河流纳污能力计算

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图 某排污口COD浓度场分布示意图
岸边排放,其浓度场的等浓度线沿水流方向成细长半椭圆状 结构。
横断面分区及控制方法:即以任何一个断面(x,0)点为控 制点时,其上游为相应水质标准的污染带混合区,下游为功 能区。
污染带的等浓度线结构及功能分区方法
纵向断面分区及控制方法: 如果由于某种需要规定在 B′的水质达到指定标准Cs, 根据污染带浓度变化规律 可以确定BB′区域是污染带 混合区,BB′以外的区域是 图 某排污口COD浓度场分布示意图 水功能控制区。
对河段:
图 河流一维模型概化示意图
2、排污口概化 对有排污口的水功能区或河段,污水排放流量较大的排污
口作为独立的排污口处理;其他排污口,可进行适当简化:
(1)若排污口距离较近,可把多个排污口简化成一个集中的
排污口。
上界 12 3
下界
上界
1#
x
下界
概化后的排污口位置为:
x=(Q1C1x1+Q2C2x2+····+QnCnxn)/(Q1C1+Q2C2+····+QnCn)
量时,必然出现长距离的超标河段。 为了避免长距离的河段超标以及反映河流参数的沿程变化,
将河道参数沿程变化较大或空间距离较长的水功能区划分成 若干个计算单元。
4、计算单元和控制节点(断面)
计算单元是容量计算模型应用的单元对象,即以河段长 度和重要的取水口、排水口、河道条件变异区等重要敏感的 断面划分节点并确定计算单元。
案例1:单一河道水功能区纳污能力计算 如只划分了一个河段,排污口与控制断面之间水域的纳
污能力:
假设某水功能区被(n-1)个节 点细分为n个河段,由公式计算 出第i 河段的水环境容量为:
QE,CE
QR,CR C0
x,k
CS
图 河段一维问题示意图
QEi
QEi+
QEi+
CEi
1
CEi+1
2
CEi+2

QRi C0i CRi
4
确定水质模型及其计算参数:根据实际情况选择零维、一维或二 维水质模型,在进行各类数据资料的一致性分析的基础上,确定 模型所需的各项参数。
一、计算步骤
5
计算分析:以控制节点的水质目标为约束条件,(采用试算法) 对选定的水质模型进行反解(即逐步调整功能区内各入河排污口 的入河通量,直到控制节点的水质预测浓度达标为止),即可计 算出该水域的水环境容量。当计算水域内有多个入河排污口时, 试算过程应从现状入河量开始,原则上各入河口按同样的缩放系 数逐步调整其入河排污量。
有较大的支流汇入或河道发生分流,导致河段流量等参数发 生突变;
有较大的入河排放口汇入; 有重要的饮用水源吸水口; 计算单元长度不超过10km; 一个水功能区划分为多个计算单元时,各个计算单元的水质
目标均采用本功能区水质目标。
4、计算单元和控制节点(断面)
控制断面是指能反映水环境功能区水质,或反映污染源对水 域水质的影响,或反映功能区执行标准变化的代表性断面。
• 1、河流简化与模型选取 • 2、排污口概化 • 3、混合区的确定 • 4、计算单元和控制节点(断面) • 5、模型参数
二、主要技术问题
1、河流简化与模型选取
水质数学模型有零维模型、一维模型、二维模型等。 对每个水功能区,应根据其空间形态、水文、水质特征
选择合适的水环境容量计算模型。
二、主要技术问题
项目名称
承担单位
珠江三角洲水环境容量与水质规划 华南环境科学研究所
西江流域水质保护规划 韩江流域水质保护规划 东江流域水污染综合防治研究 北江流域水质保护规划 珠江流域水环境管理对策研究 广东省水资源保护规划要点
华南环境科学研究所 华南环境科学研究所 华南环境科学研究所 华南环境科学研究所 华南环境科学研究所
狭长河道:当河流宽度小于200m时,单向河流使用一维断 面平均衰减模型,感潮河段使用潮平均一维衰减模型,感 潮河网采用一维潮平均有限分段水质模型。
大江大河:当河流宽度大于200m时,单向河流选用二维垂 向平均衰减模型,感潮河段使用潮平均二维衰减模型。
西江、东江、北江等河流的流量较大,稀释扩散能力强, 虽然平均水质良好,但由于靠近岸边水流相对平缓,在排 污口下游一定范围内形成污染带,宜采用二维污染带模型 来计算控制排放量。
