教案水质预测模型市公开课一等奖百校联赛获奖课件.pptx

第第5章章 地表水环境预测与影响评价地表水环境预测与影响评价水质预测模型水质预测模型河流水质模型河流水质模型河口水质模型河口水质模型湖库水质模型湖库水质模型水污染负荷预测水污染负荷预测地表水影响评价地表水影响评价第1页第第1节节 预测条件确定预测条件确定 l预测时段预测时段 地表水环境预测应考虑水体自净能力不一样各个时段（水地表水环境预测应考虑水体自净能力不一样各个时段（水期）。通常将其划分为自净能力最小、普通、最大三个阶期）。通常将其划分为自净能力最小、普通、最大三个阶段（如：枯水期、平水期、丰水期）。段（如：枯水期、平水期、丰水期）。l一、二级评价，应分别预测水体自净能力最小和普通两个一、二级评价，应分别预测水体自净能力最小和普通两个时段环境影响。冰封期较长水域，当其水体功效为生活饮时段环境影响。冰封期较长水域，当其水体功效为生活饮用水、食品工业用水水源或渔业用水时，还应预测冰封期用水、食品工业用水水源或渔业用水时，还应预测冰封期环境影响。环境影响。l三级评价或二级评价时间较短时，能够只预测自净能力最三级评价或二级评价时间较短时，能够只预测自净能力最小时段环境影响。小时段环境影响。第2页第第1节节 预测条件确定预测条件确定 l预测水质参数筛选预测水质参数筛选对河流，可按下式将水质参数排序后从中选取预测对河流，可按下式将水质参数排序后从中选取预测水质因子。水质因子。ISE=CpQp(Cs-Ch)QhISE-水质参数排序指标水质参数排序指标Cp-建设项目水污染物排放浓度，建设项目水污染物排放浓度，mg/LCs-水污染物评价标准限值，水污染物评价标准限值，mg/LCh-评价河段污染物浓度，评价河段污染物浓度，mg/LQp-建设项目标废水排放量，建设项目标废水排放量，m3/sQh-评价河段流量，评价河段流量，m3/sISE值是负值或越大，说明拟建项目排污对该项水质参数值是负值或越大，说明拟建项目排污对该项水质参数污染影响越大。污染影响越大。第3页第第1节节 预测条件确定预测条件确定 l预测范围和预测点位确实定预测范围和预测点位确实定预测范围与地表水环境现实状况调查范围相同或预测范围与地表水环境现实状况调查范围相同或略小（特殊情况也可略大）。预测点数量和位置略小（特殊情况也可略大）。预测点数量和位置应依据受纳水体和建设项目标特点、评价等级以应依据受纳水体和建设项目标特点、评价等级以及当地环境保护要求确定。及当地环境保护要求确定。第4页预测点确定预测点确定 已确定敏感点；已确定敏感点；环境现实状况监测点；环境现实状况监测点；水文条件和水质突变处上、下游；水文条件和水质突变处上、下游；水源地，主要水工建筑物及水文站附近；水源地，主要水工建筑物及水文站附近；在河流混合过程段选择几个代表性段面；在河流混合过程段选择几个代表性段面；排污口下游可能超标点位附近。排污口下游可能超标点位附近。第5页矩形平直河流、矩形弯曲河流、非矩形河流矩形平直河流、矩形弯曲河流、非矩形河流详细简化方法以下：详细简化方法以下：河流断面宽深比河流断面宽深比20时，可视为矩形河流；时，可视为矩形河流；大中河流断面上水深改变很大且评价等级较高（如一级评大中河流断面上水深改变很大且评价等级较高（如一级评价）时，能够视为非矩形河流并应调查其流场？，其它情况价）时，能够视为非矩形河流并应调查其流场？，其它情况均可简化为矩形河流；均可简化为矩形河流；大中河流中，预测河段弯曲较大（如其最大弯曲系数大中河流中，预测河段弯曲较大（如其最大弯曲系数1.3）时，可视为弯曲河流，不然能够简化为平直河流；）时，可视为弯曲河流，不然能够简化为平直河流；小河能够简化为矩形平直河流；小河能够简化为矩形平直河流；河流水文特征或水质有急剧改变河段，可在急剧改变之处河流水文特征或水质有急剧改变河段，可在急剧改变之处罚段，各段分别进行简化。罚段，各段分别进行简化。河流简化河流简化第6页对于江心洲等按以下标准进行简化对于江心洲等按以下标准进行简化评价等级为评价等级为3级时，江心洲、浅滩等均可按无江心级时，江心洲、浅滩等均可按无江心洲、浅滩情况对待；洲、浅滩情况对待；评价等级为评价等级为2级时，江心洲位于充分混合段，能够级时，江心洲位于充分混合段，能够按无江心洲对待；按无江心洲对待；评价等级为评价等级为1级且江心洲较大时，可分段进行简化，级且江心洲较大时，可分段进行简化，江心洲较小时可不考虑，江心洲位于混合过程段，江心洲较小时可不考虑，江心洲位于混合过程段，可分段进行简化。