水环境容量计算方法研究及应用
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水环境容量研究报告一、引言1.1 研究背景及意义随着我国经济的快速发展和城市化进程的加快,水环境问题日益突出。
水环境容量作为衡量水体环境质量的重要指标,直接关系到水资源可持续利用和生态环境保护。
当前,我国许多地区水环境容量超负荷,导致水质恶化,生态系统退化,严重影响了人民群众的生活质量和经济社会的可持续发展。
因此,加强水环境容量研究,对提升水环境质量,保障水资源安全,推动生态文明建设具有重要的现实意义。
1.2 研究目的与任务本研究旨在深入剖析水环境容量的内涵、计算方法及其影响因素,分析我国水环境容量现状,探讨提升水环境容量的有效策略,为政府部门和企业提供科学决策依据。
具体任务包括:阐述水环境容量相关概念;分析水环境容量计算方法及其影响因素;评估我国水环境容量现状;提出针对性的水环境容量提升策略;结合实际案例分析,验证策略的有效性。
1.3 研究方法与技术路线本研究采用文献分析、实地调查、数据统计和模型计算等方法,结合国内外相关研究成果,系统研究水环境容量问题。
技术路线如下:1.梳理水环境容量相关概念、内涵及计算方法;2.分析我国水环境容量现状,归纳典型流域水环境容量特征;3.识别水环境容量影响因素,探讨其作用机制;4.提出水环境容量提升策略,包括环境治理、水资源合理利用与调配、监测与管理等方面;5.通过实际案例分析,验证策略的有效性和可行性;6.总结研究成果,提出政策建议和措施。
二、水环境容量概述2.1 水环境容量定义及内涵水环境容量是指在水体中能够容纳污染物质的最大负荷量,同时维持水生态系统功能和水功能用途不受破坏的能力。
具体来说,水环境容量包含两层含义:一是水体的自净能力,即通过物理、化学和生物作用使污染物质得到降解或转化,保持水质不恶化的能力;二是水环境容纳污染物质的能力,这是基于水体自身特性、流域环境特征以及人类活动需求等因素综合决定的。
水环境容量是一个动态变化的概念,它与水体的地理位置、气候条件、水文水质特性、生态环境等多种因素密切相关。
水环境容量计算方法水环境容量计算方法是对水体中的污染物质进行评估和管理的重要工具。
它可以帮助我们确定水环境承载能力的上限,从而保护水体的质量和数量。
水环境容量计算方法是基于一系列参数和指标的分析,包括水体的自净能力、输入污染物的浓度和排放标准等。
本文将介绍水环境容量的概念、计算方法和应用。
一、水环境容量的概念二、水环境容量的计算方法(一)理论计算法1.污染物输入量法:该方法通过分析排放源的污染物输入量和水体的自净能力来计算水环境容量。
首先需要收集排放源的污染物排放数据和污染物的去除率,然后根据水体的水流速度和混合时间来计算污染物的传输和稀释过程。
最后,综合考虑水体的自净能力来确定污染物的容量上限。
2.水质标准法:该方法是根据水质标准和频率分析来计算水环境容量。
首先需要确定水体的水质标准和限制排放标准,然后通过采样和分析水体中的污染物浓度来评估水质情况。
最后,根据频率分析和水体的自净能力来确定污染物的容量上限。
3.数学模型法:该方法是使用数学模型来模拟和预测水体污染物的去除和输送过程。
根据水体的物理、化学和生物特性建立数学方程,并通过求解方程组来计算污染物的传输和稀释过程。
最后,根据模型的结果来评估水体的容量和污染物输入的影响。
(二)实测数据法1.野外观测法:该方法是通过野外观测和实验来获得水体的质量和容量参数。
首先需要在水体中设置采样点,并定期采集水样进行分析和监测。
同时,还需要测量水体的水流速度、温度、溶解氧等物理和化学指标。
最后,通过统计数据和分析结果来评估水体的容量和质量情况。
2.生态指标法:该方法是根据水体的生态系统和生物群落来评估水体的质量和容量。
首先需要调查和记录水体中的生物种类和数量,然后根据生物的敏感性和耐受性来评估水体的质量和容量。