(2)控制断面要反映敏感点的水质:大部分水功能区内都 有饮用水取水口或鱼类索饵、产卵活动区存在,控制断面设 置应考虑这些敏感点的水质保护,以保证功能区真正达标。
(3)控制断面要保证出境水质达标:除了保证本水功能区 的水质达标外,还应保证出境提供给下游地区的水质达到功 能区要求。
5、模型参数
模型参数清单
(3)形状:河流混合区一般为岸边窄长水域距下游控制断 面有足够的安全距离,且不超过河宽的1/3;河流混合 区长度不允许超过1200~1500m。 整个河段的封闭性混合区是不允许的
根据西江、北江、东江流域水质保护规划的研究成果,混 合区的确定如下:
确定某入河排放口的混合区长度时,以不影响邻近功能区 (控制断面)和对岸水质达标为原则,并留有有足够的安 全距离,且不得超过河宽的1/3;
混合区是污染物自排放口至功能区控制断面达标的过渡区, 是允许超标的区域。
混合区越小,意味着控制越严格,混合区消失,意味着不 许排放或意味着排放口排出的水质与功能区的水质相等。
混合区的三要素
(1) 位置:重要的功能区均应加以保护,其范围内不允许 混合区存在。
(2) 大小:排污口所在水域形成的混合区不应影响邻近功 能区水质;河流混合区范围不允许超过1~2km2。
广东省水利厅
广州佛山跨市水污染综合整治方案
中山大学
鉴江水质保护规划
中山大学
练江流域水质保护规划
广东省环境监测中心站
广东省地表水环境容量核定 技术报告
华南环境科学研 河流
究所
库湖
kc 0.08~0.45
0.1 0.15 0.1~0.4 0.08~0.1 0.07~0.6 0.18 0.2 0.2 0.3~0.55 0.1~0.2 0.05~0.1
各控制断面以水功能区划以及广东省跨市河流水质达标管理 办法规定的水质标准上限值为容量计算的依据。
4、计算单元和控制节点(断面)
一般情况下,可以直接将水功能区内的常规监测断面或下游 边界作为纳污能力计算的控制节点。
如果某一功能区内存在多个常规性监测断面,可以选取最高 级别的监测断面、最有代表性的监测断面或者最能反映最大 取水量取水口水质的监测断面作为控制节点。
如果功能区没有常规性监测断面,可以选择功能区的下断面 或者重要的取水点作为控制节点。
对于高功能水域、重要水域以及距离较长的水域,根据需要, 一个功能区内应设置多个断面来控制功能区的水质,作为水 环境容量计算的约束条件。
在控制断面的选取时应注意的几个问题
(1)控制断面不能设在排污混合区内:一般的水功能区都 允许有排污口存在,排污口下游必然存在一段由排放浓度过 渡到功能区标准的排污混合区。因此,控制断面要避开混合 区或过渡区,以反映水体的客观情况。
只要水质标准和控制点确定之后,其混合区、功能区和等浓度 线即随之确定,应当指出所谓功能区和混合区是针对某一水质 标准相对而言的概念。
4、计算单元和控制节点(断面)
原则上以水功能区为基本单元; 由于容量计算模型中河道流量、流速等参数都是取常数,而
天然河流的中上述参数是沿程变化的; 如果河流的长度较大,当以控制断面达标为约束条件反算容
Ci+1
Ci+2
wk.baidu.com
i-1
i
i+1
图 单一河道排污口分布示意图
对排污口节点i有:
… Cs
对第i个河段有:
按照上述方法沿程计算整个功能区的沿程污染物浓度变化规 律。
对工业排放口,混合区长度控制在500~1000m; 对城市污水处理厂排放口,混合区长度控制在3000m内; 在同一连续区段中,所有混合区长度总和小于对应大江大
河岸线总长的8%。
混合区浓度计算
(图a) 岸边排放混合区示意图
采用二维混合模式:
图 河流污染带计算坐标示意图 (b)
污染带的等浓度线结构及功能分区方法
类别
水文 参数
河道 参数
水质 参数
污染源 数据
数据
流速 u QCR平 流均 入流 边量 界水质浓度 流量Q 横向扩散系数 Ey 河流比降 J或糙率 n
河段长度 x 河段平均宽度 B 河段平均水深 H
污染物衰减系数k 允许混合区纵向范围 Xs 允许混合区横向向范围 Ys 允许混合区边界的水质目标 C(Xs,Ys)
