常用河流水质数学模型与适用条件1

地表水环境简化（P96）
河流简化：矩形平直河流，矩形弯曲河流和非矩形河流。
河流断面宽深比≥20，可视为矩形河流； 大中河流预测河段弯曲系数较大（>1.3）视为弯曲河流，否则简化为 平直河流； 大中河流水深变化很大且评价等级较高（如一级）视为非矩形河流， 其他简化为矩形河流； 小河一般可简化为矩形平直河流。 河流水文、水质有急剧变化河段，在急剧变化之处分段，分别简化。
K1：耗氧系数，单位 1/d； K2：复氧系数，单位 1/d；
4.6 地表水环境影响预测
拟预测水质参数的筛选 水体自净的基本原理
√ 地表水环境影响预测的时期和阶段 √ 地表水环境和污染源的简化
地表水环境影响预测的方法 水质数学模式的类型与选用原则 常用河流水质数学模型与适用条件 水质模型参数的确定方法
第四章 地表水环境影响评价
4.1 基本概念 4.2 相关水环境标准 4.3 地表水环境影响评价工作程序 4.4 地表水环境影响评价等级及范围 4.5 地表水环境现状调查与评价 4.6 地表水环境影响预测 4.7 地表水环境影响评价
4.6 地表水环境影响预测
√ *拟预测水质参数的筛选
水体自净的基本原理 地表水环境影响预测的时期和阶段 地表水环境和污染源的简化 地表水环境影响预测的方法 水质数学模式的类型与选用原则 *常用河流水质数学模型与适用条件 水质模型参数的确定方法
例题3：一河段的K 断面处有一岸边污水排放口稳定地向河流排
放污水，其污水特征为：Qp=19440m3/d，BOD5（p）=81.4mg/L， 河水Qh=6.0m3/s，BOD5（h）=6.16mg/L，u=0.1m/s，K1=0.3/d，如 果忽略污染物质在混合过程段内的降解和沿程河流水量的变化，
预测范围内河段分充分混合段、混合过程段和排污口上游河段。 充分混合段：污染物浓度在断面上均匀分布的河段。当断面上任 意一点的浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度的5％时，可以认 为达到均匀分布。 混合过程段：指排放口下游达到充分混合以前的河段。
河流混合过程段长度可由下式计算（理论公式）：
河中心排放 岸边排放
➢ 无组织排放或从多个间距很近的排放口排水时，也可以简化为面源； ➢ 排入河流的两排放口间距较近时，可简化为一个，其位置假设在两排 放口之间，排放量为二者之和。 ➢ 排入小湖（库）的所有排放口可简化为一个，其排放量是所有排放量 之和。排入大湖（库）的两排放口间距较近时，可以简化成一个，其位 置假设在两排放口之间，排放量为两者之和。
水体自净的基本原理
地表水环境影响预测是以一定的预测方法为基础的，而这种 方法的理论基础是水体的自净特性。
水体自净：水体可以在其环境容量范围内，经过自身的物理 、化学和生物作用，使受纳的污染物浓度不断降低，逐渐恢复 原有的水质。(P66)
物理自净：混合稀释、自然沉淀 化学自净：氧化还原反应 生物自净：水中微生物（尤其是细菌）作用
专业判断法
定性预测。建设项目对地表水环境某些影响无法定量预测， 也没有条件采用类比调查时采用。
4.6 地表水环境影响预测
拟预测水质参数的筛选 水体自净的基本原理 地表水环境影响预测的时期和阶段 地表水环境和污染源的简化 地表水环境影响预测的方法
√ 水质数学模式的类型与选用原则
常用河流水质数学模型与适用条件 水质模型参数的确定方法
地表水环境影响预测的方法（P95）
数学模式法
物理模型法 主要指水工模型。水工模型法定量性较高，再现性较好，能
反映出比较复杂的地表水环境的水力特征和污染物迁移的物理 过程。但需要合适的试验场所和条件以及必要的基础数据，需 较多人力、物力和时间。 类比调查法
半定量或定性预测。注意预测对象与类比对象的相似性。
Ex： 纵向混合系数，m2/s； E y：横向混合系数，m2/s； E z：垂向混合系数，m2/s； K3: 沉降系数，1/d；
水体的耗氧和复氧过程
水体耗氧过程：
含碳化合物被氧化； 含氮化合物被氧化； 水生植物（如藻类）的呼吸作用； 河床底泥耗氧； 水体复氧过程： 大气中的氧气不断溶于水中 水生植物的光合作用产氧
