【大學(xué)】環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與系統(tǒng)分析

1、整理課件環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與系統(tǒng)分析環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與系統(tǒng)分析整理課件6.水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和影響預(yù)測(cè)o6.1 水體與水體污染n6.1.1 水體和水體污染n6.1.2 水體污染物及污染源n6.1.3 水體污染類型o6.2 河流水質(zhì)模型n6.2.1 河流水質(zhì)模型簡介n6.2.2 河流的混合稀釋模型n6.2.3 守恒污染物在均勻流場(chǎng)中的擴(kuò)散模型n6.2.4 非守恒污染物在均勻河流中的水質(zhì)模型n6.2.5 Streeter-Phelps（S-P）模型n6.2.6 河流水質(zhì)模型中參數(shù)估值o6.3 湖泊水庫模型與評(píng)價(jià)n6.3.1 湖泊環(huán)境概述n6.3.2 湖泊環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)n6.3.3 湖泊環(huán)境預(yù)測(cè)模式o6.4 地

2、面水環(huán)境影響評(píng)價(jià)n6.4.1 評(píng)價(jià)目的、分級(jí)及程序n6.4.2 環(huán)境影響評(píng)價(jià)大綱 n項(xiàng)目分析和污染源調(diào)查 n地區(qū)水環(huán)境調(diào)查 n水環(huán)境影響預(yù)測(cè)及評(píng)價(jià) n清潔生產(chǎn)和水污染防治 整理課件6.1 水體與水體污染o6.1.1 水體和水體污染n按水體所處的位置可把它分為三類：地面水水體、地下水水體、海洋。這三種水體中的水可以相互轉(zhuǎn)化，它通過水在自然界的大循環(huán)和小循環(huán)實(shí)現(xiàn)。三種水體是水在自然界的大循環(huán)中的三個(gè)環(huán)節(jié)。 n水體污染惡化過程和水體自凈過程是同時(shí)產(chǎn)生和存在的。但在某一水體的部分區(qū)域或一定的時(shí)間內(nèi)，這兩種過程總有一種過程是相對(duì)主要的過程。它決定著水體污染的總特征。這兩種過程的主次地位在一定的條件下可相

3、互轉(zhuǎn)化。 o6.1.2 水體污染物及污染源n造成水體的水質(zhì)、生物、底質(zhì)質(zhì)量惡化的各種物質(zhì)或能量都稱為水體污染物。n水體污染物的種類繁多，從不同的角度可將水體污染物分為各種類型。按理化性質(zhì)分類可分為物理污染物、化學(xué)污染物、生物污染物綜合污染物。按形態(tài)分類可分為：離子態(tài)(陽離子，陰離子)污染物、分子態(tài)污染物、簡單有機(jī)物、復(fù)雜有機(jī)物、顆粒狀污染物。按污染物對(duì)水體的影響特征分類可分為感官污染物、衛(wèi)生學(xué)污染物、毒理學(xué)污染物、綜合污染物。o6.1.3 水體污染類型n有機(jī)耗氧性污染、化學(xué)毒物污染、石油污染、放射性污染、富營養(yǎng)化污染、致病性微生物污染整理課件6.2 河流水質(zhì)模型n 6.2.1 河流水質(zhì)模型簡介

4、n 6.2.2 河流的混合稀釋模型n 6.2.3 守恒污染物在均勻流場(chǎng)中的擴(kuò)散模型n 6.2.4 非守恒污染物在均勻河流中的水質(zhì)模型n 6.2.5 Streeter-Phelps（S-P）模型n 6.2.6 河流水質(zhì)模型中參數(shù)估值整理課件河流水質(zhì)模型簡介o 為了選擇使用的方便，可以把它們按不同的方法進(jìn)行分類。o 按時(shí)間特性分類，分動(dòng)態(tài)模型和靜態(tài)模型。o 按空間維數(shù)分類；分為零維、維、二維、三維水質(zhì)模型。當(dāng)把所考察的水體看成是一個(gè)完全混合反應(yīng)器時(shí)，即水體中水質(zhì)組分的濃度是均勻分布的，描述這種情況的水質(zhì)模型稱為零維的水質(zhì)模型。描述水質(zhì)組分的迕移變化在一個(gè)方向上是重要的，另外兩個(gè)方向上是均勻分布的，

