地表水环境响评价

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Q

s

计算式（4-1）：

Q

s =

86400

s

qNK（4-1）

式中：Q

s

——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

K

s

——总变化系数（1.5~1.7）。]

工业废水Q

s

按式（4-2）估算：

Q =

t

mMK i

3600 （4-2） 式中：m ——单位产品废水量，L/t ； M ——该产品的日产量，t;

K i ——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=

h

p h

h p p Q Q C Q C Q ++ (4-31)

式中：Q h ——河流的流量，m 3/s;

C h ——排污口上游河流中污染物浓度，mg /L; Q p ——排入河流的废水流量，m 3/s; Q p ——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：

E x 2

2x

??ρ

一u x

x

??ρ

一K ρ=0 （4-32） 对于非持久性或可降解污染物，若给定x=0时，C= C 0,式（4-32）得解为：

C=C 0exp[

x M ux

2（1-241u

KM x +）] （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=C 0exp(-u

Kx

) (4-34) 式中：u ——河流的平均流速，m/d 或m/s;

M x ——废水与河水的纵向混合系数，m 2/d 或m 2/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=x

x M B u 2

1.0 （4-35）

在岸边排放时： x=x

x M B u 2

4.0 （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：

dt

dL

=-K 1L （4-37） dt

dD

= K 1L —K 2D （4-38） 式中：L ——河水中的BOD 值，mg/L;

D ——河水中的氧亏值，mg/L ；

K 1——河水中BOD 衰减（耗氧）系数，1/d; K 2——河流复氧系数，1/d; t ——河水的流行时间。 其解析式为：

L=L 0e t K 1- （4-39） D=

1

20

1K K L K -[e t K 1--e t K 2-]+D 0e t K 2- （4-40） 式中：L 0——河流起始点的BOD 值； D 0——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=DO f -D= DO f -1

20

1K K L K -[e t K 1--e t K 2-]--D 0e t K 2- （4-41） 式中：DO ——河流中的溶解氧浓度； DO f ——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

dt

dD

= K 1L —K 2D=0 （4-42） D c =

2

1

K K L 0e c t K 1- （4-43） 式中：D c ——临界点的氧亏值；

t c ——由起始点到达临界点的流行时间。 临界氧亏发生的时间t c 可以由下式计算： t c =

2

11

K K -ln 12K K [1— 10120)(D K L K K -] （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M

z 、M

y

、M

x

可按下

式估算。

M

z =

z

αHu*（4-64）

M

y =

y

αHu*（4-65）

M

x =

x

αHu*（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

α在0.067左右。yα=0.1~0.2。根据我国的一

些史册数据，可得

y

α=(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

α=140~300。

（2）泰勒（Taylor）公式（可用于河流与河口）

M

y

=(0.058H+0.0065B) gHI B/H≤100 （4-67）

（3）艾尔德（Elder）公式（适用于河流）

M

x

=5.93H gHI（4-68）

2.示踪试验

示踪物质有无机盐（N

a

Cl、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K

1

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C

BOD

值

求K

1

。

K

1=

x

u

86400ln

B

BOD

A

BOD

C

C

,

,（4-72）

式中：C

A

BOD,、Ｃ

B

BOD,

——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K

2

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

三、农业和畜牧业开发

四、矿业开发

五、城市污水处理厂和垃圾填埋场

第六节 地表水环境影响预测和评价 一、工作程序、评价等级和评价标准 １．技术工作程序 见图４－８ ２．评价等级的划分

《环境影响评价技术导则——地表水环境》（ＨＪ／Ｔ２．３—９３），根据拟建项目排放的废水量、废水组分复杂程度、废水中污染物的迁移、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。

３．评价标准

（１）《地表水环境质量标准》（ＧＢ３８３８－２００２） （２）《工业企业设计卫生标准》（ＴＪ３６—７９） （３）《污水综合排放标准》（ＧＢ８９７８—１９９６） 二、工程分析、环境调查和俄水质现状评价 １．工程分析和影响识别

