第六章水资源质量评价详解课件

第六第六章章水水资源源质量量评价价水资源质量水资源质量也可简称为水质，是指天然水及其特定水体中的物质成分、生物特征、物理性状和化学性质以及对于所有可能的用水目的和水体功能，其质量的适应性和重要性的综合特征。在水资源开发利用和水环境保护的生产实际中，水质评价通常以各类水资源开发利用工程和水体类型作为评价主体。第一节河流泥沙水质评价在水资源利用和水资源开发工程的运行管理中，河流的泥沙问题也是主要的水质和水环境要素之一。一、泥沙的形成及其特征 河流泥沙是降水、地面水流、风力、冰川及重力地质作用在降落地面和流动的过程中冲击破坏和冲刷侵蚀地表岩石物质，并将其挟载运移或异地沉积形成的固体颗粒物质。第一节河流泥沙水质评价（一）岩石的风化作用 岩石的风化作用是地表岩石在大气、水和生物活动等自然因素影响下，岩石的结构、构造、化学成分发生改变，最终崩解和破坏过程。l热力风化作用l冰劈作用l化学风化作用（溶解、水解、水化、氧化）l生物风化作用（根劈、钻穴、人类活动）第一节河流泥沙水质评价（二）岩土的侵蚀作用 地表岩土物质受水及其他引力的侵蚀，其物质结构破坏并分离。迁途形成水土中的泥沙，是泥沙形成的最重要环节。侵蚀作用的强度取决于岩石的强度和抗侵蚀能力、地形坡度及长度、降雨强度及降水量、植被发育程度及其特征等诸多因素。流域或区域水土侵蚀强度通常用土壤侵蚀模数Ms（t/(km2a)）来表示，并由此确定相关流域和区域的输沙模数Ws（t/(km2a)）与河流的输沙量Vs。第一节河流泥沙水质评价（三）泥沙的基本性质1、中国河流泥沙的矿物组成与化学成分l矿物组成 石英及长石是组成泥沙的两种最主要物质。第一节河流泥沙水质评价第一节河流泥沙水质评价中国河流颗粒物的元素组成 我国南方河流颗粒物种Al的含量显著高于北方河流颗粒物，而颗粒物种K、Na的含量则是北方河流高于南方河流。第一节河流泥沙水质评价2、河流泥沙的粒径组成a.常用的粒径定义和计算方法 等容粒径：与泥沙颗粒体积相同的球体直径l筛分粒径 如果泥沙颗粒较细，一般可以采用筛析法确定其粒径。设颗粒最后停留在孔径而D1的筛网上，此前通过了孔径为D2的筛网，则可以确定颗粒的粒径范围为：D1DD2。再用平均值法求颗粒直径。l沉降粒径 对于颗粒小于0.1mm的细沙，由于各种原因难以用筛析法确定其粒径，而必须用水析法测量颗粒在静水中的沉速，然后按照球体粒径与沉速的关系式，求出与泥沙颗粒相同等球体直径。第一节河流泥沙水质评价b.泥沙颗粒的粒径分布l泥沙颗粒的粒径分布可以用不同粒径的泥沙在泥沙总体中所占的重量比来表示。l若以粒径为横坐标，以重量百分比为纵坐标，把各组粒径所占的重量百分比以直方图形式点绘于图中，所得到的图形称为频率直方图（或频率柱状图）。对于颗粒粒径分级很小的情况，频率直方图可以连成光滑曲线，称为频率曲线。第一节河流泥沙水质评价颗粒的形状 泥沙颗粒的最初形状取决于岩石母质和风化作用，随后在运输过程中受到物理、化学及生物作用而不断改变其形状，改变的程度或最终形成的形状取决于搬运介质。岩石碎屑的圆度在流水搬运初期迅速增加，然后其增加速度变缓，直至完全变圆为止，即砾石的磨损速度随着圆度增加而减少；而其球度则以一个缓慢而稳定的速度增加。第一节河流泥沙水质评价颗粒的密度、容重和相对密度颗粒密度（s）：单位体积颗粒的质量泥沙相对密度：固体颗粒重量与同体积4水的重量之比。