污染物入河水質(zhì)模擬評價

1、1、點源污染點源污染物主要指城鎮(zhèn)生活、工業(yè)和三產(chǎn)的廢污水所帶來的污染物，大多數(shù)城鎮(zhèn)的生活和工業(yè)廢污水進入相同的污水收集和處理系統(tǒng)。根據(jù)城鎮(zhèn)生活、工業(yè)和三產(chǎn)廢污水排放的實際情況可以將污水排放過程簡化為：城鎮(zhèn)生活/工業(yè)排放的廢污水，一部分進入污水處理廠處理，另一部分直接排入河道；進入污水處理廠處理后的廢污水（簡稱回用水），一部分供工業(yè)、農(nóng)業(yè)、城鎮(zhèn)生態(tài)等使用，另一部分排入河道。城鎮(zhèn)生活、工業(yè)和三產(chǎn)的污染物排放量和入河量計算公式相同。（1）污水排放量 （3-85）式中：E為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)廢污水排放量（萬t）；S為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)用水量（百萬t）；a為城鎮(zhèn)生活/工業(yè)廢污水排放率。（2）污水處理量

2、（3-86）式中：T為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)廢污水處理量（稱為回用水）（萬t）；為城鎮(zhèn)生活/工業(yè)廢污水處理率。（3）污水直排量 （3-87）式中：ST為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)廢污水直排量（萬t）。（4）回用水未利用量 （3-88）式中：Es為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)回用水未利用量（萬t）；為城鎮(zhèn)生活/工業(yè)回用水的回用率。（5）回用水入河量 （3-89）式中：RS為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)回用水入河量（萬t）；為回用水入河系數(shù)。（6）回用水某種污染物入河量 （3-90）式中：WS,i為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)回用水某種污染物入河量（t）；Ci為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)回用水某種污染物濃度（A、B標準）（mg/L）；i=1、2、

3、3、4，分別表示COD、NH3-N、TP、TN。（7）直排污水入河量 （3-91）式中：RT為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)直排污水入河量（萬t）；為城鎮(zhèn)生活/工業(yè)直排污水入河系數(shù)。（8）直排污水某種污染物入河量 （3-92）式中：WT,i為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)直排污水某種污染物入河量（t）； 為城鎮(zhèn)生活/工業(yè)直排污水某種污染物濃度（限定排放濃度、自由排放濃度）（mg/L）；為城鎮(zhèn)生活/工業(yè)直排污水某種污染物入河系數(shù)。（9）污染物總量 （3-93）式中：Wi為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)廢污水某種污染物總量（t）。如果，則 （3-94）如果，則 （3-95）式中：WL,i為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)限制處理的某污染物總量（t

4、）；CTf,i為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)廢污水直排時自由排放濃度（mg/L）；CTl,i為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)廢污水直排時限制排放濃度（mg/L）；WT,i為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)污水處理廠處理的某污染物總量（t）；（10）污染物入河總量 （3-96）式中：WEi為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)某種污染物入河總量（t）。（11）污水入河總量 （3-97）式中： RT為時段城鎮(zhèn)生活/工業(yè)廢污水入河總量（萬t）。（12）入河污染物平均濃度 （3-98）式中：為城鎮(zhèn)生活/工業(yè)污染物入河平均濃度（mg/L）。2、非點源污染非點源污染物主要指農(nóng)村生活、農(nóng)村散養(yǎng)牲畜、鄉(xiāng)村徑流、城市徑流等產(chǎn)生的污染物。主要計算公式來源于“十五”國

5、家科技攻關計劃項目“流域水污染物總量控制技術與示范”。（1）農(nóng)村生活與農(nóng)村散養(yǎng)牲畜農(nóng)村生活和農(nóng)村散養(yǎng)牲畜廢污水排放量計算公式不同，其它公式均相同。 農(nóng)村生活污水排放量 （3-99）式中：PR為時段農(nóng)村生活污水排放量（萬t）；SR為時段農(nóng)村生活用水量（萬t）；為農(nóng)村生活污水排放率。 農(nóng)村散養(yǎng)牲畜廢水排放量 （3-100）式中：P為時段農(nóng)村散養(yǎng)牲畜廢水排放量（萬t）；N為農(nóng)村人口（萬人）；K為豬當量折算系數(shù)，平均值為0.6；為豬當量用水定額（L/d）；為農(nóng)村散養(yǎng)牲畜廢水排放率；a為與時間相關的系數(shù)，若計算時段為旬，a=10.1，若計算時段為月，a=30.3，若計算時段為年，a=365。 農(nóng)村生活廢

