河流纳污能力计算 一维模型
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
钦州市中小河流水功能区纳污能力分析
钦州市中小河流水功能区纳污能力分析熊健【摘要】以钦州市六艮江六垠开发利用区、京塘水库开发利用区为例,采用数学模型对水功能区纳污能力进行分析,确定水功能区纳污能力.论述了水质数学模型的建立及参数的选定,为水功能区分阶段限制排污总量、控制方案编制提供依据,并为水资源保护、水污染防治工作提供技术支撑.【期刊名称】《广西水利水电》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】4页(P56-59)【关键词】水功能区;纳污能力;分析;水质;数学模型;钦州市【作者】熊健【作者单位】广西水利电力勘测设计研究院,南宁530023【正文语种】中文【中图分类】TV213.4;X524钦州市中小河流众多，分属珠江流域西江水系和桂南沿海两水系，由于十万大山和六万山的纵横分割，形成了市境内南北水系的分水岭，成为境内多数河流的发源地。
属桂南沿海水系的主要河流有钦江、茅岭江、大风江等，还有南流江支流小江和武利江。
属西江水系的有武思江、沙坪河、罗凤河等。
辖区内有74条集水面积≥50km2的河流，其中：桂南沿海水系64条，西江水系10条。
河流总长2827km，河网密度0.26km/km2。
钦州市中小河流共划分有64个水功能区[1]，涉及钦州市45条中小河流以及7座中型水库，属广西水资源分区中珠江流域的左江及郁江干流、桂南诸河2个水资源三级区。
本文以钦州市六艮江六垠开发利用区、京塘水库开发利用区为例，对水功能区纳污能力进行分析。
（1）水功能区水质达标评价成果。
依据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）对中小河流水功能区水质进行全指标评价和双指标评价，六艮江六垠开发利用区、京塘水库开发利用区现状水质全指标评价和双指标评价基本成果详见表1。
由表1可知，六艮江六垠开发利用区、京塘水库开发利用区按年均值法及分析推算法进行全指标评价和双指标评价，水质均达标。
（2）水功能区污染物入河量。
现状污染物入河量计算主要考虑生活污染源、工业污染源、养殖污染源，不考虑只在丰水期有较大影响的农业面源污染，主要采用调查统计和估算相结合的方法计算基准年水功能区污染物入河量，六艮江六垠开发利用区、京塘水库开发利用区现状年废污水量及主要污染物估算成果见表2、不同污染源废污水及污染物入河量对比图见图1。
河流模拟课程设计方案—水库一维泥沙淤积计算
水库一维泥沙淤积计算课程设计武汉大学水利水电学院2013-3-15目录一、目的与要求 (1)二、基本原理 (1)1、基本方程 (1)2、方程离散 (1)3、公式补充 (2)三、计算步骤 (3)四、计算框图 (4)五、计算结果 (5)1、历年输沙量特征值 (5)2、各年淤积总量 (5)3、各年水位库容关系 (6)4、水面线的变化 (7)5、深泓变化 (8)6、坝前断面变化 (9)六、结果分析 (12)1、剖面形态分析 (12)2、库容损失合理性分析 (12)七、计算程序 (13)一、 目的与要求通过课程设计，初步掌握一维数学模型建立数学模型的基本过程和计算方法，具备一定的解决实际问题的能力。
以水流、泥沙方程为基础，构建恒定流条件下的河道一维水沙数学模型，并编制出完整的计算程序，并以某个水库为实例，进行水库泥沙淤积计算。
水流条件：恒定非均匀流。
泥沙条件：包括悬移质，推移质的均匀沙模型，推移质计算模式为饱和输沙，悬移质计算模式为不饱和输沙，水流泥沙方程采用非耦合解。
二、 基本原理1、 基本方程水流连续方程：0=∂∂+∂∂xQt A ①水流运动方程()f i i gA x h gA AQ x t Q -=∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂02②或 034222=+∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂RA n Q g x z gA A Q x t Q ③泥沙连续方程()())(*S S QS xSA t --=∂∂+∂∂αω ④ 河床变形方程)(*00S S xG t y b--=∂∂+∂∂αωρ ⑤ 推移质平衡输沙方程G=G * ⑥水流挟沙力公式采用张瑞瑾公式，推移质输沙率公式采用Mayer-_Peter 公式，MAYER-PETER 公式中的能坡J 按均匀流曼宁公式近似计算（每个断面不同）。
