从最后一次暴雨事件算起的天数，d； ts从最后一次清扫街道算起的天数，d； s街道清扫频率。,式中： Lsu颗粒物日负荷率，kg(kmd)； Lst街道边沟长，约等于2倍的街道长，km。,街道表面颗粒物日负荷率取决于多种因素，如交通强度、区域地表覆盖物的形式、径流量和降雨强度、灰尘沉降量、前期干旱
5、时间、城市街道清扫频率和清扫质量等。,4-1,径流中冲刷到受纳水体的有机污染负荷： 用颗粒固体负荷乘上浓度因子计算有机物负荷： 式中： You有机污染物的日负荷量，kgd； 单位转换因子，10-6； Ysu总颗粒物固体日负荷量，kgd； Cou有机污染物在颗粒物中的浓度，gg。,城市降雨径流问题是个十分复杂的问题，与水分循环的每一个环节都有关系，并与多种因素相关，如降水过程、大气污染、土地使用、人类污染特征、自然特点等。由于变化性大、随机性强、偶然因素多，尚未掌握其规律性。,(2)农田径流污染负荷估算： 第一种方法：避开污染物在农田表面实际迁移过程的变化，仅通过采集和分析各个集水区的径流水样计
6、算进入某一水环境中某种污染物总量，其公式如下： 式中： M某种污染物输出总量，kg； i第i小时的该种污染物浓度，kgm3； Qi第i小时的径流量，m3； n观测的总时数，h； j第j个农田集水区； m集水区总数。,耗氧有机污染物：包括碳水化合物、蛋白质、有机酸、酚类、醇类等，在水体中被微生物分解，同时消耗水中的溶解氧(DO),当DO浓度过低时，水体出现“黑臭”现象。常用指标COD、BOD表示 营养物：主要是N和P的化合物，过量排入造成水体的富营养化，使水体中原有水生物消失，水体发臭 有机毒物：主要指酚类、多氯联苯（PCB）、有机氯农药和硝基化合物等。 重金属：主要指汞、镉、铬、铜、砷等的化合
7、物 非金属无机毒物：主要有氰化物、氟化物和硫化氢等 病原微生物：包括病菌、病毒和寄生虫卵，会导致各种传染病。 酸碱污染：以pH表示，影响水生生物生长和水体自净。 石油类：使鱼肉出现油臭、也使水质变味。 热污染：主要指电力、冶金、化工行业的温排水，破坏水生生态系统，影响水生生物生长。,3、水体污染物,1、迁移和转化 污染物质在水体中的迁移总起来主要可分为二类，即推流和扩散。推流也称平流、随流输移。推流是指污染物质随水质点的流动一起移到新的位置。扩散可分为分子扩散、湍流扩散、剪切流离散（弥散）和对流扩散。,三、水体自净（本章重点）,(1)分子扩散 分子扩散是指物质分子的随机运动而引起的质点分散现象
8、。当水体中污染物质浓度分布不均匀时，污染物质将会从浓度高的地方向浓度低的地方移动。分子扩散过程服从费克第一定律。,即以分子扩散方式通过单位截面积的质量流量与扩散物质的浓度梯度成正比。 分子扩散系数一般很小。分子扩散引起的物质迁移与其它因素引起物质迁移相比，分子扩散在水环境影响评价中往往被忽略。,（2）湍流扩散 当河流做湍流运动时，随机的湍流作用引起污染物的扩散，称为湍流扩散。 湍流扩散所引起的污染物质量通量与浓度梯度成正比。湍流扩散系数比 分子扩散系数大78个数量级。 因此，在河流中污染物的迁移 是以湍流为主的。,（3）剪切流离散 当垂直于流动方向的横断面上流速分布不均匀或者说有流速梯度存在的
9、流动称为剪切流。剪切流离扩散又称弥散，它是由于横断面上各点的实际流速不等而引起的。 剪切流离散同样可以类比分子扩散，其引起的质量通量可用下式表示：,（4）对流扩散 对流扩散指由于温度差或密度分层不稳定性引起的铅直方向对流运动所伴随的污染物迁移。,在自然界的水体中，各种形式扩散常常交织在一起发生，除上述污染物几种主要迁移方式以外，还存在着冲刷、淤积和悬浮等多种形式。除分子扩散外，所有各种迁移方式都和水体流动特性有密切联系，因此，要研究物质的扩散输移规律应和研究水体的流动特性紧紧联系在一起。,（5）移流扩散方程 从流动的水体中，取一微分六面体。按照物质守恒原理，导出三维的移流扩散方程为：,对于二维
10、问题，移流扩散方程为：,对于一维问题，移流扩散方程为： 基本模型的求解因环境问题的复杂，往往求解起来很困难，通常是利用有限差分法和有限元法求其数值解。,（1）污染物的好氧生化衰减过程,2.衰减变化,污染物的降解分为两个阶段：（1）碳化作用（该阶段主要为C氧化为CO2,N氧化为NH3及氨化后生成的其他物质的氧化）；（2）硝化作用（由氨氮氧化为硝酸盐）。,（2）碳化过程：呈一级反应：,（3）硝化过程：也具有一级反应的性质：,的估算：,或,（4）温度对K1(碳化衰减速率)和硝化速率KN影响：,（5）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。 （6）硫化物的反应：水
