环境影响评价教学课件ppt作者李淑芹、孟宪林主编6地表水环境影响评价.ppt

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6地表水环境影响评价,2022/10/16,2,1.与地表水环境影响评价相关的污染物迁转化的基础理论和基本知识,本章重点,2.地表水环境影响评价等级划分与范围确定以及环境影响预测与评价的基本要求与方法,3.溶解氧动态与SP模型，点源的主要预测模型，面源源强确定方法等,2022/10/16,3,第一节地表水环境影响评价基础知识,水环境是地球表面上各种水体的总和，包括河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、冰川、海洋等水体。

水体的组成不仅包括水，也包括其中的悬浮物质、胶体物质、溶解物质、底泥和水生生物，所以水体是一个完整的生态系统或自然综合体。

按水体所处位置可将其分为地表水、地下水和海洋三类，三种水体中的水可以相互转化。

地表水指存在于陆地表面的各种水域，如河流（包括河口）、湖泊、水库等。

考虑到地表水与海洋之间的联系，在地表水环境影响评价时，还涉及有关海湾（包括海岸带）的部分内容。

一、水体,2022/10/16,4,定义：

大量污染物排入水体，其含量超过了水体的自然本底含量和自净能力，使水体的水质和水体沉积物的物理、化学性质或生物群落组成发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象。

二、水体污染,2022/10/16,5,造成水体污染的能量与物质输入,水污染源：

水污染源,点源污染：

指城市和乡镇生活污水或工业企业废水通过管道和沟渠收集后排入水体，通常由固定的排污口集中排放。

非点污染源：

指污水或废水分散或均匀地通过岸线进入水体或携带污染物的自然降水经过沟渠进入水体。

非点源污染,广义：

各种没有固定排污口的环境污染,狭义：

通常限定于水环境的非点源污染（也称面源，以后即称面源）,2022/10/16,6,非点源污染正是相对点源污染而言，是指溶解的或固体的污染物从非特定的地点，在降水（或融雪）冲刷作用下，通过径流过程而汇入受纳水体（包括河流、湖泊、水库和海湾等）并引起水体的富营养化或其它形式的污染，污染物浓度通常较点源污染低，但污染负荷却是非常巨大。

2022/10/16,7,水体污染物,废热：

指排放热废水，由水温表征。

持久性污染物：

指在水环境中很难通过物理、化学、生物作用而分解、沉淀或挥发的污染物。

通常包括在水环境中难降解、毒性大、易长期积累的有毒物质，如重金属、无机盐和许多高分子有机化合物等。

如果水体的BOD5/COD0.3，通常认为其可生化性差，其中所含的污染物可视为持久性污染物。

非持久性污染物：

指在水环境中某些因素作用下，由于发生化学或生物反应而不断衰减的污染物，如耗氧有机物。

通常表征水质状况的COD、BOD5等指标均视为非持久性污染物。

酸碱污染物：

指各种废酸、废碱等，通常以pH值表征。

2022/10/16,8,水体可以在其环境容量范围，经过自身的物理、化学和生物作用，使受纳的污染物浓度不断降低，逐渐恢复原有的水质。

事实上，水体自净可以看作是污染物在水体中迁移转化的结果。

污染物从不同途径进入水体后，随着水体介质的流动发生迁移、扩散和转化，其在水体中的浓度逐渐降低。

水体自净,定义：

三、污染物在水体中的迁移转化,2022/10/16,9,式中：

f为污染物的迁移通量，kgm-2s-1u为水体介质的运动速度，ms-1C为污染物在水体介质中浓度，kgm-3,

（一）迁移,fuC,迁移是指污染物在水流作用下的转移，迁移只是改变污染物在水体中的位置，并不改变水体中污染物的浓度。

污染物的迁移通量可由式（6-1）计算：

（6-1）,2022/10/16,10,污染物在水体中的扩散,分子扩散,湍流扩散,弥散扩散,由于分子的随机运动而引起的质点分散现象，分子扩散的质量通量与扩散物质的浓度梯度成正比。

指污染物质点之间及污染物质点与水介质之间由于各自不规则的运动而发生的相互碰撞、混合，是在水体的湍流场中质点的各种状态（流速、压力、浓度等）的瞬时值相对于其平均值的随机脉动而引起的分散现象。

