zAAA(PPT)-环境影响评价.ppt
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1、环环 境境 影影 响响 评评 价价主讲教师:陈孟林主讲教师:陈孟林第四第四 章章 地表水环境影响评价地表水环境影响评价J地表水体的污染和自净地表水体的污染和自净J河流和河口水质模型河流和河口水质模型J湖泊(水库)水质模型湖泊(水库)水质模型J水质模型的标定水质模型的标定J开发行动对地表水影响的识别开发行动对地表水影响的识别J地表水环境影响预测和评价地表水环境影响预测和评价 本本章章在在介介绍绍水水体体受受污污染染的的形形式式及及其其自自净净过过程程、水水质质模模型的基础上,论述地表水环境影响的识别、预测和评价。型的基础上,论述地表水环境影响的识别、预测和评价。41 地表水体的污染和自净地表水体
2、的污染和自净n地表水及地表水资源地表水及地表水资源4地地表表水水的的含含义义:河河流流、河河口口、湖湖泊泊(水水库库、池池塘塘)、海洋、湿地等水体的统称。海洋、湿地等水体的统称。4地表水资源:总量约为地表水资源:总量约为13.9亿亿km3,其中:海水,其中:海水97,淡水淡水3。n水体污染水体污染4水水体体污污染染的的定定义义:水水的的感感官官性性状状、物物理理化化学学性性质质、水水生生物物组组成成、底底部部沉沉积积物物的的数数量量和和组组分分等等发发生生恶恶化化,破破坏坏水水体原有功能的现象。体原有功能的现象。4点污染源:通过管道和沟渠收集排入水体的废水。点污染源:通过管道和沟渠收集排入水体
3、的废水。居住区生活污水量的计算居住区生活污水量的计算工业废水量的估算工业废水量的估算4非非点点污污染染源源(面面源源):分分散散或或均均匀匀地地通通过过岸岸线线进进入入水水体和自然降水通过沟渠进入水体的废水。体和自然降水通过沟渠进入水体的废水。非点源污染负荷估算的途径非点源污染负荷估算的途径(1)在在对对水水土土流流失失过过程程及及其其主主要要制制约约因因素素进进行行大大量量调调查查的的基基础础上上,通通过过对对非非点点源源污污染染物物的的输输出出过过程程的的模模拟拟来来研究区域污染物对接受水体的输出总量。研究区域污染物对接受水体的输出总量。(2)采采用用直直接接或或间间接接途途径径估估算算非
4、非点点污污染染源源总总径径流流量量和和平平均径流污染物浓度以计算总污染负荷量。均径流污染物浓度以计算总污染负荷量。城市非点污染源负荷的估计(仅考虑污染物被暴雨冲城市非点污染源负荷的估计(仅考虑污染物被暴雨冲刷到接受水体的负荷)刷到接受水体的负荷)基基本本程程序序:估估计计暴暴雨雨径径流流的的大大小小(径径流流深深度度与与径径流流面面积积的的乘乘积积)确确定定暴暴雨雨的的冲冲刷刷率率 估估算算径径流流冲冲刷刷到到受受纳纳水体的沉积物负荷水体的沉积物负荷 计算污染物负荷。计算污染物负荷。(1)暴雨径流深度)暴雨径流深度 R 的估计的估计或或(2)径流中冲刷到接受水体的颗粒物负荷径流中冲刷到接受水体
5、的颗粒物负荷(3)径流中冲刷到受纳水体的有机污染负荷径流中冲刷到受纳水体的有机污染负荷农田径流污染负荷估算农田径流污染负荷估算(1)通通过过采采集集和和分分析析各各个个集集水水区区的的径径流流水水样样计计算算进进入入某某一水环境中污染物总量:一水环境中污染物总量:(2)估估计计径径流流量量、径径流流经经过过农农田田土土壤壤层层引引起起侵侵蚀蚀的的沉沉积积物物负负荷荷及及单单位位沉沉积积物物上上的的污污染染物物量量 进进入入水水体体的的污污染染物量。(类似于物量。(类似于城市非点污染源负荷的估计)城市非点污染源负荷的估计)n水体污染水体污染4水体污染物水体污染物耗氧有机污染物耗氧有机污染物营养物
