【PPT】-环境影响评价.ppt
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1、环 境 影 响 评 价,主讲教师:陈孟林,第四 章 地表水环境影响评价,地表水体的污染和自净 河流和河口水质模型 湖泊(水库)水质模型 水质模型的标定 开发行动对地表水影响的识别 地表水环境影响预测和评价,本章在介绍水体受污染的形式及其自净过程、水质模型的基础上,论述地表水环境影响的识别、预测和评价。,41 地表水体的污染和自净,地表水及地表水资源 地表水的含义:河流、河口、湖泊(水库、池塘)、海洋、湿地等水体的统称。 地表水资源:总量约为13.9亿km3,其中:海水97,淡水3。,水体污染 水体污染的定义:水的感官性状、物理化学性质、水生物组成、底部沉积物的数量和组分等发生恶化,破坏水体原有
2、功能的现象。 点污染源:通过管道和沟渠收集排入水体的废水。 居住区生活污水量的计算,工业废水量的估算,非点污染源(面源):分散或均匀地通过岸线进入水体和自然降水通过沟渠进入水体的废水。 非点源污染负荷估算的途径 (1)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。 (2)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。,城市非点污染源负荷的估计(仅考虑污染物被暴雨冲刷到接受水体的负荷) 基本程序:估计暴雨径流的大小(径流深度与径流面积的乘积) 确定暴雨的冲刷率 估算径流冲刷到受纳水体
3、的沉积物负荷 计算污染物负荷。 (1)暴雨径流深度 R 的估计,或,(2)径流中冲刷到接受水体的颗粒物负荷,(3)径流中冲刷到受纳水体的有机污染负荷,农田径流污染负荷估算 (1)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污染物总量:,(2)估计径流量、径流经过农田土壤层引起侵蚀的沉积物负荷及单位沉积物上的污染物量 进入水体的污染物量。(类似于城市非点污染源负荷的估计),水体污染 水体污染物 耗氧有机污染物 营养物 有机毒物 重金属 非金属无机毒物 病原微生物 酸碱污染 石油类 热污染,水体自净 水体自净的含义:水体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
4、度不断降低,逐渐恢复原有水质的过程。 污染物在水体中的迁移和转化 推流迁移: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: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而得到稀释。 转化和运移: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。底泥中污染物随底泥沉淀物运移,热污染的传导和散失。,水体自净 衰减变化 污染物的好氧生化衰减过程,污染物的降解分为两个阶段:(1)不含氮有机物的氧化,包括含氮有机物的氨化及氨化后生成的不含氮有机物的继续氧化;(2)氨氮硝化(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)。,衰减变化 碳化过程:呈一级
5、反应:,可得:,硝化过程:也具有一级反应的性质:,可得:,的估算:,或,衰减变化 温度对K1和KN的影响:,脱氮作用:水中溶解氧被耗尽时,硝酸盐将被反硝化细菌还原为亚硝酸盐再转化为氮气。 硫化物的反应: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成半光氨酸,再被还原为硫化氢,如有铁和亚铁离子,可生成难溶的硫化铁或硫化亚铁。 细菌的衰减:服从一级反应:,重金属和有机毒物的衰减:多数呈一级反应。,水体的耗氧与复氧过程 耗氧过程 碳化过程耗氧,硝化过程耗氧,若考虑硝化比碳化的滞后时间a,则上式为:,耗氧过程 水生植物呼吸耗氧,水体底泥耗氧,水体的耗