2、 方程离散方程 ①在恒定流情况下有0=∂∂xQ，离散为:Q=const 方程 ③变形为034222=+∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂R A n Q x z A Qx gA Q 或 023422222=+∂∂+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂R A n Q x z gA Q x 上式离散为0)1((213434221212121222121=ψ-+ψ∆+-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-++++++jj j j j j j j j j j j R A Q R A Q xn z z A Q A Q g 方程（4）去掉时间项得到)(*S S qx S --=∂∂αω 该方程的解析解为：()()⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∆--∆-+⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆--+=+++q x x q q x S S S S S S j jjjj j αωαωαωexp 1exp 1***1*1 由方程（4-5）可得()()00'0=∂∂+∂∂+∂∂ty B x QS x BG b ρ 对2 号断面以下，上式可以离散为：()()()()0)1(1010'0=⎪⎪⎭⎫⎝⎛∆ψ+ψ-+∆-+∆-++ty B y B xQS QS xBG BG j j j j b b ρ对于进口断面，推移质不考虑，悬移质采用单点离散 方程（5）可离散为： '01*10)(ραωtS S y ∆-=∆3、 公式补充mgR u k S ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ω3*K 取 0.124，m 取1.05，干密度'0ρ取1.3 恢复饱和系数 25.0=α均匀沙粒径为d=0.041mm （悬移质），d=2 mm （推移质）1、输入河床地形糙率等数据求得断面面积与水位的关系（A ~Z ），进而求得断面平均流速 A Q u =，水力学半径 χAR =2、读入一个时段的水沙数据 （特别注意，不要一次性将数据全部读入） 读入第一时段（Q,S ）值3、计算水面线，同时得到各断面的水力要素求得各个断面的河宽、断面面积、水深、平均流速等值 计算前要注意在坝前输入水位，各断面均应对流量赋值 4、计算悬移质水流挟沙力mgR u k S ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=ω3*K 取 0.124，m 取1.05。
河流纳污能力计算方法比较
图 ２ 均 匀 排 放 河 段 排 污 １概 化 示 意 图 ： ３
在 河段 内选 择一 微小 河段 ｄ 其 位置 距 河段 段 ，
放方式则可以通过规划得 到合理设置。 目前 ， 在河 流纳 污能 力计 算 中对 于 污染 物 排 放 方 式 如 何 选 取 、 水质 目标如何合理分配 ， 以及管理者如何设定控制
首距 离 为 ， 此 微 段 污 染 物输 运 至 ：Ｌ处 的剩 则
余质量为 ｄ 上游各微段质量降解到 ＝Ｌ断面处 ｍ，
的总 质量 迭加 设 为 ｍ， 则
ｄ ： ｅ ｐ 一Ｋ ｍ （
ｍ ：
） ｄ
（） ３
ｊｍ ［ ｅ（Ｋ ］（ ＝ １ ｘ一 ） ４ Ｌ ｄ 一ｐ ）
・
５ ・
型河 段 ， 可采 用河 流一 维水 质模 型计 算纳 污 能力 ， 其
计 算 公式 为 ：
＝ Ｐｅｐ ｏｘ
＝ Ｉ Ｑｅｐ Ｋ （ ｘ （ ）一／ Ｑｅｐ 一Ｋ ） ９ ｘ（ ） （） ０ ２
（ ） 一
（ １ ）
式 中 ： 为污染 物纳 污能 力 ，／ ； 为下游 断 面水 质 ｇ ｓｐ
）
（） ５
１一 ｅ ｐ 一 Ｋ ） ｘ（
ｓ ｗａ ｅ ｏ ｔｅ ｏ ｉｉｎ ，ｓ ｌｃ ｉｎ ｆｃ ｎ ｒｌｃ ｏ ｓｓ ｃｉｎ ｎ ｄ ａｌｃ ｔ ｎ ｆｄ ｌｔｏ ａ ａ ｉ ｅ ｇ ｕ ｌｔｐ ｓｔ ｓ ｅｅ ｔ ｓ ｏ ｏ ｔｏ ｒｓ —ｅ ｔ ｓ，ａ ｏ ａｉ ｓ ｏ ｉ ｉｎ ｃ ｐ ｃｔ ｏ ｏ ｏ ｌ ｏ ｕ ｙ．Ｔｈ ｏ ｇ ａ ｅ ｓｕ ｙ ｏ ｒｕ ｈ ａ ｃ ｔ ｄ ｆ ｓ
浙江省水功能区纳污能力分析计算探讨
浙江省水功能区纳污能力分析计算探讨柯斌�;劳国民【摘要】水功能区纳污能力是指在设计水文条件下，某种污染物满足水功能区水质目标要求所能容纳的该污染物的最大数量。
浙江省主要水域共划分了1133个水功能区，包括了山区性河流、湖泊水库、平原河网、感潮河段等水体类型，对不同水体类型纳污能力计算中模型选定、模型参数选择、设计水文条件确定等关键环节进行了初步探讨，并核定了全省水功能区的纳污能力。