6、营养物有机毒物有机毒物重金属重金属非金属无机毒物非金属无机毒物病原微生物病原微生物酸碱污染酸碱污染石油类石油类热污染热污染n水体自净水体自净4水水体体自自净净的的含含义义:水水体体在在其其环环境境容容量量范范围围内内,经经过过自自身身的的物物理理、化化学学和和生生物物作作用用,使使受受纳纳的的污污染染物物浓浓度度不不断降低,逐渐恢复原有水质的过程。断降低,逐渐恢复原有水质的过程。4污染物在水体中的迁移和转化污染物在水体中的迁移和转化推推流流迁迁移移:污污染染物物随随着着水水流流在在X、Y、Z三三个个方方向向上上平平移运动产生的迁移作用。移运动产生的迁移作用。分分散散稀稀释释:污污染染物物在在水
7、水流流中中通通过过分分子子扩扩散散、湍湍流流扩扩散散和弥散作用分散开来而得到稀释。和弥散作用分散开来而得到稀释。转转化化和和运运移移:污污染染物物在在悬悬浮浮颗颗粒粒上上的的吸吸附附或或解解吸吸、污污染染物物颗颗粒粒的的凝凝并并、沉沉淀淀和和再再悬悬浮浮。底底泥泥中中污污染染物物随随底底泥沉淀物运移,热污染的传导和散失。泥沉淀物运移,热污染的传导和散失。n水体自净水体自净4衰减变化衰减变化污染物的好氧生化衰减过程污染物的好氧生化衰减过程污污染染物物的的降降解解分分为为两两个个阶阶段段:(1)不不含含氮氮有有机机物物的的氧氧化化,包包括括含含氮氮有有机机物物的的氨氨化化及及氨氨化化后后生生成成的
8、的不不含含氮氮有有机机物物的的继继续续氧氧化化;(2)氨氨氮氮硝硝化化(含含氮氮化化合合物物经经过过一一系系列列生生化化反反应应过过程程,由由氨氨氮氮氧化为硝酸盐)。氧化为硝酸盐)。4衰减变化衰减变化碳化过程:呈一级反应:碳化过程:呈一级反应:可得:可得:硝化过程:也具有一级反应的性质:硝化过程:也具有一级反应的性质:可得:可得:的估算:的估算:或或4衰减变化衰减变化温度对温度对K1和和KN的影响:的影响:脱脱氮氮作作用用:水水中中溶溶解解氧氧被被耗耗尽尽时时,硝硝酸酸盐盐将将被被反反硝硝化化细菌还原为亚硝酸盐再转化为氮气。细菌还原为亚硝酸盐再转化为氮气。硫硫化化物物的的反反应应:水水体体中中
9、缺缺少少溶溶解解氧氧和和硝硝酸酸根根离离子子时时,硫硫酸酸盐盐会会被被细细菌菌还还原原为为硫硫化化氢氢,含含硫硫蛋蛋白白质质在在厌厌氧氧条条件件下下被被大大肠肠杆杆菌菌分分解解成成半半光光氨氨酸酸,再再被被还还原原为为硫硫化化氢氢,如有铁和亚铁离子,可生成难溶的硫化铁或硫化亚铁。如有铁和亚铁离子,可生成难溶的硫化铁或硫化亚铁。细菌的衰减:服从一级反应:细菌的衰减:服从一级反应:重金属和有机毒物的衰减:多数呈一级反应。重金属和有机毒物的衰减:多数呈一级反应。n水体的耗氧与复氧过程水体的耗氧与复氧过程4耗氧过程耗氧过程碳化过程耗氧碳化过程耗氧硝化过程耗氧硝化过程耗氧 若考虑硝化比碳化的滞后时间若考
10、虑硝化比碳化的滞后时间a,则上式为:,则上式为:4耗氧过程耗氧过程水生植物呼吸耗氧水生植物呼吸耗氧水体底泥耗氧水体底泥耗氧n水体的耗氧与复氧过程水体的耗氧与复氧过程4复氧过程复氧过程大气复氧大气复氧 氧氧气气由由大大气气进进入入水水体体的的传传质质速速率率与与水水体体的的氧氧亏亏量量 D成正比:成正比:其中:其中:(淡水,常压下)(淡水,常压下)(河口处的含盐水)(河口处的含盐水)4复氧过程复氧过程光合作用光合作用 时间平均模型为:时间平均模型为:n水温的变化水温的变化4引起水温变化的工业污染源:发电引起水温变化的工业污染源:发电厂、化工厂等排放的热水。厂、化工厂等排放的热水。4引引起起水水温