容重（s）：泥沙颗粒的实有重量与实有体积之比，单位为t/m3、kg/m3或g/cm3淤积物干容重（s）：单位体积的沙样干燥后的重量成为干容重，单位可取kg/m3或g/cm3淤积孔隙率（e）：是孔隙体积与淤积物总体积之比，孔隙比（ne）：土体中的孔隙体积与固体颗粒体积之比 s=s(1-e)第一节河流泥沙水质评价二、泥沙的分布与运动规律（河流泥沙动力学）三、水体的泥沙评价l水体的泥沙评价主要包括含沙量、输沙量和泥沙淤积量的计算与评价。（一）含沙量评价含沙量通常用体积比浓度和质量含沙量来表示。体积比浓度：Sv=泥沙颗粒体积/浑水体积质量含沙量（kg/m3）：Sw=泥沙质量/浑水体积浑水的容重m与质量含沙量Sw和体积比浓度Sv的关系分别为：Sw=m Svl在实际中常用几种代表性的水流挟沙力经验公式表达河流断面的平均含沙量。第一节河流泥沙水质评价（二）输沙量评价 河流悬移质输沙量可由含沙量平均值、挟沙力和含沙量的断面浓度分布与断面面积的乘积来确定。（1）由河流断面平均含沙量确定输沙量：Ws=Sw W u式中，Ws断面输沙量，kg/s；Sw断面含沙量，kg/m3 W断面面积，m2 u断面平均流速，m/s第一节河流泥沙水质评价第一节河流泥沙水质评价（三）泥沙淤积量评价泥沙随水流运移的过程中，当水动力条件显著减弱时，如河流进入下游平缓河段、入湖和入海河口区、人类拦蓄工程库区、流量显著减少的平原河段区，水流挟沙能力会显著降低，并产生大量的泥沙淤积现象。第一节河流泥沙水质评价年泥沙淤积量：Va=SwW0m年泥沙淤积容积：Vva=SwW0m/(1-p)多年水库总淤积量和总淤积容积：Vw=TVwa Vv=TVva式中，Vw使用期T的总淤积量，kg；Vv使用期T的总淤积体积，m3；Vwa年平均泥沙淤积量，kg/a；Vva年平均泥沙淤积容积，m3/a；Sw年平均入库水流含沙量，kg/m3；W0年平均入库流量，m3/a；m库中泥沙沉积率（%）；p淤积泥沙的孔隙率（%）；泥沙颗粒干容重；T评价使用年限第一节河流泥沙水质评价（4）由入库径流含沙量和下游出流含沙量之差确定水库淤积量：Vwa=(Sw1-Sw2)W0 河道泥沙淤积量可由上下游河道断面平均含沙量之差或排沙比来确定：Vwa=(1-r)Sw1W0式中，r上下游断面排沙比(Sw2/Sw1）Sw1上游入库水流含沙量 Sw2出库泄流含沙量第一节河流泥沙水质评价第二节地表水水质评价一、水质指标与评价标准 水质评价主要是对各类资源水体和环境水体进行水质监测和评价，以确定天然水体的基本特征及其资源适用性、水体水质受人类活动污染的程度以及保证废水排放环境水质目标的实现。l物理指标：pH值、色度和悬浮物l有机物：BOD、COD、DO、油类及挥发酚l可溶性化合物：氰化物、硫化物、氮化物等l人工合成化合物：甲醛、硝基苯类、阴离子合成洗涤剂l重金属类：Cu、Zn、Mn、Hg、甲基汞、Pb、Ni 这些污染物均由排放标准限定其最高允许排放浓度。第二节地表水水质评价第二节地表水水质评价第二节地表水水质评价二、天然水化学特征评价（一）水化学分类第二节地表水水质评价三、水资源污染状况评价 在调查范围内能对地面水环境产生影响的主要污染物均应进行调查。污染源按存在形式可分为点污染源和面污染源。