%Water environment capacity in water function area means in the designed hydrological conditions , the maximum number of the pollutants can be accommodated by when the pollutants meet the requirements of water quality target in water function area . 1 133 water function areas which include water types like mountainous river and lake and reservoir and plain river networks and tidal reach and so on are divided in the main water area in Zhejiang province . Key links such as model selection and model parameters selection and determination of designed hydrological conditions and so on in calculation of water environment capacity in different water types are discussed tentatively in the paper . Meanwhile , the water environment capacity in water function area in the whole province is examined and approved .【期刊名称】《浙江水利科技》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P11-15)【关键词】水功能区;纳污能力;分析计算;探讨【作者】柯斌�;劳国民【作者单位】浙江省水文局，浙江杭州 310009;浙江省水文局，浙江杭州310009【正文语种】中文【中图分类】X821 纳污能力计算模型根据浙江省水功能区的实际情况，选用的计算模型包括：山区性河流一维均匀混合模型、湖泊和水库零维模型、平原河网零维模型、感潮河段组合模型。
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：(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。
7.1.2 扩散质输运控制方程描述河道扩散物质运动及浓度变化规律的控制方程为：带源的一维对流分散（弥散）方程，形式如下：S S h AKAC x c AE x x QC t AC r x ++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=+∂∂∂∂∂∂∂∂)()( (3) 式中，C 为污染物质的断面平均浓度，Q 为流量，为纵向分散系数，S 为单位时间内、单位河长上的污染物质排放量，K 为污染物降解系数，S r 为河床底泥释放污染物的速率。
新兴江水域河流水功能区纳污能力分析计算
第54卷第4期 2018年4月甘肃水利水电技术GANSU WATER RESOURCES AND HYDROPOWER TECHNOLOGYVol .54,No .4 Apr . ,2018DOI ： 10.19645/j .issn 2095-0144.2018.04.003.新兴江水域河流水功能区纳污能力分析计算林鸿敏(广东省水文局肇庆水文分局，广东肇庆526060)摘要:新兴江属珠江水系西江干流的支流，是重要的水上交通要道和农业灌就主渠道，也是沿岸城市的靓丽凤景线。
通 过对新兴江主干流和重要支流已经区划的河流水功能区进行分析，选用合理的纳污能力计算模型，计算新兴江水域各 河流水功能区的纳污能力，为各河流制定排污总量提供基础保障。
关键词：水功能区；纳污能力计算;分析;计算中图分类号:X 522文献标志码：B文章编号：2095-0144(2018)04-0010-03纳污能力是指在设计水文条件下，满足计算水 域的水质目标要求时，所能容纳的某种污染物的量 最大数量!1]。
水功能区是指为满足水资源合理开发 利用和保护的需求，根据水资源的自然条件和开发 利用现状，按照流域综合规划、水资源保护规划和 社会发展要求，依其主导功能划定并执行相应水环 境质量的水域!2]。
影响水体自净过程的因素很多，其 中主要因素包括：水体的水文条件、复氧能力、水 温、微生物数量和种类以及水体中污染物的组成与 浓度等。
河流纳污能力的计算必须综合考虑河流水 量、水质目标以及污染物降解能力等方面的影响， 在此基础上建立河流纳污能力的计算模型。
通过分 析计算得出河流的纳污容量，为水环境保护提供技 术支撑。
1计算范围与内容1.1计算范围新兴江水域目前共区划河流一级水功能区5 个，其中源头保护区1个，开发利用区4个。
二级区 划仅在开发利用区中进行，目前已经区划的河流二 级区共8个。
源头保护区水域需禁止排放污染物， 所以本次纳污能力计算范围为8个河流二级水功 能区[3]。
