地表水环境影响评价.ppt
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1、第四章 地表水环境影响评价,第一节 地表水体的污染和自净一、地表水资源,二、水体污染水体污染的概念点污染源 点污染源排放的废水量和污染物可以从管道或沟渠中直接量测流量和采样分析组分浓度确定,在经费和其他条件有限制时,常采用排污指标(例如排放系数)推算的方法。,居住区生活污水量计算式,式中:QS居住区生活污水量,L/s;q每人每日的排水定额,L/(人d);N设计人口数,人;Ks总变化系数(1.51.7)。,工业废水量计算式,式中:m单位产品废水量,L/t;M该产品的日产量,t;Ki总变化系数,根据工艺或经验决定;t 工厂每日工作时数,h。,2.非点污染源非点污染源:非点污染源又称面源,是指分散或
2、均匀地通过岸线进入水体的废水和自然降水通过沟渠进入水体的废水。主要包括城镇排水、农田排水和农村生活废水、矿山废水、分散的小型禽畜饲养场废水,以及大气污染物通过重力沉降和降水过程进入水体等所造成的污染废水。非点源污染情况复杂,其污染影响较难定量,但又不能忽视,特别是对点源已进行有效控制后,非点源污染会日益突出。,(1)城市非点污染源负荷估计:城市非点污染源负荷来源:城市雨水下水道及合流制下水道的溢流。污染物自城市街道经排水系统进入受纳水体。城市非点源污染物被暴雨冲刷到接受水体的负荷的计算:基本程序:首先估计暴雨事件中暴雨径流的大小(径流深度和径流面积的乘积),从而确定暴雨的冲刷率,进而估计径流冲
3、刷到受纳水体的沉积物负荷,然后根据沉积物中污染物浓度计算污染物负荷,或者根据固体废物与污染物的统计相关关系计算污染物负荷。,暴雨径流深度的估计:RCRPDs 式中:R 总暴雨径流深度,cm;CR 总径流系数;P 降雨量,cm;Ds 洼地存水,Cm。,总径流系数的估算方法:粗略估算式:式中:I不透水区百分数;按照不同坡度计算的不透水区(指屋面、沥青和水泥路面或广场、庭院等)的径流系数。,准确计算式:式中:Fi各种类型地区所占的面积;i对应的径流系数。,洼地存水Ds的粗略估计:,径流中冲刷到接受水体的颗粒物负荷:在总暴雨径流估算出来后,可估算暴雨冲刷率。一般认为1 h内总径流为1.27 cm时,可
4、冲走90的街道表面颗粒物(沉积物)。,暴雨径流中冲刷的固体负荷:式中:Ysw暴雨冲刷到受纳水体的颗粒物负荷;te 等效的累积天数,d;Ysu街道表面颗粒物日负荷量,kgd。,式中:tr从最后一次暴雨事件算起的天数,d;ts从最后一次清扫街道算起的天数,d;s街道清扫频率。,式中:Lsu颗粒物日负荷率,kg(kmd);Lst街道边沟长,约等于2倍的街道长,km。,街道表面颗粒物日负荷取决于多种因素,如交通强度、区域地表覆盖物的形式、径流量和降雨强度、灰尘沉降量、前期干旱时间、城市街道清扫频率和清扫质量等。,径流中冲刷到受纳水体的有机污染负荷:用颗粒固体负荷乘上浓度因子计算有机物负荷:式中:You
5、有机污染物的日负荷量,kgd;单位转换因子,10-6;Ysu总颗粒物固体日负荷量,kgd;Cou有机污染物在颗粒物中的浓度,gg。,城市降雨径流问题是个十分复杂的问题,与水分循环的每一个环节都有关系,并与多种因素相关,如降水过程、大气污染、土地使用、人类污染特征、自然特点等。由于变化性大、随机性强、偶然因素多,尚未掌握其规律性。,(2)农田径流污染负荷估算:第一种方法:避开污染物在农田表面实际迁移过程的变化,仅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某种污染物总量,其公式如下:式中:M某种污染物输出总量,kg;i第i小时的该种污染物浓度,kgm3;Qi第i小时的径流量,m3;n观
6、测的总时数,h;j第j个农田集水区;m集水区总数。,3.水体污染物,(1)耗氧有机污染物:(2)营养物(3)水中有机毒物(4)水中重金属(5)非金属无机毒物(6)病原微生物(7)酸碱污染(8)石油类(9)热污染,持久性污染物是指在地表水中很难由于物理、化学、生物作用而分解、沉淀或挥发的污染物。例如在悬浮物甚少,沉降作用不明显水体中的无机盐类、重金属等,可以通过生化需氧量与化学需氧量比值来判定,BOD/COD0.3,判别其为持久性污染物。非持久性污染物是指在地表水中由于生物作用而逐渐减少的污染物,例如耗氧有机物,BOD/COD0.3,则判别其为非持久性污染物。酸碱污染物指各种废酸、废碱等,表征酸