（一）污染源调查1、普查2、重点污染源调查3、确定主要污染源和主要污染物第二节地表水水质评价调查内容1、工业污染源a、企业名称、厂址、企业性质、生产规模、产品b、工艺流程、工艺原理、工艺水平、能源和原材料种类及消耗量c、供水类型、水源、供水量、水的重复利用率d、生产布局、污水排放系统和排放规律、主要污染物种类、排放浓度和排放量、排污口控制方式等2、生活污染源a、城镇人口、居民布局和用水量b、医院分布和医疗用水量c、城市污水处理厂设施、处理能力及运行情况第二节地表水水质评价d、城市下水道管网分布状况e、生活垃圾处置状况3、农业污染源a、农药的品种、品名、有效成分、含量、使用方法、使用量和使用年限b、化肥的使用品种、数量和方式c、其他农业废弃物第二节地表水水质评价（二）污染源评价1、单项指标评价1）排放总量 Wi=CiQWi单位时间排放第i种污染物的绝对量，t/d；Ci第i种污染物的实测评价浓度，mg/LQ污水日平均排放量2）统计指标（1）检出率：Rd=100%nd/n（2）超标倍数：Ri=（Ci/C0）-1（3）超标率：Re=100%ne/n第二节地表水水质评价2、综合指标评价 同时考虑多种污染物的浓度、排放量等因素，多用一定的数学模型进行评价，目前使用方法很多，最广泛的是等标污染负荷法：式中，Pi某污染物的等标污染负荷，t/a；Ci某污染物的实测浓度，mg/L Coi某污染物允许排放标准；Qi含某污染物的废水排放量，m3/a某污染源n个污染物的总计等标污染负荷，Pn为：第二节地表水水质评价某地区或某流域m个污染源等标污染负荷之和，即该地区或流域等标污染负荷Pm为：评价中海经常使用污染负荷比。某污染物等标污染负荷占该厂等标污染负荷的百分比Ki某工厂（污染源）在全地区（流域内）的污染负荷比Kn为：第二节地表水水质评价四、地表水资源质量及环境水质的评价方法环境水质评价因用水要求、水域功能、监测内容、污染物属性和评价目的的不同，具有不同的评价内容和方法。对于特定的环境条件和评价目的，评价者因对评价因子在综合水质中的危害效应的重要性可能有不同的认识而赋予不同的权重（一）单因子等标污染指数法P某评价因子的等标污染指数均值；Pi测点（某时或某点）等标污染指数；Ci评价因子实测值；S评价因子标准上限第二节地表水水质评价（二）多因子等标污染指数法n评价因子数；i第i种评价因子（三）综合评级方法 综合评级方法的主要思路是按水质要求对各种综合性评价指标或单一评价指标划分出水质优劣或污染程度的分级标准或评分标准，然后对实测水质的但指标评分和总分或综合指标进行计算，给出环境水质的评级结论。M水质综合评分百分制分值；Ai第i种评价因子的水质评分；n评价因子数第二节地表水水质评价第三节地下水水质评价地下水作为水资源的重要组成部分，其开发利用在我国经济建设和社会发展中具有十分重要的价值。但是长期以来由于缺乏统一有效的管理，致使一些地区因过量开采而引发水质污染及地下水位大面积下降等环境问题，甚至成为影响社会经济持续发展的制约因素。第三节地下水水质评价一、评价目的和工作程序（一）环境水文地质资料的收集整理 地下水动态观测、水质分析、土壤分析、地下水开发利用现状、城市规划、污染源分布、污水排放情况（二）环境水文地质调查 含水层水文地质条件、地下水埋藏、补给和排泄条件、地下水开发利用现状、污染源分布及排污方式（三）地下水动态观测和水质监测 除对地下水进行监测外，还要对大气降水、河水、污废水、土壤等进行同步监测，以确定地下水、地表水、大气降水之间的相互补给关系。（四）环节水文地质勘探 含水层厚度、结构、地下水污染范围第三节地下水水质评价第三节地下水水质评价（三）评价模式1、一般统计法2、环境水文地质制图法 基础图件、水质或污染现状图、评价图3、综合指数法第三节地下水水质评价