圆明园防渗工程环评

7 地表水环境影响评价
7.1 地表水环境质量现状监测与评价
7.1.1 地表水环境质量现状调查
到目前为止，北京市没有对圆明园地表水水质进行常规水质监测。

而目前圆明园东部防渗工程已经接近完成，施工区内地表水已经排空，因此无法调查原状。

2004年8月20日清华大学曾对圆明园水面进行监测和观察，其结果如表7－1。

表7－1 圆明园水质情况（单位：mg/L）
指标喷泉处不流动1 不流动2 荷花池
TP 0.121 0.869 0.680 0.116
TN 0.852 5.40 7.80 0.886
感观水体在感观上尚
好，颜色没有发
绿，透明度很高水体严重发绿，透明度很
低，腥味很重
水体在感观上尚
好，颜色没有发绿，
透明度很高
水生植物荷花没有水生植物种植荷花、茭白、红菱、
芦苇、香蒲等
藻种主要是小球藻，浮
游动物较多微囊藻、丝藻、小球藻、束
球藻、项圈藻、节球藻等
丝藻、小球藻、微
囊藻，但以小球藻
居多
7.1.2 评价标准
按规划功能，地表水评价执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III 类水标准，相应的限值如表7－2所示。

现状水质监测中只有TN、TP监测数据，但考虑到后面的类比预测分析，将类比监测中的其他水质项目的标准限值一并列入。

表 7－2 地表水环境质量III 类标准（GB3838－2002） 单位：mg/L
项目 BOD 5 NH 3-N pH 值 TN TP COD Mn DO 限值
4
1.0
6~9
1.0
0.05
6
5
因圆明园水体的实际功能为娱乐景观水体，此处同时采用《景观娱乐用水水质标准》（GB 12941—91）的B 类（适用于国家重点风景旅游区及与人体非直接接触的景观娱乐水体，见表7－3）标准对其进行评价。

表 7－3
景观娱乐用水水质标准B 类水标准（GB 12941—91） 单位：mg/L 项目 BOD 5 NH 3-N pH 值 NO 2−-N TP COD Mn DO 限值 4
0.5
6.5~8.5
0.15
0.02
6
4
关于富营养化评价，目前我国还没有国家标准，此处参照全国水资源综合规划富营养化评价标准进行评价，如表7－4。

7.1.3 评价方法
采用浓度指数法对水环境质量现状进行评价。

浓度指数法计算公式如下： 对污染程度随浓度增加的污染物：
0i
i i C p C =
（7－1）
式中，i p ——浓度指数；i C ——实测值；0i C ——标准值。

对于pH 值：
7
7
i i m C p C −=
− （7－2） 式中，m C ——标准值，当i C ≥7时，取8.5；当i C 小于7时，取6.5。

对于溶解氧：
P i =
i
f i f C C C C 0−− (当C i ≥C 0i ) （7－3）
i i
i C C P 09
10−=
(当C i <C 0i ) （7－4）
式中，C f ——监测时水温下的饱和溶解氧值。

对于富营养化现状评价，采用评分法进行评价，总评分值为各监测项目评分值的算术平均值。

营养状态等级判别方法为：0≤评分值≤20,贫营养；20<评分值≤50,中营养；50<评分值≤100,富营养。

表 7－4
湖泊富营养化评分与分级标准
指数 叶绿素(mg/ m 3)
TP(mg/L) TN(mg/L) 30 2.9 0.010 0.10 40 4.0 0.025 0.3 50 10.0 0.05 0.5 60 26.0 0.100 1.0 70 64.0 0.200 2.0 80 160 0.60 6.0 90
400
0.90
9.0
7.1.4 评价结果
由于四处取样点只进行了TN 、TP 的监测，故仅对这两种指标进行评价。

评价结果见表7－5。

表 7－5
地表水各监测因子的浓度指数计算结果 评价标准
指标 喷泉处 不流动1 不流动2 荷花池 TP 2.42 17.38 13.6 2.32 地表水环境质量标准 TN 0.852 5.4 7.8 0.886 景观娱乐用水水质标准 TP
6.05
43.45
34
5.8
根据2004年调查监测结果，防渗工程施工前圆明园内四处取样点的TP浓度均超过《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）和《景观娱乐用水水质标准》（GB 12941—91）规定的相应标准值,且两处不流动点超标倍数很高；两处不流动水体TN浓度均超过《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类水体限值，但另外两处的TN浓度满足《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）III类水体限值。

