第8章水資源與城市可持續(xù)發(fā)展2011

1、2022-6-61第第8 8章章 水資源與城市可持續(xù)發(fā)展水資源與城市可持續(xù)發(fā)展 8.1 水資源的基本理論8.2 我國的水資源概況8.3 城市可持續(xù)發(fā)展的水安全目標(biāo)8.4 城市水安全建設(shè)的技術(shù)途徑8.5 城市水安全的管理對策2022-6-628.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 一、水量平衡原理WWWOI121.1.基本方程基本方程水量平衡原理：任意選擇的流域（或區(qū)域）在任意的時段內(nèi)，水量平衡原理：任意選擇的流域（或區(qū)域）在任意的時段內(nèi)，其收入的水量與支出的水量之差等于其收入的水量與支出的水量之差等于其蓄水量的變化量其蓄水量的變化量。式中：式中：I為計算時段內(nèi)某計算單元的總輸入水量；

2、為計算時段內(nèi)某計算單元的總輸入水量；O為計算時段為計算時段內(nèi)某計算單元的總輸出水量；內(nèi)某計算單元的總輸出水量；W1、W2為計算時段始、末某計算為計算時段始、末某計算單元的蓄水量；單元的蓄水量；W為時段內(nèi)蓄水量的變化量，為時段內(nèi)蓄水量的變化量，W0表示該表示該計算單元蓄水量增加，計算單元蓄水量增加，W0則表示蓄水量減少。則表示蓄水量減少。2022-6-63式中：式中：P洋為某一年海洋上的降水量；為某一年海洋上的降水量；R為某一年大陸流入海洋為某一年大陸流入海洋的徑流量；的徑流量；E洋為某一年海洋上的蒸發(fā)量；為某一年海洋上的蒸發(fā)量；W洋為某一年海洋為某一年海洋蓄水量的變化量。蓄水量的變化量。對于多

3、年平均情況，對于多年平均情況，W洋接近于洋接近于0，故方程可簡化為：，故方程可簡化為：8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 洋洋洋WERP一、水量平衡原理2.2.全球水量平衡方程全球水量平衡方程RPE洋洋式中：式中： 為海洋上多年平均蒸發(fā)量；為海洋上多年平均蒸發(fā)量； 為海洋上多年平均降水為海洋上多年平均降水量；量； 為大陸多年平均徑流量。為大陸多年平均徑流量。洋E洋PR2022-6-648.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 根據(jù)以上原理，可得到陸地多年平均情況下的水量平衡方程式：根據(jù)以上原理，可得到陸地多年平均情況下的水量平衡方程式：式中：式中： 為大陸多年平均蒸發(fā)量；

4、為大陸多年平均蒸發(fā)量； 為大陸多年平均降水量；為大陸多年平均降水量； 為大陸多年平均徑流量。為大陸多年平均徑流量。由海洋和陸地系統(tǒng)的水量平衡方程，可得全球水量平衡方程為：由海洋和陸地系統(tǒng)的水量平衡方程，可得全球水量平衡方程為： 或或式中：式中： 為全球多年平均蒸發(fā)量；為全球多年平均蒸發(fā)量； 為全球多年平均降水量。為全球多年平均降水量。一、水量平衡原理RPE陸陸陸E陸PR陸洋陸洋PPEEPE EP2022-6-658.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 一、水量平衡原理3.3.流域水量平衡方程流域水量平衡方程對于一個天然流域，計算時段內(nèi)的水量平衡方程式為：對于一個天然流域，計算時段內(nèi)的

5、水量平衡方程式為：WqERqP出入式中：式中：P、R、E分別為計算時段內(nèi)流域降水量、徑流量和蒸發(fā)量；分別為計算時段內(nèi)流域降水量、徑流量和蒸發(fā)量；q入為計算時段內(nèi)從外流域流入本流域的水量；入為計算時段內(nèi)從外流域流入本流域的水量；q出為計算時段內(nèi)出為計算時段內(nèi)本流域流到外流域的水量；本流域流到外流域的水量；W為流域地面及地下蓄水量的變化為流域地面及地下蓄水量的變化量。量。2022-6-66對于無跨流域調(diào)水的閉合流域（地面分水線與地下分水線一致對于無跨流域調(diào)水的閉合流域（地面分水線與地下分水線一致的流域），的流域），q q入與入與q q出均為出均為0 0，則一般常用的流域水量平衡方程為：，則一般常用

6、的流域水量平衡方程為： 就長期來說，就長期來說，WW多年平均為多年平均為0 0，則多年平均情況下的流域水量，則多年平均情況下的流域水量平衡方程為：平衡方程為： 上式表明，對于閉合流域，多年平均降水量上式表明，對于閉合流域，多年平均降水量 等于多年平均徑等于多年平均徑流量流量 與多年平均蒸發(fā)量與多年平均蒸發(fā)量 之和。之和。WERPERPPRE8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 一、水量平衡原理2022-6-678.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 一、水量平衡原理4.4.區(qū)域水量平衡方程區(qū)域水量平衡方程對于某一區(qū)域，在計算時段內(nèi)其輸入的總水量為：對于某一區(qū)域，在計算時段

