地表水环境影响评价技术导则

第四章 地表水环境影响评价

第一节 地表水的污染和自净

地表水是河流、河口、湖泊（水库、池塘）、海洋和湿地等各种水体的统称，是地球水资源的重要组成部分。

一、 地表水资源

地球水97%的水是海水，剩余3%的淡水中2.977%是以冰川或冰川的形式存在，只有0.003%的淡水是可为人类直接利用的，包括土壤水、可开采地下水、水蒸气、江河和湖泊水等。只要人类不过度开采和滥用并适当的保护，这些淡水资源通过水循环和自净过程还是可以满足人类对水的需求的。水循环过程示意图如图4-1.

二、水体污染

人类活动和自然过程的影响可使水的感官性状（色、嗅、味、透明度等）、物理化学性质（温度、氧化还原电位、电导率、放射性、有机和无机物质组分等）、水生物组成（种类、数量、形态和品质等），以及底部沉积物的数量和组分发生恶化、破坏水体原有的功能，这种现象称为水体污染。

按排放形式不同,将水体污染分为点污染源和非点污染源。

1.点污染源

是指由城市和乡镇生活污水和工企业通过管道和沟渠收集排入水体的废水。

居住区生活污水量Qs计算式（4-1）：

Qs = 86400sqNK （4-1）

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

Ks——总变化系数（1.5~1.7）。]

工业废水Qs按式（4-2）估算： Q = tmMKi3600 （4-2）

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.

某些工业的污染物排放系数见表4—1。

2. 非点污染源

又称面源，是指分散或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。

（1） 城市非点污染源负荷估计:不同区域径流系数见表4-2

（2） 农田径流污染负荷估算

3.水体污染物

由点源和非源排入水体的主要污染物可分为：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、酸碱污染物、石油类、热量和放射核素等。

三、水体自净

水体可以在其环境容量范围内，经过自身的物理、化学和生物作用，使受纳的污染物浓度不断降低，逐渐恢复原有的水质，这种过程叫水体自净。水体自净可以看作是污染物在水体中迁移、转化和衰减有过程。

1． 迁移和转化作用包括：推流迁移、分散稀释、吸附沉降等方面。

2． 衰减变化包括：

（1） 污染物的好氧生化衰减过程 见图4-2；

（2） 有机污染物的好氧生化降解

（3） 硝化作用

（4） 温度影响

（5） 脱氮作用

（6） 硫化物的反应

（7） 细菌衰减作用

（8） 重金属和有机毒物的衰减作用 四、水体的耗氧与复氧过程

1.耗氧过程

水体中的溶解氧在以下过程中被消耗。

（1） 碳化需氧量衰减耗氧

（2） 含氮化合物硝化耗氧

（3） 水生植物呼吸耗氧

（4） 水体底泥耗氧

2. 复氧过程：大气复氧、光和作用

五、水温变化过程

第二节 河流和河口水质模型

从理论上说，污染物在水中的迁移、转化过程要用到三维水质模型预测描述。但实际应用的是一维和二维模型。一维模型常用于污染物浓度在断面上比较均匀分布的中小型河流水质预测；二维模型常用于污染物浓度在垂向比较均匀，而在纵向（X轴）和横向（Y轴）分布不均匀的大河。对于小型湖泊还可采用更简化的零维模型，即在该水体内污染物浓度时均匀分布的。

一、 河流中污染物的混合和衰减模型

1. 完全混合模型

一股废水排入河流后能与河水迅速完全混合，则混合后的污染物浓度（C）为：

C=hphhppQQCQCQ (4-31)

式中：Qh——河流的流量，m3/s;

Ch——排污口上游河流中污染物浓度，mg /L;

Qp——排入河流的废水流量，m3/s;

Qp——废水中污染物浓度，mg /L。

例4-1

2.一维和多维模型

在河流的流量恶化其他水文条件不变得稳态条件下，可以采用一维模型进行预测。根据物质平衡原理，一维模型可写作：

Ex22x一uxx一K=0 （4-32）

对于非持久性或可降解污染物，若给定x=0时，C= C0,式（4-32）得解为：

C=C0exp[xMux2（1-241uKMx）] （4-33）

对于一般条件下的河流，推流形成的污染物迁移作用要比弥散作用大很多，在稳态条件下，弥散作用可以忽略，则有 ：

C=C0exp(-uKx) (4-34)

式中：u——河流的平均流速，m/d或m/s;