最后,可以通过生态指标和生物多样性来衡量水体的容量和稳定性。
三、水环境容量的应用水环境容量的计算可以帮助政府和决策者制定科学的水资源管理和环境保护政策。
水资源管理中的水资源环境容量评估技术研究近年来,随着全球水资源紧张形势日益严峻,水资源管理变得愈发重要。
水资源环境容量评估技术就是在这样的背景下产生和发展起来的。
本文将深入探讨水资源管理中的水资源环境容量评估技术,分析其技术原理、应用范围以及未来发展方向。
1. 水资源环境容量评估技术的概念及意义水资源环境容量评估技术是指通过对水资源及其周边环境要素进行综合评价,确定其所能容纳的利用量或承载压力的能力。
这一评估过程是基于对水资源系统特征、物理、化学、生物等特性进行全面分析,从而达到合理利用水资源的目的。
水资源环境容量评估技术的意义在于可以有效预防和控制水资源过度开发和污染问题,保护水资源的可持续利用。
2. 水资源环境容量评估技术的技术原理水资源环境容量评估技术的核心是对水资源系统的物理、化学、生态等环境要素进行综合考量,并运用数学模型进行模拟计算。
其中,水资源量、水质、水环境生态等因素是评估的重要指标,需要结合地质、气象、土壤等综合信息进行综合分析。
通过连续性方程、物质平衡方程、能量平衡方程等模型,可以对水资源系统进行量化评估,以实现对水资源环境容量的准确评估。
3. 水资源环境容量评估技术的应用范围水资源环境容量评估技术在水资源管理中拥有广泛的应用。
首先,在水资源规划和管理中,可以通过评估水资源系统的容量,制定合理的资源利用,保障水资源的可持续利用。
其次,在水环境保护和恢复中,水资源环境容量评估技术可以帮助监测和评估水污染的程度,指导环境治理措施的制定。
此外,在水资源调配和应急管理中,也可以利用容量评估技术进行水资源调度和灾害风险评估,保障水资源供应的安全稳定。
4. 水资源环境容量评估技术的发展趋势随着社会经济的发展和水资源环境状况的变化,水资源环境容量评估技术也在不断发展和完善。
未来,水资源环境容量评估技术将更加注重对水环境的整体性、动态性进行评估,结合新型传感技术、大数据分析等手段,实现对水资源系统的精准监测和预测。
全国水环境容量核定技术引言随着我国经济的快速发展,水环境问题日益突出。
为了更好地保护我国的水资源,确保水环境的可持续发展,全国各地开始采用水环境容量核定技术来评估水环境的承载能力。
本文将介绍全国水环境容量核定技术的基本概念、原理、方法以及应用。
概念水环境容量核定技术是一种定量评估水环境承载能力的方法。
它通过研究水资源的供需状况、水污染的产生与传输过程,来确定水环境的耐受度和承载能力。
水环境容量核定技术主要包括水资源综合评价、水质容量计算、水量容量计算等方面。
原理全国水环境容量核定技术的原理主要依据以下几个方面:1.水资源供需状况分析:通过分析水资源的总量、分布和利用情况,来确定水资源的供需状况。
这包括水量供需状况、水质供需状况等方面。
2.水污染源调查与排放量估算:通过调查各类水污染源的分布、排放情况以及污染物种类和浓度,来估算水污染量。
3.水质容量计算:通过分析水体的净化能力和污染物的扩散和转化规律,来计算水质容量。
水质容量是指在一定时间内,水体对特定污染物的净化能力。
4.水量容量计算:通过分析水体的供给能力和接纳能力,来计算水体的水量容量。
水量容量是指一定时期内,水体所能供给和容纳的水量。
方法全国水环境容量核定技术的方法主要包括以下几个方面:1.数据收集:收集水资源、水污染源、水体水质等相关的数据。
这些数据包括水资源总量、分布情况、用水量、水质监测数据、水污染源的分布和排放数据等。
2.数据处理:对收集到的数据进行整理、清洗和处理,以便于后续的分析和计算。
3.模型建立:基于收集到的数据,建立相应的数学模型或者评估方法,用于水环境容量的评估。
4.容量计算:根据模型或者评估方法,进行水质容量和水量容量的计算。