6、氧与复氧过程 复氧过程 大气复氧 氧气由大气进入水体的传质速率与水体的氧亏量D成正比:,其中:,(淡水,常压下),(河口处的含盐水),复氧过程 光合作用 时间平均模型为:,水温的变化 引起水温变化的工业污染源:发电厂、化工厂等排放的热水。 引起水温变化的自然因素:水面同大气的热量交换、水体同河床的热量交换、太阳的辐射等等。,42 河流和河口水质预测模型,预测模型的选择 在河段内有支流汇入,且沿河有多个污染源,采用多河段模型; 废水排入河流后与河水迅速完全混合后的浓度,持久性污染物与河水完全混合后的浓度预测,可采用零维模型; 污染物浓度在断面上比较均匀分布的中小型河流的水质预测,采用一维模型;
7、污染物浓度在垂向比较均匀,而在纵向和横向分布不均匀的大河,采用二维模型。 对水面宽、深,流态复杂的河流的水质预测,应采用三维模型。,河流中污染物的混合和衰减模型 完全混合模型(零维),式中: 0 废水与河水混合后污染物的浓度,mg/L 1 排污口上游河流中污染物的浓度,mg/L 2 废水中污染物的浓度,mg/L Q 河流的流量,m3/s q 排入河流的废水流量,m3/s 模型的适用对象:(1)废水与河水迅速完全混合后的污染物浓度计算;(2)污染物是持久性污染物,废水与河水经一定的时间(距离)完全混合后的污染物浓度预测。,污染物与河水完全混合所需的距离混合过程段距离 充分混合:当断面上任意一点的
8、浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度的5%时,可以认为达到充分混合。 混合过程段距离 xn 的计算,a 排放口到岸边的距离,m B 河流宽度,m Ey 废水与河水的横向混合系数,m2/s u x 河流的平均流速, m/s,一维模型 稳态条件下的一维混合衰减模型(附:模型的推导),若x=0时,0,上式的解为:,Ex 废水与河水的纵向混合系数,m2/s K 污染物的衰减系数, 1/s,忽略扩散作用时( Ex 0),模型的解为:,模型的适用对象:污染物浓度在断面上分布均匀的中小型河流的水质预测,一维模型 BODDO耦合模型(SP模型) 模型的基本假定:(1)BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应;(2
9、)反应速率常数是定常的;(3)耗氧是由BOD衰减引起的,溶解氧来源则是大气复氧。 模型方程:,或,模型的解析解:,及,注意:,及,的计算采用完全混合模型的计算式。,BODDO耦合模型(SP模型) 溶解氧最低浓度点: 这是人们最关心的临界点,令dD/dt=0可得:,(临界距离 xc=?),多维模型 二维稳态混合衰减模式 对污染物在岸边排放的情况:,对污染物非岸边排放的情况:,a 排放口到岸边的距离,污染物在河口中的混合和衰减模型 河口一维混合衰减模型 河口流动为均匀、恒定水流上溯或下泄,污染物稳态排入水体时,模型的方程为:,模型的解为(叠加了背景浓度):,上溯阶段(x0,污染物自x=0排入):,
10、下泄阶段(x0,污染物自x=0排入):,模型的适用对象:预测小河和中河潮周、高潮和低潮的平均水质,二维动态混合衰减数值模式,上微分方程可用显式差分法和梯形隐式差分法求解。(具体可参见“环境影响评价技术导则地面水环境”),uy=0时:,河网水质预测模型 忽略环状河网中过水量很小的河流,把环状河网简化为树枝状河网,然后采用水力学模型和水质模型耦合的计算模型进行动态模拟。 在掌握详细的河网水文和水质同步监测数据时,可将河网分段,然后采用完全混合模型计算。,43 湖泊(水库)水质预测模型,完全混合模型 基本假定:湖泊(水库)为一个均匀混合的水体,即湖泊(水库)中某种营养物的浓度水随时间的变化率是输入、
11、输出和沉积的该营养物的量的函数。 适用条件:停留时间很长、水质基本处于稳定状态的中小型湖泊和水库。,污染物(营养物)混合和降解模型,当t0时,0;tt时, t。对上方程积分得:,或,其中:,污染物(营养物)混合和降解模型 对持久性污染物:,湖(库)中的污染物浓度达平衡时:,污染物达到指定浓度 t 所需的时间 t 为:,无污染物输入时:,溶解氧模型,其中,(上模型方程没有考虑浮游植物的增氧量),卡拉乌舍夫模型 水域宽阔的大湖,应考虑废水在湖水中的稀释扩散现象,这时可采用卡拉乌舍夫模型进行水质预测。 对持久性污染物的模型方程,在稳态、无风时,模型的解为:,其中:ro 某离排放口充分远的已知点到排放
