一维水质模型的适用条件
教案--第5章 水质预测模型
h
28
一维模型稳态解
一维稳态模型的解：二阶线性偏微分方程
Dx
2C x 2
ux
C x
kC
0
Dx2 ux k 0
C Ae 1x Be 2x
X＜0
X≥0
h
29
一维模型稳态解
对于不受潮汐影响的内陆河，扩散、离散相对于移流作用很小，即Dx近似 为0，所以，排污对于上游（x＜0）的浓度变化没有影响，引起排污口下游 河流污染物浓度的变化为：
ISE值是负值或越大，说明拟建项目排污对该项水质参数的污染影响越大。
h
3
第1节 预测条件的确定
预测范围和预测点位的确定
预测范围与地表水环境现状调查的范围相同或略小（特殊情况也 可略大）。预测点的数量和位置应根据受纳水体和建设项目的特 点、评价等级以及当地的环保要求确定。
h
4
预测点的确定
➢ 已确定的敏感点；
河流混合过程段长度可由下式计算（理论公式）：
河中心排放 岸边排放
x=0.1uxB2/Ey x=0.4uxB2/Ey
u x——x方向流速，m/s； B ——河流宽度，m； Ey——横向扩散系数，m2/s。
h
19
常用河流水质数学模型与适用条件
河流混合过程段长度
*河流混合过程段长度可由下式估算（经验公式）：
➢大中河流中，预测河段弯曲较大（如其最大弯曲系数＞1.3）时，可视为弯曲河 流，否则可以简化为平直河流；
➢小河可以简化为矩形平直河流；
➢河流水文特征或水质有急剧变化的河段，可在急剧变化之处分段，各段分别进 行简化。
h
6
河流简化
➢对于江心洲等按以下原则进行简化 ①评价等级为3级时，江心洲、浅滩等均可按无江心洲、浅滩情况对待； ②评价等级为2级时，江心洲位于充分混合段，可以按无江心洲对待； ③评价等级为1级且江心洲较大时，可分段进行简化，江心洲较小时可 不考虑，江心洲位于混合过程段，可分段进行简化。 人工控制河流根据水流情况可以视其为水库，也可以视其为河流，分 段进行简化。
环境影响评价总结(五)
环境影响评价总结第一章环境影响评价的概念第一节环境1、环境的概念。
以人类社会为主体的外部世界的总体。
2、环境的根本特性。
整体性与区域性、变动性与稳定性、资源性与价值性。
整体性是根本特性，变动性和稳定性相辅相成，环境资源包括物质性和非物质性。
环境的整体性：又称环境的系统性，是指各环境要素或环境各组成局部之间，因有其相互确定的数量与空间位置，并以特定的相互作用而构成的具有特点构造和功能的系统。
变动性：指在自然的，人类社会行为的，或两者共同的作用下，环境内部构造和外在状态处于不断变化中。
稳定性。
环境系统具有一定的自我调节功能。
第二节环境影响 1、环境影响。
是指人类活动（经济活动、政治活动和社会活动）导致的环境变化以及由此引起的对人类社会的效应。
2、环境影响分类按来源分类为直接影响（实质是单项活动影响的叠加和扩大）、间接影响、累积影响。
直接影响是指由于人类活动的结果而对人类社会或其他环境的直接作用，而由这种直接作用诱发的其他后续结果那么为间接影响。
累积影响是当一项活动与其他过去、现在及可以合理预见的将来活动结合在一起时，因影响的增加而产生的对环境的影响。
环境影响分类按影响效果分类为有利影响、不利影响。
环境影响分类按影响程度分类为可恢复影响、不可恢复影响。
第三节环境影响评价1、环境影响评价。
是指对拟议中的建立工程、区域开发方案和国家政策实施后可能对环境产生的影响进展系统性的识别、预测和评估。
根本目的是鼓励在规划和决策中考虑环境因素，最终到达更具环境形容性的人类活动。
2、环境影响报告书。
简单的说，就是环境影响评价工作的书面总结。
3、筛选。
是指确定一项拟议活动是否需要进展全面的环境影响评价的过程。
4、划分范围。
指在确定了一项拟议活动应进展全面的环境影响评价以后，进一步确定影响评价应关注的问题，并识别其中的主要问题。
5、环境影响报告书报告的内容。
建立工程概况；建立工程周围环境状况；对环境可能造成影响的分析和预测；环境保护措施及其经济、技术论证；环境影响经济损益分析；对建立工程实施环境监测的建议；环境影响评价结论。
河流一维稳态水质模型公式
河流一维稳态水质模型公式
（原创实用版）
目录
1.河流一维稳态水质模型的概念
