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文檔簡介

1、2 地面水環(huán)境影響預測與評價,2.1 地表水中的輸移、轉(zhuǎn)化、擴散的主要過程2.1.1 概述水中污染物遷移與轉(zhuǎn)化主要包括物理過程、化學過程、生物過程。2.1.1.1 物理過程(作用)只對水中污染物的存在位置變化產(chǎn)生作用,而不對其性質(zhì)變化產(chǎn)生作用。其主要過程(作用)包括:移流(推流、對流)、擴散(包括紊動擴散和離散等)、沉降或再懸浮,以上過程(及作用)常稱稀釋混合。2.1.1.2 化學過程(作用)主要是水中污染物經(jīng)過不同的化學反應過程(作用),其污染物的性質(zhì)發(fā)生變化(如:有機變無機、高分子變低分子、溶解物生成難溶物等)。其主要過程(作用)包括:氧化或還原、分解或化合、溶解或再析出、酸堿中和、混凝及

2、吸附等。,2.1.1.3 生物過程(作用)水中污染物在水中生物(主要是水中微生物)的作用下,其性質(zhì)或存在位置(狀態(tài))發(fā)生變化。其主要過程就是水生物對水中污染物的利用過程。主要原因是水中生物將某種(些)污染物作為自己的食物及營養(yǎng)(能量)的來源,它們消耗利用了水中的這種(些)污染物,起到了凈化水質(zhì)的作用。,2.1.2 河流中污染物的對流和擴散2.1.2.1 對流(也稱移流、推流等)主要是說水中污染物受到水流運動作用,隨水體流動一同遷移的情況。2.1.2.2 擴散(包括離散、彌散等)主要是說水中污染物由高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的遷移。它包括分子態(tài)擴散、水流紊動擴散和水流不均勻的離散等。,2.1.2.3 混

3、合(也稱稀釋混合)主要是說水中污染物分布由不均勻到均勻的過程(作用)。從排污口至水質(zhì)均勻混合前的水域,稱為混合區(qū)。排污口排放的污染物其影響水域的邊界(即受排放污水影響水域與沒有受到排放污水影響水域相接的邊界線)稱為污染帶(河流、湖庫)或污染鋒面(海洋)。由于一般河流的河寬遠大于水深,因此污染物進入水體后垂向(沿水深方向)容易混合均勻,且水體流動(流速)對污染物的遷移作用要大于擴散。因此,如要進行污染帶(或超標水域)預測時,常采用二維模式,在實用水質(zhì)模型公式中,縱向(沿水流方向)主要考慮對流作用,橫向(沿河寬方向)僅考慮擴散作用,垂向一般認為水質(zhì)分布均勻。,2.2 預測水質(zhì)因子的篩選方法根據(jù)工程

4、分析、評價等級、當?shù)氐沫h(huán)保要求篩選和確定建設期、運行期和服務期滿后擬預測的水質(zhì)因子,擬預測水質(zhì)因子的數(shù)目應既說明問題又不過多。對河流,可以按下式將水質(zhì)因子排序后從中選取預測水質(zhì)因子。式中:ISE水質(zhì)因子的排序指標;cp 污染物排放濃度,mg/L;ch河流上游污染物濃度,mg/L;Qp廢水排放量,m3/s;Qh河流流量,m3/s。,2.3 水環(huán)境預測條件的確定2.3.1 篩選確定水質(zhì)預測因子2.3.2 識別不同排污狀況,確定相應源強值,根據(jù)項目特性,從正常排放、非正常排放、事故排污三種狀況選取。2.3.3 識別各種環(huán)境水文條件,確定預測所需水文特征值(也稱環(huán)境水力學參數(shù)):2.3.3.1 豐、平

5、、枯三個水期,一般為枯水期,面源影響嚴重的有時需考慮豐水期;2.3.3.2 有水利水電設施時要考慮其調(diào)度運行對流量等水文特征值的影響;2.3.3.3 北方河流要考慮封凍期。,2.3.3.4 河流主要的水文特征值:河寬、水深、流速、流量、坡度和彎曲系數(shù)等。2.3.4 水質(zhì)模型參數(shù)和邊界條件的確定2.3.4.1 水質(zhì)模型參數(shù)的率定;2.3.4.2 環(huán)境水力學條件的確定(如穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)等);2.3.4.3 排污狀態(tài)的確定(如穩(wěn)定與非穩(wěn)定、連續(xù)與瞬時、點源與面源)。2.3.5 預測時期的確定2.3.5.1 建設期(也稱施工期);2.3.5.2 營運期;2.3.5.3 服務期滿后。,2.3.6 預測時段

