水环境影响预测与评价模拟试题及参考答案

xs
为
控制河段总长度，km；x 为沿程距离（0≤x ≤
xs
） ，km。
2、河流水质一维水质模式
当河流中河段均匀，该河段的段面积 A、平均流速 ux、污染物的输入量 Q、扩散系数 D 都不随时间 变化，同时污染物的增减量仅为反应衰减项且符合一级反应动力学，无其他源和汇项，则河流中污 染物的浓度 C 为：
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该式适用于无边界中的连续点源排放。 当污染源处于两个边界的中间，则：
C ( x, y ) =
Q u x h 4πD y x / u x
∞
u y {exp − x

2 ∞ + ∑ exp − u x (nb − y ) + 4Dy x 4 D y x n=1 2
Os =
式中，T 为温度，0C。 在很多情况下，人们希望能找到溶解氧浓度最低的点——临界点。在临界点河水的氧亏值最大，且 变化速率为零。此处水质最差，氧亏值（或溶解养值）及发生的距离为：
468 31.6 + T
(5-8)
xc =
k u ln 2 k 2 − k1 k1
D0 (k 2 − k1 ) 1 − L k 0 1
（二）水环境影响预测方法
预测地表水水质变化的方法大致可以分为三大类：数学模式法、物理模型法和类比分析法。
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（1）数学模式法：该法利用表达水体净化机制的数学方程预测建设项目引起的水体水质变化，能 给出定量的预测结果，在许多水域有成功应用水质模型的范例。 （2）物理模型法：该法依据相似理论，在一定比例缩小的环境模型上进行水质模拟实验，以预测 由建设项目引起的水体水质变化。 该法能反映比较复杂的水环境特点， 且定量化程度高， 再现性好。 但需要有相应的试验条件和较多的基础数据，且制作模型要耗费大量的人力、物力和时间，而且水 中的化学、生物净化过程难于在试验中模拟。 （3）类比分析法：调查与建设项目性质相似，且其纳污水体的规模、流态、水质也相似的工程。 根据调查结果，分析预估拟建项目的水环境影响。该法属于定性或半定量。该法的缺点是此工程与 拟建项目有相似的水环境状况不易找到，所得结果比较粗略，一般多在评价工作级别较低，且评价 时间较短，无法取得足够的参数、数据时，用类比法求得数学模式中所需的若干参数、数据。 预测条件的确定：（1）筛选预测的水质参数；（2）拟预测的排污状况；（3）预测的设计水文条 件；（4）水质模型参数和边界条件（或初始条件）。
u x (nb + y ) 2 kx exp − }exp ∑ − u 4 D x n =1 x y
式中，n 为反射次数，一般取 4-5；b 为河流宽度，m。 当污染源在边界上，对于宽度无限大的情况下，则有：
(5-13)
C ( x, y ) =
C=
C p + Ch Qh Q
+
Ws 86.4Q
(5-2)
Q = Q p + Qh +
Qs x xs
(5-3)
式中，
Ws 为沿程河段内（x＝0 到 x＝ xs ）非点源汇入的污染物总负荷量，kg/d； Q 为下游 x 距离
Qs
为沿程河段内（x＝0 到 x＝
处河段流量，m3/s；
xs
）非点源汇入的污染物总负荷量，m3/s；
u y2 kx exp − x exp − u u x h 4πD y x / u x x 4D y x 2Q
2 ∞ + ∑ exp − u x (nb − y ) + 4D y x 4 D y x n =1 2
(5-14)
如宽度有限为 b，同样可以通过设立虚源模拟边界的反射作用，则
C ( x, y ) =
2Q u x h 4π {exp − x
u x (nb + y ) 2 kx exp − }exp ∑ − u 4D y x n =1 x
O = Os − D = O s −
k1 L0 kx k x kx exp(− 1 ) − exp(− 2 ) − D0 exp(− 1 ) k 2 − k1 u u u
(5-7)
式中，O 为河水中的溶解氧值，mg/L；Os 为饱和溶解氧值，mg/L，它是温度、盐度和大气压的函 数。 在 101.32kPa 压力下，淡水中的饱和溶解氧浓度可以用下式计算：
虚源的作用随着 n 的增大迅速减小，一般 n=4-5 即可满足计算精度。
(5-15)
5、湖泊（水库）水环境预测模式
（1）完全混合箱式模式 将湖泊水体看成一个箱体，箱体内水质是均匀的，箱体内污染物浓度的变化仅与流进流出的污染物 数量有关，并假设进出湖泊的水量是均匀稳定的。因湖水均匀混合，根据湖泊进出水量的多少和污 染物的性质建立湖泊水质预测模式。 对于持久性污染物质（惰性物质）经历时间 t 后，湖泊内污染物浓度 C(mg/L)可以用质量平衡方程 求出：
