第四章 地表水环境影响评价

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1、第一节水体中污染物的迁移与转化第二节水环境影响预测方法第三节河流水质模型的应用第四节 水质模型的标定第五节 水质现状评价 一、水体中污染物的迁移与转化概述1.物理过程混合稀释和自然沉淀混合作用主要有下面三部分作用构成扩散(包括分子扩散和紊流扩散）移流离散分子扩散的定义：分子扩散是一种由原子或分子热运动引起的物质传输过程。或：原子或离子迁移的微观过程以及由此引起的宏观现象。 浓度场：),(tXfc 稳态扩散：单位时间内通过垂直于给定方向的单位面积的净原子数（称为通量）不随时间变化。 Fick第一定律 0dtdJ 非稳态扩散：通量J随时间而变化。 Fick 第二定律0dtdJ 在稳态扩散的条件下，

2、单位时间内通过垂直于扩散方向的单位面积的扩散物质量（通称扩散通量）与该截面处的浓度梯度成正比。 扩散通量，J，atoms/(m2s)或kg/(m2s) 扩散系数，D，m2/s； 浓度梯度， ，atoms/(m3m)或kg/(m3m) “-”号表示扩散方向为浓度梯度的反方向，即扩散由高浓度向低浓度区进行。dxdcDJmdxdc 热流，傅立叶定律， 电流，欧姆定律， 物质流，费克定律，dxdTkQdxdEIdxdcDJm 三维费克第一定律 三维费克第二定律哈尔米顿算子,kjizyxcDJm拉普拉斯算子,22222222zyxcDJtcm 流体流动引起的物质通量 浓度变化，vcJadcv, 0v)v

3、(adadaddtdccJtc不可压缩流体cDJtctctcmdifad2vJcad 湍流具有高扩散性，湍流中的扩散通量 污染物浓度的时间演化cDccJJJJmtadvvcDccJtc2)(vv 类比分子扩散，将湍流通量模式化 最后得到湍流扩散方程cDvctcDKctc2)()v(湍流扩散系数tD 由于流场速度梯度而应起的纵向混合称为离散。 层流流场有离散作用，湍流流场也有离散作用。 均可采用费克定律的形式进行模式化:xcDQL 一般情况mtLDDDKmtLDDD2.化学过程氧化-还原反应混凝沉淀-吸附3.生物作用 垂向混合区 横向混合区 纵向混合区 1.污水排入海水，污水层厚度通常为2m，污

4、水从排除口到它的前沿须行进h0855. 0lg226. 1lgQA的关系：扩散面积与排放量之间.温排水 温排水入海后不久就和水体垂直混合均匀。温排水一般只影响到浅表层24m。3.溢油 溢油动力学过程一般划分为扩展过程和漂移过程 扩展过程：在溢油的最初数十小时内，扩展过程占支配地位，这种支配地位随时间而逐渐变弱。扩展过程主要受惯性力、重力、黏性力和表面张力的控制。.溢油扩展过程分为三阶段：惯性-重力阶段；重力-黏性阶段；黏性-表面张力阶段。扩展过程的一个明显特征是它的各向异性，如在主风向上，油膜被拉长，在油膜的迎风面上形成堆积等。漂移过程是油膜在外界动力场（如风应力、油水界面切应力等）驱动下的整

5、体运动，其运动速度由三部分组成，即潮流、风海流、风浪余流，其中前两者不会因油膜的存在而发生大的变化。一、预测方法概述预测方法分为三大类：数学模拟法、物理模拟法和类比分析法。（1）数学模拟法 利用水体净化机制的数学模型预测水质的变化。（2）物理模拟法 依据相似理论，在一定的环境模型上进行水质模拟试验。（3）类比分析法 （1）污水水质、水量 （2）排污状况 分正常排放（或连续排放）和不正常排放（瞬时排放、有限时段排放）两种情况进行预测。 （3）水文条件 枯水期、丰水期及冰冻期 （4）模型参数和边界及初始条件1.正常设计条件下河流稀释混合模型（1）点源稀释混合方程 /ppphpphhc QcQQcm

