5水环境规划的技术方法.pptx

1水环境规划与管理水环境规划与管理2011.032回顾总结水环境：水环境：是指自然界中水的形成、分布和转化所处空间的环境。主要由地表水环境和地下水环境两部分组成。水环境规划的分类和层次：水环境规划的分类和层次：水污染控制系统规划（或称水质控制规划）和水资源系统规划（或称水资源利用规划）。分流域、区域和设施规划。3回顾总结水环境系统污染物发生系统污染物控制系统污染物承纳系统工业废污水源生活污水发生源厂内单项治理城市污水处理厂土地处理氧化塘河流水体湖泊水体海洋水体土地系统图1-1 水环境系统示意图4回顾总结水环境容量：水环境容量：是指一定水体在使用功能不受破坏条件下所容纳污染物的最大量。水环境容量的大小与水体特征、水质目标和污染物特征等有关。它资源性、区域性和系统性。计算步骤：计算步骤：水域概化基础资料调查与分析控制边界选取水质模型建立容量计算分析环境容量确定5回顾总结水环境功能区：水环境功能区：环境保护部门以执行中华人民共和国水污染防治法)为目的，按地表水环境质量标准)要求，实施水域分类管理划定的功能区，称为水环境功能区。水环境功能区分为7类，各有对应的环境质量标准。水污染控制单元水污染控制单元:是指由源源与水域水域两部分组成的可操作实体，水域按不同使用功能划分，源则为排入相应受纳水域的所有污染源的集合。6功功能能区区划划分分、提提出出保保护护目目标标选择相应的水质标准选择相应的水质标准功功能能可可达达性性分分析析、确确定定主主要要人人工工污污染染源源建立污染源与水质间的定量关系，污建立污染源与水质间的定量关系，污染源影响评价染源影响评价分析实现目标可供选择方案，规划不分析实现目标可供选择方案，规划不同的总量控制途径，进行指定功能可同的总量控制途径，进行指定功能可达性分析达性分析污染负荷分配、工程规划，环境、技污染负荷分配、工程规划，环境、技术、经济综合优化术、经济综合优化政策协调、行政决策政策协调、行政决策方案实施方案实施确确定定目目标标定定性性判判断断定定量量分分析析评评价价决决策策图：图：功能区划分过程功能区划分过程7回顾总结水污染控制方法：水污染控制方法：浓度控制：浓度控制：用浓度标准限制污染源的排放量。总量控制：总量控制：从环境质量要求出发，根据水环境容量确定污染物允许的排放量，并由此决定污染物的消减量。双轨控制双轨控制：通过浓度控制与总量控制相结合的方式来控制水体污染。8回顾总结环境污染源自然污染源人为污染源生物污染源鼠、蚊、绳、其他非生物污染源火山、地震、岩石、其他生产性污染源工业、农业、交通、其他生活污染源住宅、学校、医院、其他人为污染源工业污染源农业污染源生活污染源交通污染源冶金、化学、动力、造纸、其他农药、化肥、农业废弃物、其他住宅、其他汽车、火车、轮船、飞机、其他9回顾总结环境污染物物理污染物化学污染物生物污染物综合性污染物生、震动、光、热、放射性等油、重金属、有机物、化学物质等病毒、病原菌、霉素、寄生卵烟尘、废杂、带菌体指标分类指标分类具体项目具体项目观感指标悬浮物、油类、乙醛等毒理指标苯胺、铍、汞等卫生指标氨、酸、碱、硫化物等综合指标BOD，COD，DO，S.S，PH值等10回顾总结1 按污染物属性分类物理性化学性生物性2 按污染物来源分布分类点源非点源11回顾总结污染物一方面在水文循环中不断地进入水体，称为称为纳污纳污；另一方面，污染物随水体的运动不停地发生变化，自然地减少、消失或无害化，称为称为自净自净。水体自净的作用机理：水体自净的作用机理：物理作用、化学作用、生物作用。