地表水環(huán)境影響評價(jià) (3)ppt課件

1、Surface Water of Environment Impact Assessment地表水體的污染和自凈地表水體的污染和自凈河流和河口水質(zhì)模型河流和河口水質(zhì)模型湖泊水庫水質(zhì)數(shù)學(xué)模型湖泊水庫水質(zhì)數(shù)學(xué)模型水質(zhì)模型的標(biāo)定水質(zhì)模型的標(biāo)定開發(fā)行動對地表水影響的識別開發(fā)行動對地表水影響的識別地表水環(huán)境影響預(yù)測和評價(jià)地表水環(huán)境影響預(yù)測和評價(jià)地表水環(huán)境影響的評價(jià)地表水環(huán)境影響的評價(jià)地表水資源自學(xué)地表水資源自學(xué)水體污染水體污染水體自凈水體自凈水體的耗氧與復(fù)氧過程水體的耗氧與復(fù)氧過程水溫變化過程自學(xué)水溫變化過程自學(xué) 點(diǎn)污染源點(diǎn)污染源 點(diǎn)污染源排放的廢水量和污染物可以從點(diǎn)污染源排放的廢水量和污染物可以從管道

2、或溝渠中直接量測流量和采樣分析組分濃管道或溝渠中直接量測流量和采樣分析組分濃度確定，在經(jīng)費(fèi)和其他條件有限制時(shí)，常采用度確定，在經(jīng)費(fèi)和其他條件有限制時(shí)，常采用排污目的排污目的(例如排放系數(shù)例如排放系數(shù))推算的方法。推算的方法。工業(yè)廢水量計(jì)算式，式中：工業(yè)廢水量計(jì)算式，式中： m單位產(chǎn)品廢水量，單位產(chǎn)品廢水量，L/t； M該產(chǎn)品的日產(chǎn)量，該產(chǎn)品的日產(chǎn)量，t/d； Ki總變化系數(shù)，根據(jù)工藝或總變化系數(shù)，根據(jù)工藝或 閱歷決議；閱歷決議； t 工廠每日任務(wù)時(shí)數(shù)，工廠每日任務(wù)時(shí)數(shù)，h。居住區(qū)生活污水量計(jì)算式，式中：居住區(qū)生活污水量計(jì)算式，式中： QS居住區(qū)生活污水量，居住區(qū)生活污水量，L/s； q每人每日

3、的排水定額，每人每日的排水定額， L/(人人d)； N設(shè)計(jì)人口數(shù)，人；設(shè)計(jì)人口數(shù)，人； Ks總變化系數(shù)總變化系數(shù)(1.51.7)。86400qNKQss 3600tmMKQis 2. 非點(diǎn)污染源非點(diǎn)污染源非點(diǎn)污染源：非點(diǎn)污染源又稱面源，非點(diǎn)污染源：非點(diǎn)污染源又稱面源，是指分散或均勻地經(jīng)過岸線進(jìn)入水體是指分散或均勻地經(jīng)過岸線進(jìn)入水體的廢水和自然降水經(jīng)過溝渠進(jìn)入水體的廢水和自然降水經(jīng)過溝渠進(jìn)入水體的廢水。的廢水。 主要包括城鎮(zhèn)排水、農(nóng)田排水和主要包括城鎮(zhèn)排水、農(nóng)田排水和鄉(xiāng)村生活廢水、礦山廢水、分散的小鄉(xiāng)村生活廢水、礦山廢水、分散的小型禽畜豢養(yǎng)場廢水，以及大氣污染物型禽畜豢養(yǎng)場廢水，以及大氣污染物經(jīng)

4、過重力沉降和降水過程進(jìn)入水體等經(jīng)過重力沉降和降水過程進(jìn)入水體等所呵斥的污染廢水。所呵斥的污染廢水。 非點(diǎn)源污染情況復(fù)雜，其污染影非點(diǎn)源污染情況復(fù)雜，其污染影響較難定量，污染日益突出。響較難定量，污染日益突出。(1)城市非點(diǎn)污染源負(fù)荷估計(jì)：城市非點(diǎn)污染源負(fù)荷估計(jì)： 來源：雨水下水道及合流制下水道的溢來源：雨水下水道及合流制下水道的溢流。污染物自街道經(jīng)排水系統(tǒng)進(jìn)入受納水流。污染物自街道經(jīng)排水系統(tǒng)進(jìn)入受納水體。體。 這里僅思索被暴雨沖刷到接受水體的負(fù)這里僅思索被暴雨沖刷到接受水體的負(fù)荷。荷。 根本程序：首先估計(jì)暴雨事件中暴雨徑根本程序：首先估計(jì)暴雨事件中暴雨徑流的大小徑流深度和徑流面積的乘積，流的大

5、小徑流深度和徑流面積的乘積，從而確定暴雨沖刷率，進(jìn)而估計(jì)徑流沖刷從而確定暴雨沖刷率，進(jìn)而估計(jì)徑流沖刷到受納水體的堆積物負(fù)荷，然后根據(jù)堆積到受納水體的堆積物負(fù)荷，然后根據(jù)堆積物中污染物濃度計(jì)算污染物負(fù)荷，或者根物中污染物濃度計(jì)算污染物負(fù)荷，或者根據(jù)固體廢物與污染物的統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系計(jì)算據(jù)固體廢物與污染物的統(tǒng)計(jì)相關(guān)關(guān)系計(jì)算污染物負(fù)荷。污染物負(fù)荷。暴雨徑流深度的估計(jì)：暴雨徑流深度的估計(jì)： RCRPDs 式中：式中： R 總暴雨徑流深度，總暴雨徑流深度，cm； CR 總徑流系數(shù)；總徑流系數(shù)； P 降雨量，降雨量，cm； Ds 洼地存水，洼地存水，cm。 總徑流系數(shù)的估算方法：總徑流系數(shù)的估算方法：粗略估算

6、式：粗略估算式：式中：式中：I不透水區(qū)百分?jǐn)?shù)；不透水區(qū)百分?jǐn)?shù)； 按照不同坡度計(jì)算的不透水區(qū)按照不同坡度計(jì)算的不透水區(qū)(指指屋面、瀝青和水泥路面或廣場、庭院等屋面、瀝青和水泥路面或廣場、庭院等)的徑流的徑流系數(shù)系數(shù) 。0.15 1100100RIIC準(zhǔn)確計(jì)算式：準(zhǔn)確計(jì)算式：式中：式中：Fi各種類型地域所占的面積；各種類型地域所占的面積； i對應(yīng)的徑流系數(shù)。對應(yīng)的徑流系數(shù)。iiRiFCF洼地存水洼地存水Ds的粗略估計(jì)：的粗略估計(jì)：0.630.48100sID 徑流中沖刷到接受水體的顆粒物負(fù)荷：在總徑流中沖刷到接受水體的顆粒物負(fù)荷：在總暴雨徑流估算出來后，可估算暴雨沖刷率。普暴雨徑流估算出來后，可估

7、算暴雨沖刷率。普通以為通以為1 h內(nèi)總徑流為內(nèi)總徑流為1.27 cm時(shí)，可沖走時(shí)，可沖走90的的街道外表顆粒物堆積物。街道外表顆粒物堆積物。暴雨徑流中沖刷的固體負(fù)荷：暴雨徑流中沖刷的固體負(fù)荷：式中：式中：Ysw暴雨沖刷到受納水體的顆粒物負(fù)荷；暴雨沖刷到受納水體的顆粒物負(fù)荷； te 等效的累積天數(shù)，等效的累積天數(shù)，d；Ysu街道外表顆粒物日負(fù)荷量，街道外表顆粒物日負(fù)荷量，kgd;PC沖刷率，沖刷率，%。swesuYt YPC 式中：式中： tr從最后一次暴雨事件算起的天數(shù)，從最后一次暴雨事件算起的天數(shù)，d； ts從最后一次清掃街道算起的天數(shù)，從最后一次清掃街道算起的天數(shù)，d； s街道清掃頻率。街

