水环境监测与评价课程设计.docx
《水环境监测与评价课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水环境监测与评价课程设计.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
水环境监测与评价课程设计
第一章汾河概况
汾河是山西最大的河流，全长710公里，也是黄河的第二大支流。
太原市位于汾河中下游，市区西、北、东三面环山，汾河自北向南横贯全市，流经境内约178km，流域面积6331km2，占全市流域总面积的90.6%。
汾河太原城区段北起上兰，南至小店桥，全长约35km，先后流经尖草坪区、杏花岭区、万柏林区、
迎泽区和小店区五个区，沿途有岚河、涧河、狮子河、屯兰川、阳兴河、北涧河、北沙河、南沙河、玉门河、虎峪河、九院沙河、城南退水渠、冶峪河、风峪河等几十条支流和沟渠汇入。
其中，胜利桥至南内环桥河段（全长约6km），经政府实
施改造治理、截流蓄水后，形成了常年拥有2．26×106rn3蓄水量、总面积约为1．21km2的水上公园。
河段的两侧修建暗涵用来接纳汾河支流来水、工业废水和生活污水，并于南内环桥外汇流进入天然河道。
再加上河段两侧的大面积绿化和美化，使得太原城区段的生态环境得到了显著改善。
第二章水质监测方案设计
2.1编制依据
（1）《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T91-2002）
（2）《地下水环境监测技术规范》（HJ/T164-2004）
（3）《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）
（4）《地下水环境质量标准》（GB14848—93）
（5）《污水排放质量标准》（GB3838—2002）
（6）《生活饮用水卫生标准》（GB3838—2002）
（7）《环境影响技术导则地下水环境》（HJ610-2011）
（8）《建设项目地下水环境影响规范》（DZ0225-2004）
（9）《环境影响评价技术导则地表水环境》（（HJ/T2.3-93）
2.2污染源的调查
汾河太原城区段主要有7个支流及排污口，它们由北向南分别是：
玉门河、虎峪河、九院沙河、河西污水厂、城南退水渠、冶峪河、风峪河。
汾河水系主要接纳污水的排污口基本为明渠常年排放，太原市各类工农业废水和生活污水直接或间接由支流接纳，最后汇入汾河。
大量的工业废水、城镇生活污水的排放，再加上生活垃圾、化肥和农药的施用造成的面源污染等诸多原因，使得太原水环境严重污染，水资源紧缺更是雪上加霜。
据统计，近年来太原市年排放废污水量在2.2×108t以上，绝大部分废污水通过排洪沟道和排水管网进入汾河太原城区段，随着污染废水排入汾河的各种有害物质全年约19×104t。
由于汾河污水的渗漏以及农业提引污水灌溉，沿汾河两岸的浅层地下水己受到了不同程度的污染。
2.3采样断面的布设
2.3.1采样断面布设原则
1、应充分考虑本河段取水口、排污口数量和分布及污染物排放状况，水文及河道地形、支流汇入及水工程情况，植被与水土流失情况，其他影响水质及其均匀程度的因素。
2、力求以较少的监测断面和测点获取最具有代表性的样品，全面、真实、客观地反映该区域水环境质量及污染物的时空分布状况与特征。
3、避开死水及回水区，选择河段顺直、河岸稳定、水流平缓、无急流湍滩且交通方便处。
4、尽量与水文断面相结合。
2.3.2采样断面的布设
根据断面布设原则，汾河太原段共设置了九个采样断面，由上游到下游依次是两暗渠道断面、玉门河断面、虎峪河断面、南内环东口断面、南内环东口断面、九院沙河断面、长风桥断面、大马村断面、冶峪河断面、小店桥断面。
两暗渠道断面：
为汾河太原段的上游第一个断面，将其作为研究整个汾河太原段的背景断面，为研究整个汾河太原段提供了原始数据对比。
玉门河断面：
玉门河是第一个开始进行排污的支流，故玉门河断面设置在排污口的上游，属于对照断面。
虎峪河断面：
处在玉门河与虎峪河两条排污河流的下游，虎峪河断面属于控制断面。
接下来是在南内环桥下游，从太原的背景质料中了解到，在南内环桥的东西两岸有较多的工业区和城市繁华和生活区，所以应分别在南内环桥的东西两岸分别布设控制断面，即南内环西口断面和南内环东口断面来进行水质监测
九院沙河断面：
在长风桥上游有一较大支河流汇入汾河即九院沙河，同时在该区域也有较多的城市生活活动区，所以也应该在此区域内布设水质控制监测断面。
长风桥断面：
是九院沙河排污口的控制断面，同时也是下个排污口城南退水渠的对照断面。
大马村断面：
位于城南退水渠下游，是控制断面，同时也是冶峪河排污口的对照断面.