根据富营养化评价标准，各监测点状态评分如表7－6。

表7－6 富营养化评价结果
地点TP(mg/L) TN(mg/ m3) 总评分值营养状态
喷泉处62 56 59 富
不流动1 88 78 83 富
不流动2 82 86 84 富
荷花池62 56 59 富
从评价结果看，不流动处的两点富营养化严重，富营养化指数均超过了80；喷泉处、荷花池两点富营养化指数在50～60之间，但仍处于富营养化状态。

7.2 地表水环境类比影响分析
7.2.1 地表水水质的类比监测分析
为作必要的类比分析，本次环评委托北京市环境监测中心对2004年前已经完工并蓄水的圆明园水体，以及颐和园、北京植物园和中央党校的水体进行了现场取样和实验室化验分析。

1. 地表水监测布点
1）圆明园监测布点情况
监测布点为圆明园26号湖中的风荷楼和茜园，以及12号湖的后湖南和后湖桥，位置如图7－1所示。

图　７－１　水质、底泥监测点空间分布　
2）其他园区监测布点情况
北京植物园内监测布点为水生园和北湖，其中水生园水面较小，北湖水面较大。

两者均于2002年铺防渗膜，上覆50cm土，来水水源为地下水和经沙滤处理的流域雨水汇流。

颐和园内监测布点为昆明湖中和昆明湖南，来水为京密引水渠，没有铺防渗膜，但20世纪90年代初曾进行底泥疏竣。

中央党校内监测布点为党校内湖入口和党校内湖中，来水为颐和园的出水。

于1996年铺防渗膜，膜上铺有10cm厚沙。

2. 评价因子
根据国家《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）和《景观娱乐用水水质标准》（GB 12941—91），确定8种评价因子，分别为BOD5、氨氮、pH值、总氮、总磷、高锰酸钾指数、溶解氧和亚硝酸盐氮。

3. 评价标准
同7.1.2。

4. 评价方法
同7.1.3。

5. 监测结果
圆明园水体水质监测结果见表7－8，其它水体的水质监测结果见表7－9。

6. 评价结果
针对上述监测结果，分别按照《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）III 类水标准、《景观娱乐用水水质标准》（GB 12941－91）B类水标准和富营养化评价方法进行评价分析，圆明园水体评价结果依次见表7－10、表7－11、表7－12，其他水体评价结果依次见表表7－13、表7－14、表7－15。

按《地表水环境质量标准》III类水标准，圆明园风荷楼、茜园、后湖南、后湖北四处的DO都大于标准值，并且处于超饱和状态；BOD5和TP均超出标准值，BOD5超标1.75~2倍；TP超标1.4~1.8倍；后湖南、后湖桥两处的pH值、TN和COD Mn也存在超标的情况。

按《景观娱乐用水水质标准》，圆明园风荷楼、茜园、后湖南、后湖北四处的DO都大于标准值，处于超饱和状态；BOD5、NH3-N和TP均超标，其中各处NH3-N 均超标1倍以上，TP均超标2倍以上；后湖南、后湖北两处的pH值和COD Mn也存在超标的情况。