水体自净的影响因素：水体自净的影响因素：水文、水生物和水中微生物、太阳辐射、污染物的性质和浓度等12回顾总结代表人内容关键词1汪恕诚（2001）是在一定的水域，其水体能够被继续使用并仍保持良好生态系统时，所能够容纳污水及污染物的最大能力继续使用2郭怀成等郭怀成等（2001）是指某一地区、某一时间、某种状态下水环是指某一地区、某一时间、某种状态下水环境对经济发展和生活需求的支持能力境对经济发展和生活需求的支持能力支持能力支持能力3廖文根等（2002）是指水环境系统功能可持续正常发挥前提下接纳污染物的能力（即纳污能力）和承受对其基本要素改变的能力（即系统调节能力）可持续发挥水环境承载力概念：水环境承载力概念：13回顾总结水环境承载力特点：水环境承载力特点：客观存在的、动态变化的、具有时代性、具有分区性、具有关联性。水环境承载力与水环境容量：水环境承载力与水环境容量：水环境承载力指标包含各种污染物指标以及社会、经济方面的指标。表征水环境容量大小的指标是污染物的种类和类型。模型：模型：水环境承载力系统量化模型和水环境承载力指标描述模型。14回顾总结水污染控制规划步骤水污染控制规划步骤水污染控制的工程措施水污染控制的工程措施水污染控制系统：水污染控制系统：污染源、取水设施、处理设施、污水输送设施、水体等。水污染控制规划系统模型：水污染控制规划系统模型：最优化问题排污口最优化处理、最优均匀化处理和区域最优化处理；模拟优选问题。15第三章 水环境规划的基础工作3.1 水环境质量评价3.2 水污染负荷预测3.3 水环境质量预测163.1 水环境质量评价3.1.1 概述3.1.2 污染源调查与评价3.1.3 水环境质量评价173.1.1 概述（1）环境质量评价按时间按时间分为：回顾评价：回顾评价：对已经建成的工程产生的环境影响进行评价，以便了解工程兴建后实际的环境变化情况，环境的影响范围和深度。现状评价：现状评价：水环境现状评价主要是对研究水域当前的质量状况按照国家环境质量标准进行评估，以确定水域现状环境质量优劣等级，并为工程前后环境质量比较提供依据。预断评价：预断评价：对计划兴建工程可能对环境造成的影响，或某地区或建设项目周围将来的环境质量变化情况进行预测并作出评价。183.1.1 概述（2）按照环境要素环境要素分为：单要素评价：单要素评价：是只针对某一个环境领域进行质量评价。综合评价：综合评价：对一个地区各环境要素进行联合评价。193.1.2 污染源调查与评价（1）污染源调查：）污染源调查：污染源向环境中排放污染物是造成环境问题的根本原因。污染源排放的污染物种类、数量、方式、途径及污染源的类型位置，直接关系到其危害的对象、范围和程度。污染源调查就是要了解、掌握上述情况及其他有关问题。20（1）污染源调查）污染源调查污染源调查的内容：污染源调查的内容：按污染源分类的不同和调查目的的不同可分为：工业、农业、生活和交通污染源调查。也可分为大气、水、噪声等污染源调查。污染源调查方法：污染源调查方法：污染源调查的工作阶段：分普查、详查和建立档案三个阶段。污染物排放量的确定：是污染源调查的核心。213.1.2 污染源调查与评价（2）污染源评价：）污染源评价：是在污染源和污染物调查的基础上进行的。目的是要确定主要污染物和主要污染源，为污染源治理和区域治理规划提供依据。由于各种污染物具有不同的特性不同的特性和不同的环境效不同的环境效应应，为了使不同的污染物和污染源能够在同一尺度上加以比较，需要采用特征数特征数表示评价结果：等标污染指数等标污染指数、等标污染负荷等标污染负荷和污染负荷比污染负荷比。22（2）污染源评价）污染源评价等标污染指数等标污染指数：指所排放的某种污染物的浓度超过该种物质的排放标准的倍数。简称超标倍超标倍数数。只反映浓度关系，并不涉及排放总量。等标污染负荷等标污染负荷：等于等标污染指数与该污染物的介质排放流量的乘积。注：等标污染指数为无量纲数，等标污染负荷为有量纲数。