冶峪河断面：
是冶峪河排污口的控制断面，也是风峪河排污口的对照面。
小店桥断面：
使整个研究流域的最后一个消减断面，同时它是整个流域的污染控制断面。
2.4采样频次、采样时间
2.4.1河流采样频次和时间确定的原则与要求
（1）长江、黄河干流以及其余全国重点基本站等，每年采样频次不得少于12次，每月中旬进行。
（2）一般中小河流基本站采样频次每年不得少于6次，丰、平、枯水期各2次。
（3）河流水系的背景断面每年采样3次，丰、平、枯水期各1次。
交通不便处可酌情减少，但不得少于每年1次。
（4）流经城市或工业区污染较为严重的河段，采样频次每年不得少于12次，每月采样1次。
2.4.2采样时间、频次的确定
汾河属于黄河的二级支流，水质比较稳定。
各监测断面每年采样6次，丰、平、枯各两次。
两暗渠道断面为背景断面，每年采样3次，丰、平、枯水期各一次。
南内环西口断面和南内环东口断面流经城市和污染断面，故采样频次每年不少于12次，每月采样一次。
2.5水质参数的选择与参数分析方法的确定
2.5.1监测参数选择原则
（1）国家与行业水环境与水资源质量标准或评价标准中已列入的项目；
（2）国家及行业正式颁布的标准分析方法中列入的监测项目；
（3）反映本地区水体中主要污染物的监测项目；
（4）专用站应依据监测目的的选择监测项目。
2.5.2水质参数的选择
为了能够确定汾河太原段水域的主要污染因子和水质状况，使评价结果更为合理地符合水质标准，应选用水质评价规定的参数。
由于在研究范围内，河流主要接纳工农业废水和生活污水，所以确定主要监测项目为：
BOD5、DO、CODcr、NH3-N。
2.5.3参数分析方法的确定
表2-1监测指标的测定方法
序号
参数
测定方法
测定下限（mg/L）
注释
分析方法来源
1
DO
碘量法
0.2
碘量法测定溶解氧有各种修正法，测定时应根据干扰情况具体选用
GB7489—89
2
COD
重铬酸盐法
5
GB11914－89
3
氨氮
纳氏试剂比色法
水杨酸分光光度法
0.05
0.01
测得结果系以氮（N）计的氨氮浓度,然后再根据GB 3838-88附表，换算为非离子氨浓度
GB7479—87
4
BOD5
稀释与接种法
2
GB7488-87
2.6水样采集的准备及水样预处理
2.6.1采样点的确定
汾河水面宽度小于五十米，水深不足十米，所以采样点只设中宏垂线水面下0.5米处和河底以上0.5米处。
2.6.2采样方法
由于汾河近年来一直断水，水量不足，流速小，河流深度较浅，故可采用泡沫船进行采样，对于较浅河段可涉水或在桥上采集。
采集用的采集器选用简易采水器。
2.6.3注意事项
（1）采样时不可搅动水底的沉积物。
（2）采样时应保证采样点的位置准确。
必要时使用定位仪（GPS）定位。
（3）保证采样按时、准确、安全。
（4）采样结束前，应核对采样计划、记录与水样，如有错误或遗漏，应立即补采或重采。
（5）测溶解氧、生化需氧量和有机污染物等项目时，水样必须注满容器，上部不留空间，并有水封口。
（6）如果水样中含沉降性固体（如泥沙等），则应分离除去。
分离方法为：
将所采水样摇匀后倒入筒形玻璃容器（如1～2L量筒），静置30min，将不含沉降性固体但含有悬浮性固体的水样移入盛样容器并加入保存剂。
测定水温、pH、DO、电导率、总悬浮物和油类的水样除外。
2.6.4水样的保存与运送要求
水样采集后，必须尽快送回实验室。
在运送前应对水样做一定的冷藏，这样有利于抑制微生物的活动，减缓物理挥发和化学反应速率。
如需对水样的氨氮进行测定可在水样中加入氯化汞抑制生物的氧化还原作用；测定溶解氧的水样则需加入少量硫酸锰溶液和碘化钾溶液固定溶解氧。
水样的保存应符合有关规程规范要求，超过保存期的样品按废样处理。
加入的保存剂不应对监测项目测定产生干扰。
水样容器内盖应盖紧，并采用防震措施，有条件者可用冷藏箱运送；运输时应避免阳光直射、冰冻和剧烈震动。
2.7水质实验数据
水样中各项指标的测定，需根据所需测定的不同物质采取适当方法。
水样溶解氧的测定可采用修正碘量法或氧极法；生化需氧量的测定可采用稀释与接种法，氨氮的测定可采用气象分子吸收光谱法，对于氨氮含量高的河段水样还可用滴定法进行测定；具体采用何种方法对水样进行何种物质进行测定，需根据实验室具体情况来采取适合的办法。
