环境容量计算

第二部分 水环境容量的 计算模型
• 1、流域概化模型 • 2、水动力学模型 • 3、污染源概化模型 • 4、水质模型
1、流域概化
• 将天然水域（河流、湖泊水库）概化成计 算水域，例如天然河道可概化成顺直河道， 复杂的河道地形可进行简化处理，非稳态 水流可简化为稳态水流等。水域概化的结 果，就是能够利用简单的数学模型来描述 水质变化规律。同时，支流、排污口、取 水口等影响水环境的因素也要进行相应概 化。若排污口距离较近，可把多个排污口 简化成集中的排污口。
• 1）河水流量与污水流量之比大于10~20； • 2）不需考虑污水进入水体的混合距离；
河流零维模型
• 点源，河水、污水稀释混合方程 • 对于点源，河水和污水的稀释混合方程为： •
C Cp Qp CE QE Qp QE
湖泊容量计算
• 合理划定纳污区 • 利用零维模型
河流一维模型
• 对于河流而言，一维模型假定污染物浓度 仅在河流纵向上发生变化，主要适用于同 时满足以下条件的河段：1）宽浅河段；2） 污染物在较短的时间内基本能混合均匀；3） 污染物浓度在断面横向方向变化不大，横 向和垂向的污染物浓度梯度可以忽略。
1min 流冲刷侵蚀和沉积作用； 1983；
到1d 污染物包括氮、磷和农 Bicknell
药等，考虑复杂的污染 等，
物平衡
1996
流域
开始为 单次暴 雨，后 发展为 长期连
续
暴雨 期为 60s， 非暴 雨期 为1d
水文模型考虑降雨初损、 入渗、坡面流和蒸发； Beasley， 侵蚀模型考虑溅蚀、冲 1980； 蚀和沉积；早期并不考 Bourao 虑污染物迁移，后补充 ui等， 了氮、磷子模型，复杂 1996
水环境容量计算方法
中国环境规划院 李云生 2004.5
• 基本涵义 • 计算模型 • 计算步骤 • 校核方法
第一部分 水环境容量的 基本涵义
容量涵义图示
W自净
W稀释
自净容量 稀释容量
自净容量是指由于沉降、生化、 吸附等物理、化学和生物作用， 给定水域达到水质目标所能自 净的污染物量。
W
稀释容量是指在给定水域的本底 污染物浓度低于水质目标时，依 靠稀释作用达到水质目标所能承 纳的污染物量
上界
12 3
下界
1# 上界
下界
• 2、距离较远并且排污量均比较小的分散排 污口，可概化为非点源入河，仅影响水域 水质本底值，不参与排污口优化分配计算。 非点源的范围主要包括农村生活源、畜禽 养殖、城市径流、矿山径流和农田径流等5 个主要方面。
污染源源强概化
• 年排放量t/a：
• 季变化系数，季污染负荷 • 月变化系数，月污染负荷 • 日变化系数，日污染负荷
COD浓度
20000
30000 位置(m)
40000
50000
60000
5、混合区约束容量分析（二维）
现状排污口污染负荷：8440t/a;污染带长度580米； 污染带100米允许污染负荷：3500t/a
6、确定环境容量
• 环境管理规定； • 考虑二维，利用一维确定总容量。 • 扣除面源、内源，考虑安全系数，得出环
污染平衡
零维计算结果
一维计算结果
二维计算结果
第三部分 水环境容量 的计算步骤
• 1、模型参数验证 • 2、现状污染源的水质影响分析 • 3、稀释容量分析（零维） • 4、稀释自净容量分析（一维） • 5、混合区约束容量分析（二维） • 6、确定环境容量
1、模型参数验证
• 废水量影响河流流量，调整水 文参数；
湖泊容量计算
• 合理划定纳污区 • 利用零维模型
4、稀释自净容量分析（一维）
氨氮浓度(mg/L) 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0
氨氮浓度
10000
20000
30000
COD浓位度置((mmg)/L)
35
40000
30
25
20
15
10
5
0
0
10000
50000
60000
零维模型
• 计算稀释容量。污染物进入河流水体后， 在污染物完全均匀混合断面上，污染物的 指标无论是溶解态的、颗粒态的还是总浓 度，其值均可按节点平衡原理来推求。对 河流，零维模型常见的表现形式为河流稀 释模型；对于湖泊与水库，零维模型主要 有盒模型。
• 符合下列两个条件之一的环境问题可概化 为零维问题：
• 为了确保用水安全，水环境容量计算采用 的是较高保证率的水文设计条件；
• 并不是所有的水资源量都用来计算环境容 量。
要素之二：水环境功能区
• 水环境功能区划体现人们对水环境质量的 需求，反映了人们对水资源的态度：开发、 利用或保护。
