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第六章 水环境影响评价 6.3 地表水环境影响预测 6.3.1 预测原则 （ 1）可能产生影响的，应预测其影响； （ 2） 预测的范围 、 时段 、 内容和方法根据等级 、 工 程与环境特性 、 当地环保要求确定； （ 3） 预测方法通用 、 成熟 、 简便 ， 满足精确度要求； （ 4） 当水生生物保护对地面水环境要求高时 ， 应分 析对水生生物的影响 。 6.3.2 预测时段的确定 （ 1）建设期、运行期和服务期满三个时期； （ 2） 所有项目均应预测生产运行期的影响 ， 分正常 排放和非正常排放两种情况预测 。 特殊情况还应进行 风险事故状态下的影响预测； （ 3） 根据情况确定是否预测建设期 、 服务期满后的 影响； （ 4） 预测应考虑水体自净能力最小和一般两个时段 。 6.3.3 预测水质参数的筛选 （ 1） 在环境现状调查水质参数中选择拟预测的水质 参数（一般少于现状调查涉及的水质因子）； （ 2） 根据环境现状 、 评价等级 、 当地环保要求确定 建设期 、 运行期和服务期满后拟预测的水质参数 （ 不 同时期参数可以不同 ） ； （ 3） 对河流 ， 可参照水质参数排序指标选取预测因 子 水质参数排序指标 （负值或越大，污染影响越大） hhs pp cc c Q Q I S E ）（ 式中 ISE 水质参数排序指标； Cp 建设项目水污染物排放浓度， mg/L; Cs 水污染物评价标准限值， mg/L; Ch 评价河段的水质浓度， mg/L; Qp 废水排放量， m3/s; Qh 河水河段流量， m3/s。 6.3.4 预测方法 （ 1） 数学模式法 （ 2） 物理模型法 （ 3） 类比分析法 （ 4） 专业判断法 6.3.5 污染物质在河流中的混合与扩散 废水排入水体后 ， 最先发生的过程是混合稀释 ， 混合稀释是污染物迁移的重要方式之一 ， 混合稀释 能与水体的水文特征相关 。 河流的稀释混合过程 （ 1） 稀释的含义：当废水进入河流之后 ， 便不断 与河水发生混合交换作用 ， 是保守污染物浓度沿流 程逐渐降低 ， 这一过程称为混合稀释过程 。 （ 2） 混合 1)竖向混合阶段：污染物排入河流后逐步向河水中分散 ， 由于 一般河流的深度与宽度相比较小 ， 所以首先在深度方向上达到 浓度分布均匀 ， 从排放口到深度上达到浓度分布均匀的阶段称 为竖向混合阶段 ， 同时也存在横向混合作用 。 2)横向混合阶段：当深度上达到浓度分布均匀后 ， 横向上的混 合过程在持续 。 经过一定距离后污染物在整个横断面上达到浓 度分布均匀 ， 这一过程称为横向混合阶段 。 3)断面充分混合后阶段：在横向混合阶段后 ， 污染物浓度在横 断面上处处相等 。 河水向下游流动的过程中 ， 持久性污染物的 浓度将不在变化 ， 非持久性污染物浓度将不断减少 。 (3)扩散 污染物质在河流中的迁移总起来可分为两 类，即推流和扩散 。推流也称平流、随流输移。 推流是指污染物质随水质点的流动一起移到新 的位置。 扩散可分为分子扩散、湍流扩散、剪切流离散 （弥散）和对流扩散。 1)分子扩散 分子扩散是指物质分子的随机运动（即布 朗运动）而引起的物质迁移或分散现象 。 当水 体中污染物质浓度分布不均匀时，污染物质将 会从浓度高的地方向浓度低的地方移动。分子 扩散过程服从费克第一定律。 xMJE x 2)湍流扩散 当河流做湍流运动时，随机的湍流作用引 起污染物的扩散，称为湍流扩散 。 湍流扩散所引起的污染物质量通量与浓度 梯度成正比。湍流扩散系数比分子扩散系数大 7 8个数量级。 因此，在河流中污染物的迁移是以湍流为主的。 xxIE x 3)剪切流离散 当垂直于流动方向的 横断面上流速分布不 均匀 或者说有流速梯度存在的流动称为剪切流。 剪切流离散又称弥散，它是由于横断面上各点 的实际流速不等而引起的。 xxJD x 4)对流扩散 对流扩散指由于 温度差或密度分层不稳定 性面引起 的铅直方向对流运动所伴随的污染物 迁移。 