8、道清掃頻率。 1erssstttt式中：式中：Lsu顆粒物日負(fù)荷率，顆粒物日負(fù)荷率，kg(kmd)；Lst街道邊溝長，約等于街道邊溝長，約等于2倍的街道長，倍的街道長，km。susustYLL 街道外表顆粒物日負(fù)荷取決于多種要素，街道外表顆粒物日負(fù)荷取決于多種要素，如交通強(qiáng)度、區(qū)域地表覆蓋物的方式、徑流量如交通強(qiáng)度、區(qū)域地表覆蓋物的方式、徑流量和降雨強(qiáng)度、灰塵沉降量、前期干旱時(shí)間、城和降雨強(qiáng)度、灰塵沉降量、前期干旱時(shí)間、城市街道清掃頻率和清掃質(zhì)量等。市街道清掃頻率和清掃質(zhì)量等。徑流中沖刷到受納水體的有機(jī)污染負(fù)荷：徑流中沖刷到受納水體的有機(jī)污染負(fù)荷：用顆粒固體負(fù)荷乘上濃度因子計(jì)算有機(jī)物負(fù)荷：用顆

9、粒固體負(fù)荷乘上濃度因子計(jì)算有機(jī)物負(fù)荷：式中：式中：You有機(jī)污染物的日負(fù)荷量，有機(jī)污染物的日負(fù)荷量，kgd； 單位轉(zhuǎn)換因子，單位轉(zhuǎn)換因子，10-6； Ysu總顆粒物固體日負(fù)荷量，總顆粒物固體日負(fù)荷量，kgd； Cou有機(jī)污染物在顆粒物中的濃度，有機(jī)污染物在顆粒物中的濃度，gg。ousuouYYC 城市降雨徑流問題是個(gè)非常復(fù)雜的問題，與城市降雨徑流問題是個(gè)非常復(fù)雜的問題，與多種要素相關(guān)，如降水過程、大氣污染、土地運(yùn)多種要素相關(guān)，如降水過程、大氣污染、土地運(yùn)用、人類污染特征、自然特點(diǎn)等。由于變化性大、用、人類污染特征、自然特點(diǎn)等。由于變化性大、隨機(jī)性強(qiáng)、偶爾要素多，尚未掌握其規(guī)律性。隨機(jī)性強(qiáng)、偶爾

10、要素多，尚未掌握其規(guī)律性。(2)農(nóng)田徑流污染負(fù)荷估算：農(nóng)田徑流污染負(fù)荷估算：第一種方法：避開污染物在農(nóng)田外表實(shí)踐遷移第一種方法：避開污染物在農(nóng)田外表實(shí)踐遷移過程的變化，僅經(jīng)過采集和分析各個(gè)集水區(qū)的過程的變化，僅經(jīng)過采集和分析各個(gè)集水區(qū)的徑流水樣計(jì)算進(jìn)入某一水環(huán)境中某種污染物總徑流水樣計(jì)算進(jìn)入某一水環(huán)境中某種污染物總量，其公式如下：量，其公式如下：式中：式中： M某種污染物輸出總量，某種污染物輸出總量，kg；i第第i小時(shí)的該種污染物濃度，小時(shí)的該種污染物濃度，kgm3； Qi第第i小時(shí)的徑流量，小時(shí)的徑流量，m3； n觀測的總時(shí)數(shù)，觀測的總時(shí)數(shù)，h； j第第j個(gè)農(nóng)田集水區(qū)；個(gè)農(nóng)田集水區(qū)； m集水

11、區(qū)總數(shù)。集水區(qū)總數(shù)。11mniijiMQ 耗氧有機(jī)污染物：如糖類、蛋白質(zhì)耗氧有機(jī)污染物：如糖類、蛋白質(zhì) 營養(yǎng)物：如營養(yǎng)物：如N、P化合物化合物 有機(jī)毒物：如多氯聯(lián)苯，有機(jī)農(nóng)藥有機(jī)毒物：如多氯聯(lián)苯，有機(jī)農(nóng)藥 重金屬：如重金屬：如Hg、Cd 非金屬無機(jī)毒物：如氰化物、氟化物非金屬無機(jī)毒物：如氰化物、氟化物 病原微生物：如致病菌、病毒病原微生物：如致病菌、病毒 酸堿污染：如酸性或堿性廢水酸堿污染：如酸性或堿性廢水 石油類石油類 熱污染熱污染定義：水體在其環(huán)境容量范圍內(nèi)，經(jīng)過本身定義：水體在其環(huán)境容量范圍內(nèi)，經(jīng)過本身的物理、化學(xué)和生物作用，使受納的污染物濃的物理、化學(xué)和生物作用，使受納的污染物濃度不斷

12、降低，逐漸恢復(fù)原來的水質(zhì)，這種過程度不斷降低，逐漸恢復(fù)原來的水質(zhì)，這種過程叫水體自凈。包括污染物的遷移、轉(zhuǎn)化和衰減叫水體自凈。包括污染物的遷移、轉(zhuǎn)化和衰減變化。變化。1. 遷移和轉(zhuǎn)化遷移和轉(zhuǎn)化 推流遷移：水流平移運(yùn)動推流遷移：水流平移運(yùn)動 分散稀釋：分子分散、湍流和彌散分散稀釋：分子分散、湍流和彌散 轉(zhuǎn)化和運(yùn)移：吸附或解吸、沉淀和再懸浮轉(zhuǎn)化和運(yùn)移：吸附或解吸、沉淀和再懸浮BODNBODaBOD2BODnBOD1BODc第二階段第二階段BOD第一階段第一階段BODt/dBOD/mgL-1圖圖4-2 受污染水樣的生化需氧量受污染水樣的生化需氧量(BOD)曲線曲線 有機(jī)物的生化降解呈一級反響：。間，

13、間，污染物在水體中停留時(shí)污染物在水體中停留時(shí)；，耗氧系數(shù)耗氧系數(shù)數(shù)數(shù)污染物碳化衰減速率常污染物碳化衰減速率常；值，值，已降解的已降解的；水中總的碳化需氧量，水中總的碳化需氧量，；時(shí)刻剩余碳化需氧量，時(shí)刻剩余碳化需氧量，式中：式中：積分得：積分得：dtd/)(Kmg/LBODmg/Lmg/LteKdt)(ddtdBODBODBODtKBODBODBODBODBODBODBODBODacaaccac1=111111 - 由氨氮氧化為硝酸鹽的過程，也呈一級反響：。，耗氧系數(shù)耗氧系數(shù)含氮化合物速率常數(shù)含氮化合物速率常數(shù)；，時(shí)刻的剩余硝化需氧量時(shí)刻的剩余硝化需氧量；總的硝化需氧量，總的硝化需氧量，式中：

14、式中：積分得：積分得：d/1)(mg/Lmg/LeNBODBODtKBODBODBODNBODKtKdtdnNNNnnn 23214. 1)(57. 414. 157. 4,NONNHONBODNOKBODNNN 普通以20的K為基準(zhǔn)，計(jì)算溫度T時(shí)的值：。的范圍為的范圍為，的范圍為的范圍為，式中：式中：CT.;CT.KKKKNTN,NT ,NT,T ,3010081=35100471=120202012011 - 當(dāng)水中溶解氧被耗費(fèi)殆盡時(shí)，水中硝酸鹽將被反硝化細(xì)菌復(fù)原為亞硝酸鹽再轉(zhuǎn)化為氮?dú)馀懦觥?當(dāng)水中短少溶解氧和硝酸根離子時(shí)，硫酸鹽和含硫蛋白質(zhì)將被細(xì)菌復(fù)原為硫化氫。 水中細(xì)菌、重金屬和有機(jī)毒