根据富营养化评价方法，除茜园外，其余三处监测值均高于50，属于轻度富营养化。

其它各园除植物园水生园外，均呈轻度富营养化状态。

表7－7 圆明园水体水质监测结果（单位：mg/L）
监测指标风荷楼茜园后湖南后湖北
℃24.5 25 27 26.5 水温()
BOD57 8 8 8
NH3-N 0.119 0.156 0.153 0.138
TDS 422 364 356 374
pH 8.09 8.48 10 9.88
TN 0.44 0.33 1.03 1.14
TP 0.09 0.07 0.08 0.08
COD Mn 2.81 3.67 10.4 11.3
浊度(NTU) 6 6 3 3
25℃电导率(µs/cm) 694 617 583 586 DO 11.7 14 14.2 13.3
磷酸盐0.02 0.01 <0.01 0.05
NO2−-N 0.005 0.005 <0.003 <0.003
NO3−-N <0.08 <0.08 0.22 0.22 总大肠菌(个/L) 15500 6490 20 98
细菌总数(个/ml) 560 99 340 160
叶绿素a(mg/m3) 10.1 16.2 5.32 9.45
表7－8 其他园区水体水质监测结果（单位：mg/L）
　植物园水
生园植物园北
湖
颐和园昆
明湖中
颐和园昆
明湖南
党校内
湖入口
党校内
湖中
水温()
℃21.2 21.5 20 22.5 23.5 22 BOD5 6 8 6 5 12 13 NH3-N 0.051 0.062 0.098 0.106 0.255 0.25 TDS 290 320 576 576 502 478 pH 8.03 8.27 9.03 8.98 8.86 8.88 TN 1.1 1.42 1.78 1.78 1.34 1.34 TP 0.06 0.06 0.05 0.05 0.06 0.06 COD Mn 2.98 2.89 4.14 3.81 6.09 6.24 浊度(NTU) 2 1 2 <1 7 6 25℃电导率
(µs/cm)
536 563 977 980 800 799 DO 9.23 10.5 11.7 13.7 12.8 11.3 磷酸盐<0.01 <0.01 <0.01 <0.01 <0.01 0.03 NO2−-N 0.02 0.021 0.024 0.037 0.023 0.023 NO3−-N 0.86 1.15 1.5 1.47 0.34 0.38 总大肠菌(个/L) 6490 2360 243 471 1290 2100 细菌总数(个/ml) 190 260 24 44 80 140 叶绿素a(mg/m3) 2.17 14.4 4.16 2.49 41.8 37.6
表7－9 按《地表水环境质量标准》的评价结果项目BOD5 NH3-N pH值TN TP DO COD Mn 风荷楼 1.75 0.12 0.73 0.44 1.8 0.64 0.47 茜园 2 0.16 0.99 0.33 1.4 1.21 0.61
后湖南 2 0.15 2 1.03 1.6 1.26 1.73
后湖桥 2 0.14 1.92 1.14 1.6 1.04 1.88
表7－10 按《景观娱乐用水水质标准》的评价结果
项目BOD5NH3-N pH值TP COD Mn DO NO2−-N 风荷楼 1.75 2.38 0.73 4.5 0.47 0.52 0.03
茜园 2 3.12 0.99 3.5 0.61 0.97 0.03
后湖南 2 3.06 2 4 1.73 1.01 低于检出限后湖北 2 2.76 1.92 4 1.88 0.834 低于检出限
表7－11 圆明园内各取样点富营养化评价结果
地点叶绿素a TP TN 评分值营养状态风荷楼50 59 48 52 富
茜园56 57 32 48. 中
后湖南42 58 60 53 富
后湖北50 58 60 56 富
表7－12 地表水各监测因子的浓度指数计算结果
项目BOD5NH3-N pH值TN TP COD Mn DO 植物园水生园 1.5 0.05 0.69 1.1 1.2 0.50 0.04 植物园北湖 2 0.06 0.85 1.42 1.2 0.48 0.35 颐和园昆明湖中 1.5 0.10 1.35 1.78 1 0.69 0.64 颐和园昆明湖南 1.25 0.11 1.32 1.78 1 0.64 1.14 党校内湖入口 3 0.26 1.24 1.34 1.2 1.02 0.92 党校内湖中 3.25 0.25 1.25 1.34 1.2 1.04 0.55
表7－13 地表水各监测因子的浓度指数计算结果
项目BOD5NH3-N pH值TP COD Mn NO2−-N DO 植物园水生园 1.5 1.02 0.69 3 0.50 0.13 0.03 植物园北湖 2 1.24 0.85 3 0.48 0.14 0.28 颐和园昆明湖中 1.5 1.96 1.35 2.5 0.69 0.16 0.52 颐和园昆明湖南 1.25 2.12 1.32 2.5 0.64 0.25 0.91 党校内湖入口 3 5.1 1.24 3 1.02 0.15 0.74 党校内湖中 3.25 5 1.25 3 1.04 0.15 0.44
表7－14 各园区富营养化评价结果
营养状态地点TN TP 叶绿素a 评分值
植物园水生园61 52 31 48 中
植物园北湖64 52 51 56 富
颐和园昆明湖中68 50 43 54 富
颐和园昆明湖南68 50 32 50 富
党校内湖入口63 52 64 60 富
党校内湖中63 52 62 59 富
7. 结果分析
由于不同的水体的具体条件各不相同，如水体几何情况、入水水量和水质、污染源情况等，很难对这些水体进行定量的类比分析，只能作定性分析。

从圆明园监测数据来看，四个湖区的水温、BOD5、DO、TP差异不大，但TP浓度超过《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）III类水标准。