11、温变变化化的的自自然然因因素素:水水面面同同大大气气的的热热量量交交换换、水水体体同同河河床床的的热热量交换、太阳的辐射等等。量交换、太阳的辐射等等。42 河流和河口水质预测模型河流和河口水质预测模型n预测模型的选择预测模型的选择4在河段内有支流汇入,且沿河有多个污染源,采用多在河段内有支流汇入,且沿河有多个污染源,采用多河段模型;河段模型;4废水排入河流后与河水迅速完全混合后的浓度,持久废水排入河流后与河水迅速完全混合后的浓度,持久性污染物与河水完全混合后的浓度预测,可采用零维性污染物与河水完全混合后的浓度预测,可采用零维模型;模型;4污染物浓度在断面上比较均匀分布的中小型河流的水污染物浓度
12、在断面上比较均匀分布的中小型河流的水质预测,采用一维模型;质预测,采用一维模型;4污染物浓度在垂向比较均匀,而在纵向和横向分布不污染物浓度在垂向比较均匀,而在纵向和横向分布不均匀的大河,采用二维模型。均匀的大河,采用二维模型。4对水面宽、深,流态复杂的河流的水质预测,应采用对水面宽、深,流态复杂的河流的水质预测,应采用三维模型。三维模型。n河流中污染物的混合和衰减模型河流中污染物的混合和衰减模型4完全混合模型(零维)完全混合模型(零维)式中:式中:0 废水与河水混合后污染物的浓度,废水与河水混合后污染物的浓度,mg/L 1 排污口上游河流中污染物的浓度,排污口上游河流中污染物的浓度,mg/L
13、2 废水中污染物的浓度,废水中污染物的浓度,mg/L Q 河流的流量,河流的流量,m3/s q 排入河流的废水流量,排入河流的废水流量,m3/s模模型型的的适适用用对对象象:(1)废废水水与与河河水水迅迅速速完完全全混混合合后后的的污污染染物物浓浓度度计计算算;(2)污污染染物物是是持持久久性性污污染染物物,废废水水与与河河水经一定的时间(距离)完全混合后的污染物浓度预测。水经一定的时间(距离)完全混合后的污染物浓度预测。4污染物与河水完全混合所需的距离混合过程段距离污染物与河水完全混合所需的距离混合过程段距离充分混合:当断面上任意一点的浓度与断面平均浓度之充分混合:当断面上任意一点的浓度与断
14、面平均浓度之差小于平均浓度的差小于平均浓度的5%时,可以认为达到充分混合。时,可以认为达到充分混合。混合过程段距离混合过程段距离 xn 的计算的计算a 排放口到岸边的距离,排放口到岸边的距离,mB 河流宽度,河流宽度,mEy 废水与河水的横向混合系数,废水与河水的横向混合系数,m2/su x 河流的平均流速,河流的平均流速,m/s4一维模型一维模型稳态条件下的一维混合衰减模型(附:模型的推导)稳态条件下的一维混合衰减模型(附:模型的推导)若若x=0时,时,0,上式的解为:,上式的解为:Ex 废水与河水的纵向混合系数,废水与河水的纵向混合系数,m2/sK 污染物的衰减系数,污染物的衰减系数,1/
15、s忽略扩散作用时(忽略扩散作用时(Ex 0),),模型的解为:模型的解为:模型的适用对象:模型的适用对象:污染物浓度在断面上分布均匀的中小型污染物浓度在断面上分布均匀的中小型河流的水质预测河流的水质预测4一维模型一维模型BODDO耦合模型(耦合模型(SP模型)模型)模型的基本假定:模型的基本假定:(1)BOD的衰减和溶解氧的复氧都的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应;(是一级反应;(2)反应速率常数是定常的;()反应速率常数是定常的;(3)耗)耗氧是由氧是由BOD衰减引起的,溶解氧来源则是大气复氧。衰减引起的,溶解氧来源则是大气复氧。模型方程:模型方程:或或 模型的解析解:模型的解析解:及及 注意