（2）污染源评价）污染源评价23 Pi=（Ci/Coi）Qi 式中：式中：Pi 某污染物的等标污染负荷某污染物的等标污染负荷 Ci 某污染物实测平均浓度某污染物实测平均浓度 Coi某污染物的工业排放标准某污染物的工业排放标准 Qi 含某污染物质的废水量含某污染物质的废水量 24（2）污染源评价）污染源评价污染负荷比：污染负荷比：目的是确定污染物和污染源对环境的贡献。可以用来确定评价区内主要污染源及污染物的排序，也是一个无量纲数。Ki=Pi/Pn Kn=Pn/Pm Km=Pm/PKi：第i种污染物的等标污染负荷比；Kn：第n个污染源的等标污染负荷比；Km：第m区的等标污染负荷比；P：整个研究区域内各评价区的等标污染负荷（Pm）之和。253.1.3 水环境质量评价（1）评价因子与采样：）评价因子与采样：评价因子：评价因子：是指进行环境质量评价时所采用的对表征环境质量具有代表性的主要污染元素。评价因子主要根据评价目的、环境污染状况、评价标准系列和检测水平等进行选择。一般选择能反映基本质量状况的和在环境中起主要作用的因子。采样：采样：范围、时间、采样断面及采样点的布设263.1.3 水环境质量评价（2）水环境质量评价：）水环境质量评价：可采用文字分析描述分析描述和数学方法数学方法。可分为单项评价单项评价和综合评价综合评价。水环境质量评价指数评价法：水环境质量评价指数评价法：根据水质组分浓度相对其环境质量标准的大小来判断水的质量状况。分为算数均值法、加权平均法和几何平均法。273.2 水污染负荷预测 3.2.1 概述3.2.2 点源污染负荷预测3.2.3 面源污染负荷预测283.2.1 概述水污染负荷水污染负荷是反映对某水体输入污染物质强度的度量。某一水域某一时段内的输入污染物数量称某一水域某一时段内的输入污染物数量称污染负荷量，污染负荷量，其变化过程称污染负荷过程。根据污染源在流域上的分布特征不同，污染负荷的来源可分为点源点源和非点源非点源。是指那些污染源的产生地点比较集中，以“点”的形式将污染物排放到环境中的污染源。是指以“面”的形式向环境排放污染物的污染源。“面”是一个形象用词，为无处不在不所不定之意。293.2.1 概述污染源预测是水污染防治规划中一个最不确定的污染源预测是水污染防治规划中一个最不确定的因素，因素，由于影响污水排放的因素很多，想要准确掌握众多因素的变化规律几乎不可能。目前的做法是根据过去和现在过去和现在的变化规律推测今后的发展，对一个流域或区域的污水排放作出宏观预测。考虑到预测结果的不确定性，水污染防治规划的应对措施是，以现有污废水和污染物总量现有污废水和污染物总量或可信的近期预测量近期预测量为基础，规划水污染防治的工程措施，并留有一定的余量，作为发展之需。30生化需氧量（生化需氧量（Biochemical oxygen demand简称简称BOD）：生化需氧量是指好氧微生物以水中有机物为营养源，在增长繁殖，呼吸过程中所消耗的氧量。化学需氧量化学需氧量(Chemical oxygen demand 简称简称COD)：是指以重铬酸钾（K2Cr2O7）或高锰酸钾（KMnO4）为氧化剂，氧化水中的还原性物质所消耗氧化剂的量，结果折算成氧的量（以mg/L计）。溶解氧溶解氧(Dissolved oxygen简称简称DO)：指溶解在水中的分子态氧（O2），简称DO）水中溶解氧的含量与大气压、水温及含盐量等因素有关。大气压力下降、水温升高、含盐量增加，都会导致溶解氧含量减低。313.2.2 点源污染负荷预测点源污染一般分为生活污水生活污水和工业废水工业废水两种类型。生活污水的成分比较固定，但随地区的不同，污水的浓度将有所不同。（淘米、洗菜、盥洗、淋浴、洗涤 一般不含有毒素）工业废水比较复杂，不同类型工厂企业排放的废水差别较大。（造纸厂、煤气厂、炼油厂、电镀厂、火电厂）污染物负荷量预测涉及因素很多，使得预测的准确定性受到一定限制，因此，实际工作中常常同时采用几种方法预测，比较分析后，采用合理可靠的成果。