为非线性负载选UPS容量
SOLIDSTATE
CONTROLS,INC.
Solidstate Controls Incorporated
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为非线性负载选UPS容量
-897,.9
分布式控制系统使得安全有效的控制一个关键负载诸如蒸汽系统成为可能，这些DCS需要不间断交流电压，这个电压是通过静态逆变器产生的。
在电网与DCS之间插入一个逆变器需要对DCS的内部电源供应的输入电源要求有所了解。
检查现代DCS的电流波揭示了更像是图一显示的波形。电流不是SINE波形，并不连续。峰值电流比均方根值更大，经常是2.5倍。这种非线性电流是DCS交流-直流电源电子的电源模块常显示特性。
Peak
RMS 非线性负载定义波峰因数波峰因数= 峰值
均方根
波峰因数(CF)
- The ratio of the peak value
to it’s RMS value
- 对于一个SINE波形这个比值是1.414
)LJXUH
再过去20年中，交流-直流电源供应已经从铁磁共振到系列调压最终到了开关电源设计。表A表示了三种不同电源供应的特性。
最早的设计，铁磁共振，使用大的输入磁性调节器。以今天的DCS包标准看，铁磁共振电源供应是大且笨重。但是仍旧有系统生产商使用它来做电源供应，主要原因是可靠而且低的谐波电流干扰。
系列调压设计使用输入绝缘变压器并与晶体管调压器伴用。转换效率低且窄的输入范围限制了它的应用。
第三种电源供应，开关电源模式（SMPS）有最小的尺寸与最轻的重量，因为消除掉了工频磁。（参看图二)降低了输入感抗而且插入了大的电容一起产生了极大的紧凑，除了极端的非线性设备。因为SMPS是统治性的DCS系统电源模式，他的输入电流特性再选择逆变器时必须要被理解。
PWM control
100kHz oscillator
120 volts 60Hz
C
)LJXUH 2 开关电源模式（极端非线性）
有四个重要的因素必须要仔细考虑，只要是在一旦极端非线性负载内诸如开关电源使用逆变器，这些因素是：
波峰因数（书面VS实际 重复&非重复波峰电流 谐波电压干扰 逆变技术
波峰因数 书面VS实际
许多分布式控制系统DCS手册提到比值经常叫“波峰因数 ”仅仅是波峰电流数值除以均方根数值。经常这些手册的使用者比较谨慎的把逆变器扩大，因为根据大量的控制模块的数据需要符合DCS系统，书面的波峰因数导致的这种方法肯定会导致把逆变器估大。
假设我们建设一个假想的DCS系统需要20个控制模块，每个控制模块使用一个开关电源。让我们进一步推测我们的假想每个功率供应是200W的模块，如表B所示。（表B是电影的开关电源输入特性）
电源产生200W的直流输出电源，有120/240V,50/60HZ的通用输入，用来设计为维系DC输出再10毫秒为一个AC输入的丢失周期。这个电源的支撑时间是通过一个内部的470UF或者是VF电解电容供应。（图2部分"C“）
.因为我们的DCS系统在整个控制图中需要20块这些供应,那很容易试图把432VA的输入乘以20以及加上”宽放“系数因为大的峰值因素（表B中的列5B）
.经常逆变被过估是因为他们的相关波峰因数（一般是3）偪书面的电源供应数据小。表B指示了电源供应波峰因数是3.4.
这种估计，当然是开关电源的波峰因数是一个连续值。表C总结了从一个铁磁逆变上取得的事实上的数据并仿真了开关电源负载。这个负载8.43KVA是非常接近我们的假想20块200W的电源供应的。在表C中标识了波峰因数从3.4降到了2.3，这种下降是因为负载感抗比率ZS/ZL，参看图三）。这个例子可以更清晰化概念。
假设在表B中的一个原始的表现数据被测量，一台三千伏安的变压器带着5%的感抗来给一个200W的电源模块供电。
在这个例子中源负载感抗比率应该是
Zs/ ZK =.24/.33= 1/138
Where Z= E2VA
假设我们加上5块更多的200W供应，则6块的新比率则为
Zs/ ZL = .24/5.5 =1/23
Z
S
V
S
Z
L
)LJXUH开关电源供应
公开的电源供应数据很少考虑这些，因此事实上这些波峰因数将会更低。
这些降低的波峰因数是一个可以预测和重复的结果，只要是在电源有系列电抗伴随着开关电源供应。在表C中逆变输出降低了波峰因数。这种波峰因数的降低伴随着改变开关模式的输入电流，电流波形成为更宽的范围以及有更少的幅度。这个在电流曲线下的区域保持柳絮，但是谐波，一般是三次五次，是衰减的。
从10&30KVA的铁磁逆变用开关模式负载来测量（见表D&E）表现出了过载25-100%的波峰因数从2.2-2.5.
重要的点是强化表D&E强化的数据是铁磁的逆变不需要放大因为高的功率因数伴随着开关电源供应。功率因数取决于应用和必须要非常小心的用在逆变容量选择的标准。
另外，考虑表C，波峰电流已经被降低到一个可以预测的数值12.2·20=224A（表B行4B）是一个实际的电流156A。（表C行4C）但即使是这些减少的波峰电流数值对于某些使用线性磁i铁的逆变技术也可能是个问题。
Inverter
旁路源Source
AC Load AC Load
AC Load
开关模式电源供应Switch Mode Power Supplies Static Switch
Batteries
)LJXUH
波峰电流影响
图 是个一个简单的模块示意关于一个逆变器伴随着静态开关用在关键控制应用上。
这种拓扑一般被称为在线系统因为逆变通常供应在关键负载上。因为逆变和关键负载时一个电气开关（静态）能够转换关键负载到故障切换模式（静态旁路），应该在负载电流需求超过逆变相关容量（或者是逆变失败）假设静态开关被设计来对SINU电流为1.414波峰因数设计的，那么一个非SINU电流有波峰因数2.4的将会导致永久性的到旁路。静态开关转换感知过电流时最好伴随着真正的均方根树枝，而不是波峰电流数值。
For example, if the 10kVA system (Table "C" data) had used a sinusoidal, peak sensing current design the connected loads peak current of 156A (column 4C) would have been 11% over its static switch transfer point, assuming a 120% overload capacity. True RMS sensing rather than peak sensing is a very important feature in a well-designed system to prevent premature static switch operation. 举例，假设一个10KVA的系统（表C数据）用了一个SINU，波峰感知到了电流设计连接负载波峰电流156A（行4）将会有11%超过静态切换点，假设120%过载。真正的均方根感知而非波峰感知是一个重要的在非常好设计的系统中预防了原静态切换的操作。
| Peak
(this is the
specified value)
Note that the inrush
diminished as time progresses
Power is applied to the unit here
T
)LJXUH Inrush current that occurs when the power is first applied to a unit. It is measured in peak amperes as
shown.
The cold start inrush current (Table "B & C", Columns 6B & 6C) is also important when selecting an inverter system.
Unlike their predecessors, switch-mode power supplies are sensitive to the peak voltage of their input supply.
Usually the input peak voltage must stay above 140 VAC to prevent a power supply shut down. Figure 5 shows the
characteristics wave shape of the input current during the first several cycles of a cold start.
During a cold start the inrush current will cause the static switch ()LJXUH ) to transfer the critical loads to the bypass
source. The bypass source circuit must be a "stiff" (i.e. low impedance) design if the peak voltage is to be maintained above 140 VAC (on a 120 VAC RMS design). Since the static switch is in the middle of the bypass
circuit its switching devices must be sized to handle the inrush current during an initial power up. A well-designed
static switch will have a 1000% rating for one cycle based on the inverter's full load capacity.