2.河流一维稳态水质模型的公式
3.公式的应用和意义
正文
一、河流一维稳态水质模型的概念
河流一维稳态水质模型是一种描述河流水质变化的数学模型，其中“一维”表示河流在水平方向上是均匀的，而“稳态”则表示河流的水质在时间上是稳定的，即不随时间变化。
这种模型通常用于研究河流污染物的输移和变化规律，为水环境保护和污染治理提供理论依据。
二、河流一维稳态水质模型的公式
河流一维稳态水质模型的公式主要包括以下几个部分：
1.污染物的输移方程：这一部分描述了污染物在河流中的输移过程，通常采用对流扩散方程来表示。
2.污染物的降解方程：这一部分描述了污染物在河流中的降解过程，通常采用一阶动力学方程来表示。
3.污染物的来源和汇函数：这一部分描述了污染物的来源和汇过程，通常采用恒定源和线性汇函数来表示。
综合以上三个部分，可以得到河流一维稳态水质模型的完整公式体系。
三、公式的应用和意义
河流一维稳态水质模型的公式在实际应用中具有重要的意义。
通过这个公式，可以预测和模拟河流中的水质状况，为水环境保护和污染治理提
供科学依据。
环境影响评价 水环境影响评价水质模型
持久性污染物；
河流为非恒定流动；
连续稳定排放；
对于非持久性污染物，需要采用相应的衰减模式。
4、 河流混合过程段与水质模式选择
预测范围内的河段可以分为充分混合段，混合过程段和上游河
段。
充分混合段：是指污染物浓度在断面上均匀分布的河段，当断
面上任意一点的浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度的5%时， 可以认为达到均匀分布。
①岸边排放
c(x, q)
ch
H
cpQp
M q x
exp
q 22 4M qx
exp
(2Qh q)2 4M q x
式中：q=Huy
Mq=H2uMy c(x,q)－(x,q)处污染物垂向平均浓度，mg/L； Mq－累积流量坐标系下的横向混合系数； 适用条件：
弯曲河流、断面形状不规则河流混合过程段；
，
t
0 e t
eQ V K1 t 0
如 t 0
,则 t
1
ln 1
溶解氧模型
dDO dt
Q V
(DO0
DO)
K2
DOs
DO
R
其中
R rA B
（上模型方程没有考虑浮游植物的增氧量和排入湖或库的废水 带入的氧量。）
习题：P101： 3
4－4 水质模型的标定
混合系数估值
经验公式 • 流量恒定、河宽大、水较浅、无河湾的顺直河流：
M y xu
exp(
uy2 4M y x
)
exp
u2B
4M y
y x
2
2、非岸边排放
c(x,
y)
exp
K
x 86400u
c h
第三章水质模型
水质模型
1.1 水质模型的主要问题和分类
一、 问题 (1)为了避免一条河流产生厌氧而使水质保持 在给定的条件，应当在何处建立污水处理厂? 多大规模、什么样的处理效率才能保证溶解 氧浓度不低于水质标准? (2)为了合理地利用某一区域的水资源，该区 域应当发展何种工业以及多大规模的工业才 能使该地区的水资源得以充分利用并保证水 资源不至于受污染。
C0 1 k1x
Q
u
2019/11/25
25
例题2：河流的零维模型
• 有一条比较浅而窄的河流，有一段长1km的河段，稳 定排放含酚废水1.0m3/s;含酚浓度为200mg/L，上游 河水流量为9m3/s，河水含酚浓度为0，河流的平均流 速为40km/d，酚的衰减速率常数k＝2 1/d，求河段出 口处的河水含酚浓度为多少？
• 水质模型的分类：
1、按水域类型：河流、河口、河网、湖泊 2、按水质组分：单一组分、耦合组分（BOD-DO模型）、
多重组分（比较复杂，如综合水生态模型） 3、按水力学和排放条件：稳态模型、非稳态模型
水质模型按 空间维数分类
零维水质模型 一维水质模型 二维水质模型 三维水质模型
2019/11/25
0
水质模型
(4)按水质组分是否作为随机变量，可分为随 机模型和确定性模型。
水质模型还可以按模型的其他特征分类。如 按水质组分的迁移特性，可分为对流模型， 扩散模型和对流－扩散模型。按水质组分的 转化特性可分为纯迁移模型，纯反应模型和 迁移－反应模型等。
0
水质模型
1.2 水质模型的发展及建立步骤
