环境质量评价学03资料

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1.3.2 光合作用复氧
• 水生植物的光合作用是河流溶解氧的另一个重要来 源。O’Conner在假定光合作用速度随光强弱变化 而变化的前提下，认为产氧符合下述规律：
pt

pm
sin( t T
),
0t T
pt 0,
其他时间
T为白天光合作用持续进行的时间；t为光合作用开始以后
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1.3 水体的耗氧与复氧过程
1.3.1 大气复氧
• 水中溶解氧主要来自大气 • 氧气由大气进入水中的质量传递速率可以表示为：
dC dt

KL V
A
(Cs
C)
式中，C为河流中溶解氧浓度；Cs为河流中饱和溶解氧浓 度；KL为质量传递系数；A为气体扩散的表面积；V为水的 体积
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完全混合段 Q
排放口
HJ/T2.3-93推荐的经验公式
L
(0.4B 0.6a)Bu
(0.058 H 0.0065 B) gHI
B为河流宽度；a为排放口距岸边的距离；u为河流断面平均
流速；H为平均水深；g为重力加速度；I为河流坡度
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• L也可以根据下表经验数据进行估算
L=河水实际流速×完全混合所需时间
i 1
i 1
i 1
i 1
i 1
m为测点数，xi、ri为i点到排放口的距离，ci为i点污染物浓度，为径流系数
• Kol 法
K1

1 x
ln
exp( K2x exp( K2x
/ u)(DO2 / u)(DO3

DO1) DO2 )
DO3 DO4

DO2 DO3
DO1、DO2、DO3、DO4分别为河流等距离断面1、2、3、4 的溶解氧浓度
环境质量评价与系统分析 （三）
主讲：冯流
三、河流水质模型
1、河流水质过程分析 1.1 污染物与河水的混合
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• 污染物在河流断面上达到均匀分布，要经历垂向
（水深方向）与横向（河宽方向）混合阶段
–垂向混合属于三维混合问题，完成垂向混合所需距离短
–横向混合属于二维混合问题，完成横向混合所需距离长
C 3.933 5.018 5.336 5.138 3.104 4.740 10.922 5.523 5.369
n 0.500 0.968 0.670 1.000 1.000 1.000 0.850 0.703 0.674
m 1.500 1.673 1.850 1.330 1.500 1.500 0.850 1.055 1.865
数，通常为1.024
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饱和溶解氧浓度Cs的估算 • 饱和溶解氧是温度、盐度和大气压力的函数
• 常压下，淡水中饱和溶解氧按下式估算：
Cs

468 31.6 T
• 河口饱和溶解氧按Hyer经验公式（1971）计算：
Cs 14.6244 0.367134 T 0.0044972 T 2 0.0966 S 0.00205 ST 0.002739 S 2
I为河流底坡坡度；u为河流断面平均流 速；H为平均水深；K1为实验测定值
– 湖泊、水库可直接采用实验室测定值
• 两点法
河流：K1

1 x
ln
LA LB
湖（库）：K1

2Qp H (rB2
rA2 )
ln
LA LB
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LA、LB分别为上下游断面处的 BOD浓度；x为两个断面间的
的时间；pm为一天中最大的光合作用产氧速率
（mg/Ld），在0~30mg/Ld之间
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• (Cs-C)表示河水中的溶解氧不足量，称为氧亏(D)
• 对于河流，因A/V=1/H，H为平均水深，则质量传递
方程演变为：
dD dt


KL H
D

K2D
式中，K2为大气复氧速率常数，简称复氧系数
• 与K1类似，K2是温度的函数
K K T 20
2,T
2,20 r
式中，K2,20为20C条件下的大气复氧速率常数；r为温度系
距离；Qp为污水排放量；为
混合角度；rA、rB分别为A、B 点至排放口的距离
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• 多点法
m
m
m
m
m
河流：K1 u(m xi ln ci ln ci xi ) /[( xi )2 m xi2 ]
i 1
i 1
i 1
i 1
i 1
m
m
m
m
m
湖库：K1 2Qp (m ri2 ln ci ln ci ri2 ) /H[( ri2 )2 m ri4 ]
T为温度，S为水中含盐量
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ห้องสมุดไป่ตู้
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实际水体环境中复氧系数的估计
•
基于河流流速(ux)、水深(H)的经验公式：
K2

C
u
n x
Hm
数据来源 O’Conner & Dobbins (1958) Churchill (1962) Owens (1964) Langbein & Durum (1967) Isaacs & Gaudy (1968) Isaacs & Maag (1969) Negulacu & Rojanski (1969) Padden & Gloyna (1971) Benett & Rathbun (1972)
–横向混合完成后，断面污染物浓度将维持均匀分布，在此 之后为完全混合阶段，属于一维混合问题
–混合驱动力为分散作用的贡献。河流系统中，分子扩散贡 献最小，湍流扩散次之，弥散作用贡献最大。但三种作用 往往同时发生而难以区分，实际中常以弥散作用代表三种 作用的总和
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背景河段
混合过程段（L）
K1,20为基准，任意温度T下的速率常数K1,T为：
K1,T K1,20 T 20
为温度系数，数值在1.047左右（T=10C~35C）
实际水体环境中耗氧系数的估计
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• 实验室测定值修正法
– 河流采用如下公式修正 K1 K1' (0.11 54 I )u / H
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1.2 生物化学分解 • 有机物由于生物降解而导致浓度变化，可用一级反
应动力学方程描述：
L L0eK1t
L为t时刻含碳有机物的剩余生化需氧量；L0为初始时刻有机 物的总生化需氧量；K1为有机物的降解速率常数，也称为耗 氧系数
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耗氧系数的温度变化特征 • K1是温度的函数，通常以20C时的降解速率常数