11、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；如水中有铁和亚铁离子，可与S2-生成难溶的硫化铁或硫化亚铁而减少硫化氢的生成。 （7）细菌的衰减：服从一级反应：,（8）重金属和有机毒物的衰减：多数呈一级反应。,四、水体的耗氧与复氧过程 1、耗氧过程 （1）碳化过程耗氧,（2）硝化过程耗氧,t为污染物在水中停留时间，若考虑硝化比碳化的滞后时间a，则硝化作用的时间为t-a,上式为：,（3）水生植物呼吸耗氧,（4）水体底泥耗氧,2、复氧过程: 大气+水生植物光合作用 （1）大气复氧 ：氧气由大气进入水体的传质速率与水体的氧亏
12、量D成正比：,其中：,（淡水，常压下）,（河口处的含盐水）,（2）光合作用 ：与光照强度有关，中午最强，夜晚为零，其时间平均模型，取其产氧速率为一天中的平均值，为一常数。,以上公式无需背诵，了解即可,五、水温的变化 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,第二节 河流和河口水质模型 河流是沿地表的线形低凹部分集中的经常性或周期性水流。较大的叫河（或江），较小的叫溪。河口是河流注入海洋、湖泊或其他河流的河段，可以分为入海河口、入湖河口及支流河口。,应用水质模型预测河流水质时，常假设该河段内
13、无支流，在预测时期内河段的水力条件是稳态的和只在河流的起点有恒定浓度和流量的废水（或污染物）排入。 如果在河段内有支流汇入，而且沿河有多个污染源，这时应将河流划分为多个河段采用多河段模型。,污水排入河流的地点称为污水注入点。污水注入点以下的河段，污染物在断面上的浓度分布是不均匀的，靠近排放口一侧的岸边浓度高，远离排放口对岸的浓度低。随着河水的流逝，污染物在整个断面上的分布逐渐均匀。 污染物浓度在整个断面上变为均匀一致的断面，称为水质完全混合断面。 最早出现水质完全混合断面的位置称为完全混合点。 污水注入点的上游称为初始段，或背景河段；污水注入点到完全混合点之间的河段称为非均匀混合段（或混合过程
14、段）； 完全混合点的下游河段为均匀混合段。,一、河流水质模型 河流水质模型是描述河水中污染物随时间和空间迁移转化规律的数学方程。,1、水质模型的分类： 按时间特性分：分为动态模型和静态模型。 描述水体中水质组分的浓度随时间变化的水质模型称为动态模型。 描述水体中水质组分的浓度不随时间变化的水质模型称为静态模型。,按水质模型的空间维数分：分为零维、一维、二维、三维水质模型。 当把所考察的水体看成是一个完全混合反应器时，即水体中水质组分的浓度是均匀分布的，描述这种情况的水质模型称为零维的水质模型。 描述水质组分的迁移变化在一个方向上是重要的，另外两个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为一维水质模型
15、。 描述水质组分的迁移变化在两个方向上是重要的，在另外的一个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为二维水质模型。 描述水质组分迁移变化在三个方向进行的水质模型称为三维水质模型。,按描述水质组分的多少分：分为单一组分和多组分的水质模型。 水体中某一组分的迁移转化与其它组分没有关系，描述这种组分迁移转化的水质模型称为单一组分的水质模型。 水体中一组分的迁移转化与另一组分（或几个组分）的迁移转化是相互联系、相互影响的，描述这种情况的水质模型称为多组分的水质模型。,按水体的类型可分为：河流水质模型、河口水质模型（受潮汐影响）、湖泊水质模型、水库水质模型和海湾水质模型等。河流、河口水质模型比较成熟，湖、海
16、湾水质模型比较复杂，可靠性小。 按水质组分可分为：耗氧有机物模型（BODDO模型），无机盐、悬浮物、放射性物质等 单一组分的水质模型，难降解有机物水质模型，重金属迁移转化水质模型。,水质模型的选择： 从理论上说，污染物在水中的迁移、转化过程要用三维水质模型预测描述。但是，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的中小型河流的水质预测； 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。 对小型湖泊常采用零维模型，即在该水体内污染物浓度是分布均匀的。,2、污染物在均匀流场中的扩散水质模型 进入环境的污染物可以分为两大类：持久性污染物和非持久性污染物。 持久污染物：污染物进入环境以后，随着介质 的运动不断地变换所处的空间位置，还由于分散作用不断向周围扩散而降低其初始浓度，但它不会因此而改变总量，不发生衰