6、污水入河量 （3-101）式中：IR為時段農(nóng)村生活廢污水入河量（萬t）；為農(nóng)村生活污水入河系數(shù)。 農(nóng)村生活某種污染物量 （3-102）式中：Wi為時段農(nóng)村生活污水某種污染物量（t）；Ci為農(nóng)村生活污水某種污染物的濃度（mg/L），i=1、2、3、4，分別為COD、NH3-N、TP、TN。 農(nóng)村生活污水某種污染物入河量 （3-103）式中：Ii為時段農(nóng)村生活污水某種污染物入河量（t）；i為農(nóng)村生活污水某種污染物入河系數(shù)。 農(nóng)村生活污染物入河平均濃度 （3-104）式中：CRi為農(nóng)村生活污染物入河平均濃度（mg/L）。（2）鄉(xiāng)村徑流鄉(xiāng)村土地的利用方式主要有村鎮(zhèn)建筑用地、耕地（旱地、水田）、草地、林

7、地、荒地等5種，根據(jù)不同土壤利用類型、降雨量值、化肥使用量、農(nóng)作物種植類型資料，通過對農(nóng)村徑流源強系數(shù)進行修正，結(jié)合不同土地利用方式下的徑流系數(shù)、土地面積、降水年值，估算流域鄉(xiāng)村徑流污染物排放情況。 （3-105）式中：W為農(nóng)村徑流污染源某種污染物的時段負荷總量（kg），包括COD、NH3-N、TP、TN等4種污染物；ai為第i種土地利用方式的徑流系數(shù)；Ki為第i種土地利用方式的某種污染物輸出系數(shù)；P為時段降水量（mm）；Ai為第i種土地利用方式的面積（km2）；i為流域土地的利用方式，i=1，2，3，4，5，分別表示城鎮(zhèn)建筑用地、耕地、草地、林地、荒地。（3）城市徑流城市徑流中污染物主要來自

8、降雨徑流對城市地表的沖刷。地表沉積物是城市徑流中污染物的主要來源，具有不同土地使用功能的城市，沉積物來源不同。計算公式為： （3-106）式中：W為城市徑流某種污染物的時段負荷總量(kg)，包括COD、NH3-N、TP、TN等4種污染物；ai為第i種土地利用方式的徑流系數(shù)， Ki為第i種土地利用方式的某種污染物輸出系數(shù)；P為時段降水量（mm）；Ai為第i種土地利用方式的面積（km2）；i=1、2、3、4，分別表示居民用地、工業(yè)用地、道路廣場用地、綠地。在水質(zhì)模擬過程中，假定污染物進入河流后，在一定范圍內(nèi)經(jīng)過平流輸移、縱向離散和橫向混合后達到充分混合，即河流假定為寬淺的矩形河段，污染物在較短時間

9、內(nèi)混合均勻，污染物濃度在斷面橫向方向變化不大（均勻混合），橫向和垂向污染物濃度梯度可以忽略。因此，河流水質(zhì)模擬簡化為一維模型計算入河污染物濃度變化。由于污染物一般沿河岸多處排放，每一河段內(nèi)可能有多個入河排污口，而概化的排污口位置會有多種形式。針對污染物排放出口在河道兩岸排列方式，將點源污染物入河位置概化為河段頂端、中間、均勻排放等3種情況進行河流污染物濃度的降解計算。 河段本底污染物濃度降解 （3-107） 排污口位于河流頂點 （3-108） 排污口位于河流中游 （3-109） 排污口均勻排列這種概化多適用于非點源污染物的排放。 （3-110）河道斷面的平均流速為： （3-111） （3-11

10、2）式中：C0為河道中污染物的本底濃度（mg/L）；K為污染物綜合降解系數(shù)(1/d)；L為河段長度（km）； CL為經(jīng)過距離L的削減后，河道本底污染物的濃度（mg/L）；Q為河段時段平均流量(m3/s)；u為時段河道斷面的平均流速(m/s)；m為污染物的入河速率(g/s)；h為時段水深（m）；n為河床糙率；B為河道概化寬度（m）；J為水力坡度（比降）。2、湖庫污染物降解模型為簡化計算，采用均勻混合模型（零維模型）計算湖庫的污染物濃度。 湖庫本底污染物降解 （3-113） 入庫污染物降解 （3-114）式中：Ct為經(jīng)過計算時段t降解后，入湖污染物濃度（mg/L）；V為時段湖庫容積（106m3）；

11、C0為湖庫現(xiàn)狀污染物濃度（mg/L）；QL為湖庫出流量（m3/s）；K為污染物綜合降解系數(shù)（1/d）；m為污染物入湖速率（g/s）；t為計算時段長（d）。3、河道稀釋混合模型 （3-115）式中：C為各支流、計算單元排水、節(jié)點入流等污染物混合后的濃度（mg/L）；Q1、Qn為各支流、計算單元排水、節(jié)點入流等的流量（m3/s）；C1、Cn為對應的濃度（mg/L）。5.2.4 水體水質(zhì)評價在相應水體水質(zhì)模擬和污染物負荷已知的基礎上，根據(jù)有關的水環(huán)境質(zhì)量標準可以評價出水體類型。1、水質(zhì)標準地表水環(huán)境質(zhì)量標準（GB3838-2002）中不同水質(zhì)標準的污染物濃度見下表：表3-4 地表水水質(zhì)標準（mg/L