各湖区的其余参数如氨氮、TN、磷酸盐、大肠菌数、细菌总数和叶绿素含量则有明显差距，最大的差3个数量级。

总体来看，水体处于轻度富营养化状态。

由此可见，虽然圆明园现状水体的水源主要来自于地下水，水质较好，但由于水体水面小、不流动、没有水量交换等，仍然出现了水质超标现象。

这说明保持一定的水体交换量对于湖泊水质的保持是有必要的。

从植物园、颐和园和中央党校的水质监测结果来看，与《地表水环境质量标准》（GB3838－2002）III类水体和《景观娱乐用水水质标准》B类景观水体相比，都存在一定的超标现象。

其中中央党校湖水水质最差，这与中央党校湖的水生生态系统单一有关，因为其在防渗膜上没有铺设底泥层，无法为底栖生物和水生植物提供生境空间，这也从另一个方面反映了水生生态系统对水体水质的显著影响。

颐和园水体的生态系统比较完善，但也存在一定的水质超标问题，这可能与颐和园的非点源排放强度较高有关，这说明对于公园水体，强化污染源的控制和管理是十分必要的。

7.2.2 底泥的类比监测分析
本环评委托中国国家地质测试中心进行了类比水体等的底泥现场测量和实验室化验分析，现场底泥纵向取柱状泥样由中国地质大学完成。

1. 底泥的监测布点
1）圆明园内监测布点情况
表层底泥取样点共4个，位置如图7－1所示，其中有两个点为有水面的底泥，另外两个为无水的湖底底泥。

描述如下：
西部未扰动区：一直未扰动，可观测到沉积层，未铺设防渗膜。

该处表层为细砂，类似于沙滩，基本无水分，少量草生长于上。

其下土层以浅棕黄色粘土层为主，含大量细砂质且无明显有机质，含部分植物枯萎根系，为历史上有水时期的芦苇等植物根系。

后湖（12#湖）：已铺设防渗膜，湖面较大，可见水草及少量藻类，有动物（青蛙、鸭）等栖息。

水内有较多贝壳，且有较多碎石等杂物。

底泥含有黑色有机质。

风荷楼（26#湖）：已铺设防渗膜，现场有水，岸边生有水葱。

湖内有浮萍、水草等水生植物，且含碎石等杂物。

底泥以泥沙为主，颜色较深，有含量较高的黑色有机质。

底泥中有少量植物根系。

表7－15 圆明园表层底泥监测采样布点表
名称采样湖区采样地点坐标采样位置备注
YMY－1－A 西部未扰动区400'04"
11617'07"
N
E
o
o
土层以下深约
10cm处
扰动未铺
膜，无水
YMY－2－A 后湖（12#湖）400'15"
11617'29"
N
E
o
o
底泥以下深约
10cm处
未扰动铺
膜，有水
YMY－4－A 风荷楼（26#湖）400'25"
11618'12"
N
E
o
o
底泥以下深约
10cm处
无扰动铺
膜，有水
纵向分层取样位置为圆明园现存水面：后湖（12＃）、前湖（13＃）和风荷楼（26＃）。