可分段进行简化。人工控制河流依据水流情况能够视其为水库，也能人工控制河流依据水流情况能够视其为水库，也能够视其为河流，分段进行简化。够视其为河流，分段进行简化。河流简化河流简化第7页河流感潮段河流感潮段受潮汐作用影响较显著河段。能够将落潮时最大断受潮汐作用影响较显著河段。能够将落潮时最大断面平均流速与涨潮时最小断面平均流速之差等于面平均流速与涨潮时最小断面平均流速之差等于0.05m/s0.05m/s断面作为其与河流界限断面作为其与河流界限河口简化河口简化河口河口河流交汇处河流交汇处河流感潮河段河流感潮河段河口外滨海段河口外滨海段湖、库汇合处湖、库汇合处第8页简化方法：简化方法：除个别要求很高（如一级评价）情况外，河流感潮段普通可除个别要求很高（如一级评价）情况外，河流感潮段普通可按潮周平均、高潮平均和低潮平均三种情况，简化为稳态进按潮周平均、高潮平均和低潮平均三种情况，简化为稳态进行预测；行预测；河流汇合部分能够分为支流、汇合前主流、汇合后主流三段河流汇合部分能够分为支流、汇合前主流、汇合后主流三段分别进行环境影响预测。小河汇入大河时，把小河看成点源；分别进行环境影响预测。小河汇入大河时，把小河看成点源；河流与湖泊、水库汇合部分能够按照河流与湖泊、水库两部河流与湖泊、水库汇合部分能够按照河流与湖泊、水库两部分分别预测其环境影响；分分别预测其环境影响；河口断面沿程改变较大时，能够分段进行环境影响预测；河口断面沿程改变较大时，能够分段进行环境影响预测；河口外滨海段可视为海湾。河口外滨海段可视为海湾。河口简化河口简化第9页简化方法简化方法评价等级为评价等级为1级时，中湖（库）能够按大湖（库）对待，停级时，中湖（库）能够按大湖（库）对待，停留时间较短时也能够按小湖（库）对待；留时间较短时也能够按小湖（库）对待；评价等级为评价等级为3级时，中湖（库）能够按小湖（库）对待，停级时，中湖（库）能够按小湖（库）对待，停留时间很长时也可按大湖（库）对待；留时间很长时也可按大湖（库）对待；评价等级为评价等级为2级时，怎样简化视详细情况而定；级时，怎样简化视详细情况而定；水深水深10m且分层期较长（如大于且分层期较长（如大于30天）湖泊、水库可视天）湖泊、水库可视为分层湖（库）；为分层湖（库）；湖、库简化湖、库简化简化为简化为大湖（库）、小湖（库）、分层湖（库）大湖（库）、小湖（库）、分层湖（库）第10页串联型湖泊能够分为若干区，各区分别按上述情况简化；串联型湖泊能够分为若干区，各区分别按上述情况简化；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，水力停留时间较短狭长湖泊可简化为河流。其岸边形状和水文特征值改变较短狭长湖泊可简化为河流。其岸边形状和水文特征值改变较大时还能够深入分段；大时还能够深入分段；不规则形状湖泊、水库可依据流场分布情况和几何形状分区；不规则形状湖泊、水库可依据流场分布情况和几何形状分区；自顶端入口附近排入废水狭长湖泊或循环利用湖水小湖，能自顶端入口附近排入废水狭长湖泊或循环利用湖水小湖，能够分别按各自特点考虑。够分别按各自特点考虑。湖、库简化湖、库简化第11页污染源包含污染源包含排放方式排放方式和和排放规律排放规律简化简化污染源简化污染源简化排放方式排放方式点源点源面源面源排放规律排放规律连续恒定排放连续恒定排放非连续恒定排放非连续恒定排放在预测中，通常能够把排放规律简化为连续恒定排放。在预测中，通常能够把排放规律简化为连续恒定排放。第12页对于点源排放位置处理，有以下情况：对于点源排放位置处理，有以下情况：排入河流两排放口间距较小时，能够简化为一个排放口，其位排入河流两排放口间距较小时，能够简化为一个排放口，其位置假设在两排放口之间，其排放量为二者之和；置假设在两排放口之间，其排放量为二者之和；排入小湖（库）全部排放口能够简化为一个排放口，其排放量排入小湖（库）全部排放口能够简化为一个排放口，其排放量为全部排放量之和；为全部排放量之和；排入大湖（库）两排放口间距较小时，能够简化为一个排放口，排入大湖（库）两排放口间距较小时，能够简化为一个排放口，其位置假设在两排放口之间，其排放量为二者之和；其位置假设在两排放口之间，其排放量为二者之和；无组织排放能够简化为面源，从多个间距很近排放口分别排放无组织排放能够简化为面源，从多个间距很近排放口分别排放污水时，能够简化为面源。污水时，能够简化为面源。