污染物在河流中的混合示意图 b b c c d d a a e e Q, C 1 q, C 2 4 2 5 1 3 1 污水注入点； 2 完全混合点； b - b 断面：水质完全混合断面； 3 初始段（背景河段）； 4 非均匀混合段； 5 均匀混合段 d-d 河流水体中污染物的混合和扩散 Q 混合过程段（ L） 排放口 完全混合段 背景河段 （ 3）几个概念 污水注入点 ： 污水排入河流的入河口 水质完全混合断面 ： 断面上任一点的浓度和断面上的平均浓度相 差 5%之内，就认为完全混合 。 初始浓度（背景河段） 非均匀混合段 均匀混合段 污水注入点和完全混合点把一条河流分成三段 混合系数： 水质完全混合断面以前，任一非均匀 混合断面上参与和废水混合的河水的流量为 Qi，把 参与和废水混合的河水流量 Qi与该断面河水流量 Q的 比值定义为混合系数 a a=Qi/Q 0a1 污染带： 在非均匀混合段废水排入一侧的岸边形 成一条污染带。 稀释比： 把参与和废水混合的河水流量 Qi与废水 流量 q的比值定义为稀释比，以 n表示。 n=Qi/q=aQ/q 河段 混合过程 混合系数 a 稀释比 n 浓度 a - a 没有废水注入 0 0 C 1 初始段 b - b 废水注入点 混合段 c - c 部分混合 a=Q i /Q n=Q i /q= a Q/q （ C 1 Q i +qC 2 ） / （ Q i +q ） d - d 完全混合 a=1 n=Q/q （ C 1 Q+qC 2 ） / （ Q+ q ） 均匀段 e - e 完全混合 a=1 n=Q/q （ C 1 Q+qC 2 ） / （ Q+q ） （ 4）稀释混合过程的浓度估算 b b c c d d a a e e Q, C 1 q, C 2 4 2 5 1 3 1 污水注入点； 2 完全混合点； b - b 断面：水质完全混合断面； 3 初始段（背景河段）； 4 非均匀混合段； 5 均匀混合段 污染带 d-d 河水 Q， 污染物浓度 C1 污染物浓度为 C2 废水流量为 q 测定排水口至完全混合断面的距离 Ln,假设混合系数 与距离成正比，任一断面的混合系数按下式计算： Ln t 式中： Ln 排水口距完全混合断面的距离， m X 任一断面距废水排入口的距离， m 河流实际流速 t 时间，（废水排入河流与河水完全 混合所需时间）， h )( n n Lx L x a u u 式中： Ln 排水口距完全混合断面的距离， m B 河流宽度， m a 排放口到近岸水边的距离， m H 平均水深， m u 河流平均流速， m/s g 重力加速度， 9.8m/s2 I 河流底坡， 5.0)g)(0065.0058.0( )ua6.04.0( HIBH BB Ln Ln无实测数据时，可查表取值（课本 P200）：查 取所需时间与河水实际流速的乘积为完全混合距离 已知河宽 20m，平均水深 2m，河水流量 6m3/s, 某工厂排入该河污水量 500m3/d，问 Ln=？ 费洛罗夫提出混合过程段的污染物浓度 Ci 及混合段总长度 Ln可按下式计算： 3 1 lg 3.2 qa qaQ L n 河流湍流扩散系数， 10-2-1 m2/s qaQ qCaQC qQ qCQC C i i i 2121 6.3.6 河流水质模型 一、河流水质模型简介 1.定义：河流水质模型是描述水体中污染物随时间 和空间迁移转化规律的数学方程 （ 微分的 、 差分的 、 代数的等 ） 2.作用：模型的建立可以为排入河流中污染物的数 量与河水水质之间提供定量关系。从而为水质评价、 预测及影响分析提供依据。 3.水质模型的分类 按时间特性分：分为动态模型和静态模型。 描写水体中水质组分的浓度随时间变化的 水质模型称为动态模型。 描述水体中水质组分的浓度不随时间变化 的水质模型称为静态模型。 3.水质模型的分类 按空间特性分 零维水质模型 ：水体看成完全混合器，水质 组分浓度是均匀分布的 一维水质模型 ：水质组分迁移变化在一个方 向上重要，另两个方向均匀 二维水质模型 ：水质组分迁移变化在两个方 向上重要，另一个方向均匀 三维水质模型 ：水质组分迁移变化在三个方 向进行 混合段应选用二维或三维模式，均匀段应 选用零维或一维模式。 