15、物的衰減作用多數(shù)也呈一級反響。 耗氧過程 (1) 碳化耗氧： (2) 硝化耗氧： (3) 水生植物呼吸耗氧： (4) 水體底泥耗氧：RdtdBOD 3 )e-(12tKBODBODBODBODNNnN )e-(111tKBODBODBODBODaca ddBODbcBODBODKrdtddtdb 1)1(4 2. 復(fù)氧過程(1) 大氣復(fù)氧：大氣復(fù)氧速率系數(shù)。大氣復(fù)氧速率系數(shù)。式中：式中：22sKKdtdDODODDD 。水水溫溫，飽飽和和溶溶解解氧氧濃濃度度，式式中中：CTTDODO ;mg/L6 .31468ss 。度系數(shù)，通常為度系數(shù)，通常為大氣復(fù)氧速率系數(shù)的溫大氣復(fù)氧速率系數(shù)的溫大氣復(fù)氧

16、速率系數(shù)大氣復(fù)氧速率系數(shù)式中：式中：024. 1;22020,2,2rTrTKKK 氧虧量氧虧量1atm，淡水，淡水。水中含鹽量，水中含鹽量，式中：式中：%000273. 000205. 00966. 00044972. 0367134. 06244.1422sSSSTSTTDO 河口河口計(jì)算溶解氧的Hyer(1971)閱歷公式(2) 光協(xié)作用復(fù)氧：光合作用產(chǎn)氧量。光合作用產(chǎn)氧量。值；值；一天中產(chǎn)氧速率的平均一天中產(chǎn)氧速率的平均式中：式中：OOPPdtd p河流中污染物的混合和衰減模型河流中污染物的混合和衰減模型BOD-DO耦合模型耦合模型污染物在河口中的混合和衰減模型污染物在河口中的混合和衰

17、減模型河口和河網(wǎng)水質(zhì)模型河口和河網(wǎng)水質(zhì)模型1. 污染物在河流中的混合污染物在河流中的混合 廢水排入水體后，最先發(fā)生的過程是混合稀廢水排入水體后，最先發(fā)生的過程是混合稀釋。對大多數(shù)難降解污染物混合稀釋是它們遷釋。對大多數(shù)難降解污染物混合稀釋是它們遷移的主要方式之一。對易降解污染物混合稀釋移的主要方式之一。對易降解污染物混合稀釋也是它們遷移的重要方式之一。水體的混合稀也是它們遷移的重要方式之一。水體的混合稀釋、分散才干，與其水體的水文特征親密相關(guān)。釋、分散才干，與其水體的水文特征親密相關(guān)。 當(dāng)廢水進(jìn)入河流后，便不斷地與河水發(fā)生混當(dāng)廢水進(jìn)入河流后，便不斷地與河水發(fā)生混合交換作用，使難降解污染物濃度沿

18、流程逐漸合交換作用，使難降解污染物濃度沿流程逐漸降低，這一過程稱為混合稀釋過程。降低，這一過程稱為混合稀釋過程。 污水排入河流的入河口稱為污水注入點(diǎn)。污水污水排入河流的入河口稱為污水注入點(diǎn)。污水注入點(diǎn)以下的河段，污染物在斷面上的濃度分注入點(diǎn)以下的河段，污染物在斷面上的濃度分布是不均勻的，靠入河口一側(cè)的岸邊濃度高，布是不均勻的，靠入河口一側(cè)的岸邊濃度高，遠(yuǎn)離排放口對岸的濃度低。隨著河水的流逝，遠(yuǎn)離排放口對岸的濃度低。隨著河水的流逝，污染物在整個(gè)斷面上的分布逐漸均勻。污染物在整個(gè)斷面上的分布逐漸均勻。 污染物濃度在整個(gè)斷面上變?yōu)榫鶆蛞恢碌臄嗝?，污染物濃度在整個(gè)斷面上變?yōu)榫鶆蛞恢碌臄嗝?，稱為水質(zhì)完全

19、混合斷面。稱為水質(zhì)完全混合斷面。 最早出現(xiàn)水質(zhì)完全混合斷面的位置稱為完全混最早出現(xiàn)水質(zhì)完全混合斷面的位置稱為完全混合點(diǎn)。合點(diǎn)。 污水注入點(diǎn)的上游稱為初始段，或背景河段；污水注入點(diǎn)的上游稱為初始段，或背景河段；污水注入點(diǎn)到完全混合點(diǎn)之間的河段稱為非均污水注入點(diǎn)到完全混合點(diǎn)之間的河段稱為非均勻混合段；勻混合段； 完全混合點(diǎn)的下游河段稱為均勻混合段。完全混合點(diǎn)的下游河段稱為均勻混合段。AauxCx1上游上游河段河段x2混合過程段混合過程段完全混合段完全混合段污水污水BaCH 設(shè)河水流量為設(shè)河水流量為Q，水質(zhì)完全混合斷面以前，水質(zhì)完全混合斷面以前，任一非均勻混合斷面上參與和廢水混合的河水任一非均勻混合

20、斷面上參與和廢水混合的河水流量為流量為Qi。把參與和廢水混合的河水流量。把參與和廢水混合的河水流量Qi與與該斷面河水流量該斷面河水流量Q的比值定義為混合系數(shù)，以的比值定義為混合系數(shù)，以表示：表示： 把參與和廢水混合的河水流量把參與和廢水混合的河水流量Qi與廢水流與廢水流量量q的比值定義為稀釋比，以的比值定義為稀釋比，以n表示：表示：iQQiQQnqq非均勻混合斷面上的污染物平均濃度計(jì)算公式：非均勻混合斷面上的污染物平均濃度計(jì)算公式：式中：式中： Q河流的流量，河流的流量，m3s；1排污口上游河流中污染物濃度，排污口上游河流中污染物濃度，mgL； q排人河流的廢水流量，排人河流的廢水流量，m3s

21、；2廢水中的污染物濃度，廢水中的污染物濃度，mgL。在水質(zhì)完全混合斷面以下的任一斷面的在水質(zhì)完全混合斷面以下的任一斷面的、n和和i均為常數(shù)。均為常數(shù)。1212iiiQqQqQqQq12iQqQq 當(dāng)廢水在岸邊排入河流時(shí)，廢水靠岸邊向下當(dāng)廢水在岸邊排入河流時(shí)，廢水靠岸邊向下游流去，經(jīng)過相當(dāng)長的間隔才干到達(dá)完全混合。游流去，經(jīng)過相當(dāng)長的間隔才干到達(dá)完全混合。 在非均勻混合段的廢水排入一側(cè)的岸邊構(gòu)成一在非均勻混合段的廢水排入一側(cè)的岸邊構(gòu)成一個(gè)污染帶。個(gè)污染帶。 當(dāng)完全混合間隔當(dāng)完全混合間隔Ln無實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，可參考無實(shí)測數(shù)據(jù)時(shí)，可參考下表確定。表中列舉出了許多河流在岸邊集中下表確定。表中列舉出了許多河

22、流在岸邊集中排入廢水時(shí)，污水與河水到達(dá)完全混合所需的排入廢水時(shí)，污水與河水到達(dá)完全混合所需的時(shí)間。從下表中查取所需時(shí)間與河水實(shí)踐流速時(shí)間。從下表中查取所需時(shí)間與河水實(shí)踐流速的乘積為完全混合間隔。的乘積為完全混合間隔。2. 污染物質(zhì)在河流中的分散污染物質(zhì)在河流中的分散 污染物質(zhì)在河流中的遷移總起來可分污染物質(zhì)在河流中的遷移總起來可分為兩類，即推流和分散。推流也稱平流、為兩類，即推流和分散。推流也稱平流、隨流輸移。推流是指污染物質(zhì)隨水質(zhì)點(diǎn)的隨流輸移。推流是指污染物質(zhì)隨水質(zhì)點(diǎn)的流動一同移到新的位置。分散可分為分子流動一同移到新的位置。分散可分為分子分散、湍流分散、剪切流離散彌散和分散、湍流分散、剪切