7、碱污染物的水质参数是PH值。废热主要由排放废水所引起,表征废热的水质参数为水温。,化学需氧量,通常记作COD,指用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量,以每升水消耗氧的毫克数表示(mg/L)。COD值越高,表示水中有机污染物污染越重。生化需氧量,通常记作BOD,亦作生化耗氧量。指地面水水体中的微生物分解有机化合物过程中所消耗的溶解氧。以每升水中被消耗的氧的毫克数表示,是评价水体有机污染的主要指标。为使测定值有可比性,常采用在20条件下,培养五昼夜后测定的生化需氧量(对生活污水而言,约等于完全氧化分解耗氧量的百分之七十),称为五日生化需氧量记作BOD5。,三、水体自净,自然环境包括水环境对污
8、染物质都具有一定的承受能力,即所谓环境容量。水体能够在其环境容量的范围内,经过水体的物理、化学和生物的作用,使排入污染物质的浓度和毒性随时间的推移,在向下游流动的过程中自然降低,称之为水体的自净作用。也可简单地说,水体受到污染后,靠自然能力逐渐变洁的过程称为水体的自净。,水体的自净过程很复杂,按其机理划分有:物理过程。其中包括稀释、混合、扩散、挥发、沉淀等过程。水体中的污染物质在这一系列的作用下,其浓度得以降低。稀释和混合作用是水环境中极普遍的现象,又是比较复杂的一项过程,它在水体自净中起着重要的作用。化学及物理化学过程。污染物质通过氧化、还原、吸附、凝聚、中和等反应使其浓度降低。生物化学过程
9、。污染物质中的有机物,由于水体中微生物的代谢活动而被分解、氧化并转化为无害、稳定的无机物,从而使浓度降低。,第二节 河流和河口水质模型 河流是沿地表的线形低凹部分集中的经常性或周期性水流。较大的叫河(或江),较小的叫溪。河口是河流注入海洋、湖泊或其他河流的河段,可以分为入海河口、入湖河口及支流河口。,应用水质模型预测河流水质时,常假设该河段内无支流,在预测时期内河段的水力条件是稳态的和只在河流的起点有恒定浓度和流量的废水(或污染物)排入。如果在河段内有支流汇入,而且沿河有多个污染源,这时应将河流划分为多个河段采用多河段模型。,当污染物排入河流后,从污水排放口到污染物在河流横断面上达到均匀分布,
10、通常要经过竖向混合与横向混合两个阶段。由于河流的深度通常要比其宽度小很多,污染物排入河流后,在比较短的距离内就达到了竖向的均匀分布,亦即完成竖向混合过程。完成竖向混合所需的距离大约是水深的数倍至数十倍。在竖向混合阶段也发生横向的混合作用。从污染物达到竖向均匀分布到污染物在整个断面上达到均匀分布的过程称为横向混合阶段。在直线均匀河道中,横向混合的主要动力是横向弥散作用。在河曲中,由于水流形成的横向环流,大大加速了横向混合的进程,完成横向混合所需的距离要比竖向混合大得多。,在横向混合完成之后,污染物在整个断面上达到均匀分布。如果没有新的污染物输入,保守性污染物质将一直保持恒定的断面浓度;非保守性物
11、质则由于生物化学等作用产生浓度变化,但在整个断面上的分布始终是均匀的。在竖向混合阶段,由于研究的问题涉及到空间三个方向,竖向混合问题又称为三维混合问题。相应的横向混合问题称为二维混合问题,完成横向混合以后的问题称为一维混合问题。如果研究的河段很长,而水深、水面宽度都相对较小,一般可以简化为一维混合问题。处理一维混合问题要比二维、三维混合问题简单得多。,河流水体中污染物的混合扩散,污水排入河流的入河口称为污水注入点。污水注入点以下的河段,污染物在断面上的浓度分布是不均匀的,靠排放口一侧的岸边浓度高,远离排放口对岸的浓度低。随着河水的流逝,污染物在整个断面上的分布逐渐均匀。污染物浓度在整个断面上变
12、为均匀一致的断面,称为水质完全混合断面。,最早出现水质完全混合断面的位置称为完全混合点。污水注入点的上游称为初始段,或背景河段;污水注入点到完全混合点之间的河段称为非均匀混合段;完全混合点的下游河段称为均匀混合段。,的,描述这种情况的水质模型称为零维的水质模型。描述水质组分的迁移变化在一个方向上是重要的,另外两个方向上是均匀分布的,这种水质模型称为一维水质模型。描述水质组分的迁移变化在两个方向上是重要的,在另外的一个方向上是均匀分布的,这种水质模型称为两维水质模型。描述水质组分迁移变化在三个方向进行的水质模型称为三维水质模型。按描述水质组分的多少分:分为单一组分和多组分的水质模型。水体中某一组