Mx——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4-2：

3.污染物与河水完全混合所需距离

污染物从排放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，其长度为x。

当采用河中心排放时：x=xxMBu21.0 （4-35）

在岸边排放时： x=xxMBu24.0 （4-36）

二、BOD—DO耦合模型

S—P模型基本假设：①河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应；②反应速度是定常的；③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模型是关于BOD和DO的耦合模型，可以写作：

dtdL=-K1L （4-37）

dtdD= K1L—K2D （4-38）

式中：L——河水中的BOD值，mg/L; D——河水中的氧亏值，mg/L；

K1——河水中BOD衰减（耗氧）系数，1/d;

K2——河流复氧系数，1/d;

t ——河水的流行时间。

其解析式为：

L=L0etK1 （4-39）

D=1201KKLK[etK1-etK2]+D0etK2 （4-40）

式中：L0——河流起始点的BOD值；

D0——河流起始点的氧亏值。

式（4-40）表示河流的氧亏变化规律。如果以河流的溶解氧来表示，则

DO=DOf-D= DOf-1201KKLK[etK1-etK2]--D0etK2 （4-41）

式中：DO——河流中的溶解氧浓度；

DOf——饱和溶解氧浓度。

式（4-41）称为S—P氧垂公式，根据式（4-41）绘制的溶解氧沿程变化曲线，又称氧垂曲线（见图4-3）。

在溶解氧浓度最低的点——临界点，河水的氧亏值最大，且变化速率为零，则

dtdD= K1L—K2D=0 （4-42）

Dc=21KKL0ectK1 （4-43）

式中：Dc——临界点的氧亏值；

tc——由起始点到达临界点的流行时间。

临界氧亏发生的时间tc可以由下式计算：

tc=211KKln12KK[1—

10120)(D

KLKK] （4-44）

三、污染物在河口中的混合和衰减模型

四、河口和河网水质模型 河口是入海河流受潮汐作用影响明显的河段。例如长江口为河口。

第三节 湖泊（水库）水质数学模型

湖泊是天然形成的，水库是由于发电、蓄洪、航运、灌溉等目的拦河筑坝人工形成的，他们的水流状况类似。

在大多数时间里，湖泊与水库的水质呈竖向分层状态，如图4-5所示。图4-6反映湖中的热分层，下层水温较稳定，表层受气温影响，斜温层为过渡区。

一、完全混合模型

二、卡拉乌舍夫扩散模型

第四节 水质模型的标定

一、 混合系数估算

（1）一个流量恒定、无河湾的顺直河段，如果河宽很大，而水深相对较浅，其垂向、横向、和纵向混合系数Mz、My、Mx可按下式估算。

Mz=zHu* （4-64）

My=yHu EMBED Equation.3 （4-65）

M EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 Hu EMBED Equation.3

（4-66）

式中：H——平均水深，m;

u*——摩阻流速（剪切流速），m/s;

u*=gHI

I——水力坡度；

g ——重力加速度。

一般河流度 z在0.067左右。y=0.1~0.2。根据我国的一些史册数据，可得y=(0.058H+0.0065B)/H,式中H、B为河流断面的平均水深和水面宽度。对于河宽15~60米河流多数x=140~300。

（2）泰勒（Taylor）公式（可用于河流与河口） My=(0.058H+0.0065B) gHI B/H≤100 （4-67）

（3）艾尔德（Elder）公式（适用于河流）

Mx=5.93HgHI （4-68）

2.示踪试验

示踪物质有无机盐（NaCl、liCl）、荧光染料（如若丹明W）和放射性同位素，示踪物质的选择应满足如下要求：测定简单、准确、经济，对环境无害。

3.经验数据

二、耗氧系数K1的估值

1.实验室测定值修正法

2.两点法

利用式（4-13）的关系，通过测定河流上、下游两断面的CBOD值求K1。

K1=xu86400lnBBODABODCC,, （4-72）

式中：CABOD,、ＣBBOD,——河流上游断面Ａ和下游段面Ｂ处的BOD浓度；

t ——两个断面间的流行时间。

三、耗氧系数K2的估值

四、多系数同时估算法

第五节 开发行为对地表水影响的识别

建设项目和区域或流域开发行动在其建设期、运行期和服务期满都会有不同性质和程度的影响。

一、工业建设项目

１．建设期影响

２．运行期影响

石油冶炼工业、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。

二、水利工程