一、水质模型的发展过程 第一阶段(1925-1965年)：开发了比较简单的 生物化学需氧量(BOD)和溶解氧(DO)的双线 性系统模型，对河流和河口的水质问题采用 了一维计算方法进行模拟。 第二阶段(1965-1970年)：研究发展BOD—DO 模型的多维参数估值，将水质模型扩展为六 个线性系统模型。发展河流、河口、湖泊及 海湾的水质模拟，方法从一维发展到二维。
一维水量水质模型
第七章 一维非恒定河流和河网水量水质模型对于中小型河流，通常其宽度及水深相对于长度数量较小，扩散质（污染物质、热量）很容易在垂向及横向上达到均匀混合，即扩散质浓度在断面上基本达到均匀状态。
这种情况下，我们只需要知道扩散质在断面内的平均分配状况，就可以把握整个河道的扩散质空间分布特征，这是我们可以采用一维圣维南方程描述河流水动力特征或水量特征（水位、流量、槽蓄量等）；用一维纵向分散方程描述扩散质在时间及河流纵向上的变化状况。
特别地，对于稳态水流，可以采用常规水动力学方法推算水位、断面平均流速的沿程变化；采用分段解析解法计算扩散质浓度沿纵向的变化特征。
但是，在非稳态情况下（水流随时间变化或扩散质源强随时间变化）解析解法将无能为力（水流非恒定）或十分繁琐（水流稳态、源强非恒定），这时通常采用数值解法求解河道水量、水质的时间、空间分布。
在模拟方法上，无论是单一河道还是由众多单一河道构成的河网，若采用空间一维手段求解，描述水流、水质空间分布规律的控制方程是相同的，只不过在具体求解方法上有所差异而已。
7.1 单一河道的控制方程 7.1.1 水量控制方程采用一维圣维南方程组描述水流的运动，基本控制方程为：∂∂∂∂Q x B Ztq W += (1) 023/422=+-++RQ u n g x Au x Z gA x Q u t Q ∂∂∂∂∂∂∂∂ (2) 式中t 为时间坐标，x 为空间坐标，Q 为断面流量，Z 为断面平均水位，u 为断面平均流速，n 为河段的糙率，A 为过流断面面积，B W 为水面宽度（包括主流宽度及仅起调蓄作用的附加宽度），R 为水力半径，q 为旁侧入流流量（单位河长上旁侧入流场）。
此方程组属于二元一阶双曲型拟线性方程组，对于非恒定问题，现阶段尚无法直接求出其解析解，通常用有限差分法或其它数学离散方法求其数值解。
在水流稳态、棱柱形河道条件下，上述控制方程组退化为水力学的谢才公式，可采用相应的方法求解水流特征。
一维水质模型对河流污染物扩散的简单模拟
一维水质迁移转化基本方程：坠C+u坠C=E坠2C+ ES
i
坠t坠x坠x2
稳态均匀河段河流一维水质迁移转化基本方程：
2u坠C = E坠+ESi（2）
E为分子扩散系数、紊动扩散系数、和离散系数之和。
分空间，形成所谓的污染带。大多数河流的宽度比深度要大得多，所以污水很快 在垂向完全混合，浓度分布均匀。接着，污水主要向河宽横向紊动扩散。如果污 水是动力惰性物质，与周围水体密度相同，紊动扩散主要在纵向和横向进行，则 此阶段的这是污水在横断面上近扩散可视为二维扩散问题。第三阶段， 似均匀混合后的下游分散阶段，沿纵向的随流分散占主导地位，可作为一维纵向 分散问题看待。
三、结束语
成本控制工作不仅要从技术下功夫，更要建立以项目经理为主的统一领导的机 制。作为项目经理，首先要全面了解、掌握各专业的工序、设计的要求。由专人 统一指挥，解决各施工班组的协调工作，这样才有可能保证施工的每一个环节实 施成本最低化且有序到位，达到可能实现最低目标成本的要求。
收稿日期：2009-07-14
场设备利用率。加强监督现场设备的维修保养，避免因不正当使用造成机械设备 的停置或损耗。做好上机员工与辅助生产员工的协调与配合，提高机械台班产 量。
（四）安全管理
安全就是效益是企业生存的保障，减少了安全生产事故，也就减少了直接或间接 的经济损失。
建立、完善以项目经理为首的安全生产领导组织，有组织、有领导地开展安全管 理活动，承担组织、领导安全生产的责任。建立各级人员安全生产责任制度，明 确各级人员的安全责任。抓制度落实、抓责任落实，定期检查安全责任落实情 况。
2 一维水质模型的建立及求解
Ａ ｘ ｅ
一 ｕ ａ ｔ ） 十七几 。 炙 ， 一 ， 尸 ＋ Ｋ ， ａ ｔ ）