5.结果分析:对计算得到的容量结果进行分析和解读,评估水环境的承载能力。
6.结果应用:根据评估结果,制定相应的水资源管理和水污染治理措施,以提高水环境的容量和保护水资源。
应用全国水环境容量核定技术的应用广泛,涉及到水资源管理、水污染防治、国土规划等方面。
河流水环境容量估算和分配的研究一、引言河流水环境容量的估算和分配是水资源管理中非常重要的一个方面。
随着城市化和工业化的加剧,河流水环境容量的研究变得越发重要。
在这样的背景下,我们需要通过科学的方法来估算河流水环境的容量,并分配给不同的使用者,以实现水资源的可持续利用。
本文将围绕河流水环境容量的估算和分配展开研究,旨在探讨如何更好地管理和利用河流水资源。
二、河流水环境容量的概念河流水环境的容量是指在一定时期内,河流所能容纳的各种活动和污染物的数量。
一般而言,河流水环境的容量取决于水质、水量和土壤保护情况。
水质是指河流中的污染物含量,包括重金属、化学物质、有机物等;水量指的是河流的流量,即单位时间内通过的水量;土壤保护则是指河流周围土地的保护程度,包括植被状况、土质等。
这些因素综合决定了河流水环境的容量。
1. 水质估算水质的估算是河流水环境容量估算的重要组成部分。
水质可以通过采集水样,对水中的污染物进行分析来进行估算。
常见的水质指标包括总磷、总氮、重金属、pH值等。
采集水样的方法有多种,可以通过现场测试仪器直接测试,也可以将水样送至实验室进行分析。
水量的估算包括了对河流的流量进行测量,通过流量计等设备可以测得。
同时需要考虑水文周期和季节性变化等因素,对流量进行合理的估算。
3. 土壤保护估算土壤的保护情况可以通过调查采样分析来进行估算。
可以采集土壤样品,对土壤中的养分、微生物和有机质等进行分析。
同时需要考虑土壤保护措施的实施情况,包括植被覆盖、土地利用等。
通过对以上三个方面的估算,可以得到河流水环境容量的综合估算结果。
河流水环境容量的分配是指将河流水环境容量分配给不同的使用者,以满足各种需求。
常见的使用者包括农业用水、工业用水、城市生活用水等。
在进行分配时,需要考虑到各种使用者的需求量和对河流水环境的影响程度。
一般而言,应当优先满足生态需求,其次是农业用水、城市生活用水,最后是工业用水。
通过科学合理的分配,可以实现水资源的可持续利用。
河流水环境容量计算方法研究摘要:水环境容量是污染物总量分配控制的理论依据,基于此,本文对河流水环境容量计算进行了详细的论述。
关键词:河流;水环境容量;计算水环境容量来源于环境容量,是指某一水环境单元在特定环境目标下能容纳的污染物量,即在环境单元依靠自身特性使本身功能不破坏前提下,允许的污染物量。
随着水环境污染问题的日益突出,采用合适的方法科学合理地计算且利用水环境容量已成为一个值得研究的重要课题。
一、水环境容量简介1、概述。
水环境容量是指在满足水环境质量要求下,水体容污染物的最大负荷量,因此又称水体负荷量或纳污能力。
按污染物降解机理,水环境容量可划分为稀释容量和自净容量。
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。
2、基本特征。
①地带性。
不同地带水体由于所处自然环境不同,对污染物的物理、化学、生物自净能力不同,其水环境容量必然不同。
②有限性和可更新性。
水环境容量资源可被耗尽,一旦耗尽,其恢复和更新很难。
同时,水环境容量资源中的一部分可更新,所以水环境容量资源可开发利用,但必须控制在一定限度内。
③不均衡性。
环境中污染物种类众多,不同性质污染物对各类迁移转化的响应程度差异大,如耗氧有机物丰度高,有毒有机物则很低,重金属水环境容量甚微。
二、研究背景目前,水环境容量的计算方法分确定性方法、不确定性方法。
①确定性方法以机理性水质模型为主要工具,包括解析公式法、模型试错法、模拟优化法,不确定性因素通过限制性条件引入,表达对安全及控制风险的要求,计算结果为定值。