C ( x, y ) =
Q 4πh( x / u x ) 2
( y − u y x / ux )2 kx exp − exp − u 4 D x / u Dx D y y x x
(5-11)
式中，Q 为单位时间内排放的污染物量，即源强，mg/s；h 为河流平均深度，m；Dx、Dy 为横向、 纵向弥散系数，m2/s；ux、uy 为 x、y 方向的流速分量，m/s。 如果忽略 Dx、uy，则式(3-9)的解为：
u C = C 0 exp 2Dx
1 − 1 + 4 K 1 D x u2
x
(5-4)
式中，C0 为初始断面和水中污染物的初始浓度，K1 为污染物的降解速率常数。 如果忽略弥散，则：
K x C ( x) = C 0 exp − 1 u
k x L = L0 exp − 1 u kL k x k x k x D = 1 0 exp(− 1 ) − exp(− 2 ) + D0 exp(− 1 ) k 2 − k1 u u u
(5-6)
式中， L 为河水中的 BOD 值， mg/L； D 为河水中的氧亏值， mg/L； k1 为河水中 BOD 耗氧系数， 1/d； k2 为河流复氧系数，1/d；u 为河流平均流速，m/s；L0 为河流起始点的 BOD 值，mg/L；D0 为河流 起始点的氧亏值，mg/L。 河流中的溶解氧 O 为饱和溶解氧减去 D 值，则：
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一、内容提要 一、内容提要
（一）水体中污染物的迁移与转化
1、水体中污染物的迁移、转化、扩散
进入环境中的污染物可以分为持久性和非持久性两大类。持久性污染物进入环境后，随着介质 的推流迁移和分散稀释作用不断改变所处空间位置，同时降低浓度，但其总量一般不发生改变。非 持久性污染物进入环境后，除了随介质运动改变空间位置和降低浓度外，还因降解和转化作用使浓 度进一步降低（衰减） 。 污染物进入环境后，随着流体介质发生迁移、扩散和转化。水体中污染物的迁移与转化包括物理输 移过程、化学转化过程和生物降解过程。 （1）物理过程 物理过程作用主要是指污染物在水体中的混合稀释和自然沉淀过程。 水体的混合稀释作用只能降低水中污染物的浓度，不能减少其总量，包括紊动扩散、推流迁移和离 散等三个作用。紊动扩散由水流的紊动特性引起水中污染物自高浓度向低浓度区转移的紊动扩散。 推流迁移是指污染物在气流或水流作用下产生的转移作用。推流迁移只改变污染物所处的位置，并 不该变污染物的浓度。 分散稀释是指污染物在环境介质中通过分散作用得到稀释，分散的机理有分子扩散、湍流扩散和弥 散作用。分子扩散是由分子的随机运动引起的质点分散现象。分子扩散过程服从裴克（Frik）第一 定律，即分子扩散的质量通量与扩散物质的浓度梯度成正比。湍流扩散，又称为紊流扩散，是在湍 流流场中质点的各种状态（流速、压力、浓度等）的瞬时值相对于其时平均值的随机脉动而导致的 分散现象。弥散作用是由于横断面上实际的流速分布不均匀引起的分散作用，在用断面平均流速描 述实际的污染物迁移扩散时，就必须考虑一个附加的、由流速不均匀引起的作用－弥散。弥散作用 可以定义为：由空间各点湍流流速（或其他状态）的时平均值与流速时平均值的空间平均值的系统 差别所产生的分散现象。 沉淀作用指排入水体中的污染物含有的微小的悬浮颗粒，由于流速较小逐渐沉到水底。混合作用只 能降低水中污染物的浓度，不能减少其总量。 （2）化学过程 水体化学净化的重要作用是氧化－还原反应。 流动的水体通过水面波浪不断地将大气中地氧溶于水 体，这些溶解氧与水体中地污染物将发生氧化反应。另外，还原作用对水体也有净化作用，但这类 反应多在微生物地作用下进行。天然水体接近中性，酸碱反应在水体中的作用不大。天然水体中含 有各种胶体，由于有些微粒具有较大地表面积，另有一些物质本身就是凝聚剂，所以天然水体具有 混凝沉淀作用和吸附作用，从而使有些污染物随着这些作用从水体中去除。 （3）生物过程 生物自净的基本过程是水体中地微生物（尤其是细菌）在溶解氧充分的情况下，将一部分有机污染 物当作食饵消耗掉，将另一部分有机污染物氧化分解成无害的简单无机物。 影响生物自净作用的关键是：溶解氧的含量；有机污染物的性质、浓度；微生物的种类、数量等。 生物自净的快慢与有机污染物的数量和性质有关。另外，水体温度、水流状态、风力、天气等物理 和水文条件以及水面有无影响复氧作用的油膜、泡沫等均对生物自净有影响。
ux y2 kx C ( x, y ) = exp − exp − u 4 D x u x h 4πD y x / u x y x Q