23、流離散彌散和對流分散。對流分散。 (1) 分子分散 分子分散是指物質(zhì)分子的隨機(jī)運(yùn)動即布朗運(yùn)動而引起的物質(zhì)遷移或分散景象。當(dāng)水體中污染物質(zhì)濃度分布不均勻時(shí)，污染物質(zhì)將會從濃度高的地方向濃度低的地方挪動。分子分散過程服從費(fèi)克第一定律。xEJMx 即以分散方式經(jīng)過單位截面積的質(zhì)量流量與分散物即以分散方式經(jīng)過單位截面積的質(zhì)量流量與分散物質(zhì)的濃度梯度成正比。質(zhì)的濃度梯度成正比。 分子分散系數(shù)普通很小。分子分散引起的物質(zhì)遷移分子分散系數(shù)普通很小。分子分散引起的物質(zhì)遷移與其它要素引起物質(zhì)遷移相比，分子分散在水環(huán)境影與其它要素引起物質(zhì)遷移相比，分子分散在水環(huán)境影響評價(jià)中往往被忽略。響評價(jià)中往往被忽略。 (2)

24、 湍流分散湍流分散 當(dāng)河流做湍流運(yùn)動時(shí)，隨機(jī)的湍流作用引當(dāng)河流做湍流運(yùn)動時(shí)，隨機(jī)的湍流作用引起污染物的分散，稱為湍流分散。起污染物的分散，稱為湍流分散。 湍流分散所引起的污染物質(zhì)量通量與濃度湍流分散所引起的污染物質(zhì)量通量與濃度梯度成正比。湍流分散系數(shù)比分子分散系數(shù)大梯度成正比。湍流分散系數(shù)比分子分散系數(shù)大78個(gè)數(shù)量級。因此，在河流中污染物的遷移個(gè)數(shù)量級。因此，在河流中污染物的遷移是以湍流為主的。是以湍流為主的。xEIxx (3) 剪切流離散剪切流離散 當(dāng)垂直于流動方向的當(dāng)垂直于流動方向的橫斷面上流速分布不均勻橫斷面上流速分布不均勻或者說有流速梯度存在的或者說有流速梯度存在的流動稱為剪切流。剪切

25、流流動稱為剪切流。剪切流離散又稱彌散，它是由于離散又稱彌散，它是由于橫斷面上各點(diǎn)的實(shí)踐流速橫斷面上各點(diǎn)的實(shí)踐流速不等而引起的。不等而引起的。 剪切流離散同樣可以剪切流離散同樣可以類比分子分散，其引起的類比分子分散，其引起的質(zhì)量通量可用下式表示：質(zhì)量通量可用下式表示： 式中式中 ：Dx剪切流剪切流離散系數(shù)，或稱彌漫系數(shù)，離散系數(shù)，或稱彌漫系數(shù)，m2s。xDJxx (4) 對流分散對流分散 對流分散指由于溫度差或密度分層不穩(wěn)定對流分散指由于溫度差或密度分層不穩(wěn)定性面引起的鉛直方向?qū)α鬟\(yùn)動所伴隨的污染物性面引起的鉛直方向?qū)α鬟\(yùn)動所伴隨的污染物遷移。遷移。 在自然界的水體中，各種方式分散經(jīng)常交在自然界

26、的水體中，各種方式分散經(jīng)常交錯(cuò)在一同發(fā)生，除上述污染物幾種主要遷移方錯(cuò)在一同發(fā)生，除上述污染物幾種主要遷移方式以外，還存在著沖刷、淤積和懸浮等多種方式以外，還存在著沖刷、淤積和懸浮等多種方式。除分子分散外，一切各種遷移方式都和水式。除分子分散外，一切各種遷移方式都和水體流動特性有親密聯(lián)絡(luò)，因此，要研討物質(zhì)的體流動特性有親密聯(lián)絡(luò)，因此，要研討物質(zhì)的分散輸移規(guī)律應(yīng)和研討水體的流動特性緊緊聯(lián)分散輸移規(guī)律應(yīng)和研討水體的流動特性緊緊聯(lián)絡(luò)在一同。絡(luò)在一同。 (5) 移流分散方程移流分散方程 從流動的水體中，取一微分六面體。從流動的水體中，取一微分六面體。按照物質(zhì)守恒原理，從微分六面體按照物質(zhì)守恒原理，從微

27、分六面體流進(jìn)與流出的污染物質(zhì)量流進(jìn)與流出的污染物質(zhì)量之差該當(dāng)?shù)扔谕瑫r(shí)段內(nèi)微之差該當(dāng)?shù)扔谕瑫r(shí)段內(nèi)微分六面體內(nèi)質(zhì)量的增量，分六面體內(nèi)質(zhì)量的增量，從而導(dǎo)出三維的移流分散從而導(dǎo)出三維的移流分散方程為：方程為：對于二維問題，移流分散方程為：對于二維問題，移流分散方程為：xyuvwtxyzEEsxxyyzzxyuvtxyEEsxxyy對于一維問題，移流分散方程為：對于一維問題，移流分散方程為： 根本模型的求解因環(huán)境問題的復(fù)雜，往往求解根本模型的求解因環(huán)境問題的復(fù)雜，往往求解起來很困難，通常是利用有限差分法和有限元起來很困難，通常是利用有限差分法和有限元法求其數(shù)值解。法求其數(shù)值解。xuEstxxx 運(yùn)用水質(zhì)

28、模型預(yù)測河流水質(zhì)時(shí)，常假設(shè)該運(yùn)用水質(zhì)模型預(yù)測河流水質(zhì)時(shí)，常假設(shè)該河段內(nèi)無支流，在預(yù)測時(shí)期內(nèi)河段的水力條件河段內(nèi)無支流，在預(yù)測時(shí)期內(nèi)河段的水力條件是穩(wěn)態(tài)的和只在河流的起點(diǎn)有恒定濃度和流量是穩(wěn)態(tài)的和只在河流的起點(diǎn)有恒定濃度和流量的廢水或污染物排入。的廢水或污染物排入。 假設(shè)在河段內(nèi)有支流匯入，而且沿河有多假設(shè)在河段內(nèi)有支流匯入，而且沿河有多個(gè)污染源，這時(shí)應(yīng)將河流劃分為多個(gè)河段采用個(gè)污染源，這時(shí)應(yīng)將河流劃分為多個(gè)河段采用多河段模型。多河段模型。(1) (1) 河流水質(zhì)模型的定義及分類河流水質(zhì)模型的定義及分類定義：河流水質(zhì)模型是描畫水體中污染物隨定義：河流水質(zhì)模型是描畫水體中污染物隨時(shí)間和空間遷移轉(zhuǎn)化

29、規(guī)律的數(shù)學(xué)方程。時(shí)間和空間遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的數(shù)學(xué)方程。分類：分類：按時(shí)間特性分：分為動態(tài)模型和靜態(tài)模型。按時(shí)間特性分：分為動態(tài)模型和靜態(tài)模型。 描寫水體中水質(zhì)組分的濃度隨時(shí)間變化描寫水體中水質(zhì)組分的濃度隨時(shí)間變化的水質(zhì)模型稱為動態(tài)模型。的水質(zhì)模型稱為動態(tài)模型。 描畫水體中水質(zhì)組分的濃度不隨時(shí)間變描畫水體中水質(zhì)組分的濃度不隨時(shí)間變化的水質(zhì)模型稱為靜態(tài)模型?；乃|(zhì)模型稱為靜態(tài)模型。按水質(zhì)模型的空間維數(shù)分：分為零維、一維、二維、按水質(zhì)模型的空間維數(shù)分：分為零維、一維、二維、三維水質(zhì)模型。三維水質(zhì)模型。 當(dāng)把所調(diào)查的水體看成是一個(gè)完全混合反響器時(shí)，當(dāng)把所調(diào)查的水體看成是一個(gè)完全混合反響器時(shí)，即水體中水質(zhì)