二、持久（守恒）性污染物 定义：污染物进入环境以后 ， 随着介质的运动 不断地变换所处的空间位置 ， 还由于分散作用 ， 不断向周围扩散而降低其初始浓度 ， 但它不会 因此而改变总量 ， 不发生衰减 ， 称为守恒污染 物 如：重金属 ， 多数高分子有机化合物等 。 三 、 非持久 （ 守恒 ） 污染物：污染物进入环境 以后 ， 除了随着介质流动而改变位置 ， 并不断 扩散而降低浓度外 ， 还因自身的衰减而加速浓 度的下降 ， 称为非守恒污染物 。 如：放射性物质的衰减； COD、 BOD等 四、河流完全混合模式与适用条件 C（ CpQp ChQh） /(Qp Qh) 式中 C 计算断面污染物浓度， mg/L Cp 污染物排放浓度， mg/L Ch 河流来水污染物浓度， mg/L Qp 废水排放量， m3/s Qh 河流来水流量， m3/s 四、河流完全混合模式与适用条件 适用条件： （ 1）河流充分混合段 （ 2）持久性污染物 （ 3）河流为恒定流动 （ 4）废水连续稳定排放 五、河流一维稳态模式与适用条件 C C0 exp-(k1+k3)x/(86400u) 式中 C 计算断面污染物浓度， mg/L C0 计算初始点污染物浓度， mg/L k1 污染物衰减系数， 1/d k3 污染物沉降系数， 1/d u 河流流速， m/s x 从计算初始点到下游计算断面的距离， m 五、河流一维稳态模式与适用条件 适用条件： （ 1）河流充分混合段 （ 2）非持久性污染物 （ 3）河流为恒定流动 （ 4）废水连续稳定排放 对于持久性污染物，在沉降作用明显的河段， 可以采用 k3代替（ k1 k3）来预测其浓度沿程 变化。 六、 S-P模式（斯特里特 费尔普斯模式） 六、 S-P模式（斯特里特 费尔普斯模式） 六、 S-P模式（斯特里特 费尔普斯模式） C C0 exp (k1+k3)x/(86400u) 不考虑沉降作用时，有： C C0 exp k1x/(86400u) 式中 C 计算断面 BOD浓度， mg/L C0 计算初始点 BOD浓度， mg/L k1 BOD衰减系数， 1/d k3 污染物沉降系数， 1/d u 河流流速， m/s x 从计算初始点到下游计算断面的距离， m 式中 D 氧亏量，即饱和溶解氧浓度与溶解氧浓 度的差值， mg/L D0 计算初始断面氧亏量， mg/L k2 大气复氧系数， 1/d x 预测点到计算初始点的距离， m xc 最大氧亏点到计算初始点的距离， m u86400 xe x p u86400 xe x p u86400 xe x p 2021 CK 12 01 KDKKD KK 1 12 0 0 1 2 12 c 1K Klnu8 6 4 0 0 x K KK C D KK 六、 S-P模式 适用条件： （ 1）河流充分混合段 （ 2）污染物为耗氧性有机污染物 （ 3）需要预测河流溶解氧状态 （ 4）河流为恒定流动 （ 5）废水连续稳定排放 七、耗氧系数 k1的取值 1、套用已有： 0.10.15 2、实测法（两点法） 从 s-p的 BOD模型推导出 式中 t 水流经上下断面的时间 ,d C0， C 实测的上下断面的 BOD浓度， mg/L 因为河水是变化的、随机的，因此 k1要做多次实验 求得平均值方可。 c cln1 0 1 tk 例题： Lmg qQ qCQCC /20 2.02 2.02002221 0 均匀河段长 10km， 有一含 BOD的废水从这一 河段的上游流入 。 废水流量为 q =0.2m3/s， BOD浓 度 C2=200mg/L， 上游河水流量 Q =2.0m3/s， BOD 浓度 C1=2mg/L， 河水的平均流速 u =20km/d， BOD的衰减系数 k=2/d， 求废水入河口以下 (下游 ) 1km、 2km、 5km 处的河水中 BOD 的浓度 。 解：河段初始断面河水中 BOD浓度为： 按照一维水质模型预测计算下游断面浓度： 下游 1km处 BOD浓度为 同样计算 2km、 4km的浓度值分别为 16.4mg/L、 13.4mg/L Lmg uKxCxC /18 2 0 0 0 0/1 0 0 02e x p 20 8 6 4 0 0/e x p )( 0
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