解析公式法采用稳态水质模型直接计算,工作量小,应用广,但精度低且不能用于计算动态水环境容量。
模型试错法采用动态水质模型反复测算,计算精度高,但计算效率相对低。
基于规划理论的模拟优化方法,将模拟方法与优化方法有机结合,方法灵活,能大幅提高效率和精度。
水环境容量评价及其应用水环境容量是指某一特定水体所能承受的最大环境负荷。
而水环境容量评价则是用来确定这个容量大小并制定出相应的管理措施的过程。
水环境容量评价对于水资源的保护和水环境的改善具有重要的意义,它可以为水体污染控制和环境管理提供科学依据,是水体治理的重要工作之一。
下面就让我们来详细了解一下水环境容量评价及其应用。
一、水环境容量评价的基本概念水环境容量评价是一种综合性评价方法,能够综合考虑水环境系统的物理、化学、生物等方面的影响因素,用来确定水体污染物排放的最大合理水平,以保证水体水质达到设定的要求。
水环境容量评价的基本概念包括:影响因素、水体功能及环境容量。
影响因素是指影响水体水质的因素,包括污染物的种类、浓度和排放量,以及水流、温度、降雨等自然因素。
水体功能是指水体所能承担的环境负荷和环境服务的能力。
环境容量是指在一定条件下,水体所能承受的最大环境负荷。
二、水环境容量评价的方法水环境容量评价的方法主要包括物理模型、统计模型和系统模型等。
其中,物理模型适用于分析具体的物理水文过程,研究水体的水位、流量、水温、水质等特征,刻画水体的动态变化;统计模型适用于分析多个因素之间的相关性,并推断规律和趋势;系统模型则是基于多元统计分析和其他技术手段来对水环境的生态流程进行模拟和预测。
三、水环境容量评价的意义与目的目前,水环境容量评价已经成为全球环境管理领域的重要研究课题。
水环境容量评价对于保护水资源、维护生态平衡、减轻环境污染和促进经济增长具有重要作用。
具体来说,它可以:1. 为污染物排放控制提供科学依据。
通过对水环境容量的评价分析,确定污染物排放的最大合理水平,制定出相应的污染控制措施,达到保护水体环境的目的。
2. 为水环境质量评价提供科学依据。
通过对水环境容量的评价,可以有效地评估水体的健康状况和水体受到污染的严重程度,进而为水质评价、水资源管理和环境规划提供科学依据。
3. 为环境管理决策提供决策支持。
水环境容量计算方法1. 你知道水环境容量可以通过建立模型来计算吗?比如说,就像搭积木一样,把各种影响因素一块块地组合起来,构建出一个能反映实际情况的模型。
比如我们要计算一条小河的水环境容量,那就要考虑河水的流量、污染物的种类和浓度等等因素,通过模型把这些都整合起来,就能算出这个小河能容纳多少污染物啦!哎呀,真神奇啊!2. 水环境容量还可以用监测数据来分析计算呢!这就好比赛跑的时候用秒表来记录时间一样准确。
假设我们在一个湖泊周围设置多个监测点,长时间监测水质的变化情况,然后根据这些数据来推算它的水环境容量。
嘿,这不就像是给湖水做了一次全面的“体检”嘛!难道你不想知道结果吗?3. 有没有听说过类比法来计算水环境容量呀?就好比我们比较两个类似的东西,找出它们的相同点和不同点。
比如把一个水域和以前研究过的类似水域进行类比,根据已知的那个水域的容量情况,来推测这个水域的容量。
哇塞,这么巧妙的办法,不好奇怎么用吗?4. 还有一种方法叫物料平衡法来计算水环境容量哦!就如同我们计算家里的收支平衡一样。
我们要详细了解进入水域的污染物量和离开水域的污染物量,通过平衡计算就能得出水环境容量啦。
这是不是很像在做一道有趣的数学题呀!难道你不想试试去解开它吗?5. 生态学法也能算水环境容量呢!可以想象成是观察大自然这个大舞台上生物们的表现。
通过研究水域里的生物种群、数量和生存状况等,来推断水环境容量。
哎呀呀,大自然可真是给了我们很多线索呢!你不想去挖掘一下吗?6. 计算水环境容量还可以综合各种方法呢!就好像是把不同的拼图碎片拼成一幅完整的图画。