e：自然对数的底 ，2.718
常用河流水质数学模型与适用条件 *3. 河流一维稳态模式
* 适用条件：
（1）河流充分混合段； （3）河流为恒定流动； （2）非持久性污染物； （4）废水连续稳定排放。
或
c ——计算断面的污染物浓度，mg/L； c0——计算初始点污染物浓度，mg/L； K1——耗氧系数，1/d； K3——污染物的沉降系数，1/d； u——河流流速， m/s； x——从计算初始点到下游计算断面的距离，m；
氧垂曲线：根据氧垂公式绘制的溶解氧沿程变化曲线。（P75）
*4. Streeter –Phelps (S-P)模式
计算最大氧亏点－临界点
tc
K2
1
K1
ln[ K2 K1
(1
D0 cBOD0
*2. 河流完全混合模式（P71）
适用条件： （1）河流充分混合段；（3）河流为恒定流动； （2）持久性污染物； （4）废水连续稳定排放。
c——污染物浓度，mg/L； cp——污染物排放浓度，mg/L； ch——河流来水污染物浓度，mg/L； Qp——废水排放量，m3/s； Qh——河流来水流量， m3/s；
4.6 地表水环境影响预测
拟预测水质参数的筛选 水体自净的基本原理 地表水环境影响预测的时期和阶段 地表水环境和污染源的简化 地表水环境影响预测的方法 水质数学模式的类型与选用原则
√ *常用河流水质数学模型与适用条件
水质模型参数的确定方法
常用河流水质数学模型与适用条件
1. *河流混合过程段长度（P73）
例题2（P72）：
河边拟建一工厂，排放含氯化物废水，流量2.83m3/s，含 盐量1300mg/L；该河流平均流速0.46m/s，平均河宽13.7m，平 均水深0.61m，含氯化物浓度100mg/L。如该厂废水排入河中 能与河水迅速混合，问河水氯化物是否超标（设地方标准为 200mg/L）？
解：
ch＝100mg/L，Q h＝0.46×13.7×0.61＝3.84m3/s cp=1300mg/L，Q p=2.83m3/s
解: 混合过程段长度：
x
(0.4B 0.6a)Bu
1
(0.058H 0.0065B)(gHI )2
(0.4 50.0 0.6 0) 50.0 0.1
(0.0581.2 0.0065 50.0) 9.81.2 9‰
＝779.0m
所以混合过程段长度为779.0m。
常用河流水质数学模型与适用条件
S-P模式的适用条件：（1）河流充分混合段； （2）污染物为耗氧有机污染物； （3）需要预测河流溶解氧状态； （4）河流为恒定流动； （5）污染物连续稳定排放。
常用河流水质数学模型与适用条件 *4. Streeter –Phelps (S-P)模式
cBOD0
cpQp chQh Qp Qh
D0
DpQp Qp
污染源排放规律简化：连续恒定排放和非连续恒定排放
地表水环境影响预测中，通常可以把排放规律简化为连续恒定排放。
4.6 地表水环境影响预测
拟预测水质参数的筛选 水体自净的基本原理 地表水环境影响预测的时期和阶段 地表水环境和污染源的简化
√ 地表水环境影响预测的方法
水质数学模式的类型与选用原则 常用河流水质数学模型与适用条件 水质模型参数的确定方法
拟预测水质参数的筛选
在现状调查的水质参数中筛选；
拟预测参数应既说明问题又不过多（一般少于现状调查参数）；
根据工程分析、环境现状、评价等级和当地环保要求筛选；
不同时期参数不一定相同；
* 对河流，可用水质参数排序指标（ISE）选取预测水质因子：
ISE是负值或越大，说明拟建 项目排污对河流中该项水质参 的影响越大！
代入
得
c=609mg/L。 该厂废水如排入河中，河水氯化物将超标。
常用河流水质数学模型与适用条件 *3. 河流一维稳态模式
一般方程式为： c c0 exp(Kt)
或
c
c0
exp(K
x 86400u
)
c ——计算断面的污染物浓度，mg/L； c0——计算初始点污染物浓度，mg/L； t——断面间水团传播时间，d； K——水质综合消减系数，1/d； u——河流流速， m/s； x——从计算初始点到下游计算断面的距离，m；