污染源简化污染源简化第13页预测方法与水质数学模型预测方法与水质数学模型预测方法预测方法数学模式法：数学模式法：给出定量预测结果。普通情况此方法较简给出定量预测结果。普通情况此方法较简单，应首先考虑。单，应首先考虑。物理模型法：物理模型法：此方法能反应比较复杂水环境特点，且定此方法能反应比较复杂水环境特点，且定量化程度较高，再现性好。但需要有对应试验条件和较多量化程度较高，再现性好。但需要有对应试验条件和较多基础数据，且制作模型要花费大量人力、物力和时间。基础数据，且制作模型要花费大量人力、物力和时间。类比分析法：类比分析法：此种预测方法属于定性或半定量性质。此种预测方法属于定性或半定量性质。专业判断法：专业判断法：定性地反应建设项目标环境影响。定性地反应建设项目标环境影响。第14页水环境影响预测模型水环境影响预测模型 水质模型分类水质模型分类 按时间特征分类按时间特征分类 动态模型动态模型 静态模型静态模型 按水域类型分：按水域类型分：河流水质模型河流水质模型 河口水质模型河口水质模型(受潮汐影响受潮汐影响)湖泊水质模型湖泊水质模型 水库水质模型水库水质模型 海湾水质模型海湾水质模型 按描述水质组分多少分类：按描述水质组分多少分类：单一组分模型单一组分模型 多组分水质模型多组分水质模型第15页 按水质组分分类分：按水质组分分类分：耗氧有机物模型耗氧有机物模型(BODDO模型模型)单一组分水质模型单一组分水质模型 难降解有机物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重金属迁移转化水质模型按水力学和排放条件分：按水力学和排放条件分：稳态模型稳态模型 非稳态模型非稳态模型按水质模型空间维数分类：按水质模型空间维数分类：零维模型零维模型 一维模型一维模型 二维模型二维模型 三维模型三维模型第16页第第2 2节节 河流水质模型河流水质模型河流完全混合模型、一维稳态模型、河流完全混合模型、一维稳态模型、S-P模型（适合模型（适合用于用于河流充分混合段河流充分混合段）托马斯模型（适合用于托马斯模型（适合用于沉降作用显著沉降作用显著河流河流充分混合充分混合段）段）二维稳态混合模式和二维稳态衰减模式（适合用于二维稳态混合模式和二维稳态衰减模式（适合用于平直河流混合过程段平直河流混合过程段）二维稳态累积流量模式和二维稳态衰减累积流量模二维稳态累积流量模式和二维稳态衰减累积流量模式（适合用于式（适合用于弯曲河流混合过程段弯曲河流混合过程段）第17页均匀混合段均匀混合段混合段混合段背景段背景段污水注入点污水注入点完全混合点完全混合点L混合段总长度混合段总长度均匀混合段均匀混合段背景段背景段污水注入点污水注入点瞬间完全混合瞬间完全混合既是污水注入点，也是完全混合点既是污水注入点，也是完全混合点混合段混合段背景段背景段污水注入点污水注入点没有完全混合点没有完全混合点L混合段总长度混合段总长度第18页1.*河流混合过程段长度河流混合过程段长度预测范围内河段分预测范围内河段分充分混合段充分混合段、混合过程段混合过程段和和排污口上游河段排污口上游河段。充分混合段充分混合段：污染物浓度在断面上均匀分布河段。当断面上任意：污染物浓度在断面上均匀分布河段。当断面上任意一点浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度一点浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度5时，能够认为到达时，能够认为到达均匀分布。均匀分布。混合过程段混合过程段：指排放口下游到达充分混合以前河段。：指排放口下游到达充分混合以前河段。河流混合过程段长度可由下式计算（理论公式）：河流混合过程段长度可由下式计算（理论公式）：河中心排放河中心排放 x=0.1uxB2/Ey岸边排放岸边排放 x=0.4uxB2/Ey u xx方向流速，方向流速，m/s；B 河流宽度，河流宽度，m；Ey横向扩散系数，横向扩散系数，m2/s。惯用河流水质数学模型与适用条件惯用河流水质数学模型与适用条件第19页 河流混合过程段长度河流混合过程段长度*河流混合过程段长度可由下式估算（经验公式）：河流混合过程段长度可由下式估算（经验公式）：式中，式中，B河流宽度，河流宽度，m；a排放口距岸边距离，排放口距岸边距离，m；u河流断面平均流速，河流断面平均流速，m/s；H平均水深，平均水深，m；g重力加速度，重力加速度，9.8m/s2；I河流坡度，河流坡度，。