+DUPRQLF'LVWRUWLRQ
Harmonic distortion of the inverter's output voltage is a possibility whenever high non-linear loads are connected.
Not much data exists on this topic because, at this time, no testing standards for inverters exist that address voltage
distortion with non-linear loads.
The standards in place today IEEE 944, NEMA PE-1, and IEC 146-2 set limits on inverter harmonic voltage
distortion with linear loads only. Inverter voltage distortion performance with linear loads is not a reliable predictor of
performance with non-linear loads. The IEEE, NEMA, & IEC inverter performance standards specify that the total
harmonic distortion shall not exceed 5% with linear loads. In the current standards, no mention is made of inverter
performance with non-linear loads. Perhaps future revisions will address this issue.
The harmonics distortion issue is complex, and we recommend the IEEE-519 document as an excellent tutorial on
the subject of power harmonics.
Regarding inverter performance with non-linear loads, Tables "B" & "E" list the test results for a 10 & 30 kVA system.
The inverters were tested with both 100% non-linear switch-mode simulation and mixtures of linear and non-linear
loads. Voltage distortion was measured at the inverter output terminals. The measurements taken in Tables “D” &
“E” show that with non-linear loading, the voltage distortion decreases with load.
Measurements were also taken with mixtures of linear and non-linear loads. The total harmonic distortion is
decreased as the percentage of linear loads is increased. What is not shown in the data is the effect of voltage drop
in the distribution wiring which will make the voltage distortion increase.
Distributed control systems often have long distances between the inverter and the non-linear load. The voltage
drop in the power distribution system will vectorially add with the inverter's output voltage to increase the voltage
distortion at the load. It is not uncommon to measure 4% THD at the inverter's output and 8% THD hundreds of feet
away at the connection point of the non-linear load. What is important to remember is that the power wiring can affect voltage distortion whenever harmonic currents are flowing.
For the switch-mode supplies shown in Table "C" the harmonics currents, mostly 3rd, 5th, and 7th comprise 23% of
the total load current. Conductor sizes need to be increased at least 30% for distance over 50 ft. to minimize the effects of distribution voltage drop. (Keep in mind the requirement of a minimum of 140 VAC peak).
What has not been mentioned is how much current and voltage distortion is too much and how will current and
voltage distortion affect the operation of the DCS. The answer to these questions depends not only on the DCS
design, but also on the sensitivity of other critical load that may be sharing the inverter's output. In general, devices that have linear magnetics, (including motors) will be sensitive to harmonics. The switch-mode power supplies are
not particularly sensitive to the harmonic current since they contain no line frequency magnetics, but they are
sensitive to low peak voltages.
If there are distribution transformers in either the static bypass circuit or the inverter output circuit, they must be
designed for non-linear currents. Dry type distribution transformers are designed for passing only line frequency
currents not harmonic currents. The stray losses, which contribute to the transformer's winding temperature
increases as the square of the frequency.
ANSI/IEEE C57.110-1986 addresses the design sizing of K-factor rated transformers. Transformers for use with
switch-mode loads must be rated for a minimum of K-13. Using K-factor rated transformers will eliminate
overheating, but will do nothing to improve voltage distortion. In fact, most linear transformers will add harmonic distortion to their input voltage waveforms.
,QYHUWHU7HFKQRORJ\
In the world of industrial inverters two inversion technologies dominate: Ferroresonant and Pulse-Width-Modulation
(PWM).工业逆变器有两种技术：铁磁和脉宽调制（PWM）。
Primary Secondary
Voltage
In Voltage Out
Voltage Out 线性转换特性
?Tight Coupling of flux紧磁通耦合between primary and secondary windings
在主要和次要线圈
?Bi-directional power flow ?High current drawn from primary when the secondary
is short-circuited
)LJXUH $Linear Transformer线性转换
PWM inverters synthesize a sinusoidal output waveform from a constant-height, variable width high frequency pulse stream. The pulse stream is stripped of its high frequency carrier (20-50 kHz) by a low-pass filter and reduced to a 120 VAC level through a linear power transformer.脉宽逆变总和是一个SINU输出波与连续高度，变化宽度的高频脉冲流。这脉冲流被从高频载体（20-50KHZ）被低通过滤和降低到120VAC水平通过一个线性电源转换。
DC Input
AC
Output Power
Switching
Stage
Oscillator
Voltage Feedback
Current Feedback
)LJXUH %Power Switching at 20-50 kHZ Rate *T1 is a Linear Transformer
谐波产生于开关电源供应并能影响PWM的线性电源转换，负向的通过增加涡流损耗。附加而言，因为紧的耦合发生在输入切换桥以及负载上，高的峰值电流必须被通过桥切换到晶体管。PWM逆变更对非线性电流敏感以及能够被放大和更好的操作。
Voltage P r i
m a r y
Voltage Out Secondary
Voltage
Out
非线性特性
?Loose Coupling of flux between primary and secondary windings ?Uni-directional power flow ?Inherent current limiting to 175% upon short circuit at the secondary-windings
Voltage In
or
)LJXUH $Ferroresonant Transformer
In contrast, Ferroresonant inverters do not use linear magnetics. A line frequency square wave developed by the switch bridge is filtered into a sinusoidal wave shape by means of the non-linear actions of a saturated, resonant secondary winding. The peak current demanded by a non-linear load is supplied by the storage energy in the saturated secondary. The load current is not coupled to the switching bridge. The secondary winding also contains harmonic traps tuned to the 3rd and 5th harmonic.对比而言，铁磁逆变不能使用线性磁铁。一个线性平方波被切换桥过滤成一个SINU
DC Input
AC Output
Characteristics
?Line frequency switching ?Low Parts Counts
?Magnetic device Supplies Filtering and Regulating
Power Switching Stage Oscillator
Energy Storage (tank circuit)
)LJXUH %Ferroresonant Inverter
Ferroresonant inverters are uniquely compatible with switch-mode power supplies and do not have to be oversized to provide proper operation.
LOAD
25%TOTAL LOAD 50%TOTAL LOAD 75%TOTAL LOAD 100%TOTAL LOAD KW
kVA
P.F.
AMPS
C.F.
