水環(huán)境容量計算方法

1、水環(huán)境容量計算方法,中國環(huán)境規(guī)劃院 李云生2004.5,,基本涵義計算模型計算步驟校核方法,第一部分 水環(huán)境容量的基本涵義,,容量涵義圖示,稀釋容量是指在給定水域的本底污染物濃度低于水質(zhì)目標(biāo)時，依靠稀釋作用達到水質(zhì)目標(biāo)所能承納的污染物量,自凈容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化學(xué)和生物作用，給定水域達到水質(zhì)目標(biāo)所能自凈的污染物量。,技術(shù)指南中的概念定義,在給定水域范圍和水文條件，規(guī)定排污方式和水質(zhì)目標(biāo)的前提下，單位時間內(nèi)該水

2、域最大允許納污量，稱作水環(huán)境容量。從上述定義可知，水環(huán)境容量主要決定于三個要素：水資源量、水環(huán)境功能區(qū)劃和排污方式。,要素之一：水資源量,從某種意義上講，水資源量是水環(huán)境容量基礎(chǔ)；為了確保用水安全，水環(huán)境容量計算采用的是較高保證率的水文設(shè)計條件；并不是所有的水資源量都用來計算環(huán)境容量。,要素之二：水環(huán)境功能區(qū),水環(huán)境功能區(qū)劃體現(xiàn)人們對水環(huán)境質(zhì)量的需求，反映了人們對水資源的態(tài)度：開發(fā)、利用或保護。已劃分水環(huán)境功能區(qū)的水域，要從時

3、間、空間兩個方面規(guī)范功能區(qū)達標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)；未劃分水環(huán)境功能區(qū)的水域可不進行容量計算；若考慮計算，按較高功能標(biāo)準(zhǔn)進行（II類）。,要素之三：排污方式,排污口沿河（或其他水體）位置布設(shè)，對河流整體水環(huán)境容量影響較大；排污口排放方式（岸邊或中心，淺水或深水），對局部的污染物稀釋混合影響很大；,,全面理解內(nèi)涵 重視數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)合理計算容量,,第二部分 水環(huán)境容量的計算模型,,1、流域概化模型2、水動力學(xué)模型3、污染源概化模型4、水質(zhì)模型,1

4、、流域概化,將天然水域（河流、湖泊水庫）概化成計算水域，例如天然河道可概化成順直河道，復(fù)雜的河道地形可進行簡化處理，非穩(wěn)態(tài)水流可簡化為穩(wěn)態(tài)水流等。水域概化的結(jié)果，就是能夠利用簡單的數(shù)學(xué)模型來描述水質(zhì)變化規(guī)律。同時，支流、排污口、取水口等影響水環(huán)境的因素也要進行相應(yīng)概化。若排污口距離較近，可把多個排污口簡化成集中的排污口。,,,,,,,,,,,,,,,,2、水動力學(xué)模型,最枯月設(shè)計條件1、滿足節(jié)點平衡方程2、滿足沿程連續(xù)方程,河流徑

5、流量沿程概化,河流流速沿程概化,3、污染源概化模型,污染源沿程位置概化污染源源強概化,,1、若排污口距離較近，可把多個排污口簡化成集中的排污口。如下圖所示，1號、2號、3號排污口可合并為1個排污口1#。上界下界上界1 2 3下界1#,,,,2、距離較遠并且排污量均比較小的分散排污口，可概化為非點源入河，僅影響水域水質(zhì)本底值，不參與排污口優(yōu)化分配計算。非點源的范圍主要包括農(nóng)村生活源、畜禽養(yǎng)殖、城市徑流、礦山徑流和農(nóng)田徑流等5個主

6、要方面。,污染源源強概化,年排放量t/a：季變化系數(shù)，季污染負荷月變化系數(shù)，月污染負荷日變化系數(shù)，日污染負荷本次計算，利用平均法確定源強。,4、水質(zhì)模型,根據(jù)水環(huán)境功能區(qū)的實際情況，環(huán)境容量計算一般用一維水質(zhì)模型。對有重要保護意義的水環(huán)境功能區(qū)、斷面水質(zhì)橫向變化顯著的區(qū)域或有條件的地區(qū)，可采用二維水質(zhì)模型計算。在模型計算時尤其是對于大江大河的水環(huán)境容量計算，必須結(jié)合混合區(qū)或污染帶的范圍進行容量計算。,零維模型,計算稀釋容量。