6、(水期)的確定根據(jù)評價工作等級和受納水體的水環(huán)境特征篩選確定,一般情況下:2.3.6.1 一級評價:豐、平、枯(或平、枯水期);2.3.6.2 二級評價:平、枯(或枯水期);2.3.6.3 三級評價:枯水期。2.3.7 預測點位(及重點位置)的確定2.3.7.1 排污口下游的取用水敏感點(保護目標);2.3.7.2 水文及水質(zhì)突變處(如支流入?yún)R、其它排污口等水域處等);2.3.7.3 水文監(jiān)測斷面及水質(zhì)例行監(jiān)測斷面處;2.3.7.4 較大水工建設物所在水域等。,2.4 河流水環(huán)境影響預測的方法2.4.1 常用水環(huán)境影響預測的方法歸納為:數(shù)學模式法、物理模型法、類比分析法(也稱類比調(diào)查法);2.

7、4.2 重點是數(shù)學模式法,2.4.3 常用水質(zhì)模式:,2.4.3.1 完全混合模式與適用條件 式中:C均勻混合斷面處水質(zhì)平均濃度(mg/L); Ch河流上游污染物濃度(mg/L); Qh河流流量(m3/s); CP污染物排放濃度(mg/L); QP廢水排放量(m3/s)。 適用條件:河流充分混合段; 持久性污染物; 河流為恒定流; 廢水連續(xù)穩(wěn)定排放。,2.4.3.2 河流一維穩(wěn)態(tài)模式與適用條件式中:c計算斷面的污染物濃度,mg/L;c0計算初始點污染物濃度,mg/L;K衰減系數(shù),1/d;u河流流速,m/s;x從計算初始點到下游計算斷面的距離,m。適用條件:河流充分混合段;非持久性污染物;河流為

8、恒定流;廢水連續(xù)穩(wěn)定排放。,2.4.3.3 河流二維穩(wěn)態(tài)混合模式與適用條件岸邊排放 非岸邊排放式中,C(x,y)(x,y)點污染物垂向平均濃度,mg/l;H平均水深,m;B河流寬度,m;a排放口與近岸水邊的距離,m;My橫向混合系數(shù),m2/s;Ch河流水質(zhì)背景濃度(mg/L)。,適用條件:平直、斷面形狀規(guī)則河流混合過程段;持久性污染物;河流為恒定流動;連續(xù)穩(wěn)定排放;對于非持久性污染物,需采用相應的衰減模式。,2.4.3.4 河流二維穩(wěn)態(tài)混合累積流量模式與適用條件岸邊排放式中:q=Huy Mq=H2uMy c(x,q)(x,q)處污染物垂向平均濃度,mg/L;Mq累積流量坐標系下的橫向混合系數(shù);

9、適用條件:彎曲河流、斷面形狀不規(guī)則河流混合過程段;持久性污染物;河流為非恒定流動;連續(xù)穩(wěn)定排放;對于非持久性污染物,需要采用相應的衰減模式。,2.4.3.5 SP模式式中:D虧氧量,即飽和溶解氧濃度與溶解氧濃度的差值,mg/l;D0計算初始斷面虧氧量,mg/l;K2大氣復氧系數(shù),1/d;x經(jīng)測點到計算初始點的距離,m。適用條件:河流充分混合段;污染物有耗氧性有機污染物;需要預測河流溶解氧狀態(tài);河流為恒定流動; 污染物連續(xù)穩(wěn)定排放。,2.4.3.6 河流混合過程段與水質(zhì)模式選擇預測范圍內(nèi)的河段可以分為充分混合段,混合過程段和上游河段。充分混合段:是指污染物濃度在斷面上均勻分布的河段,當斷面上任意

