水環(huán)境容量計(jì)算方法

水環(huán)境容量計(jì)算方法中國(guó)環(huán)境規(guī)劃院李云生2004.5基本涵義計(jì)算模型計(jì)算步驟校核方法第一部分水環(huán)境容量的基本涵義容量涵義技術(shù)指南中的概念定義在給定水域范圍和水文條件，規(guī)定排污方式和水質(zhì)目標(biāo)的前提下，單位時(shí)間內(nèi)該水域最大允許納污量，稱作水環(huán)境容量。從上述定義可知，水環(huán)境容量主要決定于三個(gè)要素：水資源量、水環(huán)境功能區(qū)劃和排污方式。要素之一：水資源量從某種意義上講，水資源量是水環(huán)境容量基礎(chǔ)；為了確保用水安全，水環(huán)境容量計(jì)算采用的是較高保證率的水文設(shè)計(jì)條件；并不是所有的水資源量都用來(lái)計(jì)算環(huán)境容量。要素之二：水環(huán)境功能區(qū)水環(huán)境功能區(qū)劃體現(xiàn)人們對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的需求，反映了人們對(duì)水資源的態(tài)度：開發(fā)、利用或保護(hù)。已劃分水環(huán)境功能區(qū)的水域，要從時(shí)間、空間兩個(gè)方面規(guī)范功能區(qū)達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)；未劃分水環(huán)境功能區(qū)的水域可不進(jìn)行容量計(jì)算；若考慮計(jì)算，按較高功能標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行（II類）。要素之三：排污方式排污口沿河（或其他水體）位置布設(shè)，對(duì)河流整體水環(huán)境容量影響較大；排污口排放方式（岸邊或中心，淺水或深水），對(duì)局部的污染物稀釋混合影響很大；第二部分水環(huán)境容量的計(jì)算模型1、流域概化模型2、水動(dòng)力學(xué)模型3、污染源概化模型4、水質(zhì)模型1、流域概化將天然水域（河流、湖泊水庫(kù)）概化成計(jì)算水域，例如天然河道可概化成順直河道，復(fù)雜的河道地形可進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，非穩(wěn)態(tài)水流可簡(jiǎn)化為穩(wěn)態(tài)水流等。水域概化的結(jié)果，就是能夠利用簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)模型來(lái)描述水質(zhì)變化規(guī)律。同時(shí)，支流、排污口、取水口等影響水環(huán)境的因素也要進(jìn)行相應(yīng)概化。若排污口距離較近，可把多個(gè)排污口簡(jiǎn)化成集中的排污口。2、水動(dòng)力學(xué)模型最枯月設(shè)計(jì)條件1、滿足節(jié)點(diǎn)平衡方程2、滿足沿程連續(xù)方程河流徑流量沿程概化河流流速沿程概化3、污染源概化模型污染源沿程位置概化污染源源強(qiáng)概化1、若排污口距離較近，可把多個(gè)排污口簡(jiǎn)化成集中的排污口。2、距離較遠(yuǎn)并且排污量均比較小的分散排污口，可概化為非點(diǎn)源入河，僅影響水域水質(zhì)本底值，不參與排污口優(yōu)化分配計(jì)算。非點(diǎn)源的范圍主要包括農(nóng)村生活源、畜禽養(yǎng)殖、城市徑流、礦山徑流和農(nóng)田徑流等5個(gè)主要方面。年排放量t/a：季變化系數(shù)，季污染負(fù)荷月變化系數(shù)，月污染負(fù)荷日變化系數(shù)，日污染負(fù)荷本次計(jì)算，利用平均法確定源強(qiáng)。4、水質(zhì)模型根據(jù)水環(huán)境功能區(qū)的實(shí)際情況，環(huán)境容量計(jì)算一般用一維水質(zhì)模型。對(duì)有重要保護(hù)意義的水環(huán)境功能區(qū)、斷面水質(zhì)橫向變化顯著的區(qū)域或有條件的地區(qū)，可采用二維水質(zhì)模型計(jì)算。在模型計(jì)算時(shí)尤其是對(duì)于大江大河的水環(huán)境容量計(jì)算，必須結(jié)合混合區(qū)或污染帶的范圍進(jìn)行容量計(jì)算。零維模型計(jì)算稀釋容量。污染物進(jìn)入河流水體后，在污染物完全均勻混合斷面上，污染物的指標(biāo)無(wú)論是溶解態(tài)的、顆粒態(tài)的還是總濃度，其值均可按節(jié)點(diǎn)平衡原理來(lái)推求。對(duì)河流，零維模型常見的表現(xiàn)形式為河流稀釋模型；對(duì)于湖泊與水庫(kù)，零維模型主要有盒模型。