第4章地表水环境影响评价(陆书玉主编)

第四章地表水环境影响评价第一节地表水体的污染和自净一、地表水资源地表水是指存在于陆地表面的各种水域，如河流、湖泊、水库等。考虑到地表水与海洋之间的联系，在地表水环境影响评价时，还包括有关海湾（包括海岸带）的部分内容。第四章地表水环境影响评价第一节地表水体的污染和自净二、水体污染使水的感官性状和物理化学性质、水生物组成、以及底部沉积物的数量和组分发生恶化，破坏水体原有的功能，称为水体污染。凡是对水环境质量可能造成有害影响的物质和能量输入的来源，统称水污染源。输入的物质和能量，称为污染物或污染因子。第四章地表水环境影响评价第一节地表水体的污染和自净点污染源非点污染源（面源）持久性污染物非持久性污染物酸碱污染物废热（热污染）按排放方式分按污染性质分第四章地表水环境影响评价第一节地表水体的污染和自净二、水体污染1.点污染源点污染源排放的废水量和污染物可以从管道或沟渠中直接量测流量和采样分析组分浓度确定，在经费和其他条件有限制时，常采用排污指标(例如排放系数)推算的方法。居住区生活污水量计算式，式中：QS——居住区生活污水量，L/s；q——每人每日的排水定额，L/(人·d)；N——设计人口数，人；Ks——总变化系数(1.5～1.7)。工业废水量计算式，式中：m——单位产品废水量，L/t；M——该产品的日产量，t；Ki——总变化系数，根据工艺或经验决定；t——工厂每日工作时数，h。86400ssqNKQ3600ismMKQt2.非点污染源非点污染源：非点污染源又称面源，是指分散或均匀地通过岸线进入水体的废水和自然降水通过沟渠进入水体的废水。主要包括城镇排水、农田排水和农村生活废水、矿山废水、分散的小型禽畜饲养场废水，以及大气污染物通过重力沉降和降水过程进入水体等所造成的污染废水。估算非点源污染负荷有两种途径：第一种是在对水土流失过程及其主要制约因素进行大量调查的基础上，通过对非点源污染物的输出过程的模拟来研究区域污染物对接受水体的输出总量；另一种是采用直接或间接途径估算非点污染源总径流量和平均径流污染物浓度以计算总污染负荷量。(1)城市非点污染源负荷估计：城市非点污染源负荷来源：城市雨水下水道及合流制下水道的溢流。污染物自城市街道经排水系统进入受纳水体。城市非点源污染物被暴雨冲刷到接受水体的负荷的计算：基本程序：首先估计暴雨事件中暴雨径流的大小（径流深度和径流面积的乘积），从而确定暴雨的冲刷率，进而估计径流冲刷到受纳水体的沉积物负荷，然后根据沉积物中污染物浓度计算污染物负荷，或者根据固体废物与污染物的统计相关关系计算污染物负荷。①暴雨径流深度的估计：R＝CR·P－Ds式中：R——总暴雨径流深度，cm；CR——总径流系数；P——降雨量，cm；Ds——洼地存水，Cm。总径流系数的估算方法：粗略估算式：0.151100100RIIC式中：I——不透水区百分数；φ——按照不同坡度计算的不透水区(指屋面、沥青和水泥路面或广场、庭院等)的径流系数。准确计算式：iiRiFCF洼地存水Ds的粗略估计：0.630.48100sID②径流中冲刷到接受水体的颗粒物负荷：在总暴雨径流估算出来后，可估算暴雨冲刷率。一般认为1h内总径流为1.27cm时，可冲走90％的街道表面颗粒物（沉积物）。式中：Fi——各种类型地区所占的面积；φi——对应的径流系数。暴雨径流中冲刷的固体负荷：swesuYtYPC式中：tr——从最后一次暴雨事件算起的天数，d；ts——从最后一次清扫街道算起的天数，d；εs——街道清扫频率。1erssstttt式中：Ysw——暴雨冲刷到受纳水体的颗粒物负荷；te——等效的累积天数，d；Ysu——街道表面颗粒物日负荷量，kg／d。式中：Lsu—颗粒物日负荷率，kg／(km．d)；Lst—街道边沟长，约等于2倍的街道长，km。susustYLL街道表面颗粒物日负荷取决于多种因素，如交通强度、区域地表覆盖物的形式、径流量和降雨强度、灰尘沉降量、前期干旱时间、城市街道清扫频率和清扫质量等。