V-THD
100%N -L
1.992
2.841.7022.9 2.5 4.675%N -L,25%L 2.247 2.502.9020.2 2.3
3.850%N -L,50%L 2.289
2.495
.92
20.1
2.2
3.8
100%N -L
3.645 5.080.7241.1 2.5 5.650%N -L,50%L
4.685
5.013.9340.4 2.1 4.625%N -L,75%L 4.956
5.057
.98
40.7
1.8
4.1
100%N -L
6.9818.116.7465.6 2.3 6.675%N -L,25%L 6.867
7.84
8.8763.4 2.2 5.750%N -L,50%L 6.8747.360.935
9.4 2.0 5.225%
N -L,75%L
7.401
7.476
.99
60.2
1.6
4.2
100%N -L
6.2388.428.746
7.9 2.3 6.775%N -L,25%L
8.648
9.861.8880.0 2.2 6.450%N -L,50%L 9.43510.180.9382.7 2.1 5.725%
N -L,75%L
9.758
9.989
.98
81.2
1.9
4.7
Table D 10kVA Inverter
Tab le E
30kV A Inverter
LOAD KW KVA P.F.AMPS C.F.V-THD 25%TOTAL LOAD
100%N-L 5.1637.381.7058.0 2.5 4.9 75%N-L,25%L 5.9817.511.8059.7 2.4 4.7 50%N-L,50%L7.0017.774.9061.6 2.2 4.2 25%N-L,75%L7.4497.665.9760.9 1.9 3.6 50%TOTAL LOAD
100%N-L11.07015.010.74118.4 2.3 6.3 75%N-L,25%L12.58014.980.84119.2 2.2 6.1 50%N-L,50%L13.78015.030.92119.1 2.1 5.5 25%N-L,75%L14.72015.110.97119.9 1.9 4.8 75%TOTAL LOAD
100%N-L17.11022.600.76178.6 2.27.2 75%N-L,25%L19.21022.720.85181.2 2.2 6.7 50%N-L,50%L20.49022.380.92177.7 2.2 6.0 25%N-L,75%L21.94022.550.97179.0 2.0 4.9 100%TOTAL LOAD
100%N-L22.89030.050.76240.0 2.37.4 75%N-L,25%L25.17029.750.85238.3 2.3 6.8 50%N-L,50%L27.20029.760.91237.8 2.2 5.7 25%N-L,75%L29.22030.190.97242.0 2.2 4.6
一、工作背景 （一）基本概念 据《江苏省市级资源环境承载力评价要点（试行）》，资源环境承载力是指在可以科学预期的时期内，区域土地资源、水资源、生态环境等要素所能够持续支撑该区域2020年、2030年经济社会发展及远景规划所确定的居民生活水平的最大人口规模，以及可持续增长的最大经济规模，由此可能允许的最低的耕地保有规模、最适的生态用地规模和最大的建设用地规模。具有资源环境承载的基础性、承载容量有限性、承载空间可调控性、动态变化性、区域关联性特点。 （二）评价目的与原则 资源环境承载力是山水林田湖生命共同体“健康水平”的关键表征指标。通过资源环境承载力评价，可以深刻揭示影响各设区市资源环境承载的短板与影响要素，科学反映各设区市资源环境综合承载水平，明确区域国土资源合理开发利用承载潜力和方向，为土地利用总体规划目标确定、指标规模调整、空间布局和结构优化等提供科学依据和基础支撑。主要原则有客观真实、限制性、可操作性、可应用性、“红线”原则。
二、评价内容 （一）资源环境现状分析 其一，全面查清资源环境现状。对影响承载力的资源环境要素（土地资源、水资源、地质环境、土壤环境、水环境、生态环境等）、社会经济发展作全面调查，查清资源与环境的数量、质量和空间分布，分析社会经济发展的目标、阶段和功能定位。其二，分析资源环境对土地利用的影响。利用历史数据分析土地利用结构的动态演变过程，分析资源禀赋对土地利用方式、结构和程度的影响。 （二）资源环境承载力影响或约束因素识别 从经济社会发展、主要资源要素或环境容量保障能力、粮食或农业生产、生态环境保护、地质灾害防范等方面，识别国土保护与开发和经济社会发展，尤其是区域土地利用的资源环境影响或约束因素。重点关注采煤塌陷对土地利用的影响。 （三）资源环境关键因素情景分析 经济社会发展设置“保持现有速度”、“基础情景”、“快速增长”三种情形，资源环境基础条件设置“改善”、
水环境容量计算方法 中国环境规划院李云生 2004.5 ?基本涵义 ?计算模型 ?计算步骤 ?校核方法 第一部分水环境容量的基本涵义 容量涵义 技术指南中的概念定义 ?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，单位时间内该水域最大允许纳污量，称作水环境容量。 ?从上述定义可知，水环境容量主要决定于三个要素：水资源量、水环境功能区划和排污方式。 要素之一：水资源量 ?从某种意义上讲，水资源量是水环境容量基础； ?为了确保用水安全，水环境容量计算采用的是较高保证率的水文设计条件； ?并不是所有的水资源量都用来计算环境容量。 要素之二：水环境功能区 ?水环境功能区划体现人们对水环境质量的需求，反映了人们对水资源的态度：开发、利用或保护。 ?已划分水环境功能区的水域，要从时间、空间两个方面规范功能区达标标准； ?未划分水环境功能区的水域可不进行容量计算；若考虑计算，按较高功能标准进行（II类）。 要素之三：排污方式 ?排污口沿河（或其他水体）位置布设，对河流整体水环境容量影响较大； ?排污口排放方式（岸边或中心，浅水或深水），对局部的污染物稀释混合影响很大； ? ? 第二部分水环境容量的计算模型 ?1、流域概化模型 ?2、水动力学模型 ?3、污染源概化模型 ?4、水质模型 1、流域概化 ?将天然水域（河流、湖泊水库）概化成计算水域，例如天然河道可概化成顺直河道，复杂的河道地形可进行简化处理，非稳态水流可简化为稳态水流等。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。同时，支流、排污口、取水口等影响水环境的因素也要进行相应概化。若排污口距离较近，可把多个排污口简化成集中的排污口。 2、水动力学模型 ?最枯月设计条件
水环境容量计算模型 1）河流水环境容量模型 水环境容量是在水资源利用水域内，在给定的水质目标、设计流量和水质条件的情况下，水体所能容纳污染物的最大数量。按照污染物降解机理，水环境容量W 可划分为稀释容量W 稀释和自净容量W 自净两部分，即： W W W =+稀释自净 稀释容量是指在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，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。 河段污染物混合概化图如图。根据水环境容量定义，可以给出该河段水环境容量的计算公式： 图 完全混合型河段概化图 0()i si i i W Q C C =-稀释 i i si i W K V C =??自净 即：0()i i si i i i si W Q C C K V C =-+?? 考虑量纲时，上式整理成： 086.4()0.001i i si i i i si W Q C C K V C =-+?? 其中： 当上方河段水质目标要求低于本河段时：0i si C C = 当上方河段水质目标要求高于或等于本河段时：00i i C C =