符合下列兩個(gè)條件之一的環(huán)境問(wèn)題可概化為零維問(wèn)題：1）河水流量與污水流量之比大于10~20；2）不需考慮污水進(jìn)入水體的混合距離；河流零維模型點(diǎn)源，河水、污水稀釋混合方程對(duì)于點(diǎn)源，河水和污水的稀釋混合方程為： 湖泊容量計(jì)算合理劃定納污區(qū)利用零維模型河流一維模型對(duì)于河流而言，一維模型假定污染物濃度僅在河流縱向上發(fā)生變化，主要適用于同時(shí)滿足以下條件的河段：1）寬淺河段；2）污染物在較短的時(shí)間內(nèi)基本能混合均勻；3）污染物濃度在斷面橫向方向變化不大，橫向和垂向的污染物濃度梯度可以忽略。河流二維模型當(dāng)水中污染物濃度在一個(gè)方向上是均勻的，而在其余兩個(gè)方向是變化的情況下，一維模型不再適用，必須采用二維模型。河流二維對(duì)流擴(kuò)散水質(zhì)模型通常假定污染物濃度在水深方向是均勻的，而在縱向、橫向是變化的。面源模型非點(diǎn)源污染負(fù)荷模型用來(lái)計(jì)算一定流域內(nèi)由非點(diǎn)源污染造成的各種污染物的輸出情況。選擇或建立與當(dāng)?shù)貙?shí)際情況復(fù)合較好的負(fù)荷模型，是對(duì)各種污染控制措施進(jìn)行模擬篩選的基礎(chǔ)。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，對(duì)國(guó)外非點(diǎn)源模型30多年的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀進(jìn)行了全面的文獻(xiàn)調(diào)查，就非點(diǎn)源模型的主要類型、結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)，并對(duì)目前廣泛采用的13種非點(diǎn)源模型進(jìn)行了比較分析，詳見下表。我國(guó)實(shí)用的非點(diǎn)源污染控制模型尚處在初步應(yīng)用階段，本次水環(huán)境容量計(jì)算，一般不要求進(jìn)行非點(diǎn)源模型模擬，有條件的城市可根據(jù)上表選用適當(dāng)?shù)哪Ｐ烷_展工作。模型名稱最早開發(fā)時(shí)間最新版本發(fā)布時(shí)間參數(shù)形式空間尺度時(shí)間尺度時(shí)間步長(zhǎng)模型結(jié)構(gòu)參考文獻(xiàn)AGNPS19871998分散參數(shù)流域開始為單次暴雨，后發(fā)展為長(zhǎng)期連續(xù)1dSCS水文模型；通用土壤流失方程；氮、磷和COD負(fù)荷，不考慮污染物平衡Young，1989；AGNPS網(wǎng)站HSPF19761996

(v.11)集中參數(shù)流域長(zhǎng)期連續(xù)1min到1d斯坦福水文模型；侵蝕模型考慮雨滴濺蝕、徑流沖刷侵蝕和沉積作用；污染物包括氮、磷和農(nóng)藥等，考慮復(fù)雜的污染物平衡Johanson等，1983；Bicknell等，1996ANSWERS19771996分散參數(shù)流域開始為單次暴雨，后發(fā)展為長(zhǎng)期連續(xù)暴雨期為60s，非暴雨期為1d水文模型考慮降雨初損、入滲、坡面流和蒸發(fā)；侵蝕模型考慮濺蝕、沖蝕和沉積；早期并不考慮污染物遷移，后補(bǔ)充了氮、磷子模型，復(fù)雜污染平衡Beasley，1980；Bouraoui等，1996零維計(jì)算結(jié)果一維計(jì)算結(jié)果二維計(jì)算結(jié)果第三部分水環(huán)境容量的計(jì)算步驟1、模型參數(shù)驗(yàn)證2、現(xiàn)狀污染源的水質(zhì)影響分析3、稀釋容量分析（零維）4、稀釋自凈容量分析（一維）5、混合區(qū)約束容量分析（二維）6、確定環(huán)境容量1、模型參數(shù)驗(yàn)證廢水量影響河流流量，調(diào)整水文參數(shù)；將降解系數(shù)代入模型，分析其合理性；注意分析設(shè)計(jì)流速。2、現(xiàn)狀污染源的水質(zhì)影響分析3、稀釋容量分析（零維）分段閘壩控制河段分段確定水文條件利用零維模型估算湖泊容量計(jì)算合理劃定納污區(qū)利用零維模型4、稀釋自凈容量分析（一維）5、混合區(qū)約束容量分析（二維）現(xiàn)狀排污口污染負(fù)荷：8440t/a;污染帶長(zhǎng)度580米；污染帶100米允許污染負(fù)荷：3500t/a6、確定環(huán)境容量環(huán)境管理規(guī)定；考慮二維，利用一維確定總?cè)萘??？鄢嬖础?nèi)源，考慮安全系數(shù)，得出環(huán)境容量。第四部分水環(huán)境容量校核方法1：水資源量校核法對(duì)比各個(gè)水系水資源量和水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果，若差距較大，需仔細(xì)分析；將同一水系各個(gè)河段（地市）的計(jì)算條件連在一起進(jìn)行計(jì)算，比較總體結(jié)果與各段結(jié)果的差距。方法2：提高功能校核法由于應(yīng)用模型計(jì)算水環(huán)境容量部分參數(shù)具有不