水环境容量计算.ppt
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水环境容量计算.ppt
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水环境容量计算,河海大学环境学院,李一平,几个问题,1、何谓水环境容量?
2、水环境容量计算的目的和意义?
3、水环境容量的特征?
4、水环境容量的计算方法?
本节课的讲授重点,1、水环境容量计算的目的意义,年,全国七大水系的个地表水监测断面中有为劣类水质,基本丧失使用功能。
重点流域以上的断面水质不达标。
流经城市的河段普遍受到污染,一些地区已经出现了“有河皆干、有水皆污”的现象。
一组数据,结论,水污染已达到了非治不可的地步!
如何控制?
浓度总量控制,目标总量控制,容量总量控制,确定水体的水环境容量是基础。
2、水环境容量的基本概念,在给定水域范围和水文条件,规定排污方式和水质目标的前提下,单位时间内该水域污染物质的最大允许纳污量,称作水环境容量。
水环境容量分为稀释容量和自净容量。
水环境容量涵义图示,稀释容量是指在给定水域的本底污染物浓度低于水质目标时,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。
污染物排放方式的改变将影响水域的环境容量,因此水环境容量往往是一组数值。
水环境容量的三个基本特征,资源性。
水环境容量是一种自然资源,其价值体现在对排入污染物的缓冲作用,即容纳一定量的污染物也能满足人类生产、生活和生态系统的需要。
但水域的环境容量是有限的可再生自然资源,一旦污染负荷超过水环境容量,其恢复将十分缓慢与艰难。
经济发展与环境保护的一种统一。
区域性。
由于受到各类区域的水文、地理、气象条件等因素的影响,不同水域对污染物的物理、化学和生物净化能力存在明显的差异,从而导致水环境容量具有明显的地域性特征。
我国地域广阔,气候多样,不同区域的环境容量特异性很强。
水环境容量的三个基本特征,系统性。
河流、湖泊等水域一般处在大的流域系统中,水域与陆域、上游与下游、左岸与右岸构成不同尺度的空间生态系统,因此,在确定局部水域水环境容量时,必须从流域的角度出发,合理协调流域内各水域的水环境容量。
一个城市、一条支流是流域系统中的一个要素,水环境容量既要考虑本区条件,同时要兼顾流域整体特征。
水环境容量的三个基本特征,影响水环境容量的4项要素,1、水域特性。
水域特性是确定水环境容量的基础,主要包括:
几何特征(岸边形状、水底地形、水深或体积);水文特征(流量、流速、降雨、径流等);化学性质(pH值,硬度等);物理自净能力(挥发、扩散、稀释、沉降、吸附);化学自净能力(氧化、水解等);生物降解(光合作用、呼吸作用)。
定义:
在给定水域范围和水文条件,规定排污方式和水质目标的前提下,单位时间内该水域污染物质的最大允许纳污量,称作水环境容量。
2、环境功能要求。
到目前为止,我国各类水域一般都划分了水环境功能区。
不同的水环境功能区提出不同的水质功能要求。
不同的功能区划,对水环境容量的影响很大:
水质要求高的水域,水环境容量小;水质要求低的水域,水环境容量大。
例如对于COD环境容量,要求达III类水域的环境容量仅为要求达V类水域环境容量的1/2。
定义:
在给定水域范围和水文条件,规定排污方式和水质目标的前提下,单位时间内该水域污染物质的最大允许纳污量,称作水环境容量。
影响水环境容量的4项要素,3、污染物质。
不同污染物本身具有不同的物理化学特性和生物反应规律,不同类型的污染物对水生生物和人体健康的影响程度不同。
因此,不同的污染物具有不同的环境容量。
影响水环境容量的4项要素,定义:
在给定水域范围和水文条件,规定排污方式和水质目标的前提下,单位时间内该水域污染物质的最大允许纳污量,称作水环境容量。
4、排污方式。
水域的环境容量与污染物的排放位置与排放方式有关。
一般来说,在其他条件相同的情况下,集中排放的环境容量比分散排放小,瞬时排放比连续排放的环境容量小,岸边排放比河心排放的环境容量小。
因此,限定的排污方式是确定环境容量的一个重要确定因素。