5、這種水質(zhì)模型稱為一維水質(zhì)模型。描述水質(zhì)組分的遷移變化在兩個(gè)方向上是重要的，在另外的一個(gè)方向上是均勻分布的，這種水質(zhì)模型稱為二維水質(zhì)模型。描述水質(zhì)組分，遷移變化在三個(gè)方向進(jìn)行的水質(zhì)模型稱為三維水質(zhì)模型。o 按描述水質(zhì)組分分類，分為單一組分和多組分的水質(zhì)模型。水體中一組分的遷移轉(zhuǎn)化與另一組分(或幾個(gè)組分)的遷移轉(zhuǎn)化是相互聯(lián)系、相互影響的，描述這種情況的水質(zhì)模型稱為多組分的水質(zhì)模型.整理課件6.2.2 河流的混合稀釋模型均勻混合段混合段背景段 河水Q(m3/s)，污染物濃度為C1(mgL)污染物濃度為C2 (mgL)廢水流量為 q(m3/s)qaQqQnQQaii混合系數(shù)a ， 稀釋比n 定義 qa

6、QqCaQCqQqCQCCiii2121混合過程段的污染物濃度 Ci 及混合段總長度 L 3)1 (lg3 . 2qaqaQLn)exp()/(1)exp(1)(bqQbxa混合過程段的混合系數(shù)a 是河流沿程距離 x 的函數(shù)， 整理課件6.2.3 守恒污染物在均勻流場(chǎng)中的擴(kuò)散模型o均勻流場(chǎng)中的擴(kuò)散方程均勻流場(chǎng)中的擴(kuò)散方程xCuxCDtCxx22yCuxCuyCDxCDtCyxyx2222在均勻流場(chǎng)中的一維擴(kuò)散方程成為：水深方向(z方向) 均勻混合，x 方向和 y 方向存在濃度梯度時(shí)，二維擴(kuò)散方程：Dx x 坐標(biāo)方向的彌散系數(shù)；ux x方向的流速分量；Dy y 坐標(biāo)方向的彌散系數(shù)；uy y方向的

7、流速分量。整理課件6.2.3 守恒污染物在均勻流場(chǎng)中的擴(kuò)散模型2 無限大均勻流場(chǎng)中移無限大均勻流場(chǎng)中移流擴(kuò)散方程的解流擴(kuò)散方程的解2222yCDxCDxCuyx（6-13）若在無限大均勻流場(chǎng)中，坐標(biāo)原點(diǎn)設(shè)在污染物排放點(diǎn)，污染物濃度的分布呈高斯分布，則方程式的解為。式中 Q 是連續(xù)點(diǎn)源的源強(qiáng) (g/s)，結(jié)果 C 的單位為(g/m3= mg/L)。xDuyuxDuhQCyy4exp/42整理課件xDuyBxDuyuxDuhQyxCyyy4)2(exp4exp/42),(22河寬為 B，只計(jì)河岸一次反射時(shí)的二維靜態(tài)河流岸邊排放連續(xù)點(diǎn)源水質(zhì)模型的解為考慮河岸反射時(shí)移流擴(kuò)散方程的解考慮河岸反射時(shí)移流擴(kuò)

8、散方程的解xDuyuxDuhQyxCyy4exp/4),(22整理課件完成橫向均勻混合的距離完成橫向均勻混合的距離斷面上河對(duì)岸濃度達(dá)到同一斷面最大濃度的5，定義為污染物到達(dá)對(duì)岸。這一距離稱為污染物到達(dá)對(duì)岸的縱向距離，ybDuBL20675. 0若斷面上最大濃度與最小濃度之差不超過5，認(rèn)為達(dá)到均勻混合。完成橫向均勻混合的斷面的距離稱為完全混合距離。ymDuBL21 . 0ymDuBL24 . 0中心排放情況，岸邊排放情況，整理課件例例6-2o 在河流岸邊有一連續(xù)穩(wěn)定排放污水口，河寬 ，水深 ，河水流速，橫向擴(kuò)散系數(shù)2/s，求污水到達(dá)對(duì)岸的縱向距離Lb和完全混合的縱向距離Lm。若污水排放口排放量為