323.2.2 点源污染负荷预测（1）回归分析法：）回归分析法：多用于预测线性变化的量或通过数学变换可以转化为线性变化的量。基础是多年的观测数据。Q=a+bt其中：Q为预测年的污水排放量；t为从基准年到预测年的时间间隔；a和b是可以根据历史资料通过回归分析标定的系数，分别称为截距和斜率。333.2.2 点源污染负荷预测如果已知多年（ti）的污水排放量数据（Qi）按下式计算a和b:式中：ti为计算数据的任一年份；Qi为对应ti的污水排放量。公式与曲线的拟合精度可以用相关系数r（r1）表示，r越大拟合程度越高。34例1已知某城市连续11年的污水排放数据（见表），试预测10年以后（第21年）该城市污水排放量。年（ti）1234567891011污水量/(*104m3/d)1.821.881.951.992.052.102.172.252.332.482.55年份(ti)1234567891011合计实际值Qi1.821.881.951.992.052.102.172.252.332.482.5523.57计算值Qi1.791.861.932.002.072.142.212.292.362.432.5023.58353.2.2 点源污染负荷预测（2）弹性系数法：弹性系数法：一个系统中如果存在两个相关的变量xi和yi，弹性系数e的定义为两个变量相对增长量的比值，即：e=(y/y)/(x/x)当e0,y的变化率与x的变化率同向；e=0，y不随x变化；e0，y的变化率与x的变化率反向。弹性系数法根据变量之间的变化率的相对关系进行预测，与回归分析法相比，可靠性和预测精度都有一定程度的提高。363.2.2 点源污染负荷预测（3）污染负荷影响因素预测：污染负荷影响因素预测：指数外延预测模型指数外延预测模型式中：式中：P0为基准年（为基准年（t=0）的变量值；）的变量值；t为基为基准年开始至预测年份的市价；准年开始至预测年份的市价；P为预测的第为预测的第t年的变量值；年的变量值；为预测期内预测变量的平为预测期内预测变量的平均增长率。均增长率。预测人口、GDP等3.2.2 点源污染负荷预测皮尔生长曲线预测模型：龚柏兹预测模型37383.2.2 点源污染负荷预测（4）工业废水污染负荷预测：）工业废水污染负荷预测：包括工业生产过程中排放的废水量废水量和各种污染物量污染物量。工业废水排放量预测：工业废水排放量预测：其中：其中：Qgt 为某地区第t年的工业废水排放量，万t/a；Vit为第t年该地区i行业的工业产值，万元/a；dit为第t年该地区i行业平均的万元工业产值废水排放量，t/万元，Pit为第t年该地区i行业工业用水重复率；n为该地区第t年的工业行业数。393.2.2 点源污染负荷预测工业废水排放量预测（简单）：工业废水排放量预测（简单）：式中：式中：Wt预测年工业废水排放量；W0基准年工业废水排放量；rw工业废水排放量年平均增长率；t基准年至某水平年的时间间隔。403.2.2 点源污染负荷预测 工业污染物排放量预测：工业污染物排放量预测：式中：式中：Wgt为某地区第t年某种污染物排放量（即污染负荷量），万t/a；Qgit为该地区第t年i行业的废水排放量，万m3/a；mit为该地区第t年i行业排放废水的某种污染物浓度t/m3;R为污水处理率，由该地区经济发展规划确定。413.2.2 点源污染负荷预测 工业污染物排放量预测（简单）：工业污染物排放量预测（简单）：式中：式中：Wi预测年份污染物排放量，t;qi预测年份工业废水排放量，m3;q0基准年工业废水排放量，m3；含某污染物废水工业排放标准或废水中污染物浓度，mg/L；W0基准年某污染物排放量，t。423.2.2 点源污染负荷预测（5）生活污水污染负荷预测）生活污水污染负荷预测：生活污水的排放量，排放的各种污染物量。