第四章 地表水环境影响评价第一节 地表水体的污染和自净一、地表水资源 二、水体污染 1. 点污染源点污染源排放的废水量和污染物可以从管 道或沟渠中直接量测流量和采样分析组分浓度 确定，在经费和其他条件有限制时，常采用排 污指标(例如排放系数)推算的方法。居住区生活污水量计算式，式中：QS居住区生活污水量，L/s；q每人每日的排水定额， L/(人d)；N设计人口数，人；Ks总变化系数(1.51.7)。 工业废水量计算式，式中：m单位产品废水量，L/t；M该产品的日产量，t；Ki总变化系数，根据工艺或 经验决定；t 工厂每日工作时数，h。2. 非点污染源 非点污染源：非点污染源又称面源，是指分散 或均匀地通过岸线进入水体的废水和自然降水 通过沟渠进入水体的废水。主要包括城镇排水、农田排水和农村生活 废水、矿山废水、分散的小型禽畜饲养场废水 ，以及大气污染物通过重力沉降和降水过程进 入水体等所造成的污染废水。非点源污染情况复杂，其污染影响较难定 量，但又不能忽视，特别是对点源已进行有效 控制后，非点源污染会日益突出。(1)城市非点污染源负荷估计： 城市非点污染源负荷来源：城市雨水下水道及 合流制下水道的溢流。污染物自城市街道经排 水系统进入受纳水体。 城市非点源污染物被暴雨冲刷到接受水体的负 荷的计算： 基本程序：首先估计暴雨事件中暴雨径流的大 小（径流深度和径流面积的乘积），从而确定 暴雨的冲刷率，进而估计径流冲刷到受纳水体 的沉积物负荷，然后根据沉积物中污染物浓度 计算污染物负荷，或者根据固体废物与污染物 的统计相关关系计算污染物负荷。暴雨径流深度的估计： RCRPDs 式中： R 总暴雨径流深度，cm；CR 总径流系数；P 降雨量，cm；Ds 洼地存水，Cm。 总径流系数的估算方法： 粗略估算式：式中：I不透水区百分数；按照不同坡度计算的不透水区(指 屋面、沥青和水泥路面或广场、庭院等)的径流 系数 。准确计算式：式中：Fi各种类型地区所占的面积；i对应的径流系数。洼地存水Ds的粗略估计：径流中冲刷到接受水体的颗粒物负荷：在总 暴雨径流估算出来后，可估算暴雨冲刷率。一 般认为1 h内总径流为1.27 cm时，可冲走90的 街道表面颗粒物（沉积物）。暴雨径流中冲刷的固体负荷：式中： Ysw暴雨冲刷到受纳水体的颗粒物负荷；te 等效的累积天数，d； Ysu街道表面颗粒物日负荷量，kgd。式中：tr从最后一次暴雨事件算起的天数，d；ts从最后一次清扫街道算起的天数，d； s街道清扫频率。 式中： Lsu颗粒物日负荷率，kg(kmd)； Lst街道边沟长，约等于2倍的街道长，km。街道表面颗粒物日负荷取决于多种因素， 如交通强度、区域地表覆盖物的形式、径流量 和降雨强度、灰尘沉降量、前期干旱时间、城 市街道清扫频率和清扫质量等。4-1径流中冲刷到受纳水体的有机污染负荷： 用颗粒固体负荷乘上浓度因子计算有机物负荷 ：式中：You有机污染物的日负荷量，kgd； 单位转换因子，10-6；Ysu总颗粒物固体日负荷量，kgd；Cou有机污染物在颗粒物中的浓度，gg。城市降雨径流问题是个十分复杂的问题，与 水分循环的每一个环节都有关系，并与多种因素 相关，如降水过程、大气污染、土地使用、人类 污染特征、自然特点等。由于变化性大、随机性 强、偶然因素多，尚未掌握其规律性。(2)农田径流污染负荷估算： 第一种方法：避开污染物在农田表面实际迁移 过程的变化，仅通过采集和分析各个集水区的 径流水样计算进入某一水环境中某种污染物总 量，其公式如下：式中：M某种污染物输出总量，kg； i第i小时的该种污染物浓度，kgm3；Qi第i小时的径流量，m3；n观测的总时数，h；j第j个农田集水区；m集水区总数。第二节污染物质在河流中的混合与扩散一、污染物质在河流中的混合废水排入水体后，最先发生的过程是混合稀 释。对大多数保守污染物混合稀释是它们迁移的 主要方式之一。对易降解的污染物混合稀释也是 它们迁移的重要方式之一。水体的混合稀释、扩 散能力，与其水体的水文特征密切相关。1河流的混合稀释模型当废水进入河流后，便不断地与河水发生 混合交换作用，使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。 污水排入河流的入河口称为污水注入点。污水 注入点以下的河段，污染物在断面上的浓度分 布是不均匀的，靠入河口一侧的岸边浓度高， 远离排放口对岸的浓度低。随着河水的流逝， 污染物在整个断面上的分布逐渐均匀。 污染物浓度在整个断面上变为均匀一致的断面 ，称为水质完全混合断面。 最早出现水质完全混合断面的位置称为完全混 合点。 污水注入点的上游称为初始段，或背景河段； 污水注入点到完全混合点之间的河段称为非均 匀混合段； 完全混合点的下游河段称为均匀混合段。设河水流量为Q，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， 以表示：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：非均匀混合断面上的污染物平均浓度计算公式 ：式中：Q河流的流量，m3s； 1排污口上游河流中污染物浓度，mgL；q排人河流的废水流量，m3s； 2废水中的污染物浓度，mgL。 在水质完全混合断面以下的任一断面的、n和i 均为常数。当废水在岸边排入河流时，废水靠岸边向 下游流去，经过相当长的距离才能达到完全混 合。在非均匀混合段的废水排入一侧的岸边形 成一个污染带。