把前面说的那些方法都结合起来,互相印证和补充,这样就能得到更准确可靠的结果啦。
哇哦,这么厉害的方法,不想去深入了解一下吗?我觉得水环境容量的计算方法真的很有趣也很重要,通过这些方法我们能更好地了解和保护我们的水环境,让水变得更清澈、更美好!。
河流水环境容量估算和分配的研究河流是自然界中非常重要的水资源,对于维持生态平衡和人类经济社会发展起着至关重要的作用。
随着人类活动的不断增加,河流水环境容量日益受到压力。
对河流水环境容量的估算和合理分配具有重要意义。
本文将对河流水环境容量估算和分配的研究进行探讨。
一、河流水环境容量的定义和评价指标河流水环境容量是指河流系统在一定时间和空间范围内,能够承载特定水生态系统的维持和水质保持的能力。
根据河流系统的自身特点和对不同污染物的敏感性不同,水环境容量可以分为水量容量和水质容量。
1. 水量容量:即河流系统能够容纳的最大水量。
它与河流的地理特征、降雨量以及土壤类型等因素有关。
评价河流水环境容量的主要指标包括:水质指标、水量指标和水生态指标。
水质指标包括溶解氧、氨氮、总磷等;水量指标包括流量、径流速度等;水生态指标包括水生植物群落结构、鱼类物种数量等。
河流水环境容量估算方法可以分为定性估算和定量估算两类。
1. 定性估算方法:根据河流本身的特点和已有的水质标准,通过观测河流的水质情况,判断水环境容量。
这种方法主要是根据经验判断和专家判断。
2. 定量估算方法:根据河流的物质平衡、动力学模型和水环境容量公式,通过对污染物的输入和输出、转化过程的分析和计算,估算河流的水环境容量。
这种方法需要大量的水质监测数据和专业的计算模型。
常用的定量估算方法包括:负荷法、动态模拟方法、水质指数法和生态承载力法。
负荷法是通过分析污染物的输入负荷和处理能力,确定河流的水环境容量。
动态模拟方法是建立河流水环境容量的动态数学模型,并通过对模型的运行和参数的调整,估算河流水环境容量。
水质指数法是根据河流的水质指标和水质标准,计算出河流的水质指数,并通过比较指数大小来评价河流的水环境容量。
生态承载力法是通过对河流的水生态系统结构和功能的分析和评价,估算河流的水环境容量。
河流水环境容量的分配原则主要包括可供性原则、可持续利用原则和公平原则。
水环境容量研究报告
随着人口的不断增长和城市化进程的加速,水环境承载能力的研究越来越受到重视。
水环境容量是指一个水体在保持其生态完整性和水质安全的前提下,能够容纳人类活动带来的各种污染物的承载量。
本文将介绍最新的水环境容量研究成果,并引用专家的观点。
近年来,随着水污染防治工作的不断深入,水环境容量研究也越来越受到关注。
最新研究表明,水环境容量的计算需要综合考虑多种因素,如水体的自净能力、径流量和水排放量等。
同时,由于不同水体的特性和人类活动的差异,不同地区和不同场景的水环境容量存在较大的差异性。
近期,中国科学院南京地理与湖泊研究所的研究成果显示,目前我国水环境容量已经接近或已达到饱和状态。
该研究认为,我国水体的水环境容量主要受到人类活动带来的污染物排放和水资源的限制所制约。
特别是在一些流域范围内的水系统中,水环境容量的瓶颈问题更为严重。
马学军教授,东北师范大学地理科学学院院长,这一问题的实际解决方案是大力推进清洁生产和技术创新,通过减少污染物排放量和提高水体的自净能力,从源头上改善水环境质量,从而保证水环境容量可持续发展。
此外,清华大学水科学研究中心主任杨洪福教授指出,水环境容量的概念需要进一步细化和完善,例如,在城市化的进程中,对于不同类型的污染物和不同场景下的排放量,需要制定不同
的标准和限制。
这些标准和限制能够保证水环境的安全性和可持续性,更加符合现实需求。
综合来看,随着水污染防治工作的不断推进,水环境容量的问题已经引起了广泛的关注。
未来,需要通过技术创新和政策支持,推动水环境容量研究的深入发展,并且在实践中加以应用,从而保证水环境的可持续发展。