式中：i W —第i 河段水环境容量（kg/d ）； i Q —第i 河段设计流量（m 3/s ）； i V —第i 河段设计水体体积（m 3）； i K —第i 河段污染物降解系数（d -1）； si C —第i 河段所在水功能区水质目标值（mg/L ）； 0i C —第i 河段上方河段所在水功能区水质背景值 （mg/L ）,取上游来水浓度。 若所研究水功能区被划分为n 个河段，则该水功能区的水环境容量是n 个河段水环境容量的叠加，即： 1n i i W W ==∑ 01131.536()0.000365n n i si i i i i i i W Q C C K V C ===-+??∑∑ 式中：W —水功能区水环境容量（t/a ）； 其他符合意义和量纲同上。 2）湖泊、水库水环境容量计算模型 有机物COD 、氨氮的水环境容量模型： 在目前国内外的研究中，多采用完全均匀混合箱体水质模型来预测水库水体长期的动态变化，即将水库视为一个完全混合反应器时，有机物的容量计算模型可以用水体质量平衡基本方程计算。水库中有机物容量模型如下： C t kV S t C t Q t C t Q dt dc c out in in )()()()()(V(t)++?-?= 假设条件：水量为稳态，出流水质混合均匀。 式中：V(t)——箱体在t 时刻的水量，m 3； dt dc ——箱体水质参数COD 、氨氮的变化率； )(t Q in ——t 时刻水库的入流水量，m 3/a ； )(t Q out ——t 时刻水库的出流水量，m 3/a ；
第五章资源与环境承载力分析 5.1土地资源承载力 根据本次郭坑园区总体规划可知，开发区规划总用地面积为272.11 hm2，其中规划总建设用地面积为197.07 hm2，新增建设用地152.67 hm2。郭坑园区的规划建设需要漳州市龙文区提供相应面积的建设用地作为保障。 本次郭坑园区规划的土地利用类型情况见表5.1-1及图5.1-1。 表5.1-1 郭坑园区规划用地情况表 图5.1-1 郭坑园区规划用地类型构成图
本次规划实施后郭坑园区规划范围内的土地利用类型将发生明显的改变，规划范围内现状的园地、耕地、林地等农林业生产用地将逐步被建设用地所取代，工业用地将大规模的引入郭坑。规划实施后郭坑园区土地利用的变化情况见下图及下表。 表5.1-2 规划实施前后郭坑园区土地利用变化情况表 图5.1-2 郭坑园区规划实施前后土地利用变化图 根据《漳州市龙文区土地利用总体规划（2006-2020年）》确定的土地利用主要调控指标，2010~2020年，龙文区新增建设用地面积不超过1151 hm2，其中新增建设用地占用农用地规模不超过1289hm2，新增建设用地占用耕地规模不超过528 hm2，整理复垦开发补充耕地义务量不少于73 hm2。 表5.1-1 龙文区土地利用主要调控指标
从郭坑园区开发建设所需的土地资源量和《漳州市龙文区土地利用总体规划（2006-2020年）》给出的区域土地供给量之间的关系来看，到2020（规划中期），开发区建设用地面积将达到152.52 hm2，约占龙文区建设用地总量的3.25%，占城镇工矿建设用地总量的3.65%；规划中期（2020年）新增建设用地总面积为108.12 hm2，占龙文区新增建设用地总量的5.41%。郭坑园区建设所需的新增建设用地主要靠占用规划范围内现状的园地、耕地、林地等农林业生产用地来满足供给需要，根据开发区总体规划，到2020年，开发区内新增建设用地占用的农用地规模为龙文区所给调控指标的5.44%，所占比例较小，并且被占用的耕地中不涉及基本农田保护区。 因此，环评认为本次郭坑园区到规划中期（2020年），即《漳州市龙文区土地利用总体规划（2006-2020年）》的规划年限时，龙文区的土地资源存量可以承载郭坑园区的规划建设，规划是实施不会影响《漳州市龙文区土地利用总体规划（2006-2020年）》中确定的耕地、园地和基本农田面积等保有量指标的实现。但是，郭坑园区在建设过程中应该严格执行土地利用总体规划的要求，对占用有条件建设区的，应按规定进行报批和调整，杜绝对土地资源的浪费；同时，在龙文区下一轮土地利用规划修编和调整的过程中，在龙文区土地资源可以承载的前提下，也应适当考虑郭坑园区园区发展对建设用地的需求，以满足工业和经济发展的要求。 5.2水资源承载力 水资源承载力是指区域水资源能够承载的社会经济活动的极限值。随着时间和空间转换，水资源承载力与自然资源条件以及资源开发配置紧密相关，反映了社会经济活动与自然资源禀赋之间的相互影响与互动。 依据供水量分析和需水量预测结果，分析可利用水资源量与水资源需求总量的关系，评价水资源供给的安全性及用水的合理性，在此基础上提出水资源配置、节约用水等方面的建议。
第25卷第3期 2014年5月水科学进展ADVANCES IN WATEＲSCIENCE Vol．25，No．3May ，2014 地表水水环境容量计算方法回顾与展望 董飞1，2，刘晓波1，2，彭文启1，2，吴文强 1，2（1．中国水利水电科学研究院水环境研究所，北京100038； 2.流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京100038） 摘要：为厘清中国地表水水环境容量计算方法演变历史，探讨计算方法发展趋势，在系统调研大量水环境容量研 究文献基础上，详细梳理水环境容量从概念引入到研究至今的过程，归纳出中国地表水水环境容量研究过程中产 生的五大类计算方法：公式法、模型试错法、系统最优化法（线性规划法和随机规划法）、概率稀释模型法和未确 知数学法。解析了各类方法的基本思路、产生过程及应用进展，评述了各类方法的优缺点及适用范围。通过与国 外水环境容量计算方法的比较，基于水环境系统复杂性及中国水资源管理特点与应用需求，认为中国应强化对概 率稀释模型法、未确知数学法及随机规划法等3种方法的研究和改进。 关键词：地表水；水环境容量；计算方法；概率稀释模型；系统最优化；未确知数学 中图分类号：TV131，X143；G353.11文献标志码：A 文章编号：1001- 6791（2014）03-0451-13收稿日期：2013- 10-11；网络出版时间：2014-04-10网络出版地址：http ：//https://www.doczj.com/doc/1d3043146.html, /kcms /detail /32.1309.P.20140410.0950.010.html 基金项目：国家自然科学基金资助项目（51209230）；水体污染控制与治理科技重大专项（2013ZX07501- 004）作者简介：董飞（1983—），男，山东淄博人，博士研究生，主要从事流域容量总量控制理论与方法等研究。 E-mail ：dongfei99999@https://www.doczj.com/doc/1d3043146.html, 通信作者：彭文启，E- mail ：pwq@https://www.doczj.com/doc/1d3043146.html, 环境容量是环境科学的基本理论问题之一，是环境管理的重要实际应用问题之一［1］。水环境容量是环 境容量的重要组成部分，是容量总量技术体系的核心内容之一。随着中国水环境管理体系从浓度控制、目标 总量控制向容量总量控制的转变，实现流域水质目标管理 ［2］与水功能区限制纳污红线管理［3］，水环境容量理论及计算方法研究的重要性更加凸显。 早在20世纪70年代后期，随着环境容量概念的引入，中国学者即开始了对水环境容量的研究［4］。在经 过短时期的对水环境容量基本概念的强烈争论后，迅速实现从基本理论到实际应用，从定性研究到定量化计 算的转变［5］；同时注重吸收欧美等国的研究成果［6］。随着研究的不断深入，特别是水环境数学模型应用及 计算机技术的不断进步，逐渐形成了公式法 ［7］、系统最优化法［5］、概率稀释模型法［6］、模型试错法［8］等计算方法，盲数理论等不确定性数学方法也引入其中［9］。