7、污染物進入河流水體后，在污染物完全均勻混合斷面上，污染物的指標(biāo)無論是溶解態(tài)的、顆粒態(tài)的還是總濃度，其值均可按節(jié)點平衡原理來推求。對河流，零維模型常見的表現(xiàn)形式為河流稀釋模型；對于湖泊與水庫，零維模型主要有盒模型。符合下列兩個條件之一的環(huán)境問題可概化為零維問題：1）河水流量與污水流量之比大于10~20；2）不需考慮污水進入水體的混合距離；,,河流零維模型,點源，河水、污水稀釋混合方程對于點源，河水和污水的稀釋混合方程為：,,湖泊容

8、量計算,合理劃定納污區(qū)利用零維模型,,河流一維模型,對于河流而言，一維模型假定污染物濃度僅在河流縱向上發(fā)生變化，主要適用于同時滿足以下條件的河段：1）寬淺河段；2）污染物在較短的時間內(nèi)基本能混合均勻；3）污染物濃度在斷面橫向方向變化不大，橫向和垂向的污染物濃度梯度可以忽略。,,,河流二維模型,當(dāng)水中污染物濃度在一個方向上是均勻的，而在其余兩個方向是變化的情況下，一維模型不再適用，必須采用二維模型。河流二維對流擴散水質(zhì)模型通常假定污染

9、物濃度在水深方向是均勻的，而在縱向、橫向是變化的。,面源模型,非點源污染負荷模型用來計算一定流域內(nèi)由非點源污染造成的各種污染物的輸出情況。選擇或建立與當(dāng)?shù)貙嶋H情況復(fù)合較好的負荷模型，是對各種污染控制措施進行模擬篩選的基礎(chǔ)。通過文獻調(diào)研，對國外非點源模型30多年的發(fā)展歷史和現(xiàn)狀進行了全面的文獻調(diào)查，就非點源模型的主要類型、結(jié)構(gòu)和特點進行了系統(tǒng)的總結(jié)，并對目前廣泛采用的13種非點源模型進行了比較分析，詳見下表。我國實用的非點源污染控制模型

10、尚處在初步應(yīng)用階段，本次水環(huán)境容量計算，一般不要求進行非點源模型模擬，有條件的城市可根據(jù)上表選用適當(dāng)?shù)哪Ｐ烷_展工作。,零維計算結(jié)果,一維計算結(jié)果,二維計算結(jié)果,第三部分 水環(huán)境容量的計算步驟,,1、模型參數(shù)驗證2、現(xiàn)狀污染源的水質(zhì)影響分析3、稀釋容量分析（零維）4、稀釋自凈容量分析（一維）5、混合區(qū)約束容量分析（二維）6、確定環(huán)境容量,1、模型參數(shù)驗證,廢水量影響河流流量，調(diào)整水文參數(shù)；將降解系數(shù)代入模型，分析其合理性；

11、注意分析設(shè)計流速。,2、現(xiàn)狀污染源的水質(zhì)影響分析,3、稀釋容量分析（零維）,分段閘壩控制河段,分段確定水文條件利用零維模型估算,湖泊容量計算,合理劃定納污區(qū)利用零維模型,4、稀釋自凈容量分析（一維）,,5、混合區(qū)約束容量分析（二維）,現(xiàn)狀排污口污染負荷：8440t/a;污染帶長度580米；污染帶100米允許污染負荷：3500t/a,6、確定環(huán)境容量,環(huán)境管理規(guī)定；考慮二維，利用一維確定總?cè)萘俊？鄢嬖础?nèi)源，考慮安全系數(shù)，

12、得出環(huán)境容量。,第四部分 水環(huán)境容量校核,方法1：水資源量校核法,對比各個水系水資源量和水環(huán)境容量計算結(jié)果，若差距較大，需仔細分析；將同一水系各個河段（地市）的計算條件連在一起進行計算，比較總體結(jié)果與各段結(jié)果的差距。,方法2： 提高功能校核法,由于應(yīng)用模型計算水環(huán)境容量部分參數(shù)具有不確定性，為了提高容量結(jié)果的安全性，建議部分河段采用提高功能區(qū)類別的方法進行核算，以作為確定安全系數(shù)的參考值。,方法3：超標(biāo)水域分析法,在不同水域，分別應(yīng)用