水环境容量计算方法总结第一篇:水环境容量计算方法总结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、第二篇:水环境容量错误问题地表水环境容量计算过程中一些错误问题从成都地表水环境容量验收会议后,我们对部分省市在具体的水环境容量模型计算过程和中间结果进行了校核和验算,发现了一些具体的技术处理问题,现将对广西、江西、湖南的主要问题汇总如下,以便全国各省市参考:1.广西(1)正向计算全部采用了规划院第三版模型,此模型没有二维计算的结果,二维计算在模型中只是起对一维计算结果的校核作用,实际输出的仍然是一维结果。
水环境容量计算方法研究及应用赵君(河海大学,江苏 南京 210098)E-mail:zsmzyq@摘要:一维稳态条件下计算水环境容量的3种方法,即段首控制方法、段尾控制方法和功能区段尾控制方法。
本文通过分析比较各方法的优劣及其相互联系,针对曹娥江支流--长乐河的具体情况,采用段首控制对其水环境容量进行计算,系统地将各方法的物理含义及其适用奈件推广到实际中。
计算结果证明了方法的可靠性。
关键词:水环境容量;段首控制;段尾控制;功能区段末控制1 计算方法1.1基本概念和方程水环境容量是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。
水环境容量具有资源性、区域性、系统性、发展需要性四个基本特征,其大小主要与水域特性、环境功能要求、污染物质以及排污方式有关,这些因素直接影响入流污染物的稀释能力以及污染物质在水体中的时空分布。
由于河流具有对污染物质的稀释、输移、降解能力,因此河流环境容量可分为以下三个组成部分:输移容量:污染物在水体中随水流的对流运动产生的输移量,它只与水力要素和水质目标有关,因此输移容量是有限的不可再生的。
较大的输移容量并不代表较大的允许排放量。
对保守物质来说,河段总的环境容量只由输移容量组成。
稀释容量:当水体本底水质浓度低于水质标准时,由于对流及扩散作用,使排入的污染物逐步均匀分布到整个水体,其浓度达到标准浓度的限值时,水体所增加的污染物容量。
稀释容量在数量上等于标准浓度时的输移容量与本底浓度时输移容量的差值,也称差值容量。
自净容量: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称为自净容量。
自净容量是反映水体对污染物的自净能力,也称同化容量。
自净容量是水环境容量中最重要的组成部分,河流水环境容量的计算关键在于自净容量的计算。
它是可不断再生的量。
河流是我国最常见、最基本的纳污水域。
河流的水环境容量占在我国的很大的比重。
污染物进入河流后,在一定范围内经过平流输移、纵向离散和横向混合后达到充分混合,或者根据水质管理的精度要求,允许不考虑混合过程而假定在排污口断面瞬时完成均匀混合,可按一维问题概化计算条件,建立水质模型。
考虑到国内,尤其是长乐河的具体治理能力及有关水环境保护要求[2],同时考虑到稳态模型发展较成熟,本文采用一维稳态模型进行容量计算。
其次,当前国内河流的污染都以有机物污染为主,曹娥江支流--长乐河的有机物污染相当严重,所以本文以COD,NH3-N为代表对有机物的环境容量计算方法进行研究。
第三,为了简化计算,本文只对点源污染(即排污口)进行计算,同时假定各排污口连续,均匀排污。
一维稳态情况下有机物的降解过程可用托马斯(Thomas)模型表述(忽略弥散)[3]:13(CUk k )C x∂=−+∂ (1) 在C(0)=C 0的初值条件下得到托马斯模型的积分:130()()()exp[]k k C x f x C x u+==−(2) 式中,C(x )、C 0为x =x、x=0处河水各水质指标浓度(mg/L);x为到排污口(x =0)的河水流动距离(m);u为河水平均流速(m/s);k 1,k 3分别是各水质指标衰减系数和沉浮系数(d -1)。