在地表水方面，水环境容量计算中所用的水环境数学模型从Streeter- Phelps 简单模型［5］发展到WASP 、Delft 3D 等大型综合模型软件［10］，计算区域从河段、河流发展到河口、湖库、河网、流域［11］，计算维数从一维发展到二维和三维［12］，计算条件从稳态发展到动 态［13］，所针对的污染物从易降解有机物、重金属发展到营养盐等［7］。近年来，常见关于水环境容量总体研究进展的文献 ［14-15］，然而未有专门系统论述水环境容量计算方法研究进展的文献；同时，文献中通常将中国水环境容量计算方法分为3类或4类 ［8，10］，笔者认为这难以对水环境容量计算方法作全面概括，本研究旨在弥补这一不足。以地表水水环境容量为重点，兼顾海洋水环境容量，大量调研中外文献，系统研究中国在地表水水环境容量计算方面从起步到当前的各种方法；同时对照欧美国家的计算方法，对中国地表水水环境容量计算方法进行重新归类。在解析各类计算方法研究及应用情况的基础上，对各类计算方法的优缺点及适用范围作了评述。在比较分析国内外计算方法特征的基础上，结合各类计算方法对复杂水环境系统的适应性及中国水资源管理特点对水环境容量计算的需求，对中国今后地表水水环境容量计算方法的发展趋势作了展望。DOI:10.14042/https://www.doczj.com/doc/1d3043146.html,ki.32.1309.2014.03.020
资源环境承载力综合评价 摘要：资源环境承载力评价是综合衡量区域人口、资源、环境是否协调、经济发展是否可持续的重要方式。通过建立资源环境承载力综合评判模型评估电白区生态环境承载的基本状况，对制约电白区社会经济发展的关键因素进行评价。结果显示，2015年电白区资源环境、社会经济及效率三个准则层承载力值分别为0.3，0.32，0.84，资源环境、社会经济承载力与效率承载力间存在较大差距。考虑到全区自然社会经济环境的协调有序发展，建议必须加强对当地自然资源尤其是森林、耕地等的保护，优化建设用地空间配置，提高土地利用效率和集约水平。 1前言 资源环境承载力是指在一定的时期和一定的区域范围内，在维持区域资源结构符合可持续发展需要，区域环境功能仍具有维持其稳态效应能力的条件下，区域资源环境系统所能承受人类各种社会经济活动的能力。区域资源环境承载力是对资源开发强度与环境承载力之间是否协调进行判断的一个重要标志。它综合衡量人口、资源、环境是否协调、经济发展是否可持续，具有系统性、开放性、动态性和综合性等特点。
通过建立资源环境承载力综合评判模型评估电白区生 态环境承载的基本状况，对制约电白区社会经济发展的关键因素进行评价。资源环境承载力评估的目的是为建设用地供给的空间配置和社会生产力的布局提供科学依据。2研究区概况 电白区位于广东省西南部，茂名市东南部，粤西地区的东部，东经110°54′-111°29′、北纬21°22′-21°59′。东部以儒洞河与阳西县为界，东北部与阳春县相邻，西北至北部与高州市接壤，西至西南部与茂南区、茂港区毗连，东南濒临辽阔的南海。电白区海岸线长约220公里，属亚热带季风气候，温暖湿润。2014年2月，国务院同意调整茂名市部分行政区划，撤销茂港区和电白县，设立茂名市电白区，原茂港区并入电白区成立新的电白区。 3资源环境承载力评价 3.1评价指标体系 资源环境综合承载力由资源承载力与环境承载力构成，遵循综合性、可操作性、可比性、区域性等原则，根据区域资源状况、环境条件和社会经济等方面与区域资源环境承载能力密切相关因素，从资源、环境、社会、经济、效率五个方面构建资源环境承载力评价指标体系，将资源环境合并为资源环境子系统，将社会、经济合并为社会经济子系统，效率单独为一个子系统。本次评价通过专家咨询并借鉴国际国
全国水环境容量核定 技术指南 中国环境规划院 2003年9月
一、总论 ......................... 错误!未定义书签。 工作目标........................................ 错误!未定义书签。 工作内容........................................ 错误!未定义书签。 工作原则........................................ 错误!未定义书签。 时间要求........................................ 错误!未定义书签。 组织机构........................................ 错误!未定义书签。 工作成果........................................ 错误!未定义书签。 二、污染源调查 ................... 错误!未定义书签。 技术路线........................................ 错误!未定义书签。 水陆对应关系调查................................ 错误!未定义书签。 确定水域范围............................ 错误!未定义书签。 确定排污控制城镇........................ 错误!未定义书签。 确定排放去向............................ 错误!未定义书签。 基础数据调查.................................... 错误!未定义书签。 工业污染源调查.......................... 错误!未定义书签。 城市生活污染源调查...................... 错误!未定义书签。 农村生活污染源调查...................... 错误!未定义书签。 农田径流污染源调查...................... 错误!未定义书签。 畜禽养殖污染源调查...................... 错误!未定义书签。 城市径流污染源调查...................... 错误!未定义书签。 矿山径流（固体废物）污染源调查.......... 错误!未定义书签。 城市供排水管网及污水处理设施调查........ 错误!未定义书签。 入河排污口调查.......................... 错误!未定义书签。 数据计算分析.................................... 错误!未定义书签。 城市生活污染物排放量计算................ 错误!未定义书签。 农村生活污染物排放量计算................ 错误!未定义书签。
河流、湖泊、水库、湿地水环境容量计算模型（附国家技术指南、计算标准及模型系统下载） ▼ 水环境容量计算模型 1）河流水环境容量模型 水环境容量是在水资源利用水域内，在给定的水质目标、设计流量和水质条件的情况下，水体所能容纳污染物的最大数量。按照污染物降解机理，水环境容量可划分为稀释容量和自净容量两部分，即： 稀释容量是指在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，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。 河段污染物混合概化图如图1。根据水环境容量定义，可以给出该河段水环境容量的计算公式： 考虑量纲时，上式整理成： 其中： 当上方河段水质目标要求低于本河段时： 当上方河段水质目标要求高于或等于本河段时：
若所研究水功能区被划分为n个河段，则该水功能区的水环境容量是n个河段水环境容量的叠加，即： 式中：W—水功能区水环境容量（t/a）； 其他符合意义和量纲同上。 2）湖泊、水库水环境容量计算模型 有机物COD、氨氮的水环境容量模型： 在目前国内外的研究中，多采用完全均匀混合箱体水质模型来预测水库水体长期的动态变化，即将水库视为一个完全混合反应器时，有机物的容量计算模型可以用水体质量平衡基本方程计算。水库中有机物容量模型如下： 假设条件：水量为稳态，出流水质混合均匀。
