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1、,第四章 水环境影响评价,地表水环境影响评价,本章在介绍水体受污染的形式及其自净过程、水质模型的基础上，论述地表水环境影响的识别、预测和评价（重点为地表水体的水质）。,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,41 地表水体的污染和自净,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。 地表水资源：总量约为13.9亿km3，其中：海水97，淡水3 （2.997为冰山）。 水体海洋、河流、湖泊、水库、地下水 用途不同，对水体有不同要求 实际上，除了对水质进行评价外，对水生生物、底质等
2、也应该进行评价,水体污染 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。 按方式分：点源、面源（面，线或分散点） 按污染性质分： 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 热效应：造成受纳水体的水温变化,点污染源：通过管道和沟渠收集排入水体的废水。 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。 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
3、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。,水体污染源,居住区生活污水量计算式， 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，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。,点污染源排放量计算方法,非点源污染负荷计算,估算非点源污染负荷有两种途径：第一种是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
4、的输出总量；另一种是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。,(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
5、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 。,准确计算式：,洼地存水Ds的粗略估计：,径流中冲刷到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）。,式中：Fi各种类型地区所占的面积； i对应的径流系数。,暴雨径流中冲刷的固体负荷：,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： Ys
6、w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： 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、前期干旱时间、城市街道清扫频率和清扫质量等。,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。,(2)农田径流污染负荷估
7、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。,水体污染物 P65 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,环境中污染物的特性,根据污染物在水环境中的输移、衰减特点，污染物可分为四类：,持久性污染物：包括在水环境中难降解、毒性大、易长期积累的有毒物质，如重金属、很多高分子有机化合
8、物 非持久性污染物：会因降解和转化作用使在水中的总量降低，如放射性物质的蜕变 、如可以生化降解的有机物在微生物作用下的氧化分解，如 BOD,COD 等 酸碱污染物：以pH为表征 废热：以水温为表征,注意废热的正负问题,水环境影响预测与评价,环境迁移性和循环性 环境可转化性 环境生物浓缩性 以持久性污染物为代表的环境残留持久性,不同类型污染物的环境行为特性,水环境影响预测与评价,背景值：天然水质，没有接收污染物的水质。 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）物理自净 推流迁移：污染物随着水流在X、Y、Z三个方向
9、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，热污染的传导和散失。,水体自净,水环境影响预测与评价,污染物的迁移:指污染物在环境中的空间位置移动及其引起的污染物浓度变化过程，迁移过程只能改变污染物的空间位置，降低水中污染物的浓度，不能减少其总量。,推流迁移：指污染物在气流或水流作用下产生的转移作用,分别表示x、y、z方向上的污染物推流迁移通量,推流的作用比扩散的作用大得多,水环境影响预测与评价,分散稀释 指污染