9、 80g/s。說明在到達(dá)對(duì)岸的縱向距離Lb斷面濃度C(Lb,B)、C(Lb,0), 完全混合的縱向距離斷面濃度C(Lm,B)、C(Lm,0)各是多少？整理課件6.2.4 非守恒污染物在均勻河流中的水質(zhì)模型CVkCCQ10)(0uxkCQVkCC101011dCdt =0，1.零維水質(zhì)模型零維水質(zhì)模型CVkCCQdtdCV10)(圖6-2 由多個(gè)零維靜態(tài)單元河段組成的順直河流水質(zhì)模型xxxC0C3C1C5C4C2C3C1C5C4C2iiiuxkCQVkCC101011整理課件2.一維水質(zhì)模型一維水質(zhì)模型KCdxCdDdxdCuxx22xuDkDuCCxx2104112exp一維河流靜態(tài)水質(zhì)模型基

10、本方程忽略擴(kuò)散項(xiàng)，沿程的坐標(biāo)x=ut,dC/dt=-k1C , 這是一個(gè)二階線性常微分方程 代入初始條件 x=0, C=C0方程的解為 )/(exp)(10uxkCxC。整理課件6.2.5 Streeter-Phelps（S-P）模型o 1S-P模型基本方程及其解模型基本方程及其解o S-P模型的建立基于兩項(xiàng)假設(shè)：n只考慮好氧微生物參加的BOD衰減反應(yīng)，并認(rèn)為該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。n河流中的耗氧只是BOD衰減反應(yīng)引起的。BOD的衰減反應(yīng)速率與河水中溶解氧(DO)的減少速率相同，復(fù)氧速率與河水中的虧氧量 D 成正比。o S-P模型的基本方程為：DkLkdtdDLkdtdL211式中:L河水中的BOD

11、值，mg/L；D河水中的虧氧值，mg/L,是飽和溶解氧濃度Cs （mg/L）與河水中的實(shí)際溶解氧濃度C（mg/L）的差值；k1河水中BOD衰減(耗氧)速度常數(shù)，1d；k2河水中的復(fù)氧速度常數(shù)，1d；t河水中的流行時(shí)間， d。整理課件0,0,00 xCCxLL)()(/2101/0/02121uxkuxkuxkssuxkeekkLkeCCCCeLL這兩個(gè)方程式是耦合的。當(dāng)邊界條件時(shí)，式(6-25)的解析解為: 05101520250246810012345678X kmL mg/LL mg/LDOmg/LDOmg/L整理課件2S-P 模型的臨界點(diǎn)和臨界點(diǎn)氧濃度模型的臨界點(diǎn)和臨界點(diǎn)氧濃度o 討論

12、S-P 模型臨界點(diǎn)氧濃度求出負(fù)值怎么辦。o 系統(tǒng)分析方法如何應(yīng)對(duì)模型的失效)()() 1(1/2101/000121212212uxkuxkuxkssScccceekkLkeCCCCLCCkkkkLnkkux整理課件3S-P 模型的缺陷和修正方法模型的缺陷和修正方法DkLkdtdD21引入自凈系數(shù) fk2/k1，當(dāng) dD/dt0 時(shí)有 LfD ：LfD，dD/dt0，河流中的溶解氧呈下降態(tài)勢(shì)；L=fD，dD/dt=0，河流中的溶解氧保持不變；LfD，dD/dt0，河流中的溶解氧呈上升態(tài)勢(shì)；對(duì)于S_P模型失效的重污染河流可以進(jìn)行分段討論。根據(jù)這一思想建立的S-P 模型網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ途W(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)整理課件

13、例6-4-2024680246810-10010203040X kmL mg/LL mg/LDOmg/LDOmg/LShastry 非線性模型：)(CCkLCkxCutCLCkxLutLSadd整理課件3S-P 模型的修正型模型的修正型o (1)托馬斯(Thomas)模型o 對(duì)一維靜態(tài)河流，在SP模型的基礎(chǔ)上考慮沉淀、絮凝、沖刷和再懸浮過程對(duì)BOD去除的影響，引入了BOD沉浮系數(shù)k3，DkLkdxdDuLkkdxdLu2131)(2)多賓斯坎普(DobbinsCamp)模型一維靜態(tài)河流, 考慮地面徑流和底泥釋放BOD所引起的BOD變化速率，該速率以 R表示?？紤]藻類光合作用和呼吸作用以及地面徑