由此模型推导出的COD、氨氮环境容量的计算公式如下： 总氮总磷的水环境容量计算模型 水库中氮和磷等营养盐物质随时间的变化率，是输入、输出和在水库内沉积的该种污染物的量的函数，因此营养盐物质容量计算可采用沃伦威得尔模型(Vollen—welder)，即可以用质量平衡方程表示。 总氮总磷的水环境容量模型可采用吉柯奈尔-迪龙（Kirchner-Dillon）水库营养物浓度预测模型，其形式如下：
前言 20世纪以后特别是进入21世纪以来，世界人口的快速增长已经成为人类面临的最大挑战，1987年世界总人口突破了50亿，如今世界总人口又突破60亿，预计2025年世界总人口将达到85亿，如果不加以控制，世界人口将无限制地增长下去。在人口剧增的同时，供人类衣、食、住、行的自然资源消耗也日益增加，而地球上的资源是有限的。很多人口学家和人类学家深信，目前人类生产和生活对生态和环境形成的压力已超过了地球可以承受的极限。更为严重的是，人类在对自然资源进行加工过程中产生大量废渣、废水、废气，各类制成品在使用后又留下大量废弃物，对生态和环境造成极大威胁和破坏。人口、资源和环境之间的失衡对生态系统已经构成了严重威胁，成为出现在人类发展和进步道路上的巨大挑战。如何协调人口、资源和环境之间的关系，资源环境综合承载力研究就是其中的关键之一。 资源环境承载力评价的目的是协调区域社会经济活动与区域环境系统结构的相互关系，实现可持续发展，为制定国民经济发展计划或者开展规划提供科学依据。本次专题研究主要是为了分析临沧市域资源环境所能承载的人口限制，为本次城市总体规划编制提供合理的依据。 一、人口与资源环境综合承载力 1.关于资源环境综合承载力国内外研究现状 国外资源环境综合承载力研究最早可追溯至1949年美国学者福格特所著《生存之路》一书，书中首次把人类对自然资源环境的过度开发所造成的生态变化称为“生态失衡”，并提出区域承载力概念，以反映区域资源环境的人口与经济发展容量。1960～1970 年代，美国麻省理工学院梅多斯指导的研究小组，引入系统动力学模型对全球的环境发展问题进行探索，模拟人口增长、工业化、粮食生产、自然资源消耗和环境污染之间的复杂反馈关系，提出了“零增长”的发展模式。1980 年代英国科学家Sleeser提出计算资源环境承载力的新方法：增加承载力的策略模型，该方法基于新的资源环境承载力定义，综合考量人口、资源、环境和发展之间的关系，并建立了系统动力学模型，通过模拟不同发展策略下的关系变化确定以长远发展为目标的区域发展优选方案。 国内资源环境综合承载力概念的明确出现，由刘殿生对秦皇岛市进行相关研究中建立。作者将大气、水、土地、海洋生物资源及大气环境、水环境稀释自净能力等综合因素构成的环境承载力称作“资源与环境综合承载力”，它由一系列相互制约、对应的发展变量和制约变量组成，采用专家咨询法和加权平均法来确
生态资源环境承载力 环境生态社区ecocity2010 整理 一、资源环境承载力概念 1、承载力 承载力在生态学中的最早应用始见于1921年。在这一年，帕克(Park)和伯吉斯(Burgess)在有关的人类生态学杂志中，提出了承载力的概念，即“某一特定环境条件下(主要指生存空间、营养物质、阳光等生态因子的组合)，某种个体存在数量的最高极限”。在讨论生态系统所提供的资源和环境与人类社会系统之间的关系时，承载力便成为了一个探讨可持续发展不可回避的概念。 承载力在人口、环境规划和管理、畜牧系统管理、农业、旅游、自然资源管理、森林管理以及城市规划等领域都得到了广泛的应用和研究，被赋予了十分丰富的内涵，也因此产生了不同的承载力概念和相应的承载力理论，形成了不同类型的承载力，研究的目标仍以人口为主流，主要的有土地承载力、资源承载力、环境承载力、生物物理承载力、文化承载力、社会承载力、经济承载力等。 2、资源承载力 联合国教科文组织给资源承载力(Resource Bearing Capacity)下的定义是：“一个国家或地区的资源承载力是指在可以预见到的期间内，利用本地能源及其自然资源和智力、技术等条件，在保证符合其社会文化准则的物质生活水平条件下，该国家或地区能持续供养的人口数量。”资源承载力是一个复杂系统，其承载量一是取决于资源系统本身，包括资源的数量、质量、资源的开采条件以及人们利用资源的程度、方式与手段等;二是取决于资源系统与人口、环境、经济和社会系统的相互协调程度。 3、环境承载力 在充分认识环境系统与人类社会经济活动的关系，并在承载力和环境容量概念基础上，提出了环境承载力的概念。国内较严格的“环境承载力”的概念最早出现在北京大学完成的《福建省湄洲湾开发区环境规划综合研究总报告》中,即“在某一时期、某种状态或条件下,某地区的环境所能承受的人类活动的阈值”。这里,“某种状态或条件”,是指现实的或拟定的环境结构不发生明显向不利于人类生存的方向改变的前提条件。所谓“能承受”是指不影响环境系统正常功能的发挥。由于环境所承载的是人类的活动(主要指人类的经济活动),因而承载力的大小可以用人类活动的方向、强度、规模等来表示。 环境承载力研究拓展了承载力研究的范围,将大气、水环境等纳入了自己的研究范畴。其主要目的是为环境规划、环境影响评价提供理论依据。总体上看,目前环境承载力研究主要是在土地资源承载力研究的基础上叠加了环境容量部分,并试图通过评价包括环境容量资源在内的资源观,探讨人类活动与环境之间的协调程度。因此,本质上主要是对人类活动的环境影响的事后评价。 随着研究的深入、环境定量技术的开发和信息技术的运用,特别是系统动力学(SD)所具有的对环境承载力系统进行动态的定量化计算的优点,遥感技术(RS)所具有的快速、准确的数据采集能力,地理信息系统(GIS)技术所具有的对环境承载力进行空间分析的功能,使得环境承载力定量化研究更加深入。 4、资源环境承载力 资源环境承载力的提出，和资源承载力、环境承载力有着密切的内在联系。所谓资源环境承载力(Resource Environmental Bear Capacity)，是指在一定的时期和一定的区域范围内，在维持区域资源结构符合持续发展需要区域环境功能仍具有维持其稳态效应能力的条件下，区域资源环境系统所能承受人类各种社会经济活动的能力。资源环境承载力是一个包含了资源、环境要素的综合承载力概念。其中，承载体、承载对象和承载率是资源环境承载力研究的三
《资源节约与环保》2014年第10期 科技论文与案例交流科技论文与案例交流摘要：近几年来，随着社会经济的不断发展，水环境污染越来越严重。因此，加强水环境保护至关重要。水环境容量作为水环境管理的重要手段，对其计算能够为水环境安全保护提供参考依据。为此，本文重点探讨水环境容量计算方法，以望对后期水环境管理工作提供技术借鉴。关键词：水环境容量；计算方法；分析水环境容量是指在一定水域范围内，并确定排污方式的前提之下，在单位时间内所确定的最大纳污量。根据水环境容量能够反映水环境对污染物的承受能力，为水环境保护提供依据。因此，在水环境保护中水环境容量具有无可取代的作用。而水环境容量计算方法能够成为水环境质量评价、区域规划的重要依据，可为污染物的总量控制提供有效的技术支持。下面对其加以详细阐述。1水环境容量概述迄今为止，对于水环境容量的研究成果较多，并未形成统一及公认的定义。但大多数学者认为排入河流的污染物受到河流的水动力特性影响，与水团运动形态实现交换，并将其扩散，被河水所降解，即水环境容量。对于水环境容量可认为是环境的自净同化能力，也可认为是不危害环境的最大允许纳污能力。我国《排放水污染总量控制技术规范》中已明确指出水环境容量是指：将给定水域和水文、水力学条件,给定排污口位置,满足水域某一水质标准的排污口最大污染物排放量，叫做该水域在上述条件下的所能容纳的污染物质总量,通称水环境容量。水环境容量通常具有系统性、资源性及区域性（1）系统性。