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Ａｘ ＇ ２ Ａ ｘ ＇ （ ５ － １ ０ ｂ ）
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式中
“ ＝吸 —
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稳定性条件：
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然河流，常采用下列方程：
丝＝ Ｋ ， （ Ｏ ｝ － Ｏ ） 一 Ｋ ， Ｄ ｄ ｔ
水中溶解氧的饱和浓度与水温有关，可用下列经验公式计算， ｓ Ｏ
４ ６ ８
（ ５ －７ ）
式中， ０为水中溶解氧 （ Ｄ Ｏ ） 浓度； Ｏ ： 为水中溶解氧的饱和浓度； Ｄ ＝ Ｏ ， － Ｏ 为溶解氧饱和差，即氧亏；Ｋ ２ 为复 氧系数。
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第三节 水环境影响预测
[例2]某项目地处低丘地带，山坡普遍为缓坡，一般在20º 以下，
丘与丘之间距离宽阔，连接亦无陡坡。据调查，纳污水体全长 约65km，流域面积526.2km2，年平均流量6.8m3/s，河宽20～ 30m，枯水期1m3/s，环境容量很小。项目所在地位于该水体的 中下游，纳污段水体功能为农业及娱乐用水。拟建排污口下游 15km处为国家级森林公园，约26km处该水体汇入另一较大河 流，且下游15km范围内无饮用水源取水点。工程分析表明，该 项目污染物排放情况为：废水42048m3/d，其中含CODCr为 2323.6kg/d，BOD5为680.3kg/d，SS为1449.8 kg/d，NH3-N为 63.62 kg/d。
某河段的实际长度与该河段直线长度之比，称为该河段的河流弯曲 系数。可用下式表示： Ka=L/l Ka为弯曲系数,L为河段实际长度（公里）；l为河段的直线长度 （公里）。弯曲系数Ka值越大，河段越弯曲。河流弯曲系数大对 航运及排洪不利。
一. 水污染物在地表水中的输移、转化、扩 散的主要过程
1.1、概述
水中污染物迁移与转化主要包括物理过程、化学过 程、生物过程。
(1) 物理过程（作用）
只对水中污染物的存在位置变化产生作用，而不对 其性质变化产生作用。其主要过程（作用）包括：移流 （推流、对流）、扩散（包括紊动扩散和离散等）、沉 降或再悬浮，以上过程（及作用）常称稀释混合。
(2) 化学过程（作用）
主要是水中污染物在不同化学反应过程（作用）下，其污 染物的性质发生变化（如：有机变无机、高分子变低分子、溶解 物生成难溶物等）。其主要过程（作用）包括：氧化或还原、分 解或化合、溶解或再析出、酸碱中和、混凝及吸附等。
(3) 生物过程（作用）
水中污染物在水中生物（主要是水中微生物）的作用下， 其性质或存在位置（状态）发生变化。其主要过程就是水生物对 水中污染物的利用过程。主要原因是水中生物将某种（些）污染 物作为自己的食物及营养（能量）的来源，它们消耗利用了水中 的这种（些）污染物，起到了净化水质的作用。
ISE c pQp (cs ch )Qh
污染物排放指标
ISE
c pQp (cs ch )Qh
ISE-污染物排放指标
Cp---污染物排放浓度，mg/L
Qp---污水排放量，m3/s Cs---污染物排放标准， mg/L Ch---河流上游污染物浓度, mg/L Qh---河水的流量， m3/s
3. 拟预测水质参数筛选的原则
（1）在现状调查的水质参数中筛选； （2）拟预测参数应既说明问题又不过多（一般少于现状 参数）； （3）根据：工程分析、环境现状、评价等级当地环保要 求四点进行筛选； （4）不同时期（建设期、运行期、服务期满后）参数不 一定相同； （5）也可用水质参数排序指标（ISE）选取。
1.2、河流中污染物对流和扩散
（1）对流（也称移流、推流等）
主要是说水中污染物受到水流运动作用，随水 体流动一同迁移的情况。
（2）扩散（包括离散、弥散等）
主要是说水中污染物由高浓度区向低浓度区的 迁移。它包括分子态扩散、水流紊动扩散和水流不均 匀的离散等.