影响水环境容量的4项要素,定义:
在给定水域范围和水文条件,规定排污方式和水质目标的前提下,单位时间内该水域污染物质的最大允许纳污量,称作水环境容量。
3、水环境容量计算,
(1)计算步骤,1)水域概化将天然水域(河流、湖泊水库)概化成计算水域。
水域概化的结果,就是能够利用简单的数学模型来描述水质变化规律。
定义:
在给定水域范围和水文条件,规定排污方式和水质目标的前提下,单位时间内该水域污染物质的最大允许纳污量,称作水环境容量。
2、基础资料调查与评价包括调查与评价水域水文资料、水质资料排污口资料、取水口资料、污染源资料等,并进行数据一致性分析,形成数据库。
3、确定计算区域的环境功能标准根据政府批文确定。
(1)计算步骤,4、建立水质模型根据实际情况选择建立零维、一维或二维水质模型,在进行各类数据资料的一致性分析的基础上,确定模型所需的各项参数。
5、容量计算分析6、环境容量确定,
(1)计算步骤,基本计算方法,
(2)水环境容量计算方法,总体达标法,控制断面水质达标法,总体达标法(零维水质模型),C0、Q0,C1、q,C(Q0+q),KVC,V,假定入流干物质量等于出流干物质的量:
公式中,C1、q为排污口废水浓度mg/L和废水量m3/s;C0、Q0为上游河水浓度mg/L和流量m3/s。
K为水质降解系数1/日;v为该河段水体积m3;U为流速m/s。
总体达标法水环境容量计算公式,当C=CS时,W即为环境容量,公式中的单位为:
Kg/天。
稀释容量,自净容量,概念,控制断面水质达标法(一维水质模型),为保证控制断面水质达标,上游各污染源的最大允许排污量。
一维稳态水质模型,C1、q,C,C,C0、Q0,公式中,C1、q为排污口废水浓度mg/L和废水量m3/s;C0、Q0为上游河水浓度mg/L和流量m3/s。
K为水质降解系数1/日;X为距排污口的距离m;U为流速m/s。
x,一维水环境容量计算模型,当C=CS时,C1q=W即为环境容量,公式中的单位为:
Kg/天。
总体达标计算法的优缺点,优点:
计算结果和污染源位置没有关系,人为影响小;计算简便,易操作。
缺点:
计算结果值偏大,需进行不均匀系数值订正。
两种计算方法优缺点比较,控制断面水质达标法的优缺点,能够保证控制断面的水质达标,特别适合于饮用水水源地的保护;以及国控、省控、市控等重要水质控制断面水质达标的管理。
优点:
两种计算方法优缺点比较,要事先明确每个排污口的位置,在对未来污染源的把握上不确定因素较多,在操作上有难度。
当控制断面上游有多个排污口时,控制断面水质达标时的水环境容量值有多个解。
控制断面水质浓度正好达标,意味着控制断面至排污口这一段河道的水质均超标,与功能区水质管理稍有出入。
缺点:
两种计算方法优缺点比较,建议,对于重要控制断面,采用控制断面水质达标的方法进行水环境容量的计算;对于一般水体,采用总体水质达标的方法进行水环境容量的计算。
4、几个重要参数的确定,第四部分设计水量、水质降解系数确定,1、设计水量的概念由于水体来水量每年不是一个定值,故取大于某一流量(或高于某一水位)的值时的概率作为设计水量,一般取90%的概率作为水环境规划、评价或水环境容量计算用。
2设计水量的计算2.1有资料地区可取近10年最枯月平均流量作为设计流量条件。
2.2资料缺乏地区采用水文比拟法:
P:
参证区域的设计水量P1:
计算区域的设计水量,2.3人工影响剧烈区根据人工闸坝等的调度资料进行分析。
第四部分设计水量、水质降解系数确定,第三部分设计水量、水质降解系数确定,3、水质降解系数的求取方法3.1基本求取方法水团追踪实验水质模型率定法室内外实验法类比法、分析借用法3.2实例介绍(江苏省水环境容量研究),3.2.1室内外实验法若污染物的反应接近于一级动力学反应,其反应速率与其相应时刻剩余的有机物的浓度成正比,即:
解微分方程可得:
一般可选用最小二乘法、图解法和两点法等方法对实验数据进行计算处理得降解系数K1的值。
第四部分设计水量、水质降解系数确定,硝化反应参数确定所谓硝化过程,是在水环境中,在特定的自养菌作用下,氨氮和亚硝酸盐氮被溶解在水中的氧氧化成硝酸盐氮。
氨氮降解系数的计算公式为:
第一部分江苏省水环境容量课题研究介绍,3.2.2模型率定法通过太湖流域污染源和水量、水质的同步监测资料进行模型参数的率定。
3.2.3类比调查法,从实验得出的的污染物降解系数值如下表。
第四部分设计水量、水质降解系数确定,4、几种常用的求取方法4.1水质模型率定法
(1)两点计算法,
(2)多点计算法,第三部分设计水量、水质降解系数确定,排污口,C3,C2,C1,C4,4.2类比调查法根据类似水体的成果,类比得出研究水体的水质降解系数值。
5、排污削减量计算5.1污染源排污量计算及预测方法5.1.1工业5.1.2生活5.1.3农业,第四部分设计水量、水质降解系数确定,5.2排污削减量计算W=W排污量-W容量W大于0,则要削减排污量;W小于0,则有剩余环境容量。
5.3各排污口排污控制量分配采用线性规划法(利用单纯形法进行求解)、或综合考虑社会经济因素进行各排污口排污控制量的分配。
第四部分设计水量、水质降解系数确定,例题,C1、q,C,C,C0、Q0,某条河流长为2km,平均河宽为30m,平均水深为2.5m,平均流速为0.5m/s,平均流量为375m3/s。
环境功能标准为2类水。
该河段上游来水中COD浓度为15mg/L,在河首段有一排污口向该河道排污,排放流量为0.4m3/s。
降解系数取为0.1、d。
请分别用两种不同的方法计算该河段COD的环境容量,并对结果进行分析。
答案,方法1:
完全混合法,W1=13405t/d,W2=3940t/a,方法2:
控制断面达标法,结论:
W1=13405t/dW23940t/a,张家港水环境容量计算实例研究,水环境容量计算,污染物质在一维河流中的运动变化规律满足对流-扩散方程。
经推算得水环境容量的计算公式:
水环境容量是一定水体在规定的环境目标下所能容纳的污染物的最大负荷。
它根据河流对污染物的作用分为稀释容量、输移容量和自净容量三个部分。
输移容量,自净容量,稀释容量,张家港市水环境功能区划,水文设计条件,河网环境容量,引入动态环境容量概念,河网环境容量,降雨量与环境容量关系曲线,引长江水增加的环境容量,环境容量计算思路及主要内容,张家港水功能区划根据水功能区划原则,及江苏省功能区划的划分,按2010年、2020年时期的经济发展需要,分别得到2010年和2020年张家港市水环境功能区划图。
根据19541988年共35年太湖流域的年降水量资料进行选取全流域90设计保证率的1971年作为典型年份(该年份张家港市水文设计保证率为95.2),2月为设计月份。
利用建立的太湖流域河网区非稳态水量数学模型,对太湖流域各河道进行典型年水文设计条件的计算,合理配置了高、中、低不同方案的水文设计条件。
水文设计条件计算,各分区的水环境容量计算结果,动态环境容量,环境容量与河道中的水量多少密切相关,是一个动态的概念。
高方案:
2000年,保证率为52.4;中方案:
1992年,保证率为92.9%;低方案:
1978年,保证率为97.6。
年降雨量与水环境容量的关系见图。
从图可见:
随着降雨量的提高,水环境容量基本呈线性上升趋势。
根据张家港河道现状水体水质的超标率、各类污染源排入水体的污染物量以及计算得到的张家港市的水环境容量,可估算得到目前张家港市的水环境容量(CODcr)的缺口为5000吨/年至7000吨/年。
张家港市区目前的水环境容量(CODcr)的缺口为1300吨/年至1700吨/年。
55条市镇级河道环境容量,41,张家港紧靠长江,从长江引水后,水质改善,增加了环境容量值。
现考虑从长江引水,其环境容量与引水量的关系,计算公式如下:
引水改善张家港水环境容量,式中:
Q0、C0进口断面的入流流量和水质浓度;Cs该水体的水质标准,根据以上公式及降水量与环境容量关系,计算得:
当张家港总引水量达到5亿m3/年至7亿m3/年时,可基本满足张家港市水功能区划值要求。
为满足张家港市区在枯季达到水功能区划的要求,张家港市区的引水量需达到1.3亿m3/年至1.7亿m3/年,此时需在一干河和朝东圩港建设泵站。
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- 水环境 容量 计算