10、一點的濃度與斷面平均濃度之差小于平均濃度的5%時,可以認為達到均勻分布?;旌线^程段極限的長度用下式估算:式中: Lmax混合過程段極限長度(m); B河段平均河流(斷面)寬度(m); a排污口與近岸水邊的距離(m) u河段(斷面)平均流速(m/s); H河段平均(斷面)水深(m); g重力加速度(m/s2); J河段河流坡度。 充分混和段選擇零維模式(持久性污染物)、一維模式(非持久性污染物);混和過程段應采用二維模式。,2.5 湖泊、河口水環(huán)境影響預測的方法2.5.1 注意湖(庫)的分層型、混合型和臨時混合型等不同水文(環(huán)境水力學)狀態(tài)的水質(zhì)分布特點,合理選用水質(zhì)預測模型;2.5.2 河口及

11、感潮河段根據(jù)不同水文(環(huán)境水力學)條件,可分別選用河流或狹長水庫(河道型水庫)水質(zhì)模型;2.5.3 主要的湖泊、河口水環(huán)境影響預測的方法為數(shù)學模型法,常用水質(zhì)模型如下:,2.5.3.1 湖泊完全混合衰減模式與適用條件動態(tài)模式:平衡模式:適用條件:小湖(庫);持久性污染物;污染物連續(xù)穩(wěn)定排放;預測需反映隨時間的變化時采用動態(tài)模式,只需反映長期平均濃度時采用平衡模式。,2.5.3.2 湖泊推流衰減模式與適用條件式中:為混合角度,可根據(jù)湖(庫)岸邊形狀和水流狀況確定,中心排放取2弧度,平直岸邊取 弧度。適用條件:大湖、無風條件;非持久性污染物;污染物連續(xù)穩(wěn)定排放。,2.5.3.3 常用河口水質(zhì)模式與

12、適用條件1、一維動態(tài)混合衰減模式與適用條件 式中:c污染物濃度;u河流流速;F過水斷面面積;Ml斷面縱向混合系數(shù);K1衰減系數(shù);Sp污染源強;t時間。適用條件:潮汐河口充分混合段;非持久性污染物;污染物排放為連續(xù)穩(wěn)定排放或非穩(wěn)定排放;需要預測任何時刻的水質(zhì)。,2、Oconner河口模式(均勻河口)與適用條件上溯(x0,自x=0處排入)下溯(x0)適用條件:均勻的潮汐河口充分混合段;非持久性污染物;污染物連續(xù)穩(wěn)定排放;只要求預測潮周平均、高潮平均和低潮平均水質(zhì)。,2.6 水質(zhì)數(shù)學模型參數(shù)的確定方法水質(zhì)模型參數(shù)確定的方法類別有:實驗室測定法、公式計算法(包括經(jīng)驗公式、模型求解等)、物理模型率定法、

13、現(xiàn)狀實測及示蹤劑法。2.6.1 實驗室測定法2.6.2 現(xiàn)場實測法,2.6.3 經(jīng)驗公式法:2.6.3.1 復氧系數(shù)K2的單獨估值法1、歐康那道賓斯(OConner-Dobbins,簡稱歐-道)公式式中 (分子擴散系數(shù)),2、歐文斯等人(Owens,et al)經(jīng)驗式 0.1H0.6m u1.5m/s 3、丘吉爾(Churchill)經(jīng)驗式 0.6H8m 0.6u1.8m/s 上列各式中:Dm為氧分子擴散系數(shù); 2.6.3.2 K1、K2的溫度校正:,溫度常數(shù) 的取值范圍: 對K1, =1.021.06,一般取1.047。 對K2, =1.0151.047,一般取1.024。2.6.3.3 混