• 已划分水环境功能区的水域，要从时间、 空间两个方面规范功能区达标标准；
x u
4Eyx u
面源模型
• 非点源污染负荷模型用来计算一定流域内由非点 源污染造成的各种污染物的输出情况。选择或建 立与当地实际情况复合较好的负荷模型，是对各 种污染控制措施进行模拟筛选的基础。通过文献 调研，对国外非点源模型30多年的发展历史和现 状进行了全面的文献调查，就非点源模型的主要 类型、结构和特点进行了系统的总结，并对目前 广泛采用的13种非点源模型进行了比较分析，详 见下表。
方法3：超标水域分析法
• 在不同水域，分别应用零维、一维和二维 模型，分析功能区内水域达标长度比例 （或达标面积比例），根据各地区情况， 确定的达标水域范围，分析容量结果的合 理性。
模型应用演示……
• 将降解系数代入模型，分析其 合理性；
• 注意分析设计流速。
2、现状污染源的水质影响分析
COD浓度(mg/L)
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
2000
COD浓度
4000
6000
8000
位置(m)
10000
12000
3、稀释容量分析（零维）
分段闸坝控制河段
• 分段确定水文条件 • 利用零维模型估算
排放方式
技术指南中的概念定义
• 在给定水域范围和水文条件，规定排污方 式和水质目标的前提下，单位时间内该水 域最大允许纳污量，称作水环境容量。
• 从上述定义可知，水环境容Fra Baidu bibliotek主要决定于 三个要素：水资源量、水环境功能区划和 排污方式。
要素之一：水资源量
• 从某种意义上讲，水资源量是水环境容量 基础；
C C0 eKx u
河流二维模型
• 当水中污染物浓度在一个方向上是均匀的， 而在其余两个方向是变化的情况下，一维模 型不再适用，必须采用二维模型。河流二维 对流扩散水质模型通常假定污染物浓度在水 深方向是均匀的，而在纵向、横向是变化的。
C(x, z) m exp( z2u K x)
hu
Ey
2、水动力学模型
• 最枯月设计条件
• 1、满足节点平衡方程 • 2、满足沿程连续方程
河流径流量沿程概化
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 • 污染源源强概化
• 1、若排污口距离较近，可把多个排污口简 化成集中的排污口。
• 如下图所示，1号、2号、3号排污口可合并 为1个排污口1#。上界下界上界1 2 3下 界1#
境容量。
第四部分 水环境容量 校核
方法1：水资源量校核法
• 对比各个水系水资源量和水环境容量计算 结果，若差距较大，需仔细分析；
• 将同一水系各个河段（地市）的计算条件 连在一起进行计算，比较总体结果与各段 结果的差距。
方法2： 提高功能校核法
• 由于应用模型计算水环境容量部分参数具 有不确定性，为了提高容量结果的安全性， 建议部分河段采用提高功能区类别的方法 进行核算，以作为确定安全系数的参考值。
参数 形式
分散 参数
集中 参数
分散 参数
空间 时间尺 时间 尺度 度 步长
模型结构
参考文 献
开始为
单次暴
SCS水文模型；通用土 Young，
流域
雨，后 发展为
1d
壤流失方程；氮、磷和 1989； COD负荷，不考虑污 AGNPS
长期连
染物平衡
网站
续
流域
长期连 续
斯坦福水文模型；侵蚀 Johanso
模型考虑雨滴溅蚀、径 n等，
• 我国实用的非点源污染控制模型尚处在初步应用 阶段，本次水环境容量计算，一般不要求进行非 点源模型模拟，有条件的城市可根据上表选用适 当的模型开展工作。
模型名称 AGNPS
HSPF
ANSWE RS
最早 开发 时间 1987
1976
1977
最新 版本 发布 时间
1998
1996 (v.11)
1996
• 本次计算，利用平均法确定源强。
4、水质模型
• 根据水环境功能区的实际情况，环境容量 计算一般用一维水质模型。对有重要保护 意义的水环境功能区、断面水质横向变化 显著的区域或有条件的地区，可采用二维 水质模型计算。在模型计算时尤其是对于 大江大河的水环境容量计算，必须结合混 合区或污染带的范围进行容量计算。
• 未划分水环境功能区的水域可不进行容量 计算；若考虑计算，按较高功能标准进行 （II类）。
要素之三：排污方式
• 排污口沿河（或其他水体）位置布设，对 河流整体水环境容量影响较大；
• 排污口排放方式（岸边或中心，浅水或深 水），对局部的污染物稀释混合影响很大；
• 全面理解内涵 • 重视数据协调 • 合理计算容量