生活污水排放量预测：生活污水排放量预测：式中：式中：Qst为某地区设计水平年（t）的生活污水排放量，万m3/a；at为该地区设计水平年的人均每日生活用水量，L/(人.d)；bt为该地区设计水平年的城镇或乡村人口数，万人；为该地区生活用水中变为污水而排放的比例系数；为该地区设计水平年的人均每日生活污水排放量，L/(人.d)433.2.2 点源污染负荷预测生活污水污染物负荷预测：生活污水污染物负荷预测：式中，式中，Wst为某水平年t某地区生活污水的某种污染物负荷量；Cs为该地区生活污水Qst中某种污染物的浓度。443.2.3 面源污染负荷预测（1）面源污染）面源污染:面面源源污污染染是流域面积范围上高度离散排放污染物的污染源所形成的污染。其中最多、最主要的是在降雨径流的淋洗和冲刷作用下，大气、地面和地下分布的各种各样的污染，被带入江河、湖泊等水体而造成的污染，因此，常称降雨径流污染为面源污染。降雨径流污染为面源污染。453.2.3 面源污染负荷预测形成过程：形成过程：（1）降雨径流过程。首先降雨期间雨滴淋洗大气中的漂浮物，从而使降水含有一定的杂质；（2）产沙输沙过程。降雨落到地面后，在透水区，如坡地、草地、森林、农田等通过地面径流冲刷，使得吸附在泥沙颗粒上的和溶于水中的污染物随径流进入江河湖泊；在不透水区，雨水产生的径流，直接冲刷和淋溶堆积在地面的污染物，以吸附态、溶解态的形式流入江河湖泊；（3）污染物随水流运动中的迁移转化过程。例如污染物随泥沙的沉浮，BOD降解，氮、磷被藻类吸收。463.2.3 面源污染负荷预测（2）面源污染特征）面源污染特征:与点源污染相比，面源污染具有以下特征与点源污染相比，面源污染具有以下特征时间上的随机性和间歇性空间分布上的广泛性发生机理的复杂性污染物组成和负荷的不确定性控制和管理上的困难性473.2.3 面源污染负荷预测（3）面源污染分类）面源污染分类:农农村村面面源源污污染染：种植业的肥料和农药流失；散养和放养的畜禽粪尿随降水径流的流失；农村居民生活污水流失和生活垃圾淋滤液的流失。城城市市面面源源污污染染：城市地表沉积物，城市土地使用功能不同，其沉积物的组成也不同。大多来自屋面、道路和广场等不透水的下垫面，也来自公园、绿地等透水地面。483.2.3 面源污染负荷预测（4）面源污染参数调查）面源污染参数调查：流域地形识别：流域地形识别：包括流域及子流域边界及面积的确定，流域内水系的组成与流向，地形的坡向、坡长和坡度等。识别子流域的目的是使得每一个子流域的各种自然特征趋于一致，以便进行污染源的识别。可以借助传统的纸质地图和等高线完成，也可以利用数字高程模型（DEM）完成。DEM(digital elevation model)是表征地面高程空间分布的数字地面模型，是描述区域地形信息的有效工具，在提取面源重要参数（如坡度、坡长、汇水区面积及边界、河流水系、河道坡度等）方面发挥着重要的作用。4950土地利用类型识别：土地利用类型识别：土地利用类型是自然因素和经济因素的综合体现，表征了一定时期内相对稳定的地面覆盖物、经济活动、管理措施等，与面源污染密切相关。5152流域土壤类型识别：流域土壤类型识别：土壤颗粒自身含有多种金属、非金属、有机物质，颗粒表面吸附和黏附着大量污染物，它们会随着降水径流进入水体，污染控制区的土壤类型是面源估算的重要数据。我国1992年将全国的土壤分成1212个土纲、29个亚纲、61个土类和231个亚类的高级分类单元；基层分类单元为土属、土种和变种，以土种为基本单元。5354流域降水量：流域降水量：包括雨水、雪、雹等融化后的液态水在内的空中落下的水称为降水，以降水深度mm计算。一年中的降水总量称为降水量。流域内年降水量一般是流域内多个雨量站年降水量的平均值。