30、組分的濃度是均勻分布的，描畫這種情即水體中水質(zhì)組分的濃度是均勻分布的，描畫這種情況的水質(zhì)模型稱為零維的水質(zhì)模型。況的水質(zhì)模型稱為零維的水質(zhì)模型。 描畫水質(zhì)組分的遷移變化在一個(gè)方向上是重要的，描畫水質(zhì)組分的遷移變化在一個(gè)方向上是重要的，另外兩個(gè)方向上是均勻分布的，這種水質(zhì)模型稱為一另外兩個(gè)方向上是均勻分布的，這種水質(zhì)模型稱為一維水質(zhì)模型。維水質(zhì)模型。 描畫水質(zhì)組分的遷移變化在兩個(gè)方向上是重要的，描畫水質(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)模型稱為兩維水質(zhì)模型。為兩維水質(zhì)模型。 描畫水質(zhì)組分遷移變化在三個(gè)方向進(jìn)展

31、的水質(zhì)模描畫水質(zhì)組分遷移變化在三個(gè)方向進(jìn)展的水質(zhì)模型稱為三維水質(zhì)模型。型稱為三維水質(zhì)模型。按描畫水質(zhì)組分的多少分：分為單一組分和按描畫水質(zhì)組分的多少分：分為單一組分和多組分的水質(zhì)模型。多組分的水質(zhì)模型。 水體中某一組分的遷移轉(zhuǎn)化與其它組分水體中某一組分的遷移轉(zhuǎn)化與其它組分沒有關(guān)系，描畫這種組分遷移轉(zhuǎn)化的水質(zhì)模型沒有關(guān)系，描畫這種組分遷移轉(zhuǎn)化的水質(zhì)模型稱為單一組分的水質(zhì)模型。稱為單一組分的水質(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)絡(luò)、相互或幾個(gè)組分的遷移轉(zhuǎn)化是相互聯(lián)絡(luò)、相互影響的，描畫這種情況的水質(zhì)模型稱為多組分影響的，描畫這種情況的

32、水質(zhì)模型稱為多組分的水質(zhì)模型。的水質(zhì)模型。按水體的類型可分為：河流水質(zhì)模型、河口按水體的類型可分為：河流水質(zhì)模型、河口水質(zhì)模型受潮汐影響、湖泊水質(zhì)模型、水水質(zhì)模型受潮汐影響、湖泊水質(zhì)模型、水庫水質(zhì)模型和海灣水質(zhì)模型等。河流、河口水庫水質(zhì)模型和海灣水質(zhì)模型等。河流、河口水質(zhì)模型比較成熟，湖、海灣水質(zhì)模型比較復(fù)雜，質(zhì)模型比較成熟，湖、海灣水質(zhì)模型比較復(fù)雜，可靠性小?？煽啃孕　０此|(zhì)組分可分為：耗氧有機(jī)物模型按水質(zhì)組分可分為：耗氧有機(jī)物模型BODDO模型模型 ，無機(jī)鹽、懸浮物、放射，無機(jī)鹽、懸浮物、放射性物質(zhì)等性物質(zhì)等單一組分的水質(zhì)模型，難降解有機(jī)物水質(zhì)模單一組分的水質(zhì)模型，難降解有機(jī)物水質(zhì)模型，重

33、金屬遷移轉(zhuǎn)化水質(zhì)模型。型，重金屬遷移轉(zhuǎn)化水質(zhì)模型。 水質(zhì)模型的選擇：選擇水質(zhì)模型必需對所研討水質(zhì)模型的選擇：選擇水質(zhì)模型必需對所研討的水質(zhì)組分的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律有清楚地了解。由于水的水質(zhì)組分的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律有清楚地了解。由于水質(zhì)質(zhì)組分的遷移組分的遷移(分散和平流分散和平流)取決于水體的水文特性和水取決于水體的水文特性和水動力學(xué)特性。在流動的河流中，平流遷移往往占主動力學(xué)特性。在流動的河流中，平流遷移往往占主導(dǎo)導(dǎo)位置，對某些組分可以忽略分散項(xiàng)；在受潮汐影響位置，對某些組分可以忽略分散項(xiàng)；在受潮汐影響的的河口中，分散是主導(dǎo)的遷移景象，分散項(xiàng)必需思索河口中，分散是主導(dǎo)的遷移景象，分散項(xiàng)必需思索而而不能忽略

34、。對這兩者選擇的模型就不應(yīng)一樣。對河不能忽略。對這兩者選擇的模型就不應(yīng)一樣。對河床床規(guī)整，斷面不變，污染物排入量不變的水體，可選規(guī)整，斷面不變，污染物排入量不變的水體，可選用用靜態(tài)模型。為了減少模型的復(fù)雜性和減少所需的資靜態(tài)模型。為了減少模型的復(fù)雜性和減少所需的資料，對河流系統(tǒng)的水質(zhì)模型往往選用靜態(tài)的。料，對河流系統(tǒng)的水質(zhì)模型往往選用靜態(tài)的。 選擇的水質(zhì)模型必需反映所研討的水質(zhì)組分，選擇的水質(zhì)模型必需反映所研討的水質(zhì)組分，運(yùn)用條件和現(xiàn)實(shí)條件接近。運(yùn)用條件和現(xiàn)實(shí)條件接近。(2) 污染物在均勻流場中的分散水質(zhì)模型污染物在均勻流場中的分散水質(zhì)模型 進(jìn)入環(huán)境的污染物可以分為兩大類：守恒進(jìn)入環(huán)境的污染物

35、可以分為兩大類：守恒污染物惰性污染物和非守恒污染物。污染物惰性污染物和非守恒污染物。守恒污染物：污染物進(jìn)入環(huán)境以后，隨著介質(zhì)守恒污染物：污染物進(jìn)入環(huán)境以后，隨著介質(zhì)的運(yùn)動不斷地變換所處的空間位置，還由于分的運(yùn)動不斷地變換所處的空間位置，還由于分散作用不斷向周圍分散而降低其初始濃度，但散作用不斷向周圍分散而降低其初始濃度，但它不會因此而改動總量，不發(fā)生衰減。這種污它不會因此而改動總量，不發(fā)生衰減。這種污染物稱為守恒污染物。如重金屬、很多高分子染物稱為守恒污染物。如重金屬、很多高分子有機(jī)化合物等。有機(jī)化合物等。非守恒污染物：污染物進(jìn)入環(huán)境以后，除了隨非守恒污染物：污染物進(jìn)入環(huán)境以后，除了隨著環(huán)境介

36、質(zhì)流動而改動位置，并不斷分散而降著環(huán)境介質(zhì)流動而改動位置，并不斷分散而降低濃度外，還因本身的衰減而加速濃度的下降。低濃度外，還因本身的衰減而加速濃度的下降。這種污染物稱為非守恒污染物。這種污染物稱為非守恒污染物。非守恒物質(zhì)的衰減有兩種方式：一種是由其本非守恒物質(zhì)的衰減有兩種方式：一種是由其本身的運(yùn)動變化規(guī)律決議的；如放射性物質(zhì)的蛻身的運(yùn)動變化規(guī)律決議的；如放射性物質(zhì)的蛻變；另一種是在環(huán)境要素的作用下，由于化學(xué)變；另一種是在環(huán)境要素的作用下，由于化學(xué)的或生物化學(xué)的反響而不斷衰減的，如可生化的或生物化學(xué)的反響而不斷衰減的，如可生化降解的有機(jī)物在水體中微生物作用下的氧化分降解的有機(jī)物在水體中微生物作

37、用下的氧化分解過程。解過程。守恒污染物在均勻流場中的分散方程守恒污染物在均勻流場中的分散方程 對于守恒污染物在運(yùn)動過程中不發(fā)生衰減。對于守恒污染物在運(yùn)動過程中不發(fā)生衰減。在均勻流場中，流速應(yīng)為常數(shù)，分散參數(shù)也應(yīng)在均勻流場中，流速應(yīng)為常數(shù)，分散參數(shù)也應(yīng)為常數(shù)。因此，移流分散方程式有以下方式：為常數(shù)。因此，移流分散方程式有以下方式：二維空間分散方程式為：二維空間分散方程式為：一維空間分散方程式為：一維空間分散方程式為：分散方程的解分散方程的解對于瞬時(shí)點(diǎn)源，守恒污染物在均勻無限大流場對于瞬時(shí)點(diǎn)源，守恒污染物在均勻無限大流場中，污染物濃度呈高斯分布。假設(shè)設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)中，污染物濃度呈高斯分布。假設(shè)設(shè)坐標(biāo)原