③径流中冲刷到受纳水体的有机污染负荷：用颗粒固体负荷乘上浓度因子计算有机物负荷：ousuouYYC式中：You—有机污染物的日负荷量，kg／d；α—单位转换因子，10-6；Ysu—总颗粒物固体日负荷量，kg／d；Cou—有机污染物在颗粒物中的浓度，μg／g。(2)农田径流污染负荷估算：第一种方法：避开污染物在农田表面实际迁移过程的变化，仅通过采集和分析各个集水区的径流水样计算进入某一水环境中某种污染物总量，其公式如下：11mniijiMQ式中：M——某种污染物输出总量，kg；ρi——第i小时的该种污染物浓度，kg／m3；Qi——第i小时的径流量，m3；n——观测的总时数，h；j——第j个农田集水区；m——集水区总数。11mniijiMQ三、水体自净定义：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。物理过程：紊动扩散、移流、离散化学过程：氧化还原、混凝沉淀生物过程：生物降解（1）迁移和转化推流迁移：指污染物随着水流在X、Y、Z三个方向上平移运动产生的迁移作用。分散稀释：是污染物在水流中通过分子扩散、湍流扩散和弥散作用分散开来，得到稀释转化和运移：是污染物在悬浮颗粒上的吸附或解吸、污染物颗粒的凝并、沉淀和再悬浮。河流水体中污染物的对流和扩散混合影响污染物输移的最主要的物理过程是对流和横向、纵向扩散混合。海水中污染物的混合扩散污水排放、温排水、溢油污染。扩散过程和漂移过程。（2）衰减变化①污染物的好氧生化衰减过程：②有机污染物的好氧生化降解：水体中有机物的生化降解呈一级反应：③硝化作用：天然水体中含氮化合物经过一系列生化反应过程，由氨氮氧化为硝酸盐。④温度影响：温度对K1和KN有影响，一般以20℃的K1，20和KN，20为基准，则温度T时的值为：θ1=1.047，T的范围为10-35℃；θN=1.047，T的范围为10-30℃⑤脱氮作用：当水中溶解氧被耗尽时，水中硝酸盐将被反硝化细菌还原为亚硝酸盐再转化为氮气。⑥硫化物的反应：当水体中缺少溶解氧和硝酸根离子时，硫酸盐会被细菌还原为硫化氢，含硫蛋白质在厌氧条件下被大肠杆菌分解生成半胱氨酸，再被还原为硫化氢。⑦细菌的衰减作用：随着水体自净过程的进行，例如河流的流动过程，细菌逐渐减少。细菌衰减也服从一级反应。⑧重金属和有机毒物的衰减作用：重金属和有机毒物在水体中的衰减与其种类和性质有关。四、水体的耗氧与复氧过程耗氧①碳化需氧量衰减耗氧：有机污染物生化降解，使碳化需氧量衰减。②含氮化合物硝化耗氧：四、水体的耗氧与复氧过程④水体底泥耗氧：③水生植物呼吸耗氧四、水体的耗氧与复氧过程复氧过程①大气复氧：②光合作用：水生植物的光合作用是水体复氧的另一个重要来源。五、水温变化过程第二节污染物质在河流中的混合与扩散一、污染物质在河流中的混合废水排入水体后，最先发生的过程是混合稀释。对大多数保守污染物混合稀释是它们迁移的主要方式之一。对易降解的污染物混合稀释也是它们迁移的重要方式之一。水体的混合稀释、扩散能力，与其水体的水文特征密切相关。1．河流的混合稀释模型当废水进入河流后，便不断地与河水发生混合交换作用，使保守污染物浓度沿流程逐渐降低，这一过程称为混合稀释过程。河流水体中污染物的混合扩散污水排入河流的入河口称为污水注入点。污水注入点以下的河段，污染物在断面上的浓度分布是不均匀的，靠排放口一侧的岸边浓度高，远离排放口对岸的浓度低。随着河水的流逝，污染物在整个断面上的分布逐渐均匀。污染物浓度在整个断面上变为均匀一致的断面，称为水质完全混合断面。最早出现水质完全混合断面的位置称为完全混合点。污水注入点的上游称为初始段，或背景河段；污水注入点到完全混合点之间的河段称为非均匀混合段；完全混合点的下游河段称为均匀混合段。式中：Q—河流的流量，m3／s；ρ1—排污口上游河流中污染物浓度，mg／L；q—排人河流的废水流量，m3／s；ρ2—废水中的污染物浓度，mg／L。