12、）污染物種類類類類類類化學需氧量（COD）1515203040氨氮（MH3-N）0.150.511.52總磷（以P計）0.02（湖庫0.010）0.1（湖庫0.025）0.2（湖庫0.05）0.3（湖庫0.1）0.4（湖庫0.2）總氮（湖庫，以N計）0.20.11.522、評價方法水體水質(zhì)評價的任務是在單因子或多因子條件下研究如何識別水體質(zhì)量的級別歸屬問題，目前采用的方法有單因子評價法、積分值（M值）法、W值法和模糊聚類法等。（1）單因子評價法單因子評價法采用最差項目賦全權的方法，將目標斷面地表水污染物濃度值與表3-4比較得到水體水質(zhì)類別。2、積分值法（M值法）積分值法是一種直接評分法，它可以

13、和各級環(huán)境質(zhì)量標準建立關系，積分值越高，表明環(huán)境質(zhì)量越好，評價中一般把質(zhì)量標準直接取為各級質(zhì)量標準。將每一個因子的質(zhì)量與標準相比較，給定每個因子的評分，相對于質(zhì)量標準的、類，對于n種參評因子，符合相應級別的單因子的評分ai分別為100/n、80/n、60/n、40/n、20/n。全部因子的總評分為M=ai，然后根據(jù)表3-5確定水體質(zhì)量類別。表3-5 積分值法的水體質(zhì)量分級等級分級標準M9696>M7676>M6060>M40M<40積分值法可以處理多因子的質(zhì)量功能評價問題，思路清晰、方法簡便易行，但在計算積分值時采用簡單的評分值迭加方法，不能確切反映出各個因子的相對重要

14、性，特別是沒有突出主要污染因子的作用。3、W值法W值法彌補了積分值法的不足，充分考慮了主要污染物的影響。W值法規(guī)定凡符合、類的因子分別被評為10、8、6、4、2分，對于不能滿足最低一級標準的質(zhì)量因子評為0分，對水體質(zhì)量的描述采用下述形式：（3-116）式中：S為參與評價的環(huán)境因子數(shù)目；N為被評為10分、8分、6分、4分、2分、0分的因子的數(shù)目。W值取污染最嚴重的兩個因子的評分值之和，然后根據(jù)表3-6確定水體水質(zhì)。表3-6 W值法水體質(zhì)量分級等 級最低兩項評分之和18或2014或1610或126或8<44、模糊聚類法模糊聚類法是根據(jù)模糊數(shù)學對綜合評價問題提供一些方法，即模糊聚類法以模糊數(shù)學

15、為基礎，應用模糊關系原理將一些邊界不清、不易定量的因素定量化，從多因素角度對被評價事物隸屬等級狀況進行綜合性評價的一種方法。本次計算中，將水質(zhì)環(huán)境看成一個模糊子集，利用隸屬度描述水質(zhì)分級界限，經(jīng)模糊矩陣復合運算，得出綜合評價結(jié)果。模糊聚類法既考慮了水質(zhì)級別界限的模糊性，又兼顧了各項水質(zhì)參數(shù)在污染中的作用差異，分別給于不同的權重，使各評價指標在描述水體污染程度時清晰化、定量化反映監(jiān)測斷面的綜合水質(zhì)狀況，并最終確定水質(zhì)質(zhì)量級別。具體實現(xiàn)過程為：a、建立因素集U對于河流：U= u1、u 2=COD、NH3-N 對于湖庫：U= u1、u 2、u3、u 4= COD、NH3-N、TP、TN b、建立評語

16、集V對于河流：V=I、V 對于湖庫：V=I、V c、建立模糊關系矩陣R對于河流： 對于湖庫： d、隸屬度rij的計算采用下列公式進行水質(zhì)隸屬度的計算：類水質(zhì)隸屬度ri1的計算公式為： （3-117）、類水質(zhì)隸屬度rij的計算公式為： （3-118）類水質(zhì)隸屬度ri1的計算公式為： （3-119）公式中ej的確定以表3-7、表3-8中的數(shù)據(jù)為基準進行判定：表3-7 河流水質(zhì)類別判定基準表（mg/L）污染因子e1e2e3e4e5S化學需氧量（COD）151520304024氨氮（NH3-N） 0.150.511.521.03總磷（TP,以P計）0.020.10.20.30.40.2總氮（TN,以N計）0.20.511.521表3-8 湖庫水質(zhì)類別判定基準表（mg/L）污染因子e1e2e3e4e5S化學需氧量（COD）151520304024氨氮（NH3-N）0.150.511.521.03總磷（TP,以P計）0.010.030.050.10.20.08總氮（TN,以N計）0.20.511.521.04e、系數(shù)ai的確定ai表示單因素xi在所有因素中所起作用大小的量度，可以視為第i種污染因子在水體質(zhì)量諸因子的權重系數(shù)。計算公式為： （3-120）式中，各符號的取值為：對于河流i取1、2，湖庫i取1、2、3、4，s表示各類水質(zhì)評價標準