取样点氧化还原电位检测以5cm为一个截断点，取样深度尽可能深。

2）其他园区监测布点情况
（1）植物园水生园
环境描述：水体底泥以下50~100cm有防渗膜，膜厚约0.3mm。

水体内有少量鱼，水体较清，水质较好。

底泥以黄色粘土为主，无明显黑色有机物。

采样点位置：植物园水生园，经纬度为40º0'16"N，116º12'06"E。

采样深度：38cm
取样间隔：20cm以上每5cm取样，20cm以下每10cm取样。

最后两个样间隔8cm。

各样品编号及直观描述见表7－16。

（2）颐和园昆明湖
取样位置：昆明湖介于排云殿和南湖岛间的湖心附近。

采样环境描述：周围部分地区水草较多，水质一般，水中可见部分杂物。

底泥黑色明显，有机物含量较高。

采样位置：39º59'35"N，116º16'07"E。

采样深度：18cm。

取样间隔：每5cm取一个样，最后两个样间隔3cm。

各样品编号及直观描述见表7－17。

表7－16 植物园、颐和园底泥采样信息表
取样地点样品编号取样深度备注
ZWY-1-A 0-5cm 有砂质，略有黑色有机物
ZWY-1-B 5-10cm 有砂质，略有黑色有机物
ZWY-1-C 10-15cm 有砂质
植物园
ZWY-1-D 15-20cm 黄色粘土为主，无明显黑色有机物
ZWY-1-E 20-30cm 同上
ZWY-1-F 30-38cm 同上
YIHY-1-A 0-5cm 水草很多且十分明显，颜色很黑，黑泥
及有机物含量均较高
YIHY-1-B 5-10cm 较上层底泥有机质含量较高，颜色黑颐和园
YIHY-1-C 10-15cm 水草含量较上层沉积物有所减少，且有
机质含量进一步减少，颜色较黑YIHY-1-D 15-18cm 有机质比上层少，有水草出现，颜色偏
黑且有掺杂有垃圾
2. 监测分析方法
底泥监测分析方法见表7－18。

表7－17 底泥监测分析方法
序号监测项目监测分析方法
1 pH值电位法
2 TOC 硫酸亚铁容量法
3 TN 半微量凯氏法
4 TP 等离子体光谱法（用XRF-压片法检验）
5 Fe 等离子体光谱法（用XRF-压片法检验）
6 Mn 等离子体光谱法（用XRF-压片法检验）
7 DP 等离子体光谱法
3. 监测结果
1）圆明园表层底泥监测结果
圆明园水体底泥采样监测结果见表7－19。

表7－18 圆明园底泥监测结果（单位：DP为µg/g，其余为重量百分比）项目Fe Mn TP TN TOC DP pH值YMY-1-A 2.00 0.0254 0.0387 0.022 0.29 2.0 6.54 YMY-2-A 1.82 0.0280 0.0387 0.064 0.42 4.4 8.80 YMY-3-A 2.33 0.0337 0.0520 0.103 1.23 1.4 7.99 YMY-4-A 1.90 0.0283 0.0511 0.204 1.89 7.3 8.09 由于我国针对底泥中有机物和营养物含量指标还没有评价标准，故仅对其进行监测，供水质模拟时分析之用。

不过从监测结果看，有机物和氮磷含量均较低，尤其是溶解性磷，表明底泥中的磷直接释放的可能性较小。

2）圆明园底泥分层取样结果
圆明园底泥的监测结果见表7－20。

底泥中化学物质的转化受水-泥交界面上pH和氧化还原状态的影响。

氧化还原电位受底泥中微生物活性控制，这些微生物又依次受电子受体和作为碳源的有机物质的活性控制。

电子受体包括氧、硝酸盐、锰的氧化物、铁的氧化物，硫酸盐、二氧化碳等。

如图7－3所示，有机物在底泥和水体的交界面处很快被好氧菌降解。

氧耗完后，有机物开始被硝酸盐、锰、铁氧化物等还原菌依次所利用，导致氧化还原电位急剧降低，许多重金属开始不稳定，从底泥向水体释放。

有关氧化还原电位和底栖生态系统关系的研究表明，ORP和生物多样性指标之间具有较好的对应关系，ORP是影响底泥生物多样性的最主要因素。

为维持底栖群落和底泥质量，底泥的ORP至少高于−50mV。

从监测结果来看，三个监测点的底泥氧化还原电位均在−50mV~20mV之间，说明底泥中的氧化还原状态均属于正常的兼氧状态或好氧状态，可以认为在这样的环境条件下，底泥处于比较健康的状态，底泥不会因为厌氧而释放污染物质或者释放的污染物质量很小。