16、:注意:及及的计算采用完全混合模型的计算式。的计算采用完全混合模型的计算式。BODDO耦合模型(耦合模型(SP模型)模型)溶解氧最低浓度点:溶解氧最低浓度点:这是人们最关心的临界点,令这是人们最关心的临界点,令d D/dt=0可得:可得:(临界距离(临界距离 xc=?)4多维模型多维模型二维稳态混合衰减模式二维稳态混合衰减模式 对污染物在岸边排放的情况:对污染物在岸边排放的情况:对污染物非岸边排放的情况:对污染物非岸边排放的情况:a 排放口到岸边的距离排放口到岸边的距离n污染物在河口中的混合和衰减模型污染物在河口中的混合和衰减模型4河口一维混合衰减模型河口一维混合衰减模型 河口流动为均匀、恒定
17、水流上溯或下泄,污染物河口流动为均匀、恒定水流上溯或下泄,污染物稳态排入水体时,模型的方程为:稳态排入水体时,模型的方程为:模型的解为(叠加了背景浓度):模型的解为(叠加了背景浓度):上溯阶段(上溯阶段(x0,污染物自,污染物自x=0排入):排入):模型的适用对象:模型的适用对象:预测小河和中河潮周、高潮和低潮的平均水质预测小河和中河潮周、高潮和低潮的平均水质 4二维动态混合衰减数值模式二维动态混合衰减数值模式 上微分方程可用显式差分法和梯形隐式差分法求解。上微分方程可用显式差分法和梯形隐式差分法求解。(具体可参见(具体可参见“环境影响评价技术导则地面水环境环境影响评价技术导则地面水环境”)u
18、y=0时时:n河网水质预测模型河网水质预测模型4忽忽略略环环状状河河网网中中过过水水量量很很小小的的河河流流,把把环环状状河河网网简简化化为为树树枝枝状状河河网网,然然后后采采用用水水力力学学模模型型和和水水质质模模型型耦耦合合的的计计算算模模型型进进行行动动态态模模拟。拟。4在在掌掌握握详详细细的的河河网网水水文文和和水水质质同同步步监监测测数数据据时时,可可将将河河网网分分段段,然后采用完全混合模型计算。然后采用完全混合模型计算。43 湖泊(水库)水质预测模型湖泊(水库)水质预测模型n完全混合模型完全混合模型 基基本本假假定定:湖湖泊泊(水水库库)为为一一个个均均匀匀混混合合的的水水体体,
19、即即湖湖泊泊(水水库库)中中某某种种营营养养物物的的浓浓度度水水随随时时间间的的变变化化率率是输入、输出和沉积的该营养物的量的函数。是输入、输出和沉积的该营养物的量的函数。适用条件:适用条件:停留时间很长、水质基本处于稳定状态的停留时间很长、水质基本处于稳定状态的中小型湖泊和水库。中小型湖泊和水库。4污染物(营养物)混合和降解模型污染物(营养物)混合和降解模型当当t0时,时,0;tt时,时,t。对上方程积分得:。对上方程积分得:或或其中:其中:4污染物(营养物)混合和降解模型污染物(营养物)混合和降解模型对持久性污染物:对持久性污染物:湖(库)中的污染物浓度达平衡时:湖(库)中的污染物浓度达平
20、衡时:污染物达到指定浓度污染物达到指定浓度 t 所需的时间所需的时间 t 为:为:无污染物输入时无污染物输入时:4溶解氧模型溶解氧模型其中其中(上模型方程没有考虑浮游植物的增氧量(上模型方程没有考虑浮游植物的增氧量)n卡拉乌舍夫模型卡拉乌舍夫模型 水水域域宽宽阔阔的的大大湖湖,应应考考虑虑废废水水在在湖湖水水中中的的稀稀释释扩扩散现象,这时可采用卡拉乌舍夫模型进行水质预测。散现象,这时可采用卡拉乌舍夫模型进行水质预测。4对持久性污染物的模型方程对持久性污染物的模型方程4在稳态、无风时,模型的解为在稳态、无风时,模型的解为:其中:其中:ro 某离排放口充分远的已知点到排放口的距离某离排放口充分远