最终采样测定结果如下表：
表2-2水质监测数据
CODcr
BOD
NH3-N
DO
玉门河
丰水期
2.19
4.26
9.16
1.17
枯水期
4
7.02
18.35
1.31
虎峪河
丰水期
2.25
5.17
9.55
1.2
枯水期
4.17
6.63
16.92
1.33
南内环桥两口
丰水期
2.21
4.77
9.15
1.18
枯水期
4
6.88
18.71
1.32
南内环桥东口
丰水期
2.43
3.86
9.93
1.21
枯水期
3.58
6.64
19.07
1.29
九院沙河
丰水期
2.62
4.64
24.45
1.17
枯水期
2.9
5.77
28.13
1.36
长风大桥
丰水期
2.22
3.73
18.13
0.88
枯水期
2.64
4.24
22.39
1.2
大马村
丰水期
2.26
3.98
17.6
1.03
枯水期
2.78
4.45
22.77
1.21
冶峪河
丰水期
2.33
4.04
16.9
1.07
枯水期
2.64
4.58
21.85
1.25
小店轿
丰水期
2.28
3.86
18.23
0.94
枯水期
2.5
4.9
27.03
1.15
第三章水环境质量现状评价
3.1水质评价标准的确定
根据《山西省水功能区划》，汾河太原段共划分一级水功能区4个，包括1个保护区，1个保留区，2个开发利用区，二级水功能区划是在一级区划的开发利用区内进行，其中汾河静乐娄烦开发利用区有1个，汾河太原运城开发利用区有7个。
本次监测范围为胜利桥到小店桥河段，包含汾河太原景观娱乐用水区和汾河太原排污控制区两个水功能区，分别采用Ⅳ类、Ⅴ类水评价标准，具体参数见下表：
表3-1水质评价标准表
水功能分区
范围
水质标准
水质参数的水质标准（mg/L）
BOD
DO
汾河太原景观娱乐用水区
胜利桥
南内环桥
Ⅳ
10
6
1.5
3
汾河太原排污控制区
南内环桥
小店桥
V
15
10
2
2
3.2单因素评价
3.2.1单项评价采用标准指数法。
单项参数评价标准指数法计算模式为：
式中，
—（i,j）点的污染物浓度或污染物i在预测点（可监测点）j的标准指数，mg/L；
—（i,j）点的污染物浓度或污染物i在预测点（可监测点）j的浓度；
—水质参数i的水质标准，mg/L。
玉门河丰水期BOD浓度为4.26mg/L,Ⅳ类水BOD的水质标准为6，因此BOD在该监测点处的标准指数为0.71。
以此类推，计算得到各监测点各水质参数标准指数。
3.2.2DO的标准指数为
，
，
式中，
——溶解氧DO在预测点（可监测点）j的标准指数；
——监测点或预测点（可监测点）j处的DO浓度，mg/L
——饱和溶解氧DO的浓度，mg/L
——DO的水质标准，mg/L
T——水温，℃
取丰水期水温20℃，枯水期水温3℃，代入公式得丰水期饱和溶解氧DO浓度为9.42mg/L,枯水期饱和溶解氧DO浓度为13.28mg/L。
同样以玉门河丰水期为例，溶解氧DO在该监测点的浓度为1.17mg/L,Ⅳ类水DO的水质标准为3mg/L,因此溶解氧DO在该监测点处的标准指数为6.49。
以此类推，计算得到各监测点溶解氧DO标准指数。
各监测点各水质参数标准指数见下表：
表3-2各监测点各水质参数标准指数表
BOD
DO
玉门河
丰水期
0.22
0.71
6.11
6.49
枯水期
0.40
1.17
12.23
6.07
虎峪河
丰水期
0.23
0.86
6.37
6.40
枯水期
0.42
1.11
11.28
6.01
南内环桥两口
丰水期
0.15
0.48
4.58
4.69
枯水期
0.27
0.69
9.36
4.06
南内环桥东口
丰水期
0.16
0.39
4.97
4.56
枯水期
0.24
0.66
9.54
4.20
九院沙河
丰水期
0.17
0.46
12.23
4.74
枯水期
0.19
0.58
14.07
3.88
长风大桥
丰水期
0.15
0.37
9.07
6.04
枯水期
0.18
0.42
11.20
4.60
大马村
丰水期
0.15
0.40
8.80