侵蚀模数侵蚀模数：是对土壤侵蚀量的度量，一般用t/(km2.a)。土壤侵蚀量可以用土壤流失方程表达：A=RKLSCP55现场试验：现场试验：目的是在实际条件下通过对降雨-径流-迁移-流出的流量和污染物量的观察数据，计算试验条件下的面源污染物的输出系数，以便推广到条件类似的区域。56方法试验内容优点缺点类型源试验根据区域不同土地利用类型，选择或建立若干能够代表该类型的试验小区，进行降雨后的水质水量同步监测能够很好反应不同土地利用类型污染物流失量的变化规律及其影响因素。工作量大，所需经费较多流域试验在流域出口设置断面，进行降雨后的水量水质同步监测，研究汇水区内降雨-径流-污染物流失的关系能够较直观、准确地反应面源污染对水体的影响、污染物负荷。流失总量的估算准确度高工作量大，要求有较好的采样、分析条件以及详尽的水文记录径流场试验选择面积在1km2左右的能够代表研究区域基本类型特征的封闭或半封闭小流域，通过适当的修筑后，进行降雨后水质水量同步检测，研究降雨-径流-污染物流失的相互关系能够由小及大地估算出研究区域污染物流失量，工作量和经费相对较小不能准确定量分析；不适应于土地利用类型复杂、地域变化的区域人工降雨试验在人为控制的情况下研究面源污染负荷与影响因素的相关关系突出了主要因素的作用，易定量化不能够直接应用于面源污染负荷的计算，对实验设备和场地要求较高573.2.3 面源污染负荷预测面源污染负荷预测步骤面源污染负荷预测步骤：（1）将研究区域按地形、地貌、土壤和土地利用情况划分为若干类型的单元。（2）对每种类型选择代表小区，开展一定时间（至少一个水文年）的降雨径流污染实验。（3）根据实验资料建立代表小区的降雨径流污染负荷计算模型。（4）将建立的各代表小区的计算模型应用于相应类型的单元区，计算研究区域的面源污染负荷。583.2.3 面源污染负荷预测面源污染负荷模型：面源污染负荷模型：经验公式法 单位线法 数学模型法类似水文中的降雨径流预报，一是预测降雨产生的污染负荷量，称产污量（类似净雨量）；二是负荷过程（类似流量过程）593.2.3 面源污染负荷预测经验公式法产污量预测：经验公式法产污量预测：（1）划分小单元；（2）按照经验公式，根据设计降雨计算各单元的径流量、土壤流失量和产污量；Rs为地面径流量，mm；P为降雨量，mm；S为流域土壤蓄水能力，mm；CN为径流曲线数。60Ms为单位面积上土壤流失量，即土壤侵蚀模数，t/hm2；K为土壤可蚀性因子；Rp为降雨能量因子，反映降雨雨滴能量对土壤侵蚀作用，由暴雨强度、雨量的综合分析公式计算；Ls为坡度-长度因子，根据坡面长度和坡度由公式计算；C为植物覆盖因子，根据土地利用和植物覆盖情况查表确定；B为侵蚀控制措施因子，根据土地利用情况和控制土壤侵蚀措施查表确定。LDkt为k单元区单位面积上某种溶解态污染物第t天的产出量，kg/hm2；LSkt为k单元区单位面积上，某种固态污染物第t天的产出量，kg/hm2；CDkt为k单元区第t天某种溶解态污染物的浓度，mg/L；CSkt为k单元区第t天某种固态污染物的浓度，mg/kg；Rs，kt为k单元区第t天的地表径流量，cm；MSkt为k单元区单位面积上第t天的土壤流失量，t/hm2;TDk为k单元区溶解态污染物沿地表向流域出口输移的比例系数；TSk为k单元区固态污染物沿地表向流域出口输移的比例系数。3.2.3 面源污染负荷预测（3）各单元区产污量之和，即为研究区域的产污量。61LD、LS分别为全流域1n天溶解态和固态污染物的产出量，kg/hm2；Ak为k单元的集水面积；其他符号意义同上。623.2.3 面源污染负荷预测水污一体单位线法面源污染负荷过程预测：水污一体单位线法面源污染负荷过程预测：一场降雨产生的污染物量，称产污量。雒文生根据单位线原理和质量守恒原理，提出水污一体单位线法计算径流过程和污染负荷过程。