38、點(diǎn)在污染物排放點(diǎn)，那么有：在污染物排放點(diǎn)，那么有：二維分散方程的解：二維分散方程的解：22dEdtx22exp44xutyMEtEt一維分散方程的解為：一維分散方程的解為：對于守恒污染物，實(shí)踐運(yùn)用中，在不需求思索對于守恒污染物，實(shí)踐運(yùn)用中，在不需求思索其橫向均勻混合時(shí)間的情況下，通常假設(shè)其可其橫向均勻混合時(shí)間的情況下，通常假設(shè)其可以瞬間混合終了，而采用完全混合公式來計(jì)算以瞬間混合終了，而采用完全混合公式來計(jì)算河流斷面的污染物濃度。河流斷面的污染物濃度。2()exp44MxutEtEt 對非守恒污染物，在河流的流量和其他水文對非守恒污染物，在河流的流量和其他水文條件不變的穩(wěn)態(tài)條件下，可以采用一維

39、模型進(jìn)條件不變的穩(wěn)態(tài)條件下，可以采用一維模型進(jìn)展污染物濃度預(yù)測。展污染物濃度預(yù)測。220 xxEuKxx 對于非耐久性或可降解污染物，假設(shè)給定對于非耐久性或可降解污染物，假設(shè)給定x x0 0，00，上式解為：，上式解為： 對于普通條件下的河流，推流構(gòu)成的污染物遷移作對于普通條件下的河流，推流構(gòu)成的污染物遷移作用要比彌散作用大得多，在穩(wěn)態(tài)條件下，彌散作用用要比彌散作用大得多，在穩(wěn)態(tài)條件下，彌散作用可以忽略，那么有：可以忽略，那么有：式中：式中： ux ux河流的平均流速，河流的平均流速，m md d或或m ms s；ExEx廢水與河水的縱向混合系數(shù)，廢水與河水的縱向混合系數(shù)，m2m2d d或或m

40、2m2s s； K K污染物的衰減系數(shù)，污染物的衰減系數(shù)，1 1d d或或1 1s s； x x河水河水( (從排放口從排放口) )向下游流經(jīng)的間隔，向下游流經(jīng)的間隔，m m。04exp112xxxxu xKEEu xuKx0 NoImage例例1 一個(gè)改擴(kuò)建工程擬向河流排放廢水，廢水一個(gè)改擴(kuò)建工程擬向河流排放廢水，廢水量量q0.15m3s，苯酚濃度為，苯酚濃度為30gL，河流流，河流流量量Q5.5m3s，流速，流速u0.3ms，苯酚背景濃，苯酚背景濃度為度為 0.5 g L，苯酚的降解衰減系數(shù)，苯酚的降解衰減系數(shù)K0.2d-1，縱向彌散系數(shù)，縱向彌散系數(shù)Ex10m2s。求排放點(diǎn)。求排放點(diǎn)下游

41、下游10km處的苯酚濃度。處的苯酚濃度。解解 計(jì)算起始點(diǎn)處完全混合后的初始濃度：計(jì)算起始點(diǎn)處完全混合后的初始濃度：(1) 思索縱向彌散條件下的下游思索縱向彌散條件下的下游10km處的濃度：處的濃度：00.15305.50.51.28/5.50.15g L24 0.2/86400 100.3 100001.28 exp111.19/2 100.3g L2忽略縱向彌散時(shí)的下游忽略縱向彌散時(shí)的下游10km處的濃度：處的濃度： 0.2 100001.281.19/0.3 86400g L 由此看出，在穩(wěn)態(tài)條件下，忽略縱向彌散由此看出，在穩(wěn)態(tài)條件下，忽略縱向彌散系數(shù)與思索縱向彌散系數(shù)的差別可以忽略。系數(shù)

42、與思索縱向彌散系數(shù)的差別可以忽略。 對水面寬闊的河流受納污對水面寬闊的河流受納污(廢廢)水后的混合過水后的混合過程和污染物的衰減可用二維模型預(yù)測；對于水程和污染物的衰減可用二維模型預(yù)測；對于水面又寬又深和流態(tài)復(fù)雜的河流水質(zhì)預(yù)測宜采用面又寬又深和流態(tài)復(fù)雜的河流水質(zhì)預(yù)測宜采用三維模型。三維模型。 (3) 污染物與河水完全混合所需間隔污染物與河水完全混合所需間隔 污染物從排污口排出后要與河水完全混合污染物從排污口排出后要與河水完全混合需一定的縱向間隔，這段間隔稱為混合過程段。需一定的縱向間隔，這段間隔稱為混合過程段。 當(dāng)某一斷面上恣意點(diǎn)的濃度與斷面平均濃當(dāng)某一斷面上恣意點(diǎn)的濃度與斷面平均濃度之比介于

43、度之比介于0.95 至至1.05 之間時(shí)，稱該斷面已到之間時(shí)，稱該斷面已到達(dá)橫向混合，由排放點(diǎn)至完成橫向斷面混合的達(dá)橫向混合，由排放點(diǎn)至完成橫向斷面混合的間隔稱為完成橫向混合所需的間隔。間隔稱為完成橫向混合所需的間隔。 當(dāng)采用河中心排放時(shí)所需的完成橫向混合當(dāng)采用河中心排放時(shí)所需的完成橫向混合的間隔為：的間隔為：在岸邊上排時(shí)：在岸邊上排時(shí)：20.1xyu BxE20.4xyu BxE二、二、BODDO耦合模型耦合模型 河水中溶解氧濃度河水中溶解氧濃度 (DO)是決議水質(zhì)是決議水質(zhì)干凈程度的重要參數(shù)之一，而排入河流的干凈程度的重要參數(shù)之一，而排入河流的 BOD在衰減過程中將不斷耗費(fèi)在衰減過程中將不

44、斷耗費(fèi)DO，與此，與此同時(shí)空氣中的氧氣又不斷溶解到河水中。同時(shí)空氣中的氧氣又不斷溶解到河水中。 描畫一維河流中描畫一維河流中BOD 和和DO消長變化消長變化規(guī)律的模型規(guī)律的模型(SP模型模型)。建立。建立SP模型的模型的根本假設(shè)如下：根本假設(shè)如下：河流中的河流中的BOD的衰減和溶解氧的復(fù)氧都的衰減和溶解氧的復(fù)氧都是一級反響；是一級反響；反響速度是定常的；反響速度是定常的；河流中的耗氧是由河流中的耗氧是由BOD衰減引起的，而衰減引起的，而河流中的溶解氧來源那么是大氣復(fù)氧。河流中的溶解氧來源那么是大氣復(fù)氧。S P方程：方程：臨界氧虧發(fā)生的時(shí)間：臨界氧虧發(fā)生的時(shí)間： 該方程是運(yùn)用最廣的河流水質(zhì)中該方

45、程是運(yùn)用最廣的河流水質(zhì)中BODDO預(yù)測模型。預(yù)測模型。01220121ssDODODBODK tK tK tDODKeeeKK0021221111ln1DcBODKKKtKKKKSP模型的修正模型：模型的修正模型： SP模型的假設(shè)是不模型的假設(shè)是不完全符合實(shí)踐的。為了計(jì)算河流水質(zhì)的某些特完全符合實(shí)踐的。為了計(jì)算河流水質(zhì)的某些特殊問題，人們在殊問題，人們在 SP 模型的根底上附加了一些模型的根底上附加了一些新的假設(shè)，推導(dǎo)出了一些新的模型。新的假設(shè)，推導(dǎo)出了一些新的模型。托馬斯托馬斯(Thomas)模型模型 對一維靜態(tài)河流，在對一維靜態(tài)河流，在SP模型的根底上，模型的根底上，為了思索沉淀、絮凝、沖