指水域与上游、下游中形成不同的空间生态系统，为此，应从流域的视角出发，对流域内的各水域的水环境容量进行合理调节。（2）资源性。该属性是一种自然属性，主要体现在排入污染物的缓冲之上，能够纳入足量的污染物，满足人们的生产及生活需求。但需要注意的是一旦水域环境遭到破坏，其恢复原有容量的过程较为缓慢。（3）区域性。则是指由于受到地理、气象及水文的若干影响，使得在不同区域中的污染也不相同。对于水环境容量，影响因素较多，主要受到水体功能、水文特征、污染物及其排污方式的影响，对这些因素应给予重视。2水环境容量计算方法分析2.1计算流程在计算水环境容量时一般遵循以下流程：第一步，对水功能区基本资料的调查收集及分析整理；第二步，对水功能区水质状况进行调查评估；第三步，对河流排污口的实际状况进行调查分析，并确定河流排污口的负荷状况；第四步，对水功能区设计水文条件；第五步，对水质目标进行确定；第六步，确定模型参数，并对水域环境的容量进行计算；第七步，对计算结果的合理性进行分析、验证及应用。 2.2计算模型水环境容量计算手段以数学模型为基础，并根据污染物类型的不同，进而将水环境容量模型分为难降解有机物环境容量、容易降解有机物的环境容量模型等。按照水环境容量公式所采用的水质数学模型维数的不同，又可将水环境容量模型分为零维水环境容量模型、一维水环境容量模型及二维水环境容量模型。下面重点介绍多排污口一维水环境容量模型及单排污口一维水环境容量模型：对于多排污口一维水环境容量模型表达式为W=（其中W 表示水环境容量，单位为kg/d ；Cs 为污染物控制浓度，单位为mg/L ；Co 为进口断面污染物浓度，单位mg/L ；k 为综合降解系数，单位I/d ；L 为河流水功能区长度，单位m ；u 为河道水流平均流速，单位m/s ；V 表示水体体积，单位m 3）。该模型主要是对污染源沿河均匀分布的相关假设，而在实际的应用中，其计算结果与零维水环境容量的计算模型之间有较大差异。对于单排污口一维水环境容量模型表达式为W=（Qo+q ）Csexp[kx/u]-CoQo ）(其中Qo 表示进口断面的入流流量，单位m 3/s ；q 表示污水入流流量，单位m3/s ；x 表示水质控制断面与排污口的距离，单位m ；其余含义与上述多排污口一维水环境容量模型相同)。若不考虑q 的影响，则可将上述模型转换为W=86.4×[QoC-sexp[kx/86400u]-Co]。该模型主要将混合区考虑在内，能够较好的实现水环境容量，该模型应用较为广泛。若不考虑弥散作用下的一维稳态水质模型，而是根据地下水沿河水连续补给，并将补给强度及污染物的浓度确定不变，进而可得到地下水连续补给下的一维稳态水质模型，表达式为C(x)= （其中C(x)表示河流实际污染物的浓度，单位为mg/L ；α为相对河流流量的地下水补给强度，单位为km-1；）Cso 表示河段起始断面污染物的浓度，单位为mg/L ；k 为含水层的渗透系数，单位为m/d ；v 表示断面间的河流平均流速，单位为m/s ；Cgo 表示低下水污染的浓度，单位mg/L 。根据C (x)= 公式可推导河流水环境容量的计算公式，Es=S ·exp()(其中Es 、S 、Qp 分别表示水环境总容量（t/d ）、河段水质标准（mg/L ）、河段污水排放量（m3/s ），其余表示同前)。3结语 水环境容量作为水环境管理安全的重要手段，分析其计算方法，能够为水环境的安全管理提供相应的技术参考依据。本文特对计算步骤及计算模型进行阐述，对模型进行推导，进而得出计算公式，以望对水环境容量的计算有全面的认识。参考文献[1]范丽丽,沙海飞,逄勇,等.太湖湖体水环境容量计算[J].湖泊科学,2012,24(5):693-697.[2]姜欣,许士国,练建军,等.北方河流动态水环境容量分析与计算 [J].生态与农村环境学报,2013,29(4):409-414. 关于水环境容量计算方法分析甄江燕（贵州大学资源与环境工程学院贵州贵阳550025）36
第四章水质模型与水环境容量 1、污染物质在水中有哪些运动形式？ 污染物质在水中运动的形式，可以分为两大类：一类是随流输移运动，一类是扩散运动。在随流输移运动中，污染物服从水体的总体流动特征，产生从一处到另一处的大范围运动（包括主流方向以及垂直主流方向）。而扩散运动则是使污染物质在水体中得到分散和混和的物理机制，按物理机制的不同，扩散运动包括分子扩散、紊动扩散和剪切流离散。此外，在工程实际当中遇到的水体大都是具有固体边界的（大面积水体中的局部污染问题除外），而污染物在边界附近，将产生所谓边界反射问题，而且这种反射作用往往对污染物的分布产生重要影响，不可忽略。 2、什么是水质模型和环境容量？ 水质模型，是一个用于描述物质在水环境中的混合、迁移的，包括物理、化学、生物作用过程的数学方程，该方程（或方程组） 用来描述污染物数量与水环境之间的定量关系，从而为水质评价、 预测和环境影响分析提供基础的量化依据。 环境对污染物的容纳也有一定限度，这个限度我们称之为环 境容量或者环境负荷量，超过了这个限度，环境就可能遭到破坏。 水环境容量则是指在满足一定的水环境质量标准的前提下，水体能 够容纳污染物的最大负荷量。 水环境容量的推求同样是以污染物在水体中的输移扩散规律以及水质模型为基础的，是对污染物基本运动规律的实际应用。水环境容量的计算，从本质上讲就是由水环境标准出发，反过来推求水环境在此标准下所剩的污染物允许容纳余量，其中包含了在总量
控制的情况下，对纳污能力的估算和再分配。 3、什么是水质模型？ 水质模型是一个用于描述污染物质在水环境中的混合、迁移过程的数学方程或方程组。建立水质模型，首先要针对所研究污染的性质选择合适的变量，明确这些变量的变化趋势以及变量相互作用的实质；然后用数学方程或方程组予以描述，建立模型，利用数学方法求解；最终与实际资料对比、验证，修改、提炼模型，以解决实际问题。 4、分子扩散运动的费克定律有哪些主要内容？ （1）费克（fick ）第一定律 费克（fick ）第一定律提出单位时间内，通过单位面积的溶解物质与溶质浓度在该面积法线方向的梯度成比例，扩散强度与污染物自身特性有关。 x m x x c D Q ??-= （5－1） 式中：Q x 为在x 方向单位时间通过单位面积的扩散物质的质量简称通量；C 为扩散物质的浓度（单位体积流体中的扩散物质的质量）；x c ??为扩散物质在x 方向的浓度梯度；D m 为分子扩散系数，与扩散物的种类和流体温度有关，具有[L 2/T]的量纲。式中的负号表示扩散物质的扩散方向为从高浓度向低浓度，与浓度梯度相反。 （2）费克（fick ）第二定律 在水体中取微分六面体，对其应用质量守恒定律（见图5-1），可以得到三维分子扩散方程，它在直角坐标下的一般形式为：
水质模型与水环境容量 课程辅导 第四章 水质模型与水环境容量 1、污染物质在水中有哪些运动形式？ 污染物质在水中运动的形式，可以分为两大类：一类是随流输移运动，一类是扩散运动。在随流输移运动中，污染物服从水体的总体流动特征，产生从一处到另一处的大范围运动（包括主流方向以及垂直主流方向）。而扩散运动则是使污染物质在水体中得到分散和混和的物理机制，按物理机制的不同，扩散运动包括分子扩散、紊动扩散和剪切流离散。此外，在工程实际当中遇到的水体大都是具有固体边界的（大面积水体中的局部污染问题除外），而污染物在边界附近，将产生所谓边界反射问题，而且这种反射作用往往对污染物的分布产生重要影响，不可忽略。 2、分子扩散运动的费克定律有哪些主要内容？ （1）费克（fick ）第一定律 费克（fick ）第一定律提出单位时间内，通过单位面积的溶解物质与溶质浓度在该面积法线方向的梯度成比例，扩散强度与污染物自身特性有关。 x m x x c D Q ??-= 式中：Q x 为在x 方向单位时间通过单位面积的扩散物质的质量简称通量；C 为扩散物质的浓度（单位体积流体中的扩散物质的质量）； x c ??为扩散物质在x 方向的浓度梯度；D m 为分子扩散系数，与扩散物的种类和流体温度有关，具有[L 2/T]的量纲。式中的负号表示扩散物质的扩散方向为从高浓度向低浓度，与浓度梯度相反。 （2）费克（fick ）第二定律 ???? ????+??+??=??222222z c y c x c D t c m