3）植物园水生园、颐和园昆明湖底泥监测结果
植物园底泥监测结果见表7－21。

颐和园昆明湖底泥监测结果见表7－22。

表7－19 底泥分层取样监测结果
取样地点样品名称位置(cm) T（℃）pH ORP（mV）YMY2-3-A 0-5 31 7.5 −45
后湖
YMY2-3-B 5-10 27.3 6.98 −15
YMY2-3-C 10-15 25.2 6.68 3
YMY2-2-A 0-5 27.3 7.52 −46
YMY2-2-B 5-10 24.9 7.24 −30
YMY2-2-C 10-15 23.7 7.15 −24
前湖
YMY2-2-D 15-20 23.3 6.71 2
YMY2-2-E 20-25 22.8 6.62 7
YMY2-2-F 25-30 22.6 6.66 5
YMY2-2-G 30-33 22 6.45 17
YMY2-4-A 0-5 25.5 6.93 −11
YMY2-4-B 5-10 24 6.81 −4
YMY2-4-C 10-15 23.5 6.9 −9
风荷楼
YMY2-4-D 15-20 23 6.59 9
YMY2-4-E 20-25 22.2 6.47 16
YMY2-4-F 25-30 21.5 6.49 14
ＣＯ２
ＣＯ２
ＣＯ２
ＣＯ２
ＣＯ２
氧化还原电位（Ｅｈ，ｍｖ）
－３００
９００
ＣＯ２
０
３００
６００
图　７－２　电子受体的利用次序和底泥氧化还原电位剖面　
表 7－20
植物园水生园沉积物采样监测结果＊ 项目 ORP Fe Mn
TP
TN TOC DP pH 值 ZWY -1-A −31 2.48 0.0435 0.0501 0.036 0.16 3.5 8.83 ZWY -1-B −42 2.02 0.0326 0.0396 0.022 0.16 3.4 8.81 ZWY -1-C −43 2.36 0.0368 0.0487 0.019 0.18 3.3 8.98 ZWY -1-D −48 2.66 0.0443 0.0523 0.023 0.09 4.5 8.99 ZWY -1-E −53 2.71 0.0466 0.0505 0.021 0.16 5.7 8.96 ZWY -1-F
−41
2.20
0.0532 0.0415
0.084
0.19
6.7
8.96
＊：单位：ORP 为mV ，DP 为µg/g ，其余为重量百分比。

表7－21 颐和园昆明湖底泥采样监测结果
项目ORP Fe Mn TP TN TOC DP pH值YIHY-1-A −14 1.89 0.0267 0.0351 0.242 3.13 4.2 8.39 YIHY-1-B −19 1.75 0.0276 0.0316 0.219 3.22 1.6 8.63 YIHY-1-C −22 1.98 0.0289 0.0340 0.206 3.89 2.1 8.63 YIHY-1-D −36 1.93 0.0280 0.0387 0.194 3.25 2.5 8.62 ＊：单位：ORP为mV，DP为µg/g，其余为重量百分比。

4. 结果分析
从监测结果看，圆明园内底泥的成分与植物园、颐和园的底泥成分基本一致，有机物和氮、磷等含量较低，尤其是溶解性磷，底泥中磷的直接释放可能性较小。

从氧化还原电位看出，圆明园所有监测点中底泥表层中的氧化还原电位基本在−50mV~−14mV之间，说明底泥中的氧化还原状态均属于兼氧状态，是比较健康的。

7.3 地表水环境影响预测模型建立
7.3.1 模型选取与原理
1. 模型选取
由于圆明园防渗工程的实施对地表水环境的影响最为直接，水质影响尤其值得重视。

根据《环境影响评价技术导则》地表水环境部分，建议一、二、三级均采用湖泊完全混合平衡模式进行水质预测。

但完全混合平衡模式本身较为简化，不能反映水质的时空变化。

为更好地反映圆明园的水系特征和水环境特征，预测水质的时空变化，根据圆明园水系情况和防渗工程项目的要求，结合国内外模型的新进展，本评价拟建立二维水质－水动力学模型来预测防渗工程项目实施前后，圆明园水域中水量与污染物质浓度的变化情况。

在模型选择时综合考虑模型的实用程度、数据可获取性、模型先进性。

本研究最终确定的模型为：水动力学模型为EFDC模型，水质模型为WASP模型。

将EFDC和W ASP进行耦合，搭建了本项目研究使用的二维水质－动力学模型。

2. 水动力学模型
EFDC（The Environmental Fluid Dynamics Code）是威廉玛丽大学（VIMS，Virginia Institute of Marine Science at the College of William and Mary ），John Hamrick开发的三维地表水模型，可实现河流、湖泊、水库、湿地系统、河口和海洋等水体的水动力学和水质模拟，是一个多参数有限差分模型。

EFDC模型在水平曲线正交网格、垂向s拉伸网格上求解静水力学、湍流平均方程。

模型采用Mellor-Yamada 2.5阶紊流闭合方程。

同时模型可进行干湿交替模拟。

3. 水质模型
WASP（Water Quality Analysis Simulation Program Modeling System）是由美国国家环保局暴露评价模型中心开发的用于地表水水质模拟的模型。

WASP提供了一个灵活的动态模拟系统，基本程序反映了对流、弥散、点源负荷与非点源负荷以及边界的交换等随时间变化的过程?WASP模型研究的问题包括BOD5、DO、营养物／富营养化、有毒化学成分迁移转化等。