由于断面上实际流速分布的不均匀性而引起的分散现象。

（二）扩散,2022/10/16,11,物理转化指污染物通过蒸发、凝聚、渗透、吸附等一种或多种物理变化；,化学转化指污染物通过各种化学反应而发生的转化，如氧化还原反应、水解反应、配位反应、沉淀反应、光化学反应等；,生物转化指污染物进入生物机体后，在有关酶系统催化下的代谢变化。

转化指污染物在环境中通过物理、化学和生物作用改变其形态或转变成另一种物质的过程。

（三）转化,2022/10/16,12,水体的耗氧和复氧过程是指在水中有机物不断降解的同时水中的溶解氧不断被消耗，水体氧平衡被破坏，空气中的氧不断溶入水中的过程。

四、水体的耗氧过程与复氧过程,2022/10/16,13,第一阶段为碳氧化阶段，主要是不含氮有机物的氧化，同时也包含部分含氮有机物的氨化及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化，这一阶段一般要持续7-8天，氧化的最终产物为水和CO2，该阶段的BOD被称为碳化耗氧量（BOD1）；,第二阶段为氨氮硝化阶段，此阶段的BOD被称为硝化耗氧量（BOD2）。

这两个阶段不是完全独立的，对于污染较轻的水体，两个阶段往往同时进行，而污染较重的水体一般是先进行碳氧化阶段再进行氨氮硝化阶段。

（一）耗氧过程,2022/10/16,14,式中：

BODC为总碳化耗氧量，mgL-1K1为碳化耗氧系数，d-1t为污染物在水体中停留时间，d,耗氧过程所导致的溶解氧浓度变化均可用一级反应动力学方程表示。

有机污染物生化降解，使碳化耗氧量衰减，其耗氧量为：

（6-2）,

（1）,碳化耗氧（BOD1）,2022/10/16,15,式中：

a为硝化比碳化滞后的时间，d;其他符号意义同前,含氮化合物硝化耗氧（BOD2）,（6-3）,式中：

BODN为总硝化耗氧量，mgL-1KN为硝化耗氧系数，d-1；其他同前。

（6-4）,由于含氮化合物硝化作用滞后于碳化耗氧，,

（2）,故式（6-3）可写成：

2022/10/16,16,水体中的藻类和其他水生植物由于呼吸作用而耗氧，其耗氧量为：

（6-5）,式中：

BOD3为水生植物耗氧量，mgL-1R为水生植物呼吸消耗水体中的溶解氧的速率系数，mgL-1d-1t为水生植物呼吸时间，d,水生植物呼吸耗氧（BOD3）,（3）,2022/10/16,17,水体底泥耗氧（BOD4）,（4）,底泥耗氧的主要原因是由于底泥中返回到水中的耗氧物质和底泥顶层耗氧物质的氧化分解。

目前，底泥耗氧的机理尚未完全阐明。

2022/10/16,18,大气中氧气进入水体的速率与水体的氧亏量成正比。

氧亏量D=DOfDO，这里DOf为T水温下水体的饱和溶解氧浓度，DO为水体中的溶解氧浓度。

（6-6）,dD/dt=-K2D,式中，K2为大气复氧速率系数，d-1。

大气复氧,水体中复氧过程包括大气复氧和水生植物的光合作用复氧。

（1）,

（二）复氧过程,2022/10/16,19,饱和溶解氧浓度是温度、盐度和大气压力的函数，在101kPa（760mmHg）压力下，淡水中的饱和溶解氧浓度可以用式（6-7）计算。

（6-7）,式中：

DOf为饱和溶解氧浓度，mgL-1T为水温，,2022/10/16,20,在河口，饱和溶解氧的浓度还会受到水的含盐量的影响，这时可以用海尔（Hyer，1971）经验式（6-8）计算。

式中：

S为水中含盐量，T为水温，,2022/10/16,21,光合作用复氧,水生植物的光合作用是水体复氧的另一个重要来源。

奥康纳（O，Conner，1965）假定光合作用的速率随着光照强弱的变化而变化，中午光照最强时，产氧速率最快，夜晚没有光照时，产氧速率为零。

（2）,2022/10/16,22,河水中溶解氧浓度（DO）是决定水质洁净程度的重要参数之一，而排入河流的BOD在衰减过程中将不断消耗DO，与此同时空气中的氧气又不断溶解到河水中。

