河流湖泊水库湿地水环境容量计算模型.doc

水环境容量计算模型
1）河流水环境容量模型
水环境容量是在水资源利用水域内，在给定的水质目标、设计流量和水质条件的情况下，水体所能容纳污染物的最大数量。按照污染物降解机理，水环境容量可划分为稀释容量和自净容量两部分，即：

稀释容量是指在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量。自净容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。
河段污染物混合概化图如图11.4-1。根据水环境容量定义，可以给出该河段水环境容量的计算公式：

图11.4-1 完全混合型河段概化图

即：
考虑量纲时，上式整理成：

其中：
当上方河段水质目标要求低于本河段时：
当上方河段水质目标要求高于或等于本河段时：

式中：—第河段水环境容量（kg/d）；
—第河段设计流量（m3/s）；
—第河段设计水体体积（m3）；
—第河段污染物降解系数（d-1）；
—第河段所在水功能区水质目标值（mg/L）；
—第河段上方河段所在水功能区水质背景值（mg/L）,取上游来水浓度。
若所研究水功能区被划分为个河段，则该水功能区的水环境容量是个河段水环境容量的叠加，即：

式中：—水功能区水环境容量（t/a）；
其他符合意义和量纲同上。
2）湖泊、水库水环境容量计算模型
有机物COD、氨氮的水环境容量模型：
在目前国内外的研究中，多采用完全均匀混合箱体水质模型来预测水库水体长期的动态变化，即将水库视为一个完全混合反应器时，有机物的容量计算模型可以用水体质量平衡基本方程计算。水库中有机物容量模型如下：

假设条件：水量为稳态，出流水质混合均匀。
式中：——箱体在t时刻的水量，m3；
——箱体水质参数COD、氨氮的变化率；
——t时刻水库的入流水量，m3/a；
——t时刻水库的出流水量，m3/a；
——t时刻水库的COD、氨氮入流浓度值，mg/L；
——t时刻水库的COD、氨氮出流浓度值，mg/L；
——其他未计入的外部源和漏污染量；
——COD、氨氮的综合降解系数。
由此模型推导出的COD、氨氮环境容量的计算公式如下：

转换量纲后公式为：

——水库环境容量，t/a；
——水库功能区目标值，mg/L；
——水库的出流水量，m3/a；
——COD、氨氮的综合降解系数；
——水库死库容，m3。
总氮总磷的水环境容量计算模型
水库中氮和磷等营养盐物质随时间的变化率，是输入、输出和在水库内沉积的该种污染物的量的函数，因此营养盐物质容量计算可采用沃伦威得尔模型(Vollen—welder)，即可以用质量平衡方程表示。
总氮总磷的水环境容量模型可采用吉柯奈尔-迪龙（Kirchner-Dillon）水库营养物浓度预测模型，其形式如下：

式中：C—总氮总磷的浓度（g/m3）；
I—总氮总磷的总负荷（g/a）；
R—总氮总磷在水库中的滞留系数；
V—水库的容积；（m3）；
—冲刷速度常数（a-1）；
=Qout/V，式中Qout为水库输出流量。
给定初始条件：当t=0时，C=Co，可以求得上式的解析解：

假设水库的入流、出流与污染物的输入处于稳定状态，当，可得上式的平衡浓度Cp：

式中Cp—总氮总磷的平衡浓度（mg/L）。用总氮总磷的水环境质量标准来衡量。滞留系数R可以根据流入和流出支流的流量和营养物浓度近似计算：

式中Qi、Qout—水库输入和输出流量（m3/a）；
Pi、Pout—水库输入和输出总氮总磷浓度（g/m）；
Wi、Wout—水库输入和输出总氮总磷量（g/a）。

3）人工湿地水环境容量计算模型
湿地水环境容量计算模式如下：（出水达标情况下）
W净化=86.4Q净化C进
式中：
-人工湿地工程净化量，kg/d；
-人工湿地工程净化的废水量，m3/s；
-排入人工湿地工程的污染物浓度，mg/L。