12、口的距离 r0 污染物在 ro点的浓度,可取现状浓度值。,44 水质模型的标定,混合系数估值 经验公式 流量恒定、河宽大、水较浅、无河湾的顺直河流:,式中:H平均水深;I水力坡度;g重力加速度,泰勒(Taylor)公式(适用于河流),爱尔德(Elder)公式(适用于河流),混合系数估值 示踪试验: 向水体中投放示踪物质,追踪测定其浓度变化,据以计算所需要的各环境水力参数。其可结合有关(经验)模型,对数据进行拟合,然后进行计算。 经验数据 根据条件选取文献的经验数据作为混合系数。,耗氧系数K1系数的估值 实验室测定值修正法 实验测定原理 将(1e-K1t)展开为马克劳林级数有:,而:,即:,设,
13、,则有:,实验测定原理,可写为:,令,,有,Y(t)t为直线,测定不同时间下的 ,作出Y(t)t直线,求出直线的截距a和斜率b,可计算出K1及 :,实验室测定值修正法 实验测定值的修正 实验室测定的K1值可直接用于湖泊或水库的模拟,用于河流或河口时需修正。K.Bosko提出的修正方法为:,耗氧系数K1系数的估值 两点法 河流上任意两个截面A和B(A为上游截面),A、B间无废水和支流汇入,有:,两式相比,并取对数可得:,测定出截面A、B处河水的BOD值( ,原河水的 ),并计算出河水在两截面间的流行时间,即可算出K1。实际中多取几个断面,得到若干个K1,然后取平均值。,复氧系数K2系数的估值 奥
14、多公式,式中:u 河水的流速 n 河床糙率(可从环境影响评价技术导则-地 面水环境或其它资料查取得到),复氧系数K2系数的估值 欧文斯等人的经验式,丘吉尔经验式,多参数优化法 多参数优化法是根据实测的水文、水质数据,利用优化方法同时确定多个环境水力学参数的方法。,45 开发行动对地表水影响的识别,工业建设项目 建设期 运行期:石油炼制工业、钢铁工业、铝和有色金属生产、化学工业、食品工业、制浆和造纸业。 水利工程 农业和畜牧业开发 矿业开发 城市污水处理厂和垃圾填埋场,46 地表水环境影响预测和评价,技术工作程序 (附:程序图) 准备阶段:了解工程设计、现场踏勘和环境法规与标准的规定,确定评价级
15、别和范围,编制环评工作大纲,进行初步的环境现状调查和工程分析。 调查监测阶段:详细开展水环境现状调查和监测,进行仔细的工程分析,评价水环境现状。 预测与评价阶段:预测拟议行动对水体的污染影响并对其作出评价,研究相应的污染预防对策。 报告书编写阶段:总结工作成果,完成报告书,为项目监测和事后评价作准备。,评价等级的划分 划分评价工作等级的判据 确定判据的原则 (1)反映建设项目向地面水排放污染物及相关地面水问题的主要特点; (2)参数的形式简单,其数据在评价大纲编写阶段能够得到。 判据的确定 (1)与建设项目排污有关的判据:污水排放量、污水水质。 (2)与地面水环境有关的判据:受纳水体规模、受纳
16、水体对水质的要求。,判据的档次划分 (1)污水排放量:20000m3/d、10000 20000m3/d、5000 10000m3/d、 1000 5000m3/d、 200 1000m3/d五个档次; (2)污水水质的复杂程度(A污染物类型数,B需预测浓度的水质参数数目) 复杂:A3,或A2 且 B 10 中等:A2 且 B 10,或A1且B 7 简单:A1 且 B 7 (3)受纳水体规模 大:多年平均流量150m3/s的河流、水面 50km2(水深10m)或 水面 25km2(水深10m)的湖(水库); 中:多年平均流量15150m3/s的河流、水面550km2(水深10m)或 水面2.5
17、25km2(水深10m)的湖(水库); 小:多年平均流量15m3/s的河流、水面5km2(水深10m)或 水面 2.5km2(水深10m)的湖(水库)。,判据的档次划分 (4)受纳水体对水质的要求:以GB38382002为依据。 评价等级化分表 划分的原则 (1)污水排放量越大,水质越复杂,建设项目的影响越大,评价工作要求越高,评价等级也就越高; (2)受纳水体规模越小,水质要求越高,则对外界影响的承受能力就越小,相应的评价工作就要求越高,评价等级也就越高。 地面水环境影响评价分级表,评价范围 地表水环境现状的调查范围:应能包括建设项目对周围地面水环境响较显著的区域。确定时,应尽量按照将来污染
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