46、刷和再懸浮過程對為了思索沉淀、絮凝、沖刷和再懸浮過程對BOD去除的影響，引入了去除的影響，引入了BOD沉浮系數(shù)沉浮系數(shù)k3，BOD變化速度為變化速度為k3L。由以下的根本方程組。由以下的根本方程組(忽忽略分散項(xiàng)略分散項(xiàng))：解得：解得：1300132201132ekktBODBODBODkktk tk tDDkeeekkk1312BODBODDBODDdkkdtdkkdt 方程組：方程組：。和和處河水的處河水的求該河段求該河段。，溶解氧為，溶解氧為為為上游河水上游河水，溶解氧為，溶解氧為為為的廢水，的廢水，河段始端排放河段始端排放。，水溫，水溫流速流速，例題：某河段流量例題：某河段流量DOBOD

47、kmxLmgBODLmgBODdmQdkdkdkCTdkmudmQx555341131211346/95. 800/500/101017. 082. 194. 06 .13/46/10216 LmgTCLmgLmgDOBODSDODOBOD/354.106 .136 .314686 .314686 .13/554. 81021601095. 8216/124.2210216500100216005 下飽和溶解氧下飽和溶解氧為為和和的的解：河段始端混合河水解：河段始端混合河水LmgeeekkkkLmgeeBODxxuxKDvxkvxkkBODsDODsDODOuxkkBODBOD/64. 6)2

48、(/01.20124.22)1(/)(2310146/6)17. 094. 0(/)(052023131 河水的溶解氧為河水的溶解氧為為為河水的河水的三、污染物在河口中的混合和衰減模型三、污染物在河口中的混合和衰減模型 入海河口受海洋潮汐和上游河流來水雙重入海河口受海洋潮汐和上游河流來水雙重作用。海潮上溯與上游下泄的水流相匯構(gòu)成劇作用。海潮上溯與上游下泄的水流相匯構(gòu)成劇烈的混協(xié)作用。烈的混協(xié)作用。 普通污染比較嚴(yán)重的河口都是工業(yè)集中的普通污染比較嚴(yán)重的河口都是工業(yè)集中的城市或水陸交通樞紐。在無組織排放的條件下，城市或水陸交通樞紐。在無組織排放的條件下，河口將受納許多排放口廢水。在通航的河口，河

49、口將受納許多排放口廢水。在通航的河口，其寬度普通都較大，也比較深，污染物要完成其寬度普通都較大，也比較深，污染物要完成橫向混合仍需求經(jīng)過較長的間隔。橫向混合仍需求經(jīng)過較長的間隔。 當(dāng)只需了解污染物在一個(gè)潮汐周期內(nèi)的平當(dāng)只需了解污染物在一個(gè)潮汐周期內(nèi)的平均濃度時(shí)，可以采用本節(jié)中引見的河流相應(yīng)情均濃度時(shí)，可以采用本節(jié)中引見的河流相應(yīng)情況的模型，其混合系數(shù)況的模型，其混合系數(shù)Ey可以采用式可以采用式(467)的的泰勒公式。泰勒公式。 假設(shè)要求污染物與河口水混合過程中濃度假設(shè)要求污染物與河口水混合過程中濃度隨時(shí)間變化情況，那么應(yīng)采用二維動態(tài)混合數(shù)隨時(shí)間變化情況，那么應(yīng)采用二維動態(tài)混合數(shù)值模型預(yù)測：首先

50、經(jīng)過實(shí)測得到斷面上各測點(diǎn)值模型預(yù)測：首先經(jīng)過實(shí)測得到斷面上各測點(diǎn)流速與斷面平均流速的相關(guān)關(guān)系，同時(shí)用一維流速與斷面平均流速的相關(guān)關(guān)系，同時(shí)用一維非恒定流方程數(shù)值模型計(jì)算出沿程各斷面平均非恒定流方程數(shù)值模型計(jì)算出沿程各斷面平均流速，這樣就可得到河口的流場分布。流速，這樣就可得到河口的流場分布。二維動態(tài)混合物數(shù)值模型的微分方程見式：二維動態(tài)混合物數(shù)值模型的微分方程見式：2222xyxyuuEEKtxyxy四、河口和河網(wǎng)水質(zhì)模型四、河口和河網(wǎng)水質(zhì)模型 河口是入海河流受潮汐作用影響明河口是入海河流受潮汐作用影響明顯的河段。顯的河段。潮汐對河口水質(zhì)的雙重影響：潮汐對河口水質(zhì)的雙重影響：上游下泄的水流相匯

51、，構(gòu)成劇烈的上游下泄的水流相匯，構(gòu)成劇烈的混協(xié)作用，使污染物的分布趨于均勻；混協(xié)作用，使污染物的分布趨于均勻；由于潮流的頂托作用，延伸了污染由于潮流的頂托作用，延伸了污染物在河口的停留時(shí)間，有機(jī)物的降解物在河口的停留時(shí)間，有機(jī)物的降解會進(jìn)一步耗費(fèi)水中的溶解氧，使水質(zhì)會進(jìn)一步耗費(fèi)水中的溶解氧，使水質(zhì)下降。下降。此外，潮汐也使河口的含鹽量添加。此外，潮汐也使河口的含鹽量添加。 河口模型比河流模型復(fù)雜，求解也比較困河口模型比河流模型復(fù)雜，求解也比較困難。對河口水質(zhì)有艱苦影響的評價(jià)工程，需求難。對河口水質(zhì)有艱苦影響的評價(jià)工程，需求預(yù)測污染物濃度隨時(shí)間的變化。這時(shí)應(yīng)采用水預(yù)測污染物濃度隨時(shí)間的變化。這時(shí)

52、應(yīng)采用水力學(xué)中的非恒定流的數(shù)值模型，以差分法計(jì)算力學(xué)中的非恒定流的數(shù)值模型，以差分法計(jì)算流場，再采用動態(tài)水質(zhì)模型，預(yù)測河口恣意時(shí)流場，再采用動態(tài)水質(zhì)模型，預(yù)測河口恣意時(shí)刻的水質(zhì)。當(dāng)排放口的廢水能在斷面上與河水刻的水質(zhì)。當(dāng)排放口的廢水能在斷面上與河水迅速充分混合，那么也可用一維非恒定流數(shù)值迅速充分混合，那么也可用一維非恒定流數(shù)值模模型計(jì)算流場，再用一維動態(tài)水質(zhì)模型預(yù)測恣意型計(jì)算流場，再用一維動態(tài)水質(zhì)模型預(yù)測恣意時(shí)辰的水質(zhì)。對河口水質(zhì)有艱苦影響，但只需時(shí)辰的水質(zhì)。對河口水質(zhì)有艱苦影響，但只需預(yù)測污染物在一個(gè)潮汐周期內(nèi)的平均濃度，這預(yù)測污染物在一個(gè)潮汐周期內(nèi)的平均濃度，這時(shí)可以用一維潮周平均模型預(yù)測

53、。時(shí)可以用一維潮周平均模型預(yù)測。 一維潮周平均河口水質(zhì)模型如下：一維潮周平均河口水質(zhì)模型如下：式中：式中：r污染物的衰減速率，污染物的衰減速率，g/(m3.d)； s系統(tǒng)外輸入污染物的速率，系統(tǒng)外輸入污染物的速率，g/(m3.d)； ux不思索潮汐作用，由上游來水不思索潮汐作用，由上游來水(凈泄凈泄量量)產(chǎn)生的流速，產(chǎn)生的流速，m/s。假定假定s0和和rK1，對排放點(diǎn)上游對排放點(diǎn)上游x0對排放點(diǎn)下游對排放點(diǎn)下游x 00 xxdddEursdxdxdx 2104112expxxxxuEKExu 2104112expxxxxuEKExu 21041xxuEKQW 第三節(jié)第三節(jié) 湖泊湖泊(水庫水庫)