惯用河流水质数学模型与适用条件惯用河流水质数学模型与适用条件第20页例题例题1：一河段一河段K 断面处有一岸边污水排放口稳定地向河流排放污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：水，其河水特征为：B=50.0m，H 均均=1.2m，u=0.1m/s，I=9，试计算混合过程污染带长度。，试计算混合过程污染带长度。解解:混合过程段长度：混合过程段长度：779.0m所以混合过程段长度为所以混合过程段长度为779.0m。第21页稳态条件下基本模型解析解稳态条件下基本模型解析解l什么是稳态？什么是稳态？1、河流河床截面积、流速、流量不随时间改变、河流河床截面积、流速、流量不随时间改变 2、污染物输入量、弥散系数不随时间改变、污染物输入量、弥散系数不随时间改变 3、河流无支流和其它排污口废水进入、河流无支流和其它排污口废水进入 第22页 河流充分混合模型河流充分混合模型式中：式中：Q Qh h河水流量，河水流量，m m3 3/s/s；C Ch h河水背景断污染物浓度，河水背景断污染物浓度，mg/L mg/L；C CP P废水中污染物浓度，废水中污染物浓度，mg/L mg/L；Q QP P废水流量，废水流量，m m3 3/s/s；C C完全混合水质浓度，完全混合水质浓度，mg/L mg/L。完全混合模型适用条件完全混合模型适用条件l稳态：河流为恒定流（流量、流速不随时间改变）稳态：河流为恒定流（流量、流速不随时间改变）l废水连续稳定排放废水连续稳定排放l下游某点废水和河水在整个断面上到达了均匀混合下游某点废水和河水在整个断面上到达了均匀混合l持久性污染物持久性污染物l该河流无支流和其它排污口进入该河流无支流和其它排污口进入 第23页例题：完全混合模型例题：完全混合模型l计划在河边建一座工厂，该厂将以计划在河边建一座工厂，该厂将以2.83m3/s2.83m3/s流量排流量排放废水，废水中总溶解固体（总可滤残渣和总不可放废水，废水中总溶解固体（总可滤残渣和总不可滤残渣）浓度为滤残渣）浓度为1300mg/L1300mg/L，该河流平均流速为，该河流平均流速为0.457m/0.457m/，平均河宽为，平均河宽为13.72m13.72m，平均水深为，平均水深为0.61m0.61m，总溶解固体浓度为总溶解固体浓度为310mg/L310mg/L，假如该工厂废水排入河，假如该工厂废水排入河中能与河水快速混合，中能与河水快速混合，那么总溶解固体浓度是否超那么总溶解固体浓度是否超标（设标准为标（设标准为500mg/L500mg/L）？）？答案：731mg/L，超标0.46倍第24页零维模型稳态解零维模型稳态解第25页稳态条件下河流零维模型稳态条件下河流零维模型式中：式中：C流出河段污染物浓度，流出河段污染物浓度，mg/L;C0-完全混合模型计算出浓度值，完全混合模型计算出浓度值，mg/L;x河段长度，河段长度，m。k-污染物衰减速率常数污染物衰减速率常数 1/d；u河水流速，河水流速，m/s;t两个断面之间流动时间。两个断面之间流动时间。第26页例题：河流零维模型例题：河流零维模型l有一条比较浅而窄河流，有一段长有一条比较浅而窄河流，有一段长1km1km河段，稳定河段，稳定排放含酚废水排放含酚废水1.0m1.0m3 3/s;/s;含酚浓度为含酚浓度为200mg/L200mg/L，上游，上游河水流量为河水流量为9m9m3 3/s/s，河水含酚浓度为，河水含酚浓度为0 0，河流平均，河流平均流速为流速为40km/d40km/d，酚衰减速率常数，酚衰减速率常数k k2 2 1/d1/d，求河，求河段出口处河水含酚浓度为多少？段出口处河水含酚浓度为多少？答案：21 mg/L第27页一维模型适用条件一维模型适用条件 l河流充分混合段（河流横断面上到达完全混合）；河流充分混合段（河流横断面上到达完全混合）；l非持久性污染物（溶解态污染物）；非持久性污染物（溶解态污染物）；l河流为恒定流；河流为恒定流；l废水连续稳定排放。废水连续稳定排放。l适合用于适合用于符合一维动力学降解规律符合一维动力学降解规律普通污染物，如氰、酚、有机毒普通污染物，如氰、酚、有机毒物、重金属、物、重金属、BODBOD、CODCOD等单项指标污染物。等单项指标污染物。