许昌市清潩河景观娱乐区纳污能力计算应用
许昌市清潩河景观娱乐区纳污能力计算应用田海洋【期刊名称】《治淮》【年(卷),期】2016(000)001【总页数】1页(P39)【作者】田海洋【作者单位】河南省许昌水文水资源勘测局 461000【正文语种】中文清潩河属颍河支流，自北向南贯穿河南省许昌市区，流经许昌市区的河段区划为清潩河许昌景观娱乐区。
在这一功能区里分布有3个入河排污口，对该水域水质有直接影响。
以该功能区纳污能力计算为例，对中小河流水域（功能区）纳污能力的定量评价进行研讨。
根据《全国水资源综合规划技术细则》，可将排污口在功能区内的分布加以概化，将计算河段内多个排污口概化为一个集中的排污口，概化排污口位于河段中点处，相当于一个集中点源，该点源的实际自净长度为功能区河长的一半。
此概化实际上体现了污染物分布的一种平均状况，综合反映了若干排污口污染物排放的一种平均状态，据此可推算一维河道的纳污能力。
1.河流纳污能力计算模型目前计算水域纳污能力的模型有很多，理论上也比较完善，中小河流大多数河段水体纵向流动比较明显，河流相对窄浅。
水域纳污能力的计算采用河流一维稳态水质模型进行。
一维对流推移方程如下：在实际计算时常将计算河段的多个排污口概化为一个集中的排污口，此时纳污能力计算公式为：式中：M—功能区纳污能力（t/a）；Q0—功能区设计流量（m3/s）；Qw—功能区入河污水流量（m3/s）；Cs—功能区水质目标值（mg/L）；C0—初始浓度值（上一功能区的水质目标值）；k—污染物衰减系数（L/d）；x—纵向距离（km）；u—设计流量下的平均流速（m/s）。
2.主要参数的选取污染物的衰减系数k最难以确定，k的取值对纳污能力的计算影响很大。
在实际工作中主要采用实例法或经验公式法。
（1）实测法选取一个河道顺直、水流稳定、无支流汇入、无排水口的河段，分别在河段上游（A点）和下游（B点）布设采样点，监测污染物浓度值，同时测定水文参数以确定断面平均流速。
综合衰减系数（K）按下式就算：式中：v—断面平均流速；x—上下断面的距离；CA—上断面污染物浓度；CB—下断面污染物浓度。
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河流纳污能力计算
对宽深比不大的河流, 污染物质在较短的时间内, 基本上能在断
面内均匀混合。污染物浓度在断面上横向变化不大, 可用一维水质模
型模拟污染物沿河流纵向的迁移问题。
污染源集中概化点的位置确定在污染源比较集中的地方,一般情
况下, 污染源比较分散, 可认为这个点在河段的1 /2处。值得注意的
是,对于有较大支流汇入的河段,计算更为复杂,要考虑到汇入支流的
水质水量情况, 计算公式要调整。
污染源中断面概化得纳污能力计算公式:
W=(Cs/exp(-kL/u)一C0exp(-kL/2u))*Q
式中:
W一纳污能力，g/s;
Cs一规划河段水质标准，mg/L;
C。一河段上游来水水质，mg/L;
Q一功能区段设计流量，m3/s;
u一河段平均设计流速，km/d;
k一污染物衰减系数，d-1;
L一功能区段长，km。
利用水质模型进行纳污能力计算时，将污染物在水环境中的物理
降解、化学降解和生物降解概化为综合衰减系数。
考虑到综合衰减系数对纳污能力计算结果影响很大。可采用以下
方法进行CODcr和HN3一综合衰减系数的测定。
选取河道顺直、水流稳定、中间无支流汇入、无排污口的河段，
分别在河段上游A(点)和下游B(点)布设采样点，监测污染物浓度值，
并同时测验水文参数以确定断面平均流速。综合衰减系数(K)按下式
计算:
K=u/Δx*lnCA/CB
式中，u为断面平均流速，m/s;
Δx为上下断面之间距离，m;
CA为上断面污染物浓度，mg/L;
CB为下断面污染物浓度，mg/L。
根据上述各设计条件和参数对纳污能力计算的影响分析,在实际
计算中应注意选择合适的设计条件和参数。
a) 污染源概化选择。在实际计算中, 采用哪一种概化要根据其实际的
排污口的位置分布和污染负荷分布做出合适的选择,对于污染源分布
比较均匀的河段可采用均匀概化或集中点为中点的集中点概化;对于
污染源比较集中的河段可采用集中点概化,集中点要根据集中排放的
位置来确定。
b) 设计流量和流速的确定。对于有流量和流速资料的河段,根据相关
规范计算确定;对于只有流量资料的河段,可以根据流量和河流断面形
状计算流速;对于无资料的河段,应根据相应条件推算。由于流速对计
算结果影响很大,在确定流速时应尽量准确,减少人为性误差。
c) 上游本底浓度的选取。计算现状纳污能力时,可根据实际监测数据
适当选取。计算规划纳污能力时,可根据规划条件和相关规范,并结合
现状水质状况来适当选取。
d) 综合衰减系数的确定。k的影响因子较多,受当地自然条件、水体
污染程度、流速、气温等因素的影响,其值较难确定,迄今还没有成熟
的经验公式可以借用。对有实验资料的河段,可采用实验所确定的k
值范围适当选取。