13、分的迁移转化与其它组分,没有关系,描述这种组分迁移转化的水质模型称为单一组分的水质模型。水体中一组分的迁移转化与另一组分(或几个组分)的迁移转化是相互联系、相互影响的,描述这种情况的水质模型称为多组分的水质模型。按水体的类型可分为:河流水质模型、河口水质模型(受潮汐影响)、湖泊水质模型、水库水质模型和海湾水质模型等。河流、河口水质模型比较成熟,湖、海湾水质模型比较复杂,可靠性小。按水质组分可分为:耗氧有机物模型(BODDO模型),无机盐、悬浮物、放射性物质等,单一组分的水质模型,难降解有机物水质模型,重金属迁移转化水质模型。,水质模型的选择:选择水质模型必须对所研究的水质组分的迁移转化规律有清
14、楚地了解。因为水质组分的迁移(扩散和平流)取决于水体的水文特性和水动力学特性。在流动的河流中,平流迁移往往占主导地位,对某些组分可以忽略扩散项;在受潮汐影响的河口中,扩散是主导的迁移现象,扩散项必须考虑而不能忽略。对这两者选择的模型就不应一样。对河床规整,断面不变,污染物排人量不变的水体,可选用静态模型。为了减少模型的复杂性和减少所需的资料,对河流系统的水质模型往往选用静态的。但这种选择不能充分评价时便输入对河流系统的影响。选择的水质模型必须反映所研究的水质组分,应用条件和现实条件接近。,3.河流常用水质模型(1)零维水质模型零维是一种理想状态,把所研究的水体如一条河或一个水库看成一个完整的体
15、系,当污染物进入这个体系后,立即完全均匀地分散到这个体系中,污染物的浓度不会随时间的变化而变化。,废水排入河流后与河水迅速完全混合,则混合后的污染物浓度为:,【例题】河边拟建一工厂,排放含氯化物废水,流量2.83m3/s,含盐量1300mg/L。该河流平均流速0.46m/s,平均河宽13.7m,平均水深0.61m,上游来水含氯化物100mg/L,该厂废水如果排入河中能与河水迅速混合,问河水氯化物是否超标?(设地方标准为200mg/L)。,河流完全混合模式的适用条件:河流充分混合段;持久性污染物;河流恒定流动;废水连续稳定排放,(2)一维水质模型一维水质模型的适用条件:某一水团沿水流运动方向移动
16、,同时存在于该水团中的污染物亦随之移动,在运动过程中,污染物由于降解或转化成其它形式而发生浓度变化,这一变化往往与河流状态有关如:水温、溶解氧浓度等等,一维模型适用的假设条件是横向和垂直方向混合相当快,认为断面中的污染物浓度是均匀的。,a.一维稳态水质模型:在均匀河段上定常排污条件下,河段横截面、流速、流量、污染物的输入量和弥散系数都不随时间变化。同时污染物按一级化学反应,无其他源和汇项,则给定x=0时,0,那么式(342)的解为:(343)b.忽略弥散的一维稳态水质模型:适用于河流较小,流速不大,弥散系数很小,从而弥散作用可以忽略的情况下,式(342)的解为:(344)ux-河流的平均流速,
17、m/d或m/s;Ex-废水与河水的纵向混合系数,m2/d或m2/s;K-污染物的衰减系数,1/d或1/s;X-河水(从排放口)向下游流经的距离,m。,例题 一个改扩建工程拟向河流排放废水,废水量q0.15m3s,苯酚浓度为30gL,河流流量Q5.5m3s,流速u0.3ms,苯酚背景浓度为 0.5 g L,苯酚的降解(衰减)系数K0.2d-1,纵向弥散系数Ex10m2s。求排放点下游10km处的苯酚浓度。,解 计算起始点处完全混合后的初始浓度:(1)考虑纵向弥散条件下的下游10km处的浓度:,(2)忽略纵向弥散时的下游10km处的浓度:,由此看出,在稳态条件下,忽略纵向弥散系数与考虑纵向弥散系数