由于其独有的灵活性，此模型被广泛地用于自然和人为污染的水质预测。

EUTRO是WASP中的水质模块之一，也是本次模拟使用的功能模块，用以分析传统的污染物行为，包括DO、BOD5、营养物质和浮游植物等因子，这些变量构成了四个相互作用的系统：浮游生物动态变化、磷循环、氮循环和溶解氧平衡。

其相关关系如图7－3所示。

图　７－３水质模拟反应动力学关系图　
7.3.2 模型时空概化
在时间概化中，考虑到本研究水质预测的目的以及水文、水质实际数据的可获得性，确定以月为时间尺度对圆明园水系的水位和水质动态变化进行模拟。

在空间概化中，考虑到圆明园水系的面积、连接关系、地形、水文特征等具体情况，将该水系概化为31个单元网格的二维系统，每个网格的面积为2700－75600m2不等，如图7－4所示。

鉴于圆明园水系为浅水湖，垂直方向不再分层。

1. 污染源调查
经现场调查，圆明园内无点源污染排入水体，污染源主要来自于雨水和地表径流两个方面。

雨水污染利用降雨量与雨水水质数据可以计算得出。

地表径流污染主要包括绿地径流、路面径流二部分，根据《北京水文手册》选取相应的径流系数进行计算。

水质数据参考《城区东南部降雨与径流水质规律研究》及密云水库的降雨水质监测数据进行计算，见表7－23。

图　７－４　圆明园水系概化图　
表7－22雨水及地表径流污染负荷＊
非点源类型COD NH3-N TN TP 径流系数天然降雨 2.8 2 3 0.033
绿地径流11.7 3 3.56 0.267 0.15 路面径流15.17 1.785 3.23 0.172 0.6 合计3882.5 1357.9 1973.6 60.4
＊：除径流系数无量纲外，其余单位为mg/L。

2. 模型参数的选取
在本环评中，模型参数的选取主要参考本环评单位近年来在北京市湖泊、水库模拟研究中的模型参数率定结果。

7.3.3 情景分析与预测评价
1. 情景设定
考虑圆明园防渗工程未来可能实施的改造方案，本研究开展了多种情景分析与评价，由于篇幅有限，在这里仅讨论三种情景，即情景I 未铺设防渗膜，情景II 完全铺设防渗膜，情景III 改进方案（见第10章）。

三种情景方案又按照三种水深工况设定子情景，其中工况1按照原设计方案设定水位和水量，是满足圆明园水域各项功能要求的需水量；工况2和工况3分别按照设计水量的75％和20％核算水深，以反映不同缺水情况下的影响情况，其属性见表7－24。

表 7－23 设定情景属性表
平均水深/m
情景 水深工况 福海 绮春园 长春园 I －1 工况1 1.9 1.5 1.5 I －2 工况2 1.5 1.1 1.1 II －1 工况1 1.9 1.5 1.5 II －2 工况2 1.5 1.1 1.1 II －3 工况3 0.4 0.3 0.3 III －1 工况1 1.9 1.5 1.5 III －2 工况2 1.5 1.1 1.1 III －3 工况3
0.4
0.3
0.3
2. 情景水量平衡
圆明园东部水体的蓄水量为绮春园、福海和长春园水体之和，可根据各种工况下的水面面积和水深计算得到。

为了满足水体水量平衡，需要定期补水，其平衡关系式可表示为：
21q q Q Q W r g −++= （7－5）
式中：W －年补水量；Q g －绿地用水量；Q r －渗透量；q 1－蒸发水量；q 2－降雨集水量。

其中水面蒸发量按下式进行计算：
b
×
q×
=
hr
S
a
（7－6）
1
式中，hr－水面蒸发量；a－换算系数；S－水面面积；b－变动系数。

根据海淀气象站近十年的实测资料统计，平均水面蒸发量约为2295mm （20cm蒸发皿），20cm蒸发皿测得的蒸发量与天然水面蒸发量换算系数为0.60，同时由于园内设置游船较多，空气流动比较大，水分子活跃，蒸发量高于静止水面，因此计算蒸发量时按实测值乘以变动系数。