10、物在环境介质中通过分散作用得到稀释，分散的机理有分子扩散、湍流扩散和弥散作用三种。,分子扩散：分子扩散是由分子的随机运动引起的质点分散现象,机理：分子扩散通量与扩散物质的浓度梯度成正比,分别表示x、y、z方向上的污染物分子扩散通量,分子扩散系数；负号表示质点的迁移指向负梯度方向。 常温下，分子扩散系数在水流中为10-1010-9m2/s,水环境影响预测与评价,湍流扩散 湍流扩散又称为紊流扩散，是指污染物质点之间及污染物质点与水介质之间由于各自的不规则的运动而发生的相互碰撞、混合，是在湍流流场中质点的各种状态(流速、压力、浓度等)的瞬时值相对于其时段平均值的随机脉动而导致的分散现象,水环境影响预
11、测与评价,弥散作用 弥散作用是由于流体的横断面上各点的实际流速分布不均匀所产生的剪切而导致的分散现象。,水环境影响预测与评价,分子扩散系数Em 、湍流扩散系数E1、弥散扩散系数E2，EmE1E2 量纲：均为加速度量纲（m2/s）。,分散稀释通量可表示为,水环境影响预测与评价,污染物的转化,转化：指污染物在环境中通过物理化学的作用改变其形态或转变成另一种物质的过程,转化与迁移有所不同，迁移只是空间位置的相对移动，转化则是物质总量的改变,物理转化,通过蒸发、渗透、凝聚、吸附、悬浮及放射性蜕变等物理变化作用，去除水体中的污染物,化学转化,通过氧化还原反应、水解反应、配合反应、光化学反应等化学反应而发
12、生的污染物质的转化,同时水体中也会发生还原作用，但这类反应多在微生物的作用下进行,2)化学自净 氧化还原反应是水体化学净化的重要作用。 3）生物自净 溶解氧的含量、有机污染物的性质、浓度以及微生物的种类和数量等。 在溶解氧充分的情况下，微生物将一部分有机污染物当作食饵消耗掉，将另一部分有机污染物氧化分解成无害的简单无机物，从而实现对各种各样的化学污染物的降解转化 生物降解能力最强大的是微生物，其次是植物和动物,衰减变化 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，也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
13、化反应过程，由氨氮氧化为硝酸盐）。,生物降解的两个阶段,碳化阶段：主要是不含氮有机物的氧化，部分含氮有机物的氨化后生成不含氮有机物的继续氧化，78天，产物为水和CO2。该阶段的BOD称为La或CBODu。,氨氮硝化阶段：含氮化合物经过一系列的生化反应，由氨氮氧化为硝酸盐的过程。该阶段的BOD称为LN或NBODu。,衰减变化 温度对K1(碳化衰减速率)和硝化速率KN影响：,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。 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
14、和亚铁离子，可生成难溶的硫化铁或硫化亚铁。 细菌的衰减：服从一级反应：,重金属和有机毒物的衰减：多数呈一级反应。 Read p66-69 8分钟 please,水体的耗氧与复氧过程,水体中溶解氧在以下过程被消耗：碳氧化阶段耗氧、含氮化合物硝化耗氧、水生植物呼吸耗氧、水体底泥耗氧等 对于复氧过程，则主要来自大气复氧和水生植物的光合作用。 饱和溶解氧浓度：c（Os）=468/(31.6+T) T:温度，大气压：101 kPa，盐度：淡水,水环境影响预测与评价,地表水环境影响预测中常用的水质模型,水质模型概述,白箱模型：对内部机理十分明确。,灰箱模型：对内部机理有一定的了解，但又不是十分明确。,黑箱
15、模型：对内部机理十分不明确，完全靠经验推测。,一维模型：仅考虑长度变化关系。,二维模型：仅考虑长度、宽度变化关系。,三维模型：考虑长度、宽度和深度变化关系。,零维模型：系统完全混合均匀。,动态模型：变量随时间变化。,稳态模型：变量不随时间变化。,水环境影响预测与评价,河流常用水质模型,水环境影响预测与评价,1.零维水质模型,零维模型（也称箱式模型）的应用多局限于湖泊、箱式大气预测等，当零维模型应用于河流水质时，通常被称作河流完全混合模型。,当废水排入河流后与河水迅速完全混合，则混合后的污染物浓度为,水环境影响预测与评价,河流充分混合段 持久性污染物 河流为恒定流（稳态） 对于非持久性污染物，当
16、混合体积V很小时，或河流充分混合段也同样可适用 废水连续稳定排放,零维模型适用条件,特点是与时间无关 大多数排水量较小的项目可以采用该模型处理,【例】计划在河边建一座工厂，该厂将以2.83m3/s 的流量排放废水，废水中总溶解固体(总可滤残渣和总不可滤残渣) 浓度为1300mg/L，该河流平均流速U为0.457m/s，平均河宽B为13.72m，平均水深h为0. 61m，总溶解固体浓度cp为310mg/L，问该工厂的废水排入河后，总溶解固体的浓度是否超标(设标准为500mg/L）? 解：河流： cp=310mg/L ,Qp= vBh=0.45713.720.61 = 3. 82 (m3/s) 废水： ch= 1300mg/L, Qh= 2.83 (m3/s) 根据完全混合模型，混合后的浓度为：