1.2段首控制段首控制中的段是指沿河任何两个排污口断面之间的河段,而段首则是指各段的上游第一个排污口断面。
某一功能区内各段的划分情况如图1所示。
段首控制就是控制上游断面(也即段首)的水质达到功能区段的要求,那么由于有机物的降解,则在该段内的水质处处达到或高于功能区段的控制指标。
段首控制严格控制了功能区段的水质不超标。
图1 功能区段内各小段的划分下面就段首控制的水环境容量计算方法进行分析。
在功能区段的段首,由于来水的COD,NH3-N 浓度与功能区段水质要求的差别,为来水提供了稀释容量:000(s E Q C C )=− (3)式中,E 0为功能区段段首的稀释容量(t/d);C s 为功能区段水质标准(mg/L); Q 0、C 0分别代表来水的流量(m 3/s)及浓度(mg/L)。
功能区段内任意一段的容量计算如图2所示。
由于控制各段段首为水质标准,那么经过一段降解(如图2中A、B 所示)后,到达段末时的降解量即为该断面处的环境容量(如图中C、D所示)。
A.第i-1段浓度衰减曲线;B.第i 段浓度衰减曲线;C.第i-1断面的环境容量;D.第i 断面的环境容量图2 段首控制容量计算示意图第i 个断面处的环境容量为:(4)1()(i i i s i s i i E Q q C Q C f x x −=+−−)1)]]式中,E i 为第i个断面处的环境容量(t/d);q i 为第i个断面处的排污流量(m 3/s);Q i 为混合后干流流量;其余符号意义同上。
则功能区段内所具有的总环境容量为:00011()[()(nni s i i s i s i i i i E E E Q C C Q q C Q C f x x −===+=−++−−∑∑ (5)化简式(5)得:0011()[(1())ns s i i i i i E Q C C C Q f x x q −==−+−−+∑(6) 1.3段尾控制段尾控制中段的划分与段首控制相似,只是段的控制断面在下游的排污口断面,亦即段尾。
段尾控制的目的在于让水质在各段末达到功能区段水质标准,那么我们可以反推出该段段首处的环境容量。
在段尾控制水环境容量计算中,功能区段全段水质低于水质要求,但考虑到降解能力很低,而且各小段较短,超标不会太高,因此水质超标很小。
功能区段内小段的划分如图1所示。
下面就段尾控制的水环境容量计算进行分析。
类似于段首控制,功能区段段首的稀释容量为:000()S E Q C C =−功能区段内任意一段的容量计算如图3所示。
由于控制断面在段末,那么可由段末按降解曲线(如图3中A 、B 所示)发推到段首,即可求得段首处的环境容量,如图3中的C 、D 所示。
11111()()i s i i i i i s E C Q q Q C f x x ++++=+−−(7) 式中,Q i+1为第i+1个断面前的干流流量(m 3/s);q i+1是第i+1个断面处的排污流量(m 3/s);其余各符号意义同上。
A.第i-1段浓度衰减曲线;B.第i 段浓度衰减曲线;C.第i-1断面的环境容量;D.第i 断面的环境容量图3 段尾控制容量计算示意图功能区段内所具有的总环境容量为:100011111()[()]()n n i s s i i i i i i i E E E Q C C C Q q Q C f x x −+++==+=+=−++−−∑∑1s (8)化简式(8)得:1001011()[(1)()n s s i i i i E Q C C C Q q f x x −1]i ++=+=−+−+−∑ (9)1.4功能区段段末控制功能区段段末控制就是在功能区段的最末断面控制水质。
这里的段末常常是特定功能区段的段首。
方法的实质是控制功能区段最终断面,而不是考虑段内水质变化是否超标。