河流一维模型河流一维模型l当污染物在河流横向上到达完全混合后，分析污当污染物在河流横向上到达完全混合后，分析污染物在纵向即水流方向输移、转化改变情况时用一染物在纵向即水流方向输移、转化改变情况时用一维模型维模型第28页一维稳态模型解一维稳态模型解：二阶线性偏微分方程二阶线性偏微分方程X0X0一维模型稳态解一维模型稳态解第29页对于不受潮汐影响内陆河，扩散、离散相对于移流作用对于不受潮汐影响内陆河，扩散、离散相对于移流作用很小，即很小，即Dx近似为近似为0，所以，排污对于上游（，所以，排污对于上游（x0）浓）浓度改变没有影响，引发排污口下游河流污染物浓度改变度改变没有影响，引发排污口下游河流污染物浓度改变为：为：一维模型稳态解一维模型稳态解第30页河流一维模型河流一维模型 考虑弥散一维稳态模型考虑弥散一维稳态模型l式中：式中：C C下游某一点污染物浓度，下游某一点污染物浓度，mg/L mg/L；C C0 0完全混合断面污染物浓度，完全混合断面污染物浓度，mg/L mg/L；u u河水流速，河水流速，m/sm/s；D Dx x方向上扩散系数，方向上扩散系数，m m2 2/s/s；k k1 1污染物降解速率常数（污染物降解速率常数（1/d1/d）；）；x x下游某一点到排放点距离，下游某一点到排放点距离，m m。第31页河流一维模型河流一维模型 忽略弥散一维稳态模型忽略弥散一维稳态模型l式中：式中：C C下游某一点污染物浓度，下游某一点污染物浓度，mg/Lmg/L；C C0 0完全混合断面污染物浓度完全混合断面污染物浓度，mg/L mg/L；u u河水流速，河水流速，m/sm/s；k k1 1污染物降解速率常数（污染物降解速率常数（1/d1/d）；）；x x下游某一点到排放点距离下游某一点到排放点距离，m m。第32页例题：河流一维模型例题：河流一维模型l一个改扩工程拟向河流排放废水，废水量为一个改扩工程拟向河流排放废水，废水量为0.15 m0.15 m3 3/s/s，苯酚浓度为，苯酚浓度为30mg/L,30mg/L,河流流量为河流流量为5.5 5.5 m m3 3/s/s，流速为，流速为0.3 m/s0.3 m/s，苯酚背景浓度为，苯酚背景浓度为0.5mg/L0.5mg/L，苯酚降解系数，苯酚降解系数k k0.2/d0.2/d，纵向弥散系，纵向弥散系数数D D为为10 m10 m2 2/s/s。求排放点下游。求排放点下游10km10km处苯酚浓度。处苯酚浓度。答案：考虑弥散作用，答案：考虑弥散作用，1.19mg/L;忽略弥散作用，忽略弥散作用，1.19mg/L。能够看出，在稳态条件下，忽略弥散系数与考能够看出，在稳态条件下，忽略弥散系数与考虑弥散系数差异很小，常能够忽略。虑弥散系数差异很小，常能够忽略。第33页河流一维河流一维BOD-DO模型模型l反应耗氧有机物和水中溶解氧情况反应耗氧有机物和水中溶解氧情况l预测某一时刻水中剩下预测某一时刻水中剩下BOD浓度和氧亏值。浓度和氧亏值。第34页水体耗氧与复氧过程水体耗氧与复氧过程l耗氧过程：耗氧过程：lBOD耗氧耗氧（CBOD、NBOD耗氧）耗氧）l底泥耗氧（沉积底泥耗氧、底泥再悬浮耗氧）底泥耗氧（沉积底泥耗氧、底泥再悬浮耗氧）l水生植物呼吸耗氧水生植物呼吸耗氧l复氧过程：复氧过程：l大气复氧大气复氧l藻类光合作用复氧藻类光合作用复氧第35页临界氧亏临界氧亏最大氧亏最大氧亏污水排入污水排入河流河流DO浓度浓度氧垂曲线氧垂曲线距离或时间距离或时间饱和饱和DO浓度浓度BOD曲线曲线水质最差点水质最差点亏氧量为饱和溶解氧浓度与实际溶解氧浓度之差亏氧量为饱和溶解氧浓度与实际溶解氧浓度之差 当当当当BODBOD随污水进入河流后，因为耗氧微生随污水进入河流后，因为耗氧微生随污水进入河流后，因为耗氧微生随污水进入河流后，因为耗氧微生物生物氧化作用，其浓度逐步降低，而水中物生物氧化作用，其浓度逐步降低，而水中物生物氧化作用，其浓度逐步降低，而水中物生物氧化作用，其浓度逐步降低，而水中DODO则被消耗，逐步降低。与此同时，河流还存在则被消耗，逐步降低。与此同时，河流还存在则被消耗，逐步降低。与此同时，河流还存在则被消耗，逐步降低。与此同时，河流还存在着复氧作用，在氧消耗同时，还不停有氧气进着复氧作用，在氧消耗同时，还不停有氧气进着复氧作用，在氧消耗同时，还不停有氧气进着复氧作用，在氧消耗同时，还不停有氧气进入水体，以下列图所表示：入水体，以下列图所表示：入水体，以下列图所表示：入水体，以下列图所表示：第36页Streeter Phelps(S-P)模式模式建立建立S-P模式基本假设：模式基本假设：（1）河流中）河流中BOD衰减和溶解氧复氧都是一级反应；衰减和溶解氧复氧都是一级反应；（2）反应速度是定常；）反应速度是定常；（3）河流中耗氧是由）河流中耗氧是由BOD衰减衰减引发，而河流中溶解氧起源引发，而河流中溶解氧起源则是则是大气复氧大气复氧。