（１）项目特征与地表水水量和水质的关系

（２）评价因子的筛选，一种评价评价因子对应一种水质参数或一种污染物，它反映拟建项目对水体的一种影响。

２．评价水域的污染源调查和评价 ３．地表水水质监测调查 ４．水质现状评价

水质现状评价常采用指数法。

（１）评价标准：地表水的评价标准采用ＧＨＺＢ１－１９９９或相应地方标准；

（２）水质参数的取值：实际工作中，取平均值与最大值的均方根作评价参数值，即

Ｃ＝（

2

2

max

2-

+C C

）2

1

（４－７９）

式中：Ｃ——某参数的评价浓度值；

-

C ——某参数监测数据（共k 个）的平均值； Ｃm ax ——某参数监测数据集中的最大值。 （３）单项水质参数评价：采用标准型指数单元： Ｉij ＝

si

ij C C （４－８０）

由于溶解氧和pH 与其他水质参数的性质不同采用不同的指数单元。

①溶解氧的标准型指数单元： Ｉj

DO ＝

s

f j f DO DO DO DO --||， ＤＯj ≥ＤＯs （４－８１） Ｉj

DO ＝１０－９

s

j DO DO ， ＤＯj ＜ＤＯs （４－８２）

式中：Ｉj

DO ——j 点的溶解氧浓度标准型指数单元；

ＤＯf ——饱和溶解氧浓度，计算式为：ＤＯf ＝T

+6.31468（大气压力为１０１kPa ）

T ——水温，0Ｃ；

ＤＯj ——j 点的溶解氧浓度； ＤＯs ——溶解氧的评价标准。 ②pH 的标准型指数单元：

Ｉj pH ,＝sd j pH pH --0.70.7， ｐＨ≤７．０ （４－８３） Ｉj pH ,＝

.70.7--su j pH pH ， ｐＨ＞７．０； （４－８４）

式中：Ｉj pH ,——j 点的pH 标准指数单元； pH j ——j 点的pH 监测值；

pH sd ——评价标准中规定的p Ｈ值下限； pH su ——评价标准中规定的p Ｈ值上限。

水质参数的标准型指数单元大于“１”，表明该水质超过了规定的水质标准，已经不能满足使用功能的要求。

（４）多项水质参数综合评价法

三、地表水环境影响预测

１．预测条件的确定

（１）预测范围：与已确定的评价范围相一致。

（２）预测点的确定：为了全面反映拟建项目对该范围内地表水环境影响，一般选取以下地点位预测点。

①已确定的敏感点；

②环境现状监测点，以利于进行对照；

③水文条件和水质突变处的上、下游，水源地，重要水工建筑物及水文站附近；

④在河流混合过程段选择几个代表性段面；

⑤排污口下游可能超标的点位附近。

（３）预测时期：地表水预测时期丰水期、平水期、和枯水期三个时期。

（４）预测阶段：一般分建设过程、生产运行和服务期满后三个阶段。

２．预测方法的选择

（１）定型分析法：有专业判断法和类比调查法两种。

（２）定量预测法：是指应用物理模型和数学模型预测。

３．污染源和水体的简化

（1）污染源的简化：

①排放形式的简化：排放形式分点源和非点源两种，但以下情况可简化为均布的非点源：

A.无组织排放和均布排放源（如垃圾填埋场及农田）；

B.排放口很多且间距较近，最远两排污口间距小于预测河段或湖（库）岸边长度的1/5时。

②排入河流的两排放口距离较近，可简化为一个，其位置假设在两者之间，其排放量为两者之和。

③排入小型湖（库）的两排放口距离较近，可简化为一个，其位置假设在两者之间，其排放量为两者之和。

④当两个或多个排放口间距或面源范围小于沿方向差分网格的

步长时，可以简化为一个。

以上提到排放口远近的判别可按：两排污口距离小于或等于预测河段长度1/20为近；两排污口距离大于预测距离的1/5为远。

（2）地表水环境简化

①河流的简化：将河流简化为矩形平直河流，矩形弯曲河流和非矩形河流等三类。

②湖泊（水库）的简化：湖泊（水库）可分大湖（库）、小湖（库）和分层湖（库）三类，小湖（库）可采用沃兰伟德模型或卡拉乌舍夫模型。水深超过１５m，存在斜温层的湖（库）按分层湖（库）对待。

４．预测工作

（１）一般原则

（２）河流和湖（库）水质预测：应用本章第一、二节的各种模型。

第七节地表水环境影响的平价

水环境影响评价是在工程分析和影响预测基础上，以法规、标准为依据解释拟建项目引起水环境变化的重大性，同时辨识敏感对象对污染物排放的反应；对拟建项目的生产工艺、水污染防治与废水排放方案等提出意见；提出避免、消除和减少水体影响的措施和对策建议；最后提出评价结论。

1．评价重点和依据的基本资料

(1) 各应结合建设、运行和服务期满三个阶段的不同情况对所有预测点和所有预测的水质参数进行环境影响重大性的评价，但应抓住重点。

如空间方面，水文要素和水质急剧变化处、水域功能改变处、取水口附近等应作为重点；水质方面，影响较大的水质参数应作为重点。

(2)进行评价的水质参数浓度应是其预测的浓度与基线浓度之和。

(3)了解水域的功能，包括现状功能和规划功能。

(4)评价建设项目的地面水环境影响所采用的水质标准应与环境现状评价相同。

(5)向已超标的水体排污时，应结合环境规划酌情处理或由环保部门事先规定排污要求。

2．判断影响重大性的方法

(1)规划中有几个建设项目在一定时期（如5年）内兴建并且向同一地表水环境排污的情况可以采用自净利用指数法进行单项评价。

式中：ρi,j ，ρhi,j ，ρsi —分别为j 点污染物i 的浓度，j 点上游i 的浓度和i 的水质标准；λ—自净能力允许利用率。

溶解氧的自净利用指数为：

式中：

—分别为 j 点上游和 j 点的溶解氧值，以及溶解氧的标准。

自净能力允许利用率λ应根据当地水环境自净能力的大小、现在和将来的排污状况以及建设项目的重要性等因素决定，并应征得主管部门和有关单位同意。

当Pij ≤1时说明污染物 I 在 j 点利用的自净能力没有超过允许的比例；否则说明超过允许利用的比例，这时的Pij 值即为超过允许利用的倍数，表明影响是重大的。

(2)当水环境现状已经超标，可以采用指数单元法或综合指数法进行评价。

具体方法：将由拟建项目时预测数据计算得到的指数单元或综合评价指数值与现状值（基线值）求得的指数单元或综合指数值进行比较。根据比值大小，采用专家咨询法和征求公众与管理部门意见确定影响的重大性。

3．对拟建项目选址、生产工艺和废水排放方案的评价

()

,,,,i j hi j

i j si hi j P ρρλρρ-=

-(

)

,hj j

hj

s

DO DO

DO j DO DO

P ρρλρρ-=

-,,hj j s DO DO DO ρρρ

生产工艺主要是通过工程分析发现问题，如有条件，应采用清洁生产审计进行评价。

4．消除和减轻负面影响的对策

(1) 对环保措施的建议一般包括污染消减措施和环境管理措施两部分。

(2)常用消减措施

(3)提出拟建项目建设和投入运行后的环境监测的规划方案与管理措施。

5．提出评价结论

在环境影响识别、水环境影响预测和采取对策措施的基础上，得出拟建项目对地表水环境的影响是否能够承受的结论