(3)混合（也称稀释混合）
主要是说水中污染物分布由不均匀到均匀的过 程（作用）。从排污口至水质均匀混合前的水域， 称为混合区。排污口排放的污染物其影响水域的边 界（即受排放污水影响水域与没有受到排放污水影 响水域相接的边界线）称为污染带（河流、湖库） 或污染锋面（海洋）。
根据以上资料，回答以下问题：
1、确定水环境影响评价工作等级。 2、请制定一套合理的水环境质量现状调查监测方案。 3、简要说明选用的水环境影响预测模式及其原因。
解：1、二级 （原因分析） 2、监测断面（监测因子、调查范围、断面、 采样点） 3、水质模型
内容要求
1．熟悉地面水环境影响预测的方法类别；水污染 物迁移 2．熟悉水质均匀混合的定义与水质混合过程段的 划分； 3．掌握河流完全混合模式、点源一维水质模式， 熟悉相应的适用条件； 4．了解二维稳态混合模式； 5．熟悉常用水质模型衰减系数的率定方法。
由于一般河流的河宽远大于水深，因此污染物进入 水体后垂向（沿水深方向）容易混合均匀，且水体流 动（流速）对污染物的迁移作用要大于扩散。
因此，如要进行污染带（或超标水域）预测 时，常采用二维模式，在实用水质模型公式中，
①纵向（沿水流方向）主要考虑对流作用 ②横向（沿河宽方向）仅考虑扩散作用 ③垂向一般为水质分布均匀。
二、地面水环境影响预测
1. 2. 3. 4. 评价地面水环境影响的原则 建设项目地面水环境影响预测时期的划分原则 拟预测水质参数筛选的原则 各类地面水环境水体简化和污染源简化的有关要求
1. 评价地面水环境影响的原则 原则上可以采用：单项水质参数评价方法或多 项水质参数综合评价方法；
(1)单项水质参数评价：以法律、法价方法与水质参数与环境现状综合 评价相同。
2.建设项目地面水环境影响预测时期的划分原则
(1)预测时期一般划分为：建设期、运行期、服务期满 后； (2)所有项目应预测生产运行阶段对地面水环境的影响， 包括正常排放和不正常排放； (3)大型项目根据：项目特点、评价等级、水环境特点、 当地环保要求决定是否预测建设期的影响； (4)同理决定是否预测服务期满后预测（个别）； (5)一、二级评价预测自净能力最小和一般两个时段的 环境影响； (6)三级或二级（时间较短）只预测自净能力最小时段 的环境影响。
ISE越大说明该建设项目对河流中该项水质参数的影响越大
4. 各类地面水环境水体简化和污染源简化的有关要求 （1）河流简化要求：
断面宽深比≥20，视为矩形河流； 大中河流弯曲较大（系数大于1.3）视为弯曲河流，否则简化为平 直河流； 大中河流水深变化很大且评价等级较高（例一级）视为非矩形河 流，其它简化为矩形河流； 小河可简化为矩形平直河流； 河流水文、水质有急剧变化河段，在急剧变化之处分段，分别简 化。