6、gLQcmgLQcmgL 3 33 3式式 中中 ，完完 全全 混混 合合 的的 水水 质质 浓浓 度度 ，上上 游游 来来 水水 设设 计计 流流 量量 ， m m / /s s设设 计计 水水 质质 浓浓 度度 ，污污 水水 设设 计计 流流 量量 ， m m / /s s设设 计计 排排 水水 浓浓 度度 ， 式中，Ws沿程河段内（x=0到x=xs)非点源汇入的污染物总负荷量，kg/d；Q下游x距离处河段流量, m3/s ；Qs沿程河段内（x=0到x=xs)非点源汇入的 污染物总负荷量;xs控制河段总长度，km;x沿程距离（0 xxs), km86.4pphhsssphsc Qc QxW

7、cQxQQQQQxx 分配系数Kp的物理意义是在平衡状态下,某种物质在固液两相间的分配比例。/ppXKccXKL mg式中，溶解态浓度，mg/L式中，溶解态浓度，mg/L单位质量固体颗粒吸附的污染物量，mg/kg单位质量固体颗粒吸附的污染物量，mg/kg分配系数，分配系数， (3).考虑吸附作用 对需区分溶解态浓度的污染物，可用下式计算式中：c溶解态浓度,mg/L CT总浓度, mg/L SS悬浮固体浓度，mg/L6101SSKccpT （1）完全混合距离 在实际河流中，污染物从排污口排出后要与河水完全混合需要一定的纵向距离，这个距离称为混合长度。 当某一断面上任意点的浓度与断面平均浓度之比介

8、于0.95-1.05之间时，称该断面已达到横向混合，由排放点至完成横向断面混合的距离称为完全混合距离。 （2）混合长度的计算公式 当评价河段长度大于混合长度时，既可采用一维水质模型。当评价河段长度小于混合长度时，应采用二维水质模型。排放口距岸边距离式中，aEBuaBgHIBHBuaBLy)6 . 04 . 0()0065. 0058. 0()6 . 04 . 0( ()()LLKAcQccD AASASTxxx 在稳态（ ），忽略纵向离散作用，一级反应动力学方程-Kc, 河流无侧旁入流，河流断面面积为常数，上游来流量Qu, 上游来流水质浓度cu, 污染源排放流量Qe, 污染物排放浓度ce, 则

9、上述微分方程的解为：0t距离处的水质浓度下游距排污口沿河流方向距离河流流速，式中xcmxsmuQQQcQccuKxcceueeuu,/);/()()86400/exp(00011 012022100exp86400expexpexp864008640086400()/(),()/()pphhphpphhphxccKK cxxxDKKDKKKuuucc QC QQQBODDD QD QQQ其中，浓度其中，浓度，溶解浓度，溶解浓度1120012121ln86400KKKCDKKKKuxc临界氧亏点位置 （1）二维水质方程 顺直均匀河流。描述污染物的稳态二维对流扩散的基本方程为： 22222x222

10、yMK cM yM*u*xyKyyycccuMMSxxycxccuMxyhuhg hJ 若若 忽忽 略略 纵纵 向向 扩扩 散散 项项， 上上 式式 成成 为为 ：横横 向向 扩扩 散散 系系 数数可可 近近 似似 用用 下下 式式 估估 计计 ：横横 向向 混混 合合 无无 量量 纲纲 常常 数数 平平 均均 水水 深深 用累计流量坐标表示的二维水质方程 累计流量的定义当地垂向平均流速；河流横断面的形状系数时的累计流量；距一岸的横向距离为umyqhudymyqycyyc0)( 引入累计流量坐标qc(y)，代替直角坐标y，得相应的水质方程为：22/1/cxcccxyxxcxccccMKcmux

11、qqMmh u MmmuMK uK muccMKc uxq 式中，称为横向混合因子；式中，称为横向混合因子；河流纵向形状系数，；河流纵向形状系数，；断面平均流速。断面平均流速。设为常数，并用近似代替，则上式成为：设为常数，并用近似代替，则上式成为： （2）连续点源的河流水质模式 设定条件：河宽为B，在离岸边距离为ys处有一连续点源，源强为QeCe。河岸的反射次数。相应于式中，nQQccyQqpQqpQxMppnppnuKxcceeascssccnss;/);(/;/;/4)2(exp42exp)4(exp/2222/ 1 在岸边排放，即ys=0(ps=0)；上述方程成为：nnpuKxcc4)2