5.37
枯水期
0.19
0.45
11.39
4.56
冶峪河
丰水期
0.16
0.40
8.45
5.19
枯水期
0.18
0.46
10.93
4.38
小店轿
丰水期
0.15
0.39
9.12
5.77
枯水期
0.17
0.49
13.52
4.83
3.3多项水质参数综合评价方法
多项水质参数综合评价的方法很多，采用下述两种方法进行综合评价。
（1）算数平均法
式中，
--在预测点（可监测点）j的综合评价指数；
其余各符号含义与前定义相同。
（2）叠加法
各监测点多项水质参数综合评价结果见下表：
表3-3各监测点多项水质参数综合评价结果
监测点
时期
水质参数标准指数
算术平均法
叠加法
BOD
DO
玉门河
丰水期
0.22
0.71
6.11
6.49
3.38
13.53
枯水期
0.40
1.17
12.23
6.07
4.97
19.87
虎峪河
丰水期
0.23
0.86
6.37
6.40
3.46
13.85
枯水期
0.42
1.11
11.28
6.01
4.70
18.81
南内环桥两口
丰水期
0.15
0.48
4.58
4.69
2.47
9.89
枯水期
0.27
0.69
9.36
4.06
3.59
14.37
南内环桥东口
丰水期
0.16
0.39
4.97
4.56
2.52
10.07
枯水期
0.24
0.66
9.54
4.20
3.66
14.63
九院沙河
丰水期
0.17
0.46
12.23
4.74
4.40
17.60
枯水期
0.19
0.58
14.07
3.88
4.68
18.72
长风大桥
丰水期
0.15
0.37
9.07
6.04
3.91
15.63
枯水期
0.18
0.42
11.20
4.60
4.10
16.40
大马村
丰水期
0.15
0.40
8.80
5.37
3.68
14.71
枯水期
0.19
0.45
11.39
4.56
4.14
16.57
冶峪河
丰水期
0.16
0.40
8.45
5.19
3.55
14.19
枯水期
0.18
0.46
10.93
4.38
3.98
15.93
小店轿
丰水期
0.15
0.39
9.12
5.77
3.86
15.42
枯水期
0.17
0.49
13.52
4.83
4.75
19.00
3.4模糊综合评判法
模糊综合评判法是以隶属度来描述来描述模糊的水质分级界线的。
这一方法不仅承认事物对某范畴的“非此即彼”的关系，而更强调事物对某范畴的“亦此亦彼”的客观存在的“中间过渡不分明性”即模糊性。
因此，它能较准确刻画环境质量客观存在的状况，并获得符合实际的评价效果。
其计算步骤如下。
3.4.1隶属度的确定
假设地下水水质一般可分为m个等级，即V=Ⅰ级，Ⅱ级，…,m级
设C表示某一样品一种污染因子（x）的浓度，则x对于等级V的隶属关系可按下式计算。
Ⅰ级：
Ⅱ-Ⅳ级：
Ⅴ级：
其中
为某一样品第i种污染因子第j级的国家标准浓度。
3.4.2权重的确定
式中，n----污染因子数
m----水质级别数
Sij-------某一样品第i种污染因子第j级的国家标准浓度
3.4.3模糊矩阵复合运算
综合评判结果是通过权重矩阵A和模糊关系矩阵R的复合运算得到的，因此有矩阵：
这里运算符号“。
”可以有两种处理方法：
一是模糊矩阵合成法；二是普通矩阵的算法。
按模糊矩阵合成法则，即按最大、最小运算法则进行，与普通矩阵算法相比较，运算过程一样，只不过是将实数加法改为逻辑加，将实数乘法改为逻辑乘。
3.4.4模糊综合评判
以上结果是对应于集合V上的各项隶属度，取其中最大者所对应的的水质级数为该评价水体的水质级数。
以玉门河丰水期为例计算：
表3-4玉门河丰水期水质标准
实测浓度
mg/L
水质标准值（mg/L）
CODcr
I
II
III
IV
V
BOD
2.19
2
4
6
10
15
NH3-N
4.26
3
3
4
6
10
DO
9.16
0.15
0.5
1
1.5
2
1.17
2
3
5
6
7.5
由公式计算得，四种污染因子隶属度矩阵：
权重矩阵
模糊矩阵复合运算得：
矩阵B中0,87为最大值，故玉门河丰水期水质为Ⅴ类水。