主要内容
一 计算步骤 二 主要技术问题 三 案例分析
一、计算步骤
• 1.水域概化 • 2.水文资料调查及设计水文条件的确定 • 3.水质控制节点的确定 • 4.确定水质模型及其计算参数 • 5.计算分析 • 6.成果合理性分析
一、计算步骤
1
水域概化:将天然水域(河流、水库)概化成计算水域,例天然 河道可概化成顺直河道,动态水流简化为稳态水流等。水域经适 当概化后,才能够利用数学模型来描述其水质变化规律。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一个集中的排污口。
kn 0.07~0.15
0.07 0.1 0.06~0.2 0.1~0.15 0.03~0.3 无 0.05~0.1 0.1 0.1~0.35 0.05~0.1 0.05
三、案例分析
• 案例1:单一河道水功能区纳污能力计算 • 案例2:河流多个水功能区纳污能力计算 • 案例3:混合区纳污能力计算
三、案例分析
节点后的河段以节点平衡后的流量和污染物浓度为初始 条件,按照一级降解公式计算到下一个节点前的污染物 浓度。
图 河流一维模型概化示意图
考虑干流、支流、取水口、排污口均在同一节点的最复 杂情况,水量平衡方程为:
Q干流混合后=Q干流混合前+Q支流+Q排污口-Q取水口 污染物平衡方程为:
图 河流一维模型概化示意图
6
成果合理性分析:在水环境容量模型计算的基础上,结合上下游 关系、左右岸关系、水质评价和污染源调查结果、混合区范围等 因素,进行合理性分析。此外,应结合水功能区水质评价和污染 源调查分析,建立污染源与水质目标之间的输入响应关系,进行 参数的校核和反馈调整,核定控制单元内允许纳污量。
二、主要技术问题
2
水文资料调查及设计水文条件的确定:收集研究水域水下地形、 水文站的水文资料(河宽、水深、流速、流量、坡度和弯曲系数 )等,明确每一个河段或水库的水文设计条件。对没有资料的河 段,采取水文比拟等方法确定其水文条件。
一、计算步骤
3
水质控制节点的确定:根据水功能区划和水域内的水质敏感点位 置分析,确定水质控制断面的位置和控制标准。对于大江大河( 和大型水库),则需根据水体的功能用途和环境管理的要求,确 定混合区的控制边界及水质保护目标。
河流一维水质模型 一维水质模型由河段和节点两部分组成: 节点指河流上排污口、取水口、干支流汇合口等造成河
道流量、水质发生突变的点,水量与污染物在节点前后 满足物质平衡规律。 河段指河流被节点分成的若干段,每个河段内污染物的 自净规律符合一阶反应定律。
图 河流一维模型概化示意图
在节点处,要利用节点均匀混合模型进行节点前后的物 质守恒分析,确定节点后的河段流量和污染物浓度。
1、河流简化与模型选取
断面宽深比大于等于20时,简化为矩形河段; 小河可以简化为矩形平直河流; 大中河流中,当河段弯曲系数小于等于1.3时,可简化
为顺直河段,否则视为弯曲河流; 河道特征和水力条件有显著变化的河段,应在显著变化
处分段。
根据广东省河流水功能区的河道特征和水文水质特征,分 二种情况选用不同的纳污能力计算模型:
污水流量QE 污水水质浓度 CE
注释 感潮河段应分别取涨潮期 和退潮期的平均值,可由 潮汐河网动态水动力模型 提供
与设计流量对应的数据
5、参数的确定
国内外对BOD的衰减系数研究较多,对COD降解系数kc和 氨氮降解系数kn的研究成果并不多见。原则上,COD的降解系 数约为BOD的60~70%。
表 广东省部分河流COD、氨氮降解系数 单位:1/d
(2)距离较远并且排污量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,不参与容量优化分配计算。
3、混合区的确定
(a) 图 污水与河流的混合过程:(a)河中排放;(b)岸边排放
混合区定义
在排污口下游自排污口至功能区控制点或控制断面之间的, 使污染物得以进行初始混合与稀释后达到水域功能区水质 标准的区域称为混合区。
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