S-P模式适用条件：（模式适用条件：（1）河流充分混合段河流充分混合段；（2）污染物为耗氧有机污染物污染物为耗氧有机污染物；（3）需要预测河流溶解氧状态；）需要预测河流溶解氧状态；（4）河流为恒定流动；）河流为恒定流动；（5）污染物连续稳定排放。）污染物连续稳定排放。第37页l基本形式基本形式 上式：上式：上式：上式：L L 河水中河水中河水中河水中BODBOD浓度，浓度，浓度，浓度，mg/Lmg/L D D 河水中氧亏值河水中氧亏值河水中氧亏值河水中氧亏值 mg/L mg/L k1 k1 河水河水河水河水BODBOD降解系数，降解系数，降解系数，降解系数，1/d 1/d k2 k2 河水复氧系数，河水复氧系数，河水复氧系数，河水复氧系数，1/d 1/dStreeter Phelps(S-P)模式模式第38页Streeter Phelps(S-P)模式模式D亏氧量，即饱和溶解氧浓度与溶解氧浓度差值，亏氧量，即饱和溶解氧浓度与溶解氧浓度差值，mg/L；cBODBOD浓度，浓度，mg/L；K1耗氧系数，耗氧系数，1/d；K2大气复氧系数，大气复氧系数，1/d；x从计算初始点到下游计算断面距离，从计算初始点到下游计算断面距离，m氧垂公式氧垂公式第39页Streeter Phelps(S-P)模式模式CBOD0计算初始断面计算初始断面BOD浓度，浓度，mg/L;D0计算初始断面亏氧量，即断面计算初始断面亏氧量，即断面DO浓度与浓度与DOf之差，之差，mg/L；Dh上游来水中溶解氧氧亏值，上游来水中溶解氧氧亏值，mg/L；Dp污水中溶解氧氧亏值，污水中溶解氧氧亏值，mg/L；第40页Streeter Phelps(S-P)模式模式计算最大氧亏点临界点计算最大氧亏点临界点tc由起始点抵达临界点流行时间由起始点抵达临界点流行时间。xc临界点到计算初始点距离，临界点到计算初始点距离，m。第41页Streeter Phelps(S-P)模式模式 S-P模式在水质影响预测中应用最广，也可用于计算河模式在水质影响预测中应用最广，也可用于计算河段最大允许排污量。段最大允许排污量。在在S-P模式基础上，结合河流自净过程中不一样影响原因，模式基础上，结合河流自净过程中不一样影响原因，人们提出了一些修正型。比如人们提出了一些修正型。比如托马斯托马斯引入悬浮物沉降作用对引入悬浮物沉降作用对BOD衰减影响；衰减影响；多宾斯坎普多宾斯坎普提出了考虑底泥耗氧和光合作提出了考虑底泥耗氧和光合作用复氧模型；用复氧模型；奥康纳奥康纳深入考虑含氮污染物影响；深入考虑含氮污染物影响；1989年美国年美国EPA推出了推出了QUAL2E，这是一维水质模型，全方面考虑河流，这是一维水质模型，全方面考虑河流自净机理，能够模拟自净机理，能够模拟15种以上不一样水质参数改变，如水温、种以上不一样水质参数改变，如水温、有机磷、有机氮、肠杆菌等。有机磷、有机氮、肠杆菌等。第42页托马斯托马斯(Thomas)BOD-DO模型模型l在在S-P模型基础上增加沉淀、絮凝、冲刷和再悬浮过程模型基础上增加沉淀、絮凝、冲刷和再悬浮过程对对BOD去除影响，引入了去除影响，引入了BOD沉浮系数沉浮系数k3，BOD改变改变速度为速度为k3L。l托马斯采取以下基本方程组：托马斯采取以下基本方程组：l沉浮系数沉浮系数k3 对于冲刷、再悬浮过程，对于冲刷、再悬浮过程，k3 0。第43页托马斯托马斯(Thomas)BOD-DO模型模型第44页l对一维静态河流，在托马斯模型基础上，多宾斯对一维静态河流，在托马斯模型基础上，多宾斯-坎普提出了坎普提出了两条新假设：两条新假设：l考虑地面径流和底泥释放考虑地面径流和底泥释放BOD所引发所引发BOD改变速率，该速率以改变速率，该速率以 R表示。表示。l考虑藻类光合作用和呼吸作用以及地面径流所引发溶解氧改变考虑藻类光合作用和呼吸作用以及地面径流所引发溶解氧改变速率，该速率以速率，该速率以 P表示。表示。l多宾斯多宾斯坎普采取以下基本方程组：坎普采取以下基本方程组：多宾斯多宾斯坎普坎普(DobbInsCamp)BOD-DO模型模型第45页l对一维静态河流，在托马斯模型基础上对一维静态河流，在托马斯模型基础上,奥康纳提假奥康纳提假设条件为，总设条件为，总BOD是碳化和硝化是碳化和硝化BOD两部分之和，即两部分之和，即L=Lc+Ln，则托马斯修正式可改写为：，则托马斯修正式可改写为：kn 硝化硝化BOD衰减速度常数，衰减速度常数，1/d；kn 硝化硝化BOD衰减速度常数，衰减速度常数，1/d；Lc0,河流河流x=0 处，含碳有机物处，含碳有机物BOD浓度，浓度，mg/L。