第六章-水環(huán)境容量的理論及應(yīng)用

1、2021/8/61水環(huán)境容量的理論水環(huán)境容量的理論及應(yīng)用及應(yīng)用 河海大學(xué)河海大學(xué)（逄勇）（逄勇）Pang YongPang Yong20042004年年4 4月月7 7日2021/8/62主要內(nèi)容主要內(nèi)容第一部分第一部分 水環(huán)境容量的概念及研究現(xiàn)狀水環(huán)境容量的概念及研究現(xiàn)狀 第二部分第二部分 水環(huán)境容量基本計(jì)算方法水環(huán)境容量基本計(jì)算方法第三部分第三部分 江蘇省水環(huán)境容量研究成果介紹江蘇省水環(huán)境容量研究成果介紹2021/8/631、水環(huán)境容量的概念水環(huán)境容量的概念（納污能力、承載能力）（納污能力、承載能力）1.1 水環(huán)境容量的概念 水環(huán)境容量是水體在規(guī)定的環(huán)境目標(biāo)下所能容納的污染物的最大負(fù)荷，其

2、大小與水體特征、水質(zhì)目標(biāo)及污染物特性有關(guān)。1.2 總量控制的兩種方法 目標(biāo)總量控制：根據(jù)基準(zhǔn)年的排污量來確定總量指標(biāo)，主要是便于管理和操作，但和水環(huán)境功能區(qū)管理的要求有一定距離。 容量總量控制：根據(jù)水體功能區(qū)要求的水質(zhì)來確定總量指標(biāo)，和水環(huán)境功能區(qū)管理的要求相一致。 水環(huán)境容量的確定是容量總量控制的基礎(chǔ)水環(huán)境容量的確定是容量總量控制的基礎(chǔ)。第一部分第一部分 水環(huán)境容量的概念及研究現(xiàn)狀水環(huán)境容量的概念及研究現(xiàn)狀2021/8/642 2、國內(nèi)外對(duì)水環(huán)境容量的一些認(rèn)識(shí)、國內(nèi)外對(duì)水環(huán)境容量的一些認(rèn)識(shí)國外有些國家主要從濃度控制進(jìn)行污染物排放量控制國內(nèi)學(xué)術(shù)界對(duì)此有爭(zhēng)議許多基層環(huán)保部門水環(huán)境容量研究的積極性

3、不高3 3、水環(huán)境容量研究的意義及現(xiàn)實(shí)可行性、水環(huán)境容量研究的意義及現(xiàn)實(shí)可行性3.1 3.1 意義意義 可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要的定量指標(biāo)可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)重要的定量指標(biāo)3.2 3.2 現(xiàn)實(shí)可行性現(xiàn)實(shí)可行性有強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)計(jì)算結(jié)果的大數(shù)上能把握住管理上的迫切需要2021/8/651、水環(huán)境容量研究的理論基礎(chǔ)水環(huán)境容量研究的理論基礎(chǔ)( (水質(zhì)模型水質(zhì)模型) )污染源排污量水體水質(zhì)水質(zhì)預(yù)測(cè)水環(huán)境容量計(jì)算第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 2、水環(huán)境容量基本計(jì)算方法及分析水環(huán)境容量基本計(jì)算方法及分析2021/8/66第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算

4、方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 2.1 2.1 基本計(jì)算方法基本計(jì)算方法總體達(dá)標(biāo)計(jì)算法控制斷面達(dá)標(biāo)計(jì)算法2.2 2.2 總體達(dá)標(biāo)計(jì)算法的優(yōu)缺點(diǎn)總體達(dá)標(biāo)計(jì)算法的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算結(jié)果和污染源位置沒有關(guān)系，人為影響小；計(jì)算簡便，易操作。缺點(diǎn) 計(jì)算結(jié)果值偏大，需進(jìn)行不均勻系數(shù)值訂正。污染源排污量水體水質(zhì)水質(zhì)預(yù)測(cè)水環(huán)境容量計(jì)算2021/8/67第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 2.3 2.3 控制斷面計(jì)算達(dá)標(biāo)法的優(yōu)缺點(diǎn)控制斷面計(jì)算達(dá)標(biāo)法的優(yōu)缺點(diǎn)（1）優(yōu)點(diǎn) 能夠保證控制斷面的水質(zhì)達(dá)標(biāo)，特別適合于飲用水水源地的保護(hù)；以及國控、省控、市控等重要水質(zhì)控制斷面水質(zhì)