21、的已知点到排放口的距离 r0 污染物在污染物在 ro点的浓度,可取现状浓度值。点的浓度,可取现状浓度值。44 水质模型的标定水质模型的标定n混合系数估值混合系数估值4经验公式经验公式流量恒定、河宽大、水较浅、无河湾的顺直河流:流量恒定、河宽大、水较浅、无河湾的顺直河流:式中:式中:H平均水深平均水深;I水力坡度;水力坡度;g重力加速度重力加速度泰勒(泰勒(Taylor)公式(适用于河流)公式(适用于河流)爱尔德爱尔德(Elder)公式公式(适用于河流适用于河流)n混合系数估值混合系数估值4示踪试验:示踪试验:向向水水体体中中投投放放示示踪踪物物质质,追追踪踪测测定定其其浓浓度度变变化化,据据以
22、以计计算算所所需需要要的的各各环环境境水水力力参参数数。其其可可结结合合有有关关(经验)模型,对数据进行拟合,然后进行计算。(经验)模型,对数据进行拟合,然后进行计算。4经验数据经验数据 根据条件选取文献的经验数据作为混合系数。根据条件选取文献的经验数据作为混合系数。n耗氧系数耗氧系数K1系数的估值系数的估值4实验室测定值修正法实验室测定值修正法实验测定原理实验测定原理 将(将(1e-K1t)展开为马克劳林级数有:)展开为马克劳林级数有:而:而:即:即:设设,则有:,则有:实验测定原理实验测定原理可写为:可写为:令令,有,有 Y(t)t为为直直线线,测测定定不不同同时时间间下下的的 ,作作出出
23、Y(t)t直线,求出直线的截距直线,求出直线的截距a和斜率和斜率b,可计算出,可计算出K1及及 :4实验室测定值修正法实验室测定值修正法实验测定值的修正实验测定值的修正 实验室测定的实验室测定的K1值可直接用于湖泊或水库的模拟,值可直接用于湖泊或水库的模拟,用于河流或河口时需修正。用于河流或河口时需修正。K.Bosko提出的修正方法为:提出的修正方法为:n耗氧系数耗氧系数K1系数的估值系数的估值4两点法两点法 河河流流上上任任意意两两个个截截面面A和和B(A为为上上游游截截面面),A、B间无废水和支流汇入,有:间无废水和支流汇入,有:两式相比,并取对数可得:两式相比,并取对数可得:测测定定出出
24、截截面面A、B处处河河水水的的BOD值值(,原原河河水水的的 ),并并计计算算出出河河水水在在两两截截面面间间的的流流行行时时间间,即即可可算算出出K1。实际中多取几个断面,得到若干个。实际中多取几个断面,得到若干个K1,然后取平均值。,然后取平均值。n复氧系数复氧系数K2系数的估值系数的估值4奥多公式奥多公式式中:式中:u 河水的流速河水的流速 n 河床糙率(可从环境影响评价技术导则河床糙率(可从环境影响评价技术导则-地地 面水环境或其它资料查取得到)面水环境或其它资料查取得到)n复氧系数复氧系数K2系数的估值系数的估值4欧文斯等人的经验式欧文斯等人的经验式4丘吉尔经验式丘吉尔经验式n多参数
25、优化法多参数优化法 多多参参数数优优化化法法是是根根据据实实测测的的水水文文、水水质质数数据据,利利用优化方法同时确定多个环境水力学参数的方法。用优化方法同时确定多个环境水力学参数的方法。45 开发行动对地表水影响的识别开发行动对地表水影响的识别n工业建设项目工业建设项目4建设期建设期4运行期:石油炼制工业、钢铁工业、铝和有色金属生运行期:石油炼制工业、钢铁工业、铝和有色金属生产、化学工业、食品工业、制浆和造纸业。产、化学工业、食品工业、制浆和造纸业。n水利工程水利工程n农业和畜牧业开发农业和畜牧业开发n矿业开发矿业开发n城市污水处理厂和垃圾填埋场城市污水处理厂和垃圾填埋场46 地表水环境影响
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