14、合(擴散)系數(shù)的估值法1、泰勒法求橫向混合系數(shù)My(適用于河流)2、費希爾法求縱向離散系數(shù)(適用于河流),2.6.4 示蹤劑法示蹤試驗法是向水體中投放示蹤物質(zhì),追蹤測定其濃度變化,據(jù)以計算所需要的各環(huán)境水力參數(shù)的方法。示蹤物質(zhì)有無機鹽類、螢光染料和放射性同位素等,示蹤物質(zhì)應滿足具有在水體中不沉降、不降解、不產(chǎn)生化學反應;測定簡單準確;經(jīng)濟;對環(huán)境無害等特點。示蹤物質(zhì)的投放有瞬時投放、有限時段投放和連續(xù)恒定投放。,2.7 河流完全混合模式一維水質(zhì)模式的運用:2.7.1 河流完全混合模式式中:C均勻混合斷面處水質(zhì)平均濃度(mg/L); CE項目排放污水的水質(zhì)濃度(mg/L); QE項目污水排放量(

15、m3/s); CP排污口上游河流水質(zhì)濃度(mg/L); QP排污口上游河流來水量(m3/s)。例1:上游來水CODCr(p)=14.5mg/L,QP=8.7m3/s;污水排放源強CODCr(E)=58mg/L,QE=1.0m3/s。如忽略排污口至起始斷面間的水質(zhì)變化,且起始斷面的水質(zhì)分布均勻,則:,例2:某河段的上斷面處有一岸邊排放口穩(wěn)定地向河流排放污水,其污水排放特征為:QE=4.5m3/s,BOD5(E)=60mg/L;河流水環(huán)境特征參數(shù)為Qp=25.0m3/s, BOD5(p)=2.6mg/L。假設污水一進入河流就與河水均勻混合,試計算在排污口斷面處BOD5的濃度?,解: BOD5(0)

16、=,=,=,= 11.4(mg/L),2.7.2 河流一維水質(zhì)模式2.7.2.1 一維水質(zhì)模式的一般方程式或2.7.2.2 SP模型 反映河流水體中的DOBOD變化規(guī)律及其影響因素間相互關(guān)系的數(shù)學表達式。,SP模型的一般方程式:式中K1耗氧系數(shù)(d-1); K2復氧系數(shù)(d-1); x排污口(或起始斷面)至預測斷面處的河段長度(m);適用條件: 評價河段受納水體的水質(zhì)、水量較穩(wěn)定; 工程外排廢水的水質(zhì)與水量較穩(wěn)定; 易降解污染物在小河流評價河段或大、中河流均勻混合斷面以下河段的水質(zhì)預測。 S-P模式僅限于BOD5和DO的水質(zhì)影響預測。,例1:一河段的上斷面處有一岸邊污水排放口穩(wěn)定地向河流排放污

17、水,其污水特征為:QE=19440m3/d,BOD5(E)=81.4mg/L。河流水環(huán)境參數(shù)值為:Qp6.0 m3/s,BOD5(p)6.16mg/L,B50.0m,H1.2m,u0.1m/s,J0.9,K1=0.3/d。試計算混合過程段(污染帶)長度。如果忽略污染物質(zhì)在該段內(nèi)的降解和沿程河流水量的變化,在距完全混合斷面10km的下游某斷面處,河水中的BOD5濃度是多少? QE=0.225m3/s,BOD5(0)=8.88mg/L,t=1.1574d BOD5(10km) BOD5(0)exp(-K1t)6.28mg/L,例2:一河段的上斷面處有一岸邊污水排放口穩(wěn)定地向河流排放污水,其污水特征

18、為:QE=19440m3/d,CODCr(E)=100mg/L。河流水環(huán)境參數(shù)值為:Qp6.0 m3/s,CODCr(p)12mg/L,Kc=0.5/d。假設污水進入河流后立即與河水均勻混合,在距排污口下游10km的某斷面處,河水中的CODcr濃度是多少? CODCr(0)15.2mg/L t=1.1574d CODCr(t)= CODCr(0)exp(-Kct)=8.52mg/L。,2.8 二維穩(wěn)態(tài)模式的運用2.8.1 混合區(qū)的定義:混合區(qū)是指工程排污口至下游均勻混合斷面之間的水域。2.8.2 超標水域的定義:工程排污口附近,廢水主要受河水稀釋混合等物理凈化作用,且水質(zhì)允許超標的水域。2.8.3 超標水域的三要素(統(tǒng)計特征)2.8.3.1 位置敏感水域(重要功能區(qū))不允許超標水域存在;2.8.3.2 大小超標水域涉及的范圍,不影響魚類

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