14、流所引起的溶解氧變化速率，以 P表示。 PDkLkdxdDuRLkkdxdLu2131)(整理課件(3)奧康納(OConnon)模型o 式中，kn 硝化BOD衰減速度常數(shù)， 1/d ；kn 硝化BOD衰減速度常數(shù)，1/d ；o Lc0, 河流x=0 處，含碳有機(jī)物BOD濃度，mg/L。o Ln0, 河流x=0 處，含氮有機(jī)物BOD濃度，mg/L。一維靜態(tài)河流，奧康納假設(shè)條件為，總BOD是碳化和硝化BOD兩部分之和，即L=Lc+Ln， DkLkLkdxdDuLkdxdLuLkkdxdLunncnnncc2131)(整理課件例例6-4LmgqQqCQCC/202 .022 .020022210)/

15、(18)20/5 . 0*21 (2012202LmguxkCC均勻河段長10km，有一含BOD的廢水從這一河段的上游端點(diǎn)流入廢水流量為 q 3/s，BOD濃度C2=200mg/L，上游河水流量 Q 3/s， BOD濃度C1=2mg/L，河水的平均流速 u =20km/d，BOD的衰減系數(shù) k=2/d，求廢水入河口以下(下游) 1km、2km、5km 處的河水中 BOD 的濃度。解：河段初始斷面河水中BOD濃度為：以0.5km 為單位，將河段分成環(huán)境單元，即x，1km、2km、5km處的河段發(fā)表處在，i = 2、4、10的位置。由6-21式計(jì)算 BOD 的濃度同理，分別用4 和10代替上式中的

16、 i =2, 有 C4 =16.5(mg/L)，C10 =12.3 (mg/L)。整理課件例例6-5一均勻河段，有含BOD的廢水流入，河水的平均流速 u=20km/d，起始斷面河水(和廢水完全混合后)含BOD濃度為 C0 =20mg/L，BOD的衰減系數(shù) k=2/d，擴(kuò)散系數(shù) Dx= 1 km2/d，求下游1km處的河水中 BOD 的濃度。解：由6-22式計(jì)算 BOD 的濃度為： xuDkDuCCxx2104112exp1 .1820124111220exp202C =18.1 (mg/l)整理課件6.2.6 河流水質(zhì)模型中參數(shù)估值o 1.縱向擴(kuò)散系數(shù)縱向擴(kuò)散系數(shù) Dx 的估的估值值o 2.

17、耗氧系數(shù)耗氧系數(shù) k1 的估值方的估值方法法o 3. 復(fù)氧系數(shù)復(fù)氧系數(shù) k2 的估值方的估值方法法HUDxgHIU 系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定；Dx擴(kuò)散系數(shù)，m2/s；H 斷面平均水深，m；U 摩阻流速(或稱“剪切流速” I 水面比降；g重力加速度，9.81 m/s2；)，m/s；整理課件6.3 湖泊水庫模型與評(píng)價(jià)n 6.3.1 湖泊環(huán)境概述n 6.3.2 湖泊環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)o 對(duì)湖泊環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評(píng)價(jià)主要包括以下幾個(gè)方面：水質(zhì)評(píng)價(jià)、底質(zhì)評(píng)價(jià)、生物評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)o 水質(zhì)評(píng)價(jià)方法 ：污染指數(shù)法、分級(jí)聚類法、模糊數(shù)學(xué)方法 o 湖泊環(huán)境質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)。綜合評(píng)價(jià)方法有三種：算術(shù)平均值法，選擇最大值法和加權(quán)法。整

18、理課件表表6-9 湖泊分層采樣和湖泊水庫采樣點(diǎn)最小密度要求湖泊面積(km)2監(jiān)測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)湖泊水深（m）分層采樣10 以下105 以下表層(水面下0.30.5m)10-100205-10表層、底層(離湖底1.0m)100-5003010-20表層、中層、底層500-10004020 以上表層,每隔10m取一層水樣或在水溫躍變處上、下分別采樣。1000以上50整理課件6.3.3 湖泊環(huán)境預(yù)測(cè)模式o 完全混合箱式模型污染物守恒情況經(jīng)歷時(shí)間 t后，用質(zhì)量平衡方程求出濃度C （mg/L） ： 式中：W0 湖（庫）中現(xiàn)有污染物（除Qp 帶進(jìn)湖泊的污染物外）的負(fù)荷量g/d；Qp 流進(jìn)湖泊的污水排放量 m3/d