Ln0,河流河流x=0 处，含氮有机物处，含氮有机物BOD浓度，浓度，mg/L。奥康纳奥康纳奥康纳奥康纳(O Connon)BOD-DO(O Connon)BOD-DO模型模型第46页该模型解析解为：该模型解析解为：奥康纳奥康纳奥康纳奥康纳(O Connon)BOD-DO(O Connon)BOD-DO模型模型第47页河流二维水质模型河流二维水质模型l当考虑污染物在河宽方向上改变情况时，需要利当考虑污染物在河宽方向上改变情况时，需要利用河流二维水质模型。用河流二维水质模型。l 模型类别模型类别二维稳态混合模式二维稳态混合模式二维稳态衰减模式二维稳态衰减模式平直、断面形状规则河段平直、断面形状规则河段弯曲、断面形状不规则河段弯曲、断面形状不规则河段二维稳态混合累积流量模式二维稳态混合累积流量模式二维稳态衰减累积流量模式二维稳态衰减累积流量模式第48页河流二维稳态混合模式河流二维稳态混合模式 适用条件：适用条件：（1）平直、断面形状规则平直、断面形状规则河段河段混合过程段混合过程段；（2）持久性污染物持久性污染物；（3）河流为恒定流动；）河流为恒定流动；（4）连续稳定排放；）连续稳定排放；第49页河流二维稳态混合模式河流二维稳态混合模式 c(x,y)(x,y)点污染源垂直平均浓度，点污染源垂直平均浓度，mg/L；H平均水深，平均水深，m；B河流宽度，河流宽度，m；a排放口与岸边距离，排放口与岸边距离，m；My横向混合系数，横向混合系数，m2/s；x,y笛卡儿坐标系坐标，笛卡儿坐标系坐标，m；x-预测点离排预测点离排 放点纵向距离，放点纵向距离，m；y-预测点离排放口横向距离，预测点离排放口横向距离，m；岸边排放：岸边排放：第50页河流二维稳态混合模式河流二维稳态混合模式 c(x,y)(x,y)点污染源垂直平均浓度，点污染源垂直平均浓度，mg/L；H平均水深，平均水深，m；B河流宽度，河流宽度，m；a排放口与岸边距离，排放口与岸边距离，m；My横向混合系数，横向混合系数，m2/s；x,y笛卡儿坐标系坐标，笛卡儿坐标系坐标，m；非岸边排放：非岸边排放：第51页河流二维稳态衰减模式河流二维稳态衰减模式 适用条件：适用条件：（1）平直、断面形状规则平直、断面形状规则河段河段混合过程段混合过程段；（2）非非持久性污染物持久性污染物；（3）河流为恒定流动；）河流为恒定流动；（4）连续稳定排放；）连续稳定排放；（5）对于非持久性污染物，需采取对应衰减模式。）对于非持久性污染物，需采取对应衰减模式。第52页河流二维稳态衰减模式河流二维稳态衰减模式岸边排放岸边排放非岸边排放非岸边排放x-预测点离排放点距离，预测点离排放点距离，m；y-预测点离排放口横向距离，预测点离排放口横向距离，m；C-预测点预测点(x，y)处污染物浓度，处污染物浓度，mg/L；cp-污水中污染物浓度污水中污染物浓度mg/LQp-污水流量，污水流量，m3/s；ch-河流上游污染物浓度河流上游污染物浓度(本底浓度本底浓度)，mg/L；H-河流平均水深，河流平均水深，m；My-河流横向混合河流横向混合(弥散弥散)系数，系数，m2/s；u-河流流速，河流流速，m/s；B-河流平均宽度，河流平均宽度，m；-圆周率。圆周率。本式要求河流在截面上近似矩形。本式要求河流在截面上近似矩形。第53页河流二维稳态混合累积流量模式河流二维稳态混合累积流量模式适用条件适用条件：（1）弯曲河流、断面形状不规则河段弯曲河流、断面形状不规则河段混合过程段混合过程段；（2）持久性污染物持久性污染物；（3）河流为恒定流动；）河流为恒定流动；（4）连续稳定排放连续稳定排放；（5）对于非持久性污染物，需采取对应衰减模式。）对于非持久性污染物，需采取对应衰减模式。岸边排放：岸边排放：c（x,q）（x,q）处污染物垂向平均浓度，）处污染物垂向平均浓度，mg/L；Mq累积流量坐标系下横向混合系数；累积流量坐标系下横向混合系数；x,q累积流量坐标系坐标；累积流量坐标系坐标；第54页总总 结结 在利用数学模式预测河流水质时，充分混在利用数学模式预测河流水质时，充分混合段能够采取一维模式或零维模式预测断面平合段能够采取一维模式或零维模式预测断面平均水质；混合过程段需采取二维模式进行预测均水质；混合过程段需采取二维模式进行预测。