5、達(dá)標(biāo)的管理。污染源排污量水體水質(zhì)水質(zhì)預(yù)測(cè)水環(huán)境容量計(jì)算控制斷面2控制斷面12021/8/68（2）缺點(diǎn) 要事先明確每個(gè)排污口的位置，在對(duì)未來污染源的把握上，一般不確定性因素較多，故這種方法在操作上有難度。 當(dāng)控制斷面上游有多個(gè)排污口時(shí)，控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)時(shí)的水環(huán)境容量值有多個(gè)解，使得該方法在操作上有難度。 控制斷面水質(zhì)濃度正好達(dá)標(biāo)，意味著控制斷面至排污口這一段河道的水質(zhì)均超標(biāo)，與功能區(qū)水質(zhì)管理稍有出入。 第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 控制斷面控制斷面1排污口排污口1排污口排污口2排污口排污口32021/8/69第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及

6、基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 建議：建議： 對(duì)于重要控制斷面，采用控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo) 的方法進(jìn)行水環(huán)境容量的計(jì)算， 對(duì)于一般水體，采用總體水質(zhì)達(dá)標(biāo)的方法進(jìn) 行水環(huán)境容量的計(jì)算。2021/8/6103、總體達(dá)標(biāo)水環(huán)境容量計(jì)算方法（零維模型）總體達(dá)標(biāo)水環(huán)境容量計(jì)算方法（零維模型）3.1 3.1 水質(zhì)計(jì)算水質(zhì)計(jì)算 qQKVQCWC000W：污染物排放量；Q0：流入河流、湖庫流量；C0：上游來水的背景濃度值； K：水質(zhì)降解系數(shù)；V：水體容積；q：旁側(cè)支流流量。 第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 C0、Q0W、qC (Q0 +q)VKVC2021

7、/8/6113.2 3.2 水環(huán)境容量計(jì)算水環(huán)境容量計(jì)算3.2.1 基本計(jì)算方法 qQKVQCWC000當(dāng)C=CS時(shí)，W即為環(huán)境容量，公式中的單位為：Kg/天。4 .86)(00sssqCKVCCCQW第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 自凈容量稀釋容量2021/8/6123.2.2 幾個(gè)問題的討論（1）不均勻系數(shù)訂正 總體達(dá)標(biāo)水環(huán)境容量方法計(jì)算出的結(jié)果值偏大，一般稱為偏不保守。故為了符合實(shí)際起見，引入不均勻系數(shù)的概念進(jìn)行訂正。訂正方法如下： W訂正=W 為不均勻系數(shù)，為界于0和1之間的一個(gè)數(shù)。 第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境

8、容量的概念及基本計(jì)算方法 2021/8/613 對(duì)于大于1000寬的河流，不采用完全混合模型進(jìn)行水環(huán)境容量計(jì)算，而是采用岸邊污染帶控制法進(jìn)行水環(huán)境容量計(jì)算。對(duì)于小于1000寬的河流，進(jìn)行不均勻系數(shù)訂正，具體如下：河寬：500-1000米 =0.1-0.2 200-500米 =0.2-0.5 100-200米 =0.5-0.8 小于100米 =0.8-1.0第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 2021/8/614（2）雙向河流時(shí)的計(jì)算方法 正向河流：W正 = Q01(Cs - C01)+K1V1Cs+q1Cs 反向河流：W反 = Q02(Cs - C0

9、2)+K2V2Cs+q2Cs 設(shè)計(jì)算時(shí)間段為A，反向流在計(jì)算時(shí)間段中的天數(shù)為B，則雙向流允許納污量的計(jì)算公式： 反正WABWABAW第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 2021/8/615（3） 時(shí)空變化明顯的河段 劃分空間單元和時(shí)間單元進(jìn)行計(jì)算，對(duì)于各單元的計(jì)算結(jié)果再進(jìn)行空間和時(shí)間單元的疊加。njmijiWW11,第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 2021/8/616第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 4 4、控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)水環(huán)境容量計(jì)算方法控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)

10、水環(huán)境容量計(jì)算方法 4.1 概念 為保證控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)，上游各污染源的最大允許排污量?？刂茢嗝婵刂茢嗝?排污口排污口1排污口排污口2排污口排污口32021/8/6174.2 控制斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)時(shí)的水環(huán)境容量計(jì)算方法4.2.1 一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型4.2.1.1 水質(zhì)計(jì)算 qQqCQCC0100)86400exp(xukCC 公式中C1、q為排污口廢水濃度mg/L和廢水量m3/s；C0、Q0為上游河水濃度mg/L和流量m3/s。K為水質(zhì)降解系數(shù)1/日；X為距排污口的距離m；U為流速m/s。 第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 C0、Q0C1、qCC2021