其余河段及时期计算方法与此相同，最终结果如下表：
表3-5各河段水质模糊综合评价结果
水质
时期
河段
玉门河
虎峪河
南内环桥两口
南内环桥东口
九院沙河
长风大桥
大马村
冶峪河
小店轿
丰水期
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
枯水期
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
Ⅴ
第四章水污染的控制
4.1污染入河量的计算
经调查汾河太原城区段各河段污染物入河流量基本参数表4-1。
表4-1汾河太原城区段各河段基本参数表
序号
断面距离m
平均流速m/s
输入流量m3/s
输入COD浓度mg/L
输入氨氮浓度mg/L
0
0
0.65
1.06
83.58
30.32
1
2100
0.68
0.2
109.93
38.05
2
1800
0.7
0.31
125.03
35.66
3
2000
0.84
0.19
119.96
37.42
4
1200
0.83
0.43
84.19
53.51
5
2100
0.86
0.22
55.01
26.75
6
3000
0.97
0.1
116.74
36.94
7
3500
0.57
0.1
221.74
42.84
8
4300
0.59
0.1
106.3
82
根据污染入河量的定义可知，某一河段的污染入河量即为污染物浓度与河流流量的乘积，例如0号断面输入COD浓度为83.58mg/L,河流流量为1.06m3/s，故该河段COD的污染入河量为88594.80mg/s。
以此类推，可得到各监测河段COD和氨氮的污染入河量。
根据水功能区范围，汾河太原景观娱乐用水区为河段0～3，汾河太原污染控制区为河段4～8，因此不同分区的污染入河量为个河段的代数和。
计算结果见下表：
表4-2不同功能区的污染入河量
功能区
序号
断面距离
COD污染入河量
氨氮污染入河量
COD污染入河物总和
氨氮污染入河物总和
m
mg/s
mg/s
kg/d
kg/d
汾河太原景观娱乐用水区
0
0
88594.80
32139.20
14872.25
5003.74
1
2100
21986.00
7610.00
2
1800
38759.30
11054.60
3
2000
22792.40
7109.80
汾河太原排污控制区
4
1200
36201.70
23009.30
8016.36
3894.25
5
2100
12102.20
5885.00
6
3000
11674.00
3694.00
7
3500
22174.00
4284.00
8
4300
10630.00
8200.0
4.2水环境容量计算
水环境容量是水体在环境功能不受损害的前提下所能接纳的污染物最大允许排放量。
分为稀释容量（
）和自净容量（
）两部分：
稀释容量：
式中：
－稀释容量，kg/d
－水质标准，mg/L；
－河流背景浓度，mg/L；
－河流流量，m3/s。
自净容量：
式中：
－自净容量，kg/d
－水质标准，mg/L；
－河流流量+废水流量，m3/s；本次监测断面上没有排污口，因此有
－河段长度，m；
－综合衰减系数，1/d；
－河流流速，m/s。
水环境总容量：
具体计算过程中按水功能分区将河段合并计算，汾河太原景观娱乐用水区以0断面为背景断面，采用Ⅳ类水标准，河段长度为6km，综合衰减系数见表4-3，将表4-1中各河段基本参数带入公式计算得该水功能分区水环境总容量。
同理，汾河太原排污控制区以3断面为背景断面，采用Ⅴ类水标准，河段长度为13km，带入计算得该水功能分区水环境总容量。
具体数值见下表：
表4-3综合衰减系数表
参数/断面
1
2
3
4
5
6
7
8
KC（1/d）
0.74
0.87
0.81
0.62
0.85
0.61
0.65
0.7
KN（1/d）
0.36
0.33
0.3
0.48
0.53
0.51
0.6
0.6
表4-4不同水功能区水环境容量计算表
稀释容量
自净容量
水环境容量
COD
氨氮
COD
氨氮
COD
氨氮
（kg/d）
（kg/d）
（kg/d）
（kg/d）
（kg/d
升级会员 