18、的差异可以忽略。河流一维稳态模式的适用条件:河流充分混合段;非持久性污染物;河流恒定流动;废水连续稳定排放,(3)二维模型 对水面宽阔的河流受纳污(废)水后的混合过程和污染物的衰减可用二维模型预测;对于水面又宽又深和流态复杂的河流水质预测宜采用三维模型。,3污染物与河水完全混合所需距离 污染物从排污口排出后要与河水完全混合需一定的纵向距离,这段距离称为混合过程段。当某一断面上任意点的浓度与断面平均浓度之比介于0.95 至1.05 之间时,称该断面已达到横向混合,由排放点至完成横向断面混合的距离称为完成横向混合所需的距离。,当采用河中心排放时所需的完成横向混合的距离为:在岸边上排时:,(4)BO
19、D-DO耦合模型SP模型的基本假设是:河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应;反应速度是定常的;河流中的耗氧是由BOD衰减引起的,而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。S-P模式的适用条件:河流充分混合段;污染物为耗氧性有机污染物;需要预测河流溶解氧状态;河流恒定流动;连续稳定排放。,S P方程:临界氧亏发生的时间:该方程是应用最广的河流水质中BODDO预测模型。,第六节 地表水环境影响预测和评价 水环境影响评价是从环境保护的目标出发,采用适当的评价手段,确定拟议开发行动或建设项目排放的主要污染物对水环境可能带来的影响范围和程度,提出避免、消除和减轻负面影响的对策,为开发行动或建设项目方案
20、的优化决策提供依据。一、工作程序、评价等级和评价标准1技术工作程序 地表水环境影响评价的技术工作程序可分为四个阶段(见图):第一阶段:了解工程设计、现场踏勘、了解环境法规和标准的规定、确定评价级别和评价范,围、编制环境影响评价工作大纲,在这阶段还要做些环境现状调查和工程分析方面的工作;第二阶段:详细开展水环境现状调查和监测,做仔细的工程分析,在此基础上评价水环境现状;第三阶段:根据水环境排放源特征,选择或建立和验证水质模型,预测拟议行动对水体的污染影响,并对影响的意义及其重大性作出评价,并且研究相应的污染防范对策;第四阶段:提出污染防治和水体保护对策,总结工作成果,完成报告书,为项目监测和事后
21、评价作准备。,2评价等级的划分 环境影响评价技术导则地面水环境(HJT2.393),根据拟建项目排放的废水量、废水组分复杂程度、废水中污染物迁移、转化和衰减变化特点以及受纳水体规模和类别,将地表水环境影响评价分为三级。不同级别的评价工作要求不同,一级评价项目要求最高,二级次之,三级较低,划分等级的依据反映工程特性的判据:建设项目的污水排放量;污水水质的复杂程度反映环境特性的判据:受纳水体(指各种受纳污水的地面水域)的水域规模水环境质量要求,污水排放量 污水排放量Q(m3/d)按大小划分为五个等级:Q20000;20000Q10000;10000Q5000;5000Q1000;1000Q200注
22、意:污水排放量中不包括间接冷却水、循环水以及其它含污染物极少的清净下水的排放量,但包括含热量大的冷却水的排放量。,污水排放量为5800 m3/d,污染物分类根据污染物在水环境中的输移、衰减特点及其它们的预测模式,将污染物纷纷为四类:持久性污染物(其中还包括在水环境中难降解、毒性大、易长期积累的有毒物质);非持久性污染物;酸和碱(以pH表征);热污染(以温度表征)。,污水水质复杂程度 由污水中所含有的污染物类型决定复杂:污染物类型数3,或者只有两类污染物 但需预测其浓度的水质参数数目10。中等:污染物类型数2,且需预测其浓度的水质 参数数目10;或者只有一类污染物但需 预测其浓度的水质参数数目7
23、。简单:污染物类型数1,需预测其浓度的水质 参数数目7。常规水质参数:河流可选用水温、PH、溶解氧、高锰酸钾指数、五日生化需氧量、非离子氨、氰化物、砷、汞、六价铬、石油类(河口要增加盐度、湖泊(水库)增加总磷、总氮等);再依据评价等级参考地面水水质标准适当增减。,经类比调查知污水中含有COD、BOD、Cd、Hg,PH为酸性,受纳水体的水域规模河流与河口:按建设项目排污口附近河段的多年平均流量或平水期平均流量划分为:排污口附近河流断面流量:大河:150m3/s;中河:15150m3/s;小河:15m3/s。,湖泊:以枯水期蓄水量和蓄水面积为判定依据。也可以平均水深和水面积作为划分水域规模的依据当
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