19、， Qh 流出湖泊的污水排放量 m3/d；C0 湖（庫）中污染物現(xiàn)狀濃度mg/L， Cp 流進(jìn)湖泊的污水排放濃度 mg/L；V 湖水體積m3。穩(wěn)定的情況下，當(dāng)時(shí)間趨于無窮時(shí)，達(dá)到平衡濃度 tVQQQcWCQQcWChhpphppexp000hppQQcWC0整理課件湖泊完全混合衰減模式o Kh是描述污染物濃度變化的時(shí)間常數(shù)1/d，它是兩部分的和：k1（1/d）表示污染物質(zhì)按k1的速度作一級(jí)降解反應(yīng)，而V/Qh (d)，是湖水體積與出流流流量比，表現(xiàn)了湖水的滯留時(shí)間。tKVKQcWCVKQcWChhpphppexp0001)/(kVQKhh對(duì)于非守恒物質(zhì)，經(jīng)歷時(shí)間t后，湖泊內(nèi)污染物濃度C（mg/

20、L）可以用完全混合衰減方程表示： hppVKQcWC0在湖泊、水庫的出流、入流流量及污染物質(zhì)輸入穩(wěn)定的情況下，當(dāng)時(shí)間趨于無窮時(shí)，達(dá)到平衡濃度整理課件分層湖分層湖(庫庫) 集中參數(shù)模式集中參數(shù)模式上 層 ， VE， CE湖水翻轉(zhuǎn)時(shí)下層VH、CH排向上層，Qp E、CpE 排向下層Qp H、CpH初始濃度CM(t-1)翻池CT完全混合非成層期模型CM(t)總排污Qp、Cp另一周期湖水分層期非成層期圖 6-8 湖水分層箱式計(jì)算模型示意圖整理課件6.4 地面水環(huán)境影響評(píng)價(jià)n 6.4.1 評(píng)價(jià)目的、分級(jí)及程序n 6.4.2 環(huán)境影響評(píng)價(jià)大綱 n 項(xiàng)目分析和污染源調(diào)查 n 地區(qū)水環(huán)境調(diào)查 n 水環(huán)境影響預(yù)

21、測(cè)及評(píng)價(jià) n 清潔生產(chǎn)和水污染防治 整理課件第三階段第一階段建設(shè)項(xiàng)目的工程分析選擇預(yù)測(cè)方法污染源調(diào)查水質(zhì)調(diào)查水文調(diào)查與水文測(cè)量環(huán)境狀況調(diào)查地面水環(huán)境影響評(píng)價(jià)分級(jí)和編寫工作大綱的地面水部分建設(shè)項(xiàng)目的工程概況及工程性質(zhì)（參閱有關(guān)文件）篩選擬預(yù)測(cè)的水質(zhì)參數(shù)預(yù)測(cè)環(huán)境影響評(píng)價(jià)建設(shè)項(xiàng)目的環(huán)境影響1. 提出環(huán)境保建議和措施2. 小結(jié)國家、地方有關(guān)地面水的法規(guī)（含標(biāo)準(zhǔn)）第二階段圖6-9 地面水環(huán)境影響評(píng)價(jià)的工作程序整理課件評(píng)價(jià)大綱評(píng)價(jià)大綱的編寫是以建設(shè)項(xiàng)目為基礎(chǔ)，以水環(huán)境保護(hù)法規(guī)為依據(jù)，以各種政策為指導(dǎo)，以水環(huán)境質(zhì)量為尺度，堅(jiān)持嚴(yán)肅和科學(xué)的態(tài)度，把大綱編制成對(duì)評(píng)價(jià)活動(dòng)具有指導(dǎo)性的文件。編寫評(píng)價(jià)大綱的基本要求有：評(píng)價(jià)目的明確，選擇標(biāo)準(zhǔn)和確定等級(jí)適當(dāng)，評(píng)價(jià)范圍的劃分科學(xué)，工程分析完整，評(píng)價(jià)因子的篩選滿足環(huán)保目標(biāo)要求，模型參數(shù)確定符合技術(shù)導(dǎo)則要求。水環(huán)境影響評(píng)價(jià)大綱一般應(yīng)包括以下內(nèi)容：編制依據(jù)；建設(shè)項(xiàng)目概況；建設(shè)項(xiàng)目地區(qū)環(huán)境概況；評(píng)價(jià)內(nèi)容：包括評(píng)價(jià)范圍、評(píng)價(jià)因子、監(jiān)測(cè)斷面的布設(shè)、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、分析方