斯特里特（H.Streeter）和菲尔普斯（E.Phelps）于1925年提出了描述一维河流中BOD和DO消长变化规律的模型（SP模型），经过80多年的发展已出现许多修正的模型。

（三）河流BODDO耦合模型（SP模型）,2022/10/16,23,SP模型是研究河流溶解氧与BOD关系最早的、最简单的耦合模型，迄今仍得到广泛地应用，其基本假设为：

河流中耗氧和复氧都是一级反应，反应速率是定常的，河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，河流中的溶解氧来源则是大气复氧。

式中:

BOD为河水中BOD值，mgL-1；D为河水中氧亏量，mgL-1；K1为耗氧系数，d-1；K2为复氧系数，d-1；t为河水的流经时间，d。

SP模型可以写成：

1,2022/10/16,24,在x=0、BOD=BOD0、DO=DO0的初始条件下，积分公式（6-9）和（6-10），得到：

令t=x/（86400u），为河流断面平均流速，ms-1；为断面间河流长度，m。

（6-11）,2022/10/16,25,（6-14）,式中:

BODx、Dx分别为河水中距排污口x米处断面的BOD浓度与DO浓度，mgL-1；BODp为污水中BOD的排放浓度，mgL-1；QP为污水排放量，m3s-1;BODh为上游河水的BOD浓度，mgL-1；Qh为上游河水流量，m3s-1；D0为初始断面的亏氧量，mgL-1；Dh为上游来水中溶解氧亏值，mgL-1；Dp为污水中溶解氧亏值，mgL-1。

（6-13）,2022/10/16,26,若只考虑河流中有机污染物的耗氧和大气复氧时，则沿河水流动方向的溶解氧分布为悬索型曲线，如图6-1所示。

图6-1溶解氧沿河流方向的变化曲线（摘自郭廷忠，2007）,2,2022/10/16,27,临界点右侧，耗氧量因污染物浓度减少而减少，复氧量相对增加，水中溶解氧增多，水质逐渐恢复。

临界氧亏点处的氧亏量称为最大氧亏量,氧垂曲线的最低点C称为临界氧亏点,在临界氧亏点左侧，耗氧大于复氧，水中的溶解氧逐渐减少，污染物浓度因生物净化作用而逐渐减少，达到临界氧亏点，耗氧和复氧平衡；,2022/10/16,28,临界氧亏点xc出现位置的计算公式为:

（6-15）,如排入的耗氧污染物过多，将水中的溶解氧耗尽，则有机物受到厌氧菌的还原作用生成甲烷气体，同时水中存在的硫酸根离子将因硫酸还原菌的作用而生成硫化氢，引起河水发臭，水质严重恶化。

2022/10/16,29,

（1）耗氧系数K1的估值实验室测定值修正法实验室测定K1的理想方法是用自动BOD测定仪，测绘出要研究河段水样的BOD历程曲线。

在没有自动测定仪时，可将同一种水样分10瓶，或更多瓶放入20培养箱培养，分别测定110天或更长时间的BOD值。

由式：

（四）K1和K2的估值,2022/10/16,30,（6-16）,或,设,，用级数展开：

因为,两式很接近，故可以将写成：

2022/10/16,31,令,则：

实验室测定的K1值可直接用于湖泊和水库的模拟，用于河流或河口需作修正。

包士柯（K.Bosko，1966）提出应按河流的纵向底坡I、平均流速u和水深H对实验室测得的K1值修正，修正式如下：

（6-20）,在实际应用中仍写成K1。

2022/10/16,32,（6-21）,两点法利用的关系，通过测定河流上、下两断面的BODC值求K1。

式中:

BODA，BODB为河流上游断面A和下游断面B处的BOD浓度，mgL-1；t为两个断面间的流经时间，d。

2022/10/16,33,

（2）复氧系数K2的估值复氧系数K2估值可采用实测法，但费时、费工，亦不易确定，故常用经验公式法。

用以上方法求得的K1值，实际上已包含了沉降和再悬浮的耗氧速率系数（K3）。

此法应用的条件是在断面A和B之间无废水和支流流入。

为了减少测定误差，上下游可多取几个断面，得到几个K1值，然后取平均。

2022/10/16,34,式中:

CZ为谢才系数，Cz=H1/6/n；n为河床糙率，河床为砂质、河床较平整的天然河道，n值为0.0200.024，而河床为卵石块床面不平整的河道，n值为0.0350.040；Dm为分子