水污一体单位线法，是指用单位线推求各个时段的地表净雨形成的地表径流中，自然而然地包含了相应的产污量，并表现为该时段产流中的污染物浓度，以此同时推求径流过程和污染负荷过程。633.2.3 面源污染负荷预测（1）计算地面产流（地面净雨）过程，得各时段地面产流量Rs,j；（2）计算地面径流的产污过程。由地面径流量与于产污量相关图，推求地面产流的产污过程，即各个时段的产污量Ws,j；（3）计算各时段地面产流量的污染物浓度。用各时段产污量除以各时段地面产流量；（4）计算时段地面产流量形成的地面径流过程和负荷过程。（5）计算流域出口断面的地面流量过程及其污染物负荷过程。将上步计算的Qsj,i、Lsj,i分别依时程叠加，得出口断面的地面流量过程Qsi和污染物负荷过程Lsi；（6）计算流域出口断面的流量过程和污染物负荷过程。将上步计算的Qsi、Lsi分别加上相应的基流流量和基流的污染负荷，即得出口断面的流量过程和污染物负荷过程643.2.3 面源污染负荷预测SWAT数学模型法面源污染负荷预测：数学模型法面源污染负荷预测：需要用到水文、模拟、优化、计算机等技术。3.2.3 面源污染负荷预测1.单元区划分利用DEM（Digital Elevation Model）和流域资料，将整个流域划分为许多单元子流域（或称单元区）。三种：自然子流域、山坡和网格；进一步划分水文响应单元：根据植被覆盖和土壤的不同而变化，分别计算产流量；653.2.3 面源污染负荷预测2.输入有关信息资料气象数据（降雨量、蒸发量、最高最低气温、相对湿度、太阳辐射量、风速等）；水文响应单元信息（土地利用、植被分布、耕作方式、作物生长情况等）；地下水运动数据（渗透系数、土层结构、土壤容重、空隙率、含水量等）；河流参数（流域面积、坡度、坡长、河流主河道长度、平均坡降）。663.2.3 面源污染负荷预测3.单元子流域水文及污染负荷计算（1）径流过程计算。通过地表径流，土壤水、壤中流、深层地下水和地表汇流、壤中流汇流和地下汇流，计算单元子流域的径流过程。67SWAT是一个物理基础的模型，可以进行连续时间序列的模拟。SWAT模拟的流域水文过程分为水循环的陆面部分（即产流和坡面汇流部分）和水循环的水面部分（即河道汇流部分）。前者控制着每个子流域内主河道的水、沙、营养物质和化学物质等的输入量；后者决定水、沙等物质从河网向流域出口的输移运动。整个水分循环系统遵循水量平衡规律：68式中：swt(mm)是土壤最终含水量，sw0(mm)土壤初始含水量，t为时间(day)，Rday(mm)为第i天总降水量，Qsurf(mm)是第i天地表径流总量，Ea(mm)是第i天蒸散总量，wseep(mm)第i天土壤侧流总量，Qgw(mm)第i天地下径流总量。69（2）计算土壤侵蚀输沙过程。（3）N、P和农药的污染负荷过程70Sed为日产沙量，t；Qsurf为日地表径流量，mm；qpeak为峰值流量，m3/s;areahru为单元区面积，hm2；KUSLE、CUSLE、PUSLE、LSUSLE分别为USLE方程中的土壤可蚀性因子、作物经营管理因子、土壤侵蚀防治措施因子和坡度-长度因子；CFRG为地面粗糙度因子。3.2.3 面源污染负荷预测4.流域出口的径流和污染负荷过程计算（1）径流过程计算。1）河段输移损失；2）河道汇流计算；3）水库调蓄演算；（2）输沙过程计算；（3）污染负荷过程计算。71SWAT模型所需的数据有地形、土壤、土地利用、气象、水文、营养物质等，根据研究目的不同可以选择建立不同的数据库，模型本身带有Land Cover/Plant Growth Database、Urban Database数据库。除此之外，还需要结合研究区域的特点和研究目的，建立用户数据库，其中包括耕作数据库、杀虫剂数据库、营养物质数据库、土壤数据库。