第55页练练 习习 1l一河段一河段K断面处有一岸边污水排放口稳定地向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：河流排放污水，其污水特征为：Qp=19440m3/d，BOD5（p）=81.4mg/L，河水，河水Qh=6.0m3/s，BOD5（h）=6.16mg/L，B=50.0m，H均均=1.2m，u=0.1m/s，I=9，K1=0.3 1/d，试计算混合过程污染带长度。假，试计算混合过程污染带长度。假如如忽略污染物质在该段内降解忽略污染物质在该段内降解和沿程河流水和沿程河流水量改变，在距完全混合断面量改变，在距完全混合断面10km下游某段处，下游某段处，河流中河流中BOD5浓度是多少？浓度是多少？第56页练练 习习 2l一家食品加工厂产生废水一家食品加工厂产生废水4800m3/d,废水中主要含废水中主要含BOD5。处理后，。处理后，BOD5排放浓度为排放浓度为30mg/L。该股废。该股废水用管道引到一条较为平直小河排放。排入小河后，水用管道引到一条较为平直小河排放。排入小河后，该股废水中该股废水中BOD5耗氧率为耗氧率为0.48 1/d。排污口设在距。排污口设在距离小河左岸离小河左岸10m处。小河平均宽度为处。小河平均宽度为60m，平均水深，平均水深4.79m,断面平均流速断面平均流速0.1m/s,平均水面坡降为平均水面坡降为2.7。试预测该股废水对小河排污口下游试预测该股废水对小河排污口下游3000m处水质影响处水质影响程度。程度。第57页河口水质模型河口水质模型 河口是指入海河流受到潮汐作用一段水体，它表河口是指入海河流受到潮汐作用一段水体，它表现出显著时变特征。现出显著时变特征。l一维稳态模型一维稳态模型l该模型在河口断面面积定常，淡水流量稳定情况该模型在河口断面面积定常，淡水流量稳定情况下，能够得到解析解：下，能够得到解析解：第58页l排放口上游（排放口上游（x0）：）：河口水质模型河口水质模型第59页 C0 是在是在 x=0 处（排放口）污染物浓度，能够用下式处（排放口）污染物浓度，能够用下式计算：计算：上式中上式中 W 为单位时间内排放污染物总量；为单位时间内排放污染物总量；Q 为淡水为淡水平均流量；平均流量；Dx 是纵向弥撒系数。是纵向弥撒系数。河口水质模型河口水质模型第60页水质模型参数确定方法水质模型参数确定方法类别：水质模型参数确定方法类别：试验室测定法试验室测定法公式计算法（包含经验公式、模型求解等）公式计算法（包含经验公式、模型求解等）现实状况实测法现实状况实测法示踪剂法示踪剂法第61页（1）试验室测定法）试验室测定法 K1=K1+(0.11+54 I)u/H式中：式中：K1耗氧系数，耗氧系数，1/d；K1试验室测定耗氧系数，试验室测定耗氧系数，1/d；I河流底坡或地面坡度，河流底坡或地面坡度，；u河水流速，河水流速，m/s；H平均水深，平均水深，m。在实际应用中，在实际应用中，K1 依然写作依然写作 K1耗氧系数耗氧系数K1单独估值方法单独估值方法第62页（2）两点法）两点法(现场实测法现场实测法)式中：式中：c A、c B为为A、B断面上污染物平均浓度，断面上污染物平均浓度，x为为A、B断面间距离。断面间距离。耗氧系数耗氧系数K1单独估值方法单独估值方法第63页复氧系数复氧系数K2单独估值方法单独估值方法经验公式法经验公式法（1）奥康纳多宾斯，简称奥多公式：）奥康纳多宾斯，简称奥多公式：cz17cz17cz谢才系数谢才系数I河流坡度河流坡度n河床糙率河床糙率H平均水深，平均水深，m。Dm分子扩散系数分子扩散系数第64页0.1H0.6m u 1.5m/s0.6H8m0.6u1.8m/s（2）欧文斯等人经验式）欧文斯等人经验式（3）丘吉尔经验式）丘吉尔经验式 复氧系数复氧系数K2单独估值方法单独估值方法经验公式法经验公式法第65页K1、K2温度校正温度校正K1或或2（T）K1或或2（20）（T-20）温度常数温度常数取值范围取值范围对于对于K1，1.021.06，普通取，普通取1.047对于对于K2，1.0151.047，普通取，普通取1.024第66页(1)泰勒法求泰勒法求Ey(适合用于河流适合用于河流)Ey=(0.058H+0.0065B)(gHI)1/2 B/H100式中：式中：B河流宽度；河流宽度；g重力加速度；重力加速度；(2)爱尔德法求爱尔德法求Ex(适合用于河流适合用于河流)Ex=5.93H(gHI)1/2混