12iQqQq在水质完全混合断面以下的任一断面当废水在岸边排入河流时，废水靠岸边向下游流去，经过相当长的距离才能达到完全混合。在非均匀混合段的废水排入一侧的岸边形成一个污染带。当完全混合距离Ln无实测数据时，可参考下表确定。表中列举出了许多河流在岸边集中排入废水时，污水与河水达到完全混合所需的时间。从下表中查取所需时间与河水实际流速的乘积为完全混合距离。第三节河流和河口水质模型河流是沿地表的线形低凹部分集中的经常性或周期性水流。较大的叫河（或江），较小的叫溪。河口是河流注入海洋、湖泊或其他河流的河段，可以分为入海河口、入湖河口及支流河口。水质模型假设条件应用水质模型预测河流水质时，常假设该河段内无支流，在预测时期内河段的水力条件是稳态的和只在河流的起点有恒定浓度和流量的废水（或污染物）排入。如果在河段内有支流汇入，而且沿河有多个污染源，这时应将河流划分为多个河段采用多河段模型。2．河流水质模型河流水质模型是描述水体中污染物随时间和空间迁移转化规律的数学方程。1、水质模型的分类：按时间特性分：分为动态模型和静态模型。描写水体中水质组分的浓度随时间变化的水质模型称为动态模型。描述水体中水质组分的浓度不随时间变化的水质模型称为静态模型。按水质模型的空间维数分：分为零维、一维、二维、三维水质模型。当把所考察的水体看成是一个完全混合反应器时，即水体中水质组分的浓度是均匀分布的，描述这种情况的水质模型称为零维的水质模型。描述水质组分的迁移变化在一个方向上是重要的，另外两个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为一维水质模型。描述水质组分的迁移变化在两个方向上是重要的，在另外的一个方向上是均匀分布的，这种水质模型称为两维水质模型。描述水质组分迁移变化在三个方向进行的水质模型称为三维水质模型。按描述水质组分的多少分：分为单一组分和多组分的水质模型。水体中某一组分的迁移转化与其它组分没有关系，描述这种组分迁移转化的水质模型称为单一组分的水质模型。水体中一组分的迁移转化与另一组分（或几个组分）的迁移转化是相互联系、相互影响的，描述这种情况的水质模型称为多组分的水质模型。按水体的类型可分为：河流水质模型、河口水质模型（受潮汐影响）、湖泊水质模型、水库水质模型和海湾水质模型等。河流、河口水质模型比较成熟，湖、海湾水质模型比较复杂，可靠性小。按水质组分可分为：耗氧有机物模型（BOD—DO模型），无机盐、悬浮物、放射性物质等单一组分的水质模型，难降解有机物水质模型，重金属迁移转化水质模型。水质模型的选择：选择水质模型必须对所研究的水质组分的迁移转化规律有清楚地了解。因为水质组分的迁移(扩散和平流)取决于水体的水文特性和水动力学特性。在流动的河流中，平流迁移往往占主导地位，对某些组分可以忽略扩散项；在受潮汐影响的河口中，扩散是主导的迁移现象，扩散项必须考虑而不能忽略。对这两者选择的模型就不应一样。对河床规整，断面不变，污染物排入量不变的水体，可选用静态模型。为了减少模型的复杂性和减少所需的资料，对河流系统的水质模型往往选用静态的。但这种选择不能充分评价时便输入对河流系统的影响。选择的水质模型必须反映所研究的水质组分，应用条件和现实条件接近。2、污染物在均匀流场中的扩散水质模型进入环境的污染物可以分为两大类：持久型污染物（惰性污染物）和非持久型污染物。持久型污染物：污染物进入环境以后，随着介质的运动不断地变换所处的空间位置，还由于分散作用不断向周围扩散而降低其初始浓度，但它不会因此而改变总量，不发生衰减。这种污染物称为持久型污染物。如重金属、很多高分子有机化合物等。非持久型污染物：污染物进入环境以后，除了随着环境介质流动而改变位置，并不断扩散而降低浓度外，还因自身的衰减而加速浓度的下降。这种污染物称为非持久型污染物。非持久型物质的衰减有两种方式：一种是由其自身的运动变化规律决定