11、/8/6184.2.1.2 水環(huán)境容量計(jì)算 只有一個(gè)排污口時(shí)的計(jì)算公式： 4 .86)86400()(000QCuxKExpCqQWs)86400exp(xukCCqQqCQCC0100當(dāng)C=CS時(shí)，C1q=W即為環(huán)境容量，公式中的單位為：Kg/天。第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 2021/8/6194.2.2 二維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型二維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型 4.2.2.1 水質(zhì)計(jì)算 單個(gè)污染源時(shí)： xMyBuxMuyxuMHQccuxKyxcyyypp4)2(exp4exp)(86400exp),(222/10第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法

12、水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 排污口排污口Cp、QpHuxy2021/8/620 多個(gè)污染源時(shí)： niiyxcyxc1),(),(xMyBuxMuyxuMHQccuxKyxcyyypp4)2(exp4exp)(86400exp),(222/11101xMyBuxMuyxuMHQcuxKyxcyyypipii4)2(exp4exp)(86400exp),(222/1xMyBuxMuyxuMHQcuxKyxcyyypnpnn4)2(exp4exp)(86400exp),(222/1第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 排污口1 排污口2 排污口3控制端面

13、2021/8/6214.2.2.2 水環(huán)境容量計(jì)算 一個(gè)排污口時(shí)的計(jì)算公式： 4 .86)4)2(exp()4exp()86400exp()(2202/1xMyBuxMuyCuKxCExuHWyySxMyBuxMuyxuMHQccuxKyxcyyypp4)2(exp4exp)(86400exp),(222/10當(dāng)C=CS時(shí)，CpQp=W即為環(huán)境容量，公式中的單位為：Kg/天。第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 2021/8/6224.2.3 多個(gè)排污口時(shí)的計(jì)算公式： 控制斷面水質(zhì)與排污量響應(yīng)關(guān)系曲線計(jì)算 設(shè)：控制斷面水質(zhì)濃度為C1；控制斷面上游各污染

14、源排污量為：W1、W2、W3.等，則可根據(jù)水質(zhì)模型公式推導(dǎo)得出控制斷面水質(zhì)與上游排污量之間的函數(shù)關(guān)系式為：C1=C1（W1、W2、W3.） 根據(jù)公式可繪制在不同上游排污量情況下W1、W2、W3.對(duì)C1影響的關(guān)系曲線。 第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 控制斷面控制斷面1排污口排污口1排污口排污口2排污口排污口32021/8/623第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 5、湖庫水體納污能力計(jì)算湖庫水體納污能力計(jì)算5.1 5.1 對(duì)于面積較小的湖庫對(duì)于面積較小的湖庫 利用完全混合公式進(jìn)行水環(huán)境容量的計(jì)算。4 .

15、86)(00sssqCKVCCCQW 在進(jìn)行水環(huán)境容量計(jì)算時(shí)要進(jìn)行不均勻系數(shù)訂正，具體如下： W訂正=W湖庫面積：大于50Km2 采用其它方法進(jìn)行計(jì)算； 10Km2-50Km2 =0.1-0.3 5Km2-10Km2 =0.3-0.6 小于5Km2 =0.6-1.02021/8/6245.2 對(duì)于面積較大的湖庫對(duì)于面積較大的湖庫5.2.1 5.2.1 入湖口斷面水質(zhì)濃度達(dá)標(biāo)的計(jì)算思路入湖口斷面水質(zhì)濃度達(dá)標(biāo)的計(jì)算思路 利用入湖河口水質(zhì)濃度與上游污染排污量響應(yīng)關(guān)系曲線進(jìn)行計(jì)算。 第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 排污口1排污口2排污口3入湖河口水質(zhì)控制

16、斷面2021/8/625第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 5.2.2 5.2.2 分功能區(qū)按水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況進(jìn)行計(jì)算分功能區(qū)按水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況進(jìn)行計(jì)算 利用水質(zhì)模型，計(jì)算出湖體中各功能區(qū)的水質(zhì)狀況，分析各功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)時(shí)，入湖排污口的污染物排放量即為湖庫的水環(huán)境容量值。排污口1排污口3排污口2功能區(qū)2功能區(qū)4功能區(qū)3功能區(qū)1功能區(qū)6功能區(qū)5功能區(qū)8功能區(qū)72021/8/626第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 5.2.3 5.2.3 湖庫中排污混合帶約束計(jì)算湖庫中排污混合帶約束計(jì)算 計(jì)算入湖庫口門中的排污混合帶大

17、小，對(duì)此進(jìn)行約束，得出的入湖排污口的污染物排放量即為湖庫的水環(huán)境容量值。 排污口2021/8/6275.2.4 5.2.4 湖庫中斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)的簡化模型湖庫中斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)的簡化模型 4 .86)172800exp(002QQHrKCWsW為水環(huán)境容量，單位為Kg/日。 第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 排污口控制斷面水質(zhì)2021/8/6286 6、長江等大水體水環(huán)境容量的計(jì)算、長江等大水體水環(huán)境容量的計(jì)算 6.1 6.1 總體水環(huán)境容量的考慮總體水環(huán)境容量的考慮(1)岸邊污染帶允許排污量，這部分允許排污量就是長江 等大水體總體水環(huán)境容量的一部分。(