模型数据处理流程如图所示7273743.3 水环境质量预测 3.3.1 概述3.3.2 水质预测要点3.3.3 水质预测方法753.3.1 概述水质预测的必要性水质预测的必要性：就一个大的水体而言，如河流或湖泊，由于人力和物力的限制，我们不可能把取样监测点布置的很密，采样监测的频率也不可能很高，因此用这些有限的水质监测数据来评价整个水体的水质状况，就需要在掌握污染物在水环境的空间和时间的变化规律的基础上，对水质进行预测。水质预测概念：水质预测概念：是在已知（实测或预计）水质初始量（或污染来源量）的基础上，根据水流的运动规律，以及水中污染物的物理运动、化学反应和生化作用等演化规律（通过数学模型表达），预估水体或水体中某一点水质未来的变化。763.3.2 水质预测要点确定预测目标确定预测目标：由于预测的目的不同，所需的信息和模式计算的精度不尽相同。水质等信息的收集和分析：水质等信息的收集和分析：水质、水文、气象和污染源等信息的收集和分析是水质预测的基础工作。从某种程度上讲，这些信息量的大小和信息的真实程度将决定水质预测结果的可靠性。建立水质预测模式：建立水质预测模式：773.3.3 水质预测方法（1）水质相关法：）水质相关法：水质参数与影响该水质参数的主要影响因素建立相关关系，以此作为水质参数的预测。由于是相关关系，必须忽略一些次要因素，使得预测精度受到一定的影响。水质流量相关法：水质流量相关法：如将流量作为影响水质的主要因素，与水质建立相关关系，称为水质流量相关法。783.3.3 水质预测方法假设难降解的有机污假设难降解的有机污染物与流量无关，是染物与流量无关，是一常数；而易降解的一常数；而易降解的有机污染物随流量呈有机污染物随流量呈指数衰减。例如对于指数衰减。例如对于河流，其有机污染物河流，其有机污染物总量预测可表述为：总量预测可表述为：Lt有机污染物总量；kg/s;LR难降解的有机污染物量，kg/sLa易降解的有机污染物量，kg/sK 常数；qV流量，m3/sn 比例常数。793.3.3 水质预测方法上下游水质相关法：上下游水质相关法：根据物质平衡原理，上游断面和旁侧入流的污染物与下游端面污染物呈线性相关。这种预测模式，是设想在无支流和无旁侧污染入流情况下，污染物自上断面输送演化到下端面时，其污染量存在着线性关系。而当旁侧有污染负荷入流时则假定完全混合。803.3.3 水质预测方法设水质预测特征参数为BOD，作为预测的地区水系有三条河流，A、B、C，水系旁侧有三个污水处理厂污水集中入流口，河系共设有10个水质监测点，点10 为总控制点；各支流来水量为Q1、Q2、Q3，其中水质分别为Y1、Y2、Y3；旁侧集中入流的水量分别为q1、q2、q3，其水质分别为X1、X2、X3；a1、a2、a3a6及b1、b2、b3b6，为预测模型的常数项；以L1、L2、L3L10为各监测点的BOD值。按照线性演进原理，各点的BOD值为：813.3.3 水质预测方法河A（Q1,Y1）河B（Q2,Y2）河C（Q3,Y3）183456729101号污水处理厂（q1,X1）3号污水处理厂（q3,X3）2号污水处理厂（q2,X2）图图1 1 水质预测水系示意图水质预测水系示意图总控制点823.3.3 水质预测方法多元线性相关法：多元线性相关法：一种水质参数与多种水质参数的相关，如河水中生化学氧量（BOD），溶解氧（DO），水温（T），流量（Q）存在良好的相关性，即DO取决于BOD、T、Q三个表变量。YDO;X1BOD;X2水温T；X3流量Q；a,b,c常系数。833.3.3 水质预测方法常系数的求解：84课后作业1.何为点源污染和非点源污染？各自有何特点？2.用哪些指标反映水环境质量的优劣？怎样评价水环境的好坏？3.水污染控制方法有哪几类？各类方法的特点如何？