x=0.1uxB2/Ey x=0.4uxB2/Ey
u x——x方向流速，m/s； B ——河流宽度，m； Ey——横向扩散系数，m2/s。
常用河流水质数学模型与适用条件
1. 河流混合过程段长度（P73）
*河流混合过程段长度可由下式估算（经验公式）：
x
(0.4B 0.6a)Bu
1
(0.058H 0.0065B)(gHI )2
exp( K1t )
cBOD 0
exp(K1
x) 86400u
D
K1cBOD 0 K2 K1
[exp(K1
x) 86400u
exp(K2
x )] 86400u
D0
exp(K2
x) 86400u
D——亏氧量，即饱和溶解氧浓度与溶解氧浓度的差值，mg/L；
cBOD——BOD的浓度，mg/L； K1——耗氧系数，1/d； K2——大气复氧系数，1/d； x——从计算初始点到下游计算断面的距离，m
x 86400u
)
8.88
exp(0.3
10000 ) 86400 0.1
=6.275 mg/L
在距完全混合断面10km 的下游某段处，河流中BOD5 浓度是6.275 mg/L
常用河流水质数学模型与适用条件 *4. Streeter –Phelps (S-P)模式
建立S-P模式的基本假设： （1）河流中的BOD衰减和溶解氧的复氧都是一级反应； （2）反应速度是定常的； （3）河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，而河流中的溶解 氧来源则是大气复氧。
cp：建设项目水污染物的排放浓度，mg/L； cs：水污染物的评价标准限值， mg/L； ch ：评价河段的水质浓度， mg/L； Q p——建设项目废水排放量，m3/s； Q h——评价河段的流量， m3/s；
4.6 地表水环境影响预测
拟预测水质参数的筛选
√ 水体自净的基本原理
地表水环境影响预测的时期和阶段 地表水环境和污染源的简化 地表水环境影响预测的方法 水质数学模式的类型与选用原则 常用河流水质数学模型与适用条件 水质模型参数的确定方法
湖泊与水库的简化：大湖（库）、小湖（库）、分层湖（库）。
水深>10m且分层期较长（如>30d）的湖泊、水库可视为分层湖（ 库）。不存在大面积回流区和死水区且流速较快，水力停留时间较短 的狭长湖泊可以简化为河流。
污染源的简化（P96）
污染源简化包括排放方式的简化和排放规律的简化。 污染源排放方式简化：点源和面源
DhQh Qh
CBOD0——计算初始断面的BOD浓度，mg/L; D0——计算初始断面亏氧量，即断面DO浓度与DOf之差，mg/L； Dh——上游来水中溶解氧的氧亏值，mg/L； Dp——污水中溶解氧的氧亏值，mg/L；
*4. Streeter –Phelps (S-P)模式
氧垂公式
cBOD
cBOD 0
在距完全混合断面10km 的下游某段处，河流中BOD5 浓度是多 少？解： Qp=19440/86400=0.225m3/s
计算起始点处完全混合后的BOD 的浓度
c0
cpQp chQh Qp Qh
81.4 0.225 6.16 6.0 0.225 6.0
c
＝8.88mg/L
c0 exp(K1
式中，B——河流宽度，m； a——排放口距岸边的距离，m； u——河流断面的平均流速，m/s； H——平均水深，m； g——重力加速度，9.8m/s2； I——河流坡度，‰。
例题1：
一河段的K 断面处有一岸边污水排放口稳定地向河流排放 污水，其河水特征为：B=50.0m， H 均=1.2m，u=0.1m/s， I=9‰，试计算混合过程污染带长度。
水质数学模式的类型与选用原则
水质数学模式
按水质分布状况分：零维、一维、二维、三维； 按来水和排污随时间的变化分：动态、稳态、准稳态（准动态）； 按拟预测水质组分分：单一组分模式、耦合组分模式； 按求解方法及方程形式分：解析解模式、数值解模式；
水质影响预测模式的选用（P97）
主要考虑水体类型和排污状况、环境水文条件及水力学特征、 污染物的性质及水质分布状态、评价等级等方面。