绿地用水量利用定额法计算。

根据《圆明园东部湖底防渗工程项目建议书》，东部开放区绿地面积为126.9万m2。

灌溉方式为地面灌溉与喷灌相结合，灌溉用水按绿地用水定额计算。

根据《北京市主要行业用水定额》中的居民生活和公共用水定额，每平方米绿地喷灌用水定额为1m3/a。

依据地下水渗透实验和地下水模型模拟结果，可以得到不同水体、不同情景下的渗漏量，详见第6章。

降雨集水量为直接水面降雨量与地表径流之和。

根据海淀区年降雨量统计资料，海淀区多年平均年降雨量为619mm。

地表径流主要考虑绿地和路面径流，根据《北京水文手册》和实际情况，计算得到园内地表径流。

水面直接降雨量则根据各种情景下的水面面积和降雨量计算得到。

此外，为了维持水体水质，本环评利用试算法计算了各种情景下不同地表交换量的水质响应，为此针对情景II－1、III－1、III－2设定了不同的地表水交换量，生成下一级情景，并将地表水水交换量纳入各自情景的补水量中。

根据上述计算，各种情景下的水量平衡见表7－25。

3. 水质模拟评价结果
在水系概化中福海被概化为6个单元格，鉴于福海的典型性，在这里选取其中的第22单元格作为分析范例。

在模型预测中，模拟了氨氮、硝酸盐氮、溶解性磷酸盐、BOD5、溶解氧、有机氮和有机磷等指标，在这里将重点讨论DO，BOD5，TN和TP。

下面就构造的各种情景方案按水深工况进行纵向对比。

表 7－24 各情景的水量平衡表
补水量/万m 3
情景 蓄水量/万m 3 总计 蒸发 水量 绿地 用水量 渗透量 降雨 集水量 交换量 I －1 132.2 620.2 142.8 126.9 415.5 65 0 I －2 97.8 466.5 142.8 126.9 261.8 65 0 II －1－1 132.2 253.2 142.8 126.9 48.5 65. 0 II －1－2 132.2 300 142.8 126.9 48.5 65. 46.8 II －1－3 132.2 400 142.8 126.9 48.5 65. 146.8 II －2 97.8 241.6 142.8 126.9 36.9 65 0 II －3 14.3 156.1 70 126.9 10 50.8 － III －1－1 132.2 338.4 142.8 126.9 133.7 65 0 III －1－2 132.2 350.0 142.8 126.9 133.7 65 11.6 III －1－3 132.2 400 142.8 126.9 133.7 65 61.6 III －1－4 132.2 500 142.8 126.9 133.7 65 161.6 III －2－1 97.8 314.9 142.8 126.9 110.2 65 0 III －2－2 97.8 330 142.8 126.9 110.2 65 15.1 III －2－3 97.8 350 142.8 126.9 110.2 65 35.1 III －2－4 97.8 400 142.8 126.9 110.2 65 85.1 III －3 14.3
234.6
70
126.9
29.9
50.8
－
1） 工况1评价结果对比分析
图 7－5～图 7－8是工况1各种情景方案下的DO 、BOD 5、TN 、TP 浓度变化情况。

从预测结果看，各种情景方案的DO 变化情况基本一致，且均满足地表水III 类标准(DO 大于等于5mg/L)。

各种情景方案中BOD 5的降解状况也比较良好，均满足地表水III 类标准。

对TN 而言，各种情景方案的TN 浓度呈上升趋势，全年大部分时间均超过地表水III 类标准。

各方案TN 浓度由高到低的次序为II －1－1、III －1－1、III －1－2、II －1－2、II －1－3、III －1－3、III －1－4、I －1，各方案中水体交换量越大，则TN 浓度越低，反之亦然。

这主要是由于随着水体交换量（或补水量）的减少，非点源污染的TN 负荷在水中逐渐富集所致。

可以认为，在不加大水体
交换量的前提下，防渗工程的实施有导致水体TN浓度升高的风险。

对TP而言，由于圆明园各主要污染源的TP负荷较小，各种情景方案的TP 浓度全年大部分天数低于地表水III类标准，但有部分天数超过标准。

各方案浓度由高到低的次序为II－1－1、III－1－1、III－1－2、II－1－2、II－1－3、III －1－3、III－1－4、I－1。

防渗工程实施后，TP浓度有一定程度的升高，但随着水体交换量的增大，TP浓度逐渐下降，浓度变化曲线逐渐靠近I－1曲线。

可以推断，在加大水体交换量的前提下，可以减缓由于防渗工程的实施带来的TP 浓度提高带来的风险。

浓度变化过程　
图　７－５　工况１下单元格２２的ＤＯ。