类似于段首控制,功能区段段首的稀释容量为:000()S E Q C C =−功能区段内各排污口的浓度变化如图4所示,具体公式表述如下:1(()i i i i i i i i iQ C f x x q c c Q q −)−+=+ (10)同理可求得功能区段最终控制断面的浓度为:1(()n n n n n n n n nQ C f x x q c c Q q −)−+=+ (11)式中,q i 、c i 为断面处排污口的排污流量(m 3/s)及浓度(mg/L);Q n 、 C n 为最终控制断面的干流流量(m 3/s)及浓度(mg/L);q n 、 c n 为最终控制断面的排污流量(m 3/s)及浓度(mg/L)。
A.第i-1段浓度衰减曲线;B.第i 段浓度衰减曲线;图4 功能区段段末控制容量计算示意图本论文第二部分提供的计算结果是按排污总量比例消减后得到的数据。
所谓的按总量比例消减是指如果最终断面水质低于控制标准(c n >c s ),则按各排污口的排污总量进行消减;反之,则相应让各排污口增排放量(c n <c s ),以计算环境容量。
若c n =c s ,则各排污口排放总量即为该段在现行情况下的环境容量。
经校核,消减后的水质在最终控制断面可以达标。
2 计算实例分析2.1水环境容量计算方法分析段首控制方法,因其控制非常严格,所以适用于对水质要求高、经济发达污染治理能力强的地区,或是水质较好的源头地区,该方法的适用对象应为污染较轻或者旨在改善水质条件的地区。
段尾控制方法对水质的要求略低于标准,所以适用于污染较严重、经济不太发达的地区,使用该方法的目的在于控制污染,而非改善水质。
功能区段段末控制方法适用于对特定区段水质有很高要求而对其它区段不限制的地区,在特定段段首处严格限制水质,其它段任意排放,只要满足特定段段首要求即可,特定段内不许排污。
该方法面向污染十分严重而又急需用水的地区.从长远角度看,该方法不可取,但在我国目前情况下还是很实用的。
2.2实例分析基于理论方法对不同地区适用性的考虑,本文采用段首控制的方法对长乐江进行水环境容量计算。
长乐江是曹娥江的支流之一,长度32.79km, 水质目标Ⅲ。
本次计算,水质监测资料采用2004年1月至12月长乐江的实地监测资料,范围选取的是22、23、24、18号断面。
COD Mn 与COD Cr 的转换系数, 即C(COD Cr )=KC(COD Mn ),通常同一水体中,K的取值为3.0左右,本次算取3.2。
另外河流流量、流速及水质浓度等在一年中的不同水期中变化很大,导致了河流的环境容量在一年中变化很大,所以本文以月为时段来计算每个月的环境容量。
对于段首控制:lim [1()](1)lk uz s s n E nQC f x nQC e−→∞=−=− (12)利用倒代换,令t=1/n,而后再利用罗必达法则求极限得: Z s lE k QC u= (13)表1 地表水环境质量标准 mg/L等级 ρ(DO) ρ(COD) ρ(BOD 5)ρ(NH3-N)I ≥7.5 ≤2 ≤3 ≤0.15 Ⅱ ≥6 ≤4 ≤3 ≤0.50 Ⅲ ≥5 ≤6 ≤4 ≤1.00 Ⅳ ≥3 ≤10 ≤6 ≤1.50 Ⅴ≥2 ≤15 ≤10 ≤2.00表2 长乐江COD cr 水环境容量(t/月)月份 12 3 456 总计 测算 结果 56.12171.53 110.68 69.23-24.4986.15 月份 7 89 10 11 12 测算 结果 182.45 24.46 577.58 146.72 41.1729.232370.92表3 长乐江NH3-N 水环境容量(t/月)月份 1 2 3 4 5 6 总计 测算 结果 22.14 -29.27 39.10 53.34176.07 79.07 月份 789 10 11 12 测算 结果29.2445.17933.53 38.231.4612.531400.61段尾控制与段首控制方法类似,其功能区段段首的稀释容量是相等的,区别是:段首控制的计算使全段水质高于标准,而段尾控制使全段略低于标准,故只对自净容量E Z 进行比较即可。