上式即为各向同性情况下的三维分子扩散方程，是费克第二定律的特殊形式。 3、移流扩散可分为哪些阶段？ 从运动阶段上考察，移流扩散大致分为三个阶段：第一阶段为初始稀释阶段。该阶段主要发生在污染源附近区域，其运动主要为沿水深的垂向浓度逐渐均匀化。第二阶段为污染扩展阶段。该阶段中，污染物在过水断面上，由于存在浓度梯度，污染由垂向均匀化向过水断面均匀化发展。第三阶段为纵向离散阶段。该阶段中，由于沿水流方向的浓度梯度作用，以及断面上流速分布，出现了沿纵向的移流扩散，该扩散又反过来影响了断面的浓度分布，从而与第二阶段的运动相互作用。 4、如何求解水质模型？ 水质模型主要有如下求解方法： （1）理论解析解 将问题简化后，方程变为低维、低阶、线性的形式，可以用数理方程 中的标准方法进行求解，包括量纲分析方法、变量替换法、镜像法等。 （2）数值解法（数值模拟方法） 差分法、有限元方法、有限体积法等。数值模拟方法有许多优点，例如：可解决高阶非线性问题，不受场地和比尺限制，可在短时间内测试各种 可能方案等。而且由于当前计算机技术的高度发展，数值模拟方法有着更加 广阔的前景和应用范围。 （3）物理模型 这是传统的解决流体力学问题的方法，同样适用于水环境问题的解决。 在实物模型中，可以直接观测流动和扩散现象，测量所关心的污染物浓度分布。物理模型方法比较直观，而且对于一些未能建立数学方程的复杂问题， 只要抓住支配扩散的主要因素，即可得到较为符合实际的结果。该方法的不 足之处在于对概化的灵敏度较高，而且由于物理模型往往需要大量试验材料， 因此可能花费较多的经费。 （4）原型观测、类比分析 在天然流场中，对实际的污染物形成的浓度场进行观测。由于该方法较 之前面几种方法缺乏预测性，因此，一般用来确定解析方法或者数值模拟方法 中需要的扩散系数等参数，或用于验证物理模型和数学模型的可靠性及类似水 环境问题的类比分析。
1、中国地表水水环境容量研究过程中产生的五大类计算方法: 公式法、模型试错法、系统最优化法( 线性规划法和随机规划法) 、概率稀释模型法和未确知数学法 2、水环境容量软件：WASP、Delft 3D 等大型综合模型软件 3、王华东和夏青［5］将环境容量定义为: 相对于某种环境标准，某环境单元所容许承纳的污染物的最大数量，同时认为环境容量是一个变量，且由基本环境容量( 差值容量) 和变动环境容量( 同化容量) 两部分组成，基本环境容量指拟定的环境标准与环境本底值之差，变动环境容量指该环境单元的自净能力。 4、水环境容量=稀释容量+自净容量+迁移容量表 5、公式法 6、模型试错法在河流的第一个区段的上断面投入大量的污染物，使该处水质达到水质标准的上限，则投入的污染物的量即为这一河段的环境容量; 由于河水的流动和降解作用，当污染物流到下一控制断面时，污染物浓度已有所降低，在低于水质标准的某一水平( 视降解程度而定) 时又可以向水中投入一定的污染物，而不超出水质标准，这部分污染物的量可认为是第二个河段的环境容量; 依此类推，最后将各河段容量求和即为总的环境容量 7、环境科学中所采用的系统最优化方法有线性规划、非线性规划、动态规划及随机规划等 8、概率稀释模型法方法的基本思路如下: ①基于特定的基本假定，建立污染物与水体混合均匀后下游浓度的概率稀释模型; ②利用矩量近似解法求解控制断面在一定控制浓度下的达标率; ③利用数值积分求解水体在控制断面不同控制浓度、不同达标率下的水环境容量。9、
10、粒子群算法众多变种中的RPSM［21］方法 11、 12、三角模糊数/盲数理论 13、
小流域水污染防治规划培训讲稿 水环境容量计算 四川大学黄川友 在小流域水污染防治规划编制过程中，有两个重要问题需要明确：①根据规划区域水污染调查监测资料及地表水环境质量监测数据，明确各水污染源是否实现达标排放及满足总量控制的要求，区域地表水环境质量是否符合水体使用功能要求；②如果地表水环境质量及区域水污染源满足环保要求，则可分析计算出研究水域剩余水环境容量，为区域社会经济发展及水污染源的总量控制提供依据；如果地表水质及区域水污染源达不到环保要求时，则需分析计算出研究水域削减污染负荷量，为地表水质达到水域功能要求与水污染源的达标治理合理控制提供依据。因此，不论是前者还是后者，都需要进行研究水体的水环境容量计算，以利于流域水污染防
治规划方案的编制，及区域水污染源的控制与水环境质量达到水体功能要求。 水环境容量是基于对流域水文特征、排污方式、污染物迁移规转化律进行分析研究的基础上，结合环境管理需求确定的水污染负荷量管理控制目标。水环境容量既反映流域的自然属性（水环境特性），同时又反映人类对水环境的需求（主要是水质目标），水环境容量将随着水资源情况的不断变化和人们环境质量需求的不断提高而不断发生变化。 1.基本概念 1.1.定义 在给定水域范围和环境水文条件、规定排污方式和水质目标的前提下，单位时间内该水域最大允许纳污量，称作水环境容量。 按照污染物降解机理，水环境容量可划分为稀释容量（W稀释）和降解容量（W降解）两部分。实际的水环境容量确定，是在分析稀释容量与降
解容量的基础上，根据排污方式的限定与环境管理的具体要求，即在不改变排污口位置、水质目标及确定环境水文条件等情况下，确定水域的环境容量（W 容）。 自 净 稀 释 W W 排 放 方 式 稀 降
益阳市水环境容量核定分析报告 益阳市环境保护局 二OO四年七月
目录 第一章总论 第二章污染源调查 第三章水环境容量计算 第四章水环境容量核定成果利用
第一章总论 一、水环境容量核定工作过程与情况 1、工作背景 改善水环境质量是我国环境保护的主要任务之一。实施水污染物总量控制是改善水环境质量的重要措施。我国对水污染物排放总量控制先后经过了浓度控制和目标总量控制，现已逐渐进入容量排放总量控制阶段。浓度控制和目标总量控制没有建立水污染物排放量和水体水质之间的对应关系，即按照水体水质保护目标，水污染物排放总量需要控制的水平，也没有解决水污染物排放量的分配问题。这两个问题的解决，必须在水环境容量核定的前提下，进行容量总量控制。 2、工作目标 本次水环境容量核定的工作目标为：通过污染源水陆对应关系以及水污染物排放的分类调查，通过建立污染源与水环境质量的输入响应关系，通过模型正向模拟，得到全河段符合不同区域水质目标要求的水环境容量，校核、分析、确定水环境功能区、河流、流域、行政区域不同层次的水环境容量，为管理提供科学基础和技术平台，为总量分解和排污许可证发放奠定基础，为制定水环境保护各专业规划提供依据。 3、工作过程 根据国家环保总局和省局的统一安排，我市从2003年11月
在全市全面开展了水环境容量核定工作。 3.1 成立市水环境容量核定工作领导小组，组成如下： 组长：罗文 副组长：余德涵 成员：熊明民邓智明李桂更粟剑斌 3.2 2003年11月6日至7日，市环保局选派3名技术人员参加了省局组织的水环境容量核定工作培训，各区（县）市环保局也各选派1名业务骨干参加了培训。通过培训，明确了水环境容量核定工作思路和方法，为全面、准确完成该项工作任务奠定了基础。 3.3 各区（县）市环保局完成基本表格数据调查，摸清各类污染源的排放去向和排放量，将基础数据上报市环保局。 3.4 市环保局校验并最终确定各类源强系数和入河系数，对各区（县）市环保局上报基本表格进行校核后，进行汇总和计算，将结果上报省局。 3.5 根据省局确定的容量计算模式和参数，市环保局完成全市容量计算和核定（其中洞庭湖水系容量由省局统一计算核定），并编写水环境容量分析报告。 二、区域水资源和水环境现状背景 1、水系概况 益阳市有大小溪河293条，流经市内最长的河流是资水，自西南蜿蜒向东北经安化、桃江、益阳市区至甘溪港注入洞庭湖，