当完全混合距离Ln无实测数据 时，可参考下表确定。表中列举出了许多河流 在岸边集中排入废水时，污水与河水达到完全 混合所需的时间。从下表中查取所需时间与河 水实际流速的乘积为完全混合距离。二、污染物质在河流中的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。即以扩散方式通过单位截面积的质量流量与扩 散物质的浓度梯度成正比。分子扩散系数一般很小。分子扩散引起的 物质迁移与其它因素引起物质迁移相比，分子 扩散在水环境影响评价中往往被忽略。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78个数量级。 因此，在河流中污染物的迁移 是以湍流为主的。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。剪切流离散同样可以类比分子扩散，其引 起的质量通量可用下式表示： 式中 ：Dx剪切流离散系 数，或称弥漫系数，m2s。 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。在自然界的水体中，各种形式扩散常常交 织在一起发生，除上述污染物几种主要迁移方 式以外，还存在着冲刷、淤积和悬浮等多种形 式。除分子扩散外，所有各种迁移方式都和水 体流动特性有密切联系，因此，要研究物质的 扩散输移规律应和研究水体的流动特性紧紧联 系在一起。5移流扩散方程从流动的水体中，取一微分六面体。按照 物质守恒原理，从微分六面体流进与流出的污 染物质量之差应当等于同时段内微分六面体内 质量的增量，从而导出三维的移流扩散方程为 ：对于二维问题，移流扩散方程为：对于一维问题，移流扩散方程为：基本模型的求解因环境问题的复杂，往往求解 起来很困难，通常是利用有限差分法和有限元 法求其数值解。第三节 河流和河口水质模型河流是沿地表的线形低凹部分集中的经常 性或周期性水流。较大的叫河（或江），较小 的叫溪。河口是河流注入海洋、湖泊或其他河 流的河段，可以分为入海河口、入湖河口及支 流河口。应用水质模型预测河流水质时，常假设该 河段内无支流，在预测时期内河段的水力条件 是稳态的和只在河流的起点有恒定浓度和流量 的废水（或污染物）排入。如果在河段内有支流汇入，而且沿河有多 个污染源，这时应将河流划分为多个河段采用 多河段模型。2河流水质模型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。1、水质模型的分类： n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。n按水质模型的空间维数分：分为零维、一维、二维 、三维水质模型。当把所考察的水体看成是一个完全混合反应 器时，即水体中水质组分的浓度是均匀分布的，描述 这种情况的水质模型称为零维的水质模型。 描述水质组分的迁移变化在一个方向上是重要 的，另外两个方向上是均匀分布的，这种水质模型称 为一维水质模型。描述水质组分的迁移变化在两个方向上是重 要的，在另外的一个方向上是均匀分布的，这种水质 模型称为两维水质模型。描述水质组分迁移变化在三个方向进行的水 质模型称为三维水质模型。n按描述水质组分的多少分：分为单一组分和 多组分的水质模型。水体中某一组分的迁移转化与其它组分没有关系，描述这种组分迁移转化的水质模型称 为单一组分的水质模型。 水体中一组分的迁移转化与另一组分（或几个组分）的迁移转化是相互联系、相互影响 的，描述这种情况的水质模型称为多组分的水 质模型。n按水体的类型可分为：河流水质模型、河口水 质模型（受潮汐影响）、湖泊水质模型、水库 水质模型和海湾水质模型等。河流、河口水质 模型比较成熟，湖、海湾水质模型比较复杂， 可靠性小。 n按水质组分可分为：耗氧有机物模型（BOD DO模型） ，无机盐、悬浮物、放射性物质等 单一组分的水质模型，难降解有机物水质模型 ，重金属迁移转化水质模型。水质模型的选择：选择水质模型必须对所研究的水 质组分的迁移转化规律有清楚地了解。因为水质组分 的迁移(扩散和平流)取决于水体的水文特性和水动力学 特性。在流动的河流中，平流迁移往往占主导地位， 对某些组分可以忽略扩散项；在受潮汐影响的河口中 ，扩散是主导的迁移现象，扩散项必须考虑而不能忽 略。对这两者选择的模型就不应一样。对河床规整， 断面不变，污染物排人量不变的水体，可选用静态模 型。为了减少模型的复杂性和减少所需的资料，对河 流系统的水质模型往往选用静态的。但这种选择不能 充分评价时便输入对河流系统的影响。选择的水质模型必须反映所研究的水质组分，应 用条件和现实条件接近。2、污染物在均匀流场中的扩散水质模型进入环境的污染物可以分为两大类：守恒 污染物（惰性污染物）和非守恒污染物。 守恒污染物：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。这种污 染物称为守恒污染物。如重金属、很多高分子 有机化合物等。 非守恒污染物：污染物进入环境以后，除了随 着环境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 。这种污染物称为非守恒污染物。非守恒物质的衰减有两种方式：一种是由其自 身的运动变化规律决定的；如放射性物质的蜕 变；另一种是在环境因素的作用下，由于化学 的或生物化学的反应而不断衰减的，如可生化 降解的有机物在水体中微生物作用下的氧化分 解过程。守恒污染物在均匀