18、2)引清水增加的周圍河道的水環(huán)境容量。 總的水環(huán)境容量應(yīng)該是這兩部分之和。第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 排污口排污口Cp、Qp引清水引清水排污混合帶排污口的允許排污量增加周邊河道的水環(huán)境容量2021/8/629第二部分第二部分 水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法水環(huán)境容量的概念及基本計(jì)算方法 6.26.2岸邊污染帶允許排污量計(jì)算中的幾個(gè)主要問題及岸邊污染帶允許排污量計(jì)算中的幾個(gè)主要問題及 解決問題的思路解決問題的思路(1)排污口的確定（考慮現(xiàn)狀及規(guī)劃）(2)排污混合帶范圍的確定（500-1000m)(3)上游來水水質(zhì)濃度的確定(功能區(qū)劃值及監(jiān)測(cè)平均

19、值）2021/8/630 江蘇省的水體主要分為河網(wǎng)區(qū)；湖泊區(qū)；長江三大類。對(duì)于這三類區(qū)，可按不同方法進(jìn)行江蘇省水體的水環(huán)境容量的計(jì)算。1、 江蘇省基本水系概況江蘇省基本水系概況 第三部分第三部分 江蘇省水環(huán)境容量課題研究介紹江蘇省水環(huán)境容量課題研究介紹2021/8/631 對(duì)于湖泊水系，由于江蘇省湖泊水環(huán)境問題的嚴(yán)重性，主要考慮控制入湖河道水質(zhì)達(dá)標(biāo)，不進(jìn)行湖泊內(nèi)水環(huán)境容量的計(jì)算； 對(duì)于長江水系，由于長江的污染物主要以污染帶形式出現(xiàn)，故進(jìn)行排污混合帶與排污量關(guān)系計(jì)算； 對(duì)于河網(wǎng)水系，進(jìn)行水環(huán)境容量計(jì)算研究。 江蘇省河網(wǎng)區(qū)水系主要分為：太湖流域；秦淮河流域；沂沭泗流域；洪澤湖流域；南通河網(wǎng)區(qū)；里下

20、河河網(wǎng)區(qū)六大片。第三部分第三部分 江蘇省水環(huán)境容量課題研究介紹江蘇省水環(huán)境容量課題研究介紹2021/8/6322 2、 主要工作內(nèi)容主要工作內(nèi)容計(jì)算出江蘇省各主要河段的水環(huán)境容量值。以各主要河段的水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)，匯總出江蘇省各縣及各市的水環(huán)境容量值。進(jìn)行太湖入湖河道COD、氨氮污染物總量控制計(jì)算。建立南水北調(diào)工程區(qū)的簡單水質(zhì)預(yù)測(cè)模型；建立長江江蘇段特大供水水源區(qū)的水質(zhì)預(yù)測(cè)模型并進(jìn)行排污混合帶計(jì)算研究。研制完成江蘇省水環(huán)境容量信息系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，建立動(dòng)態(tài)水環(huán)境容量計(jì)算系統(tǒng)。 第三部分第三部分 江蘇省水環(huán)境容量課題研究介紹江蘇省水環(huán)境容量課題研究介紹2021/8/633污染源、水質(zhì)、水

21、環(huán)境保護(hù)目標(biāo)等現(xiàn)狀資料的調(diào)查及評(píng)價(jià)地表水（環(huán)境）功能區(qū)劃確定各水系片設(shè)計(jì)水文條件計(jì)算各水系片水環(huán)境數(shù)學(xué)模型建立及率定各水系片長序列降雨資料頻率分析水質(zhì)降解系數(shù)計(jì)算野外實(shí)驗(yàn)研究模型率定研究各水系片、各河段水環(huán)境容量計(jì)算各縣水環(huán)境容量計(jì)算各地級(jí)市水環(huán)境容量計(jì)算南水北調(diào)干線水量水質(zhì)預(yù)測(cè)模型建立長江江蘇段水環(huán)境數(shù)學(xué)模型建立及排污混合帶研究江蘇省水環(huán)境容量信息管理系統(tǒng)研制太湖入湖河道污染物總量控制計(jì)算3、研究技術(shù)路線第三部分第三部分 江蘇省水環(huán)境容量課題研究介紹江蘇省水環(huán)境容量課題研究介紹2021/8/6344 4、水環(huán)境容量的確定方法、水環(huán)境容量的確定方法 水環(huán)境容量計(jì)算公式水環(huán)境容量計(jì)算公式 式中： W：水環(huán)境容量值（公斤/