54、水質(zhì)數(shù)學(xué)模型水質(zhì)數(shù)學(xué)模型 湖泊水庫水流形狀分為前進(jìn)和振動兩類。湖泊水庫水流形狀分為前進(jìn)和振動兩類。前者指湖流和混協(xié)作用，后者指動搖和波漾。前者指湖流和混協(xié)作用，后者指動搖和波漾。 (1)湖流：指湖水在水力坡度、密度梯度和風(fēng)湖流：指湖水在水力坡度、密度梯度和風(fēng)力等作用下產(chǎn)生沿一定方向的緩慢流動。湖流經(jīng)力等作用下產(chǎn)生沿一定方向的緩慢流動。湖流經(jīng)常呈程度環(huán)狀運(yùn)動多出如今湖水較淺的場所常呈程度環(huán)狀運(yùn)動多出如今湖水較淺的場所和垂直環(huán)狀運(yùn)動和垂直環(huán)狀運(yùn)動(湖水較深時(shí)湖水較深時(shí))。 (2)混合：指在風(fēng)力和水力坡度作用下產(chǎn)生的混合：指在風(fēng)力和水力坡度作用下產(chǎn)生的湍流混合和由湖水密度差引起的對流混協(xié)作用。湍流混

55、合和由湖水密度差引起的對流混協(xié)作用。 (3)動搖：主要由風(fēng)引起的，又稱風(fēng)浪。動搖：主要由風(fēng)引起的，又稱風(fēng)浪。 (4)波漾：是在復(fù)雜的外力作用下，湖中水位波漾：是在復(fù)雜的外力作用下，湖中水位有節(jié)拍的升降變化。有節(jié)拍的升降變化。 湖泊湖泊(水庫水庫)的水質(zhì)特征：的水質(zhì)特征：水的停留時(shí)間較長可達(dá)數(shù)月至數(shù)年，屬于水的停留時(shí)間較長可達(dá)數(shù)月至數(shù)年，屬于緩流水域，其中的化學(xué)和生物學(xué)過程堅(jiān)持一個(gè)比緩流水域，其中的化學(xué)和生物學(xué)過程堅(jiān)持一個(gè)比較穩(wěn)定的形狀。較穩(wěn)定的形狀。進(jìn)入湖泊和水庫中的營養(yǎng)物質(zhì)在其中容易不斷進(jìn)入湖泊和水庫中的營養(yǎng)物質(zhì)在其中容易不斷積累，致使水質(zhì)發(fā)生富營養(yǎng)化。積累，致使水質(zhì)發(fā)生富營養(yǎng)化。在水深較大

56、的湖、庫中，水溫暖水質(zhì)是豎向分在水深較大的湖、庫中，水溫暖水質(zhì)是豎向分層的。層的。 湖泊水質(zhì)模型分為描畫湖、庫營養(yǎng)情況的箱湖泊水質(zhì)模型分為描畫湖、庫營養(yǎng)情況的箱式模型、分層箱式模型和描畫溫度與水質(zhì)豎向分式模型、分層箱式模型和描畫溫度與水質(zhì)豎向分布的分層模型。布的分層模型。一、完全混合模型一、完全混合模型 完全混合模型屬箱式模型，也稱沃蘭偉德完全混合模型屬箱式模型，也稱沃蘭偉德(Vollenwelder)模型。模型。 對于停留時(shí)間很長、水質(zhì)根本處于穩(wěn)定形狀對于停留時(shí)間很長、水質(zhì)根本處于穩(wěn)定形狀的中小型湖泊和水庫，可以簡化為一個(gè)均勻混合的中小型湖泊和水庫，可以簡化為一個(gè)均勻混合的水體。沃蘭偉德假定

57、，湖泊中某種營養(yǎng)物的濃的水體。沃蘭偉德假定，湖泊中某種營養(yǎng)物的濃度隨時(shí)間的變化率，是輸入、輸出和在湖泊內(nèi)堆度隨時(shí)間的變化率，是輸入、輸出和在湖泊內(nèi)堆積的該種營養(yǎng)物量的函數(shù)，可以用質(zhì)量平衡方程積的該種營養(yǎng)物量的函數(shù)，可以用質(zhì)量平衡方程表示：表示： 1污染物污染物(營養(yǎng)物營養(yǎng)物)混合和降解模型混合和降解模型1dVWQKVdt式中：式中： V湖、庫的容積，湖、庫的容積，m3； 污染物或水質(zhì)參數(shù)的濃度，污染物或水質(zhì)參數(shù)的濃度，mgL； 污染物或水質(zhì)參數(shù)的平均排入量，污染物或水質(zhì)參數(shù)的平均排入量，mgs； t時(shí)間，時(shí)間，s； Q出入湖、庫流量，出入湖、庫流量，m3s；K1-污染物或水質(zhì)參數(shù)濃度衰減速率系

58、數(shù)污染物或水質(zhì)參數(shù)濃度衰減速率系數(shù)1s。積分上式得：積分上式得：式中：式中： W0現(xiàn)有污染物排入量，現(xiàn)有污染物排入量，mgs；W0pWWq tKVQWVKQt11exp 擬建工程廢水中污染物濃度，擬建工程廢水中污染物濃度，mgL； q廢水排放量，廢水排放量，m3s。而而 式中：式中： 湖、庫中污染物起始濃度，湖、庫中污染物起始濃度，mgL。那么：。那么：對于耐久性污染物對于耐久性污染物K10，那么：，那么：當(dāng)時(shí)間足夠長，湖、庫中污染物當(dāng)時(shí)間足夠長，湖、庫中污染物(營養(yǎng)物營養(yǎng)物)濃度到濃度到達(dá)平衡時(shí)，達(dá)平衡時(shí)， 。那么平衡時(shí)濃度為：。那么平衡時(shí)濃度為： p10WQKV0011 tttWQeeKV

59、VQV0ddteWV2求湖、庫中污染物到達(dá)一指定求湖、庫中污染物到達(dá)一指定t所需時(shí)間所需時(shí)間t。設(shè)設(shè)t/0=，那么：，那么：3無污染物輸入無污染物輸入(W0)時(shí)濃度隨時(shí)間變化為時(shí)濃度隨時(shí)間變化為 這時(shí)，可以求出污染物這時(shí)，可以求出污染物(營養(yǎng)物營養(yǎng)物)濃度到達(dá)初始濃濃度到達(dá)初始濃度之比為度之比為即即t 0 時(shí)，所需時(shí)間：時(shí)，所需時(shí)間： 1ln(1)VtQKV1(/)00Q VKttee11lnt4溶解氧模型溶解氧模型式中：式中：K2大氣復(fù)氧系數(shù)，大氣復(fù)氧系數(shù)，1/d或或1/s；DO0溶解氧起始濃度，溶解氧起始濃度，mg/L；R湖庫的生物和非生物要素耗氧總量，湖庫的生物和非生物要素耗氧總量，mg

60、/(m3.d)或或mg/(m3s)； R=rABA養(yǎng)魚密度，養(yǎng)魚密度，kg/m3； r魚類耗氧速率，魚類耗氧速率，mg/(kg.d)或或mg/(kgs)；DOs飽和溶解氧濃度，飽和溶解氧濃度，mg/L；B其他要素耗氧量，其他要素耗氧量，mg/(m3.d)或或mg/(m3s)。02sDODODODODOdQKRdtV歷式計(jì)算或借用類似水體的閱歷數(shù)歷式計(jì)算或借用類似水體的閱歷數(shù)據(jù)。據(jù)。1. 閱歷公式計(jì)算公式參見閱歷公式計(jì)算公式參見P82：4-64至至4-682. 示蹤實(shí)驗(yàn)示蹤實(shí)驗(yàn) 原理：是向水體中投放示蹤物質(zhì)，追蹤測定其濃原理：是向水體中投放示蹤物質(zhì)，追蹤測定其濃度變化，據(jù)此計(jì)算所需的各個(gè)環(huán)境水力