7、內(nèi)其輸入的總水量為：式中：式中：I為計算時段內(nèi)的區(qū)域總輸入水量；為計算時段內(nèi)的區(qū)域總輸入水量；P為計算時段內(nèi)的區(qū)為計算時段內(nèi)的區(qū)域降水量；域降水量；Rr為計算時段內(nèi)流入?yún)^(qū)域內(nèi)的地表徑流量；為計算時段內(nèi)流入?yún)^(qū)域內(nèi)的地表徑流量；Rg為計為計算時段內(nèi)流入?yún)^(qū)域內(nèi)的地下徑流量；算時段內(nèi)流入?yún)^(qū)域內(nèi)的地下徑流量；q入為計算時段內(nèi)由區(qū)域為計算時段內(nèi)由區(qū)域外調(diào)入的水量。外調(diào)入的水量。 入qRRPIgr2022-6-688.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 一、水量平衡原理4.4.區(qū)域水量平衡方程區(qū)域水量平衡方程輸出的總水量為：輸出的總水量為：式中：式中：O為計算時段內(nèi)的區(qū)域總輸出水量；為計算時段內(nèi)的

8、區(qū)域總輸出水量；E為計算時段內(nèi)的為計算時段內(nèi)的區(qū)域蒸發(fā)量；區(qū)域蒸發(fā)量；Rr為計算時段內(nèi)流出區(qū)域的地表徑流量；為計算時段內(nèi)流出區(qū)域的地表徑流量；Rg為計算時段內(nèi)流出區(qū)域的地下徑流量；為計算時段內(nèi)流出區(qū)域的地下徑流量；qu為計算時段內(nèi)為計算時段內(nèi)扣除蒸發(fā)量后的區(qū)域總耗水量，主要指工業(yè)、生活耗水量；扣除蒸發(fā)量后的區(qū)域總耗水量，主要指工業(yè)、生活耗水量；q出為計算時段內(nèi)由本區(qū)域的調(diào)出水量。出為計算時段內(nèi)由本區(qū)域的調(diào)出水量。出qqRREOugr區(qū)域水量平衡方程式為：區(qū)域水量平衡方程式為： 就長期來說，其多年平均情況下的區(qū)域水量平衡方程為：就長期來說，其多年平均情況下的區(qū)域水量平衡方程為：式中：式中： 為區(qū)

9、域多年平均降水量；為區(qū)域多年平均降水量； 為流入?yún)^(qū)域內(nèi)的多年平均徑流為流入?yún)^(qū)域內(nèi)的多年平均徑流量，量， ； 為流出區(qū)域的多年平均徑流量，為流出區(qū)域的多年平均徑流量， ； 為區(qū)域多年平均蒸發(fā)量；為區(qū)域多年平均蒸發(fā)量； 為區(qū)域多年平均調(diào)入水量；為區(qū)域多年平均調(diào)入水量； 為扣除蒸發(fā)為扣除蒸發(fā)量后的區(qū)域多年平均耗水量；量后的區(qū)域多年平均耗水量； 為區(qū)域多年平均調(diào)出水量。為區(qū)域多年平均調(diào)出水量。WqqRREqRRPugrgr出入出入qqREqRPuPRgrRRRRgrRRRE入quq出q2022-6-6108.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 一、水量平衡原理水資源轉(zhuǎn)化模型由水資源轉(zhuǎn)化模型可

10、知，將水資源轉(zhuǎn)化關(guān)系表達(dá)成一個由降水、由水資源轉(zhuǎn)化模型可知，將水資源轉(zhuǎn)化關(guān)系表達(dá)成一個由降水、蒸發(fā)、徑流形成以及大氣水蒸發(fā)、徑流形成以及大氣水地表水地表水土壤水土壤水地下水地下水“四水四水”轉(zhuǎn)化的全過程，水資源轉(zhuǎn)化模型是用來描述各水資源要素之間相轉(zhuǎn)化的全過程，水資源轉(zhuǎn)化模型是用來描述各水資源要素之間相互轉(zhuǎn)化關(guān)系的數(shù)學(xué)工具。它清楚地表明了坡面、包氣帶和地下水互轉(zhuǎn)化關(guān)系的數(shù)學(xué)工具。它清楚地表明了坡面、包氣帶和地下水的補排關(guān)系，以及水資源的由來和組成，并根據(jù)各要素間的水量的補排關(guān)系，以及水資源的由來和組成，并根據(jù)各要素間的水量平衡關(guān)系，對水資源進行定量分析。平衡關(guān)系，對水資源進行定量分析。 通常，天

11、然流域是由上游山丘區(qū)和下游平原區(qū)組成，因此也將水通常，天然流域是由上游山丘區(qū)和下游平原區(qū)組成，因此也將水資源轉(zhuǎn)化模型分為兩部分來介紹。資源轉(zhuǎn)化模型分為兩部分來介紹。全流域水量平衡方程土壤水調(diào)蓄地下水調(diào)蓄地表水調(diào)蓄大氣降水地面蒸發(fā)蒸發(fā)植物截留灌溉水回歸植物蒸騰植物吸收蒸發(fā)潛水蒸發(fā)下滲下滲水面蒸發(fā)地表徑流壤中流地下徑流河川水庫調(diào)蓄地表水引水或調(diào)水工農(nóng)業(yè)生活用水外來水損耗土地利用覆被變化河川徑流地下潛流地下水處理系統(tǒng)滲漏滲漏污廢水自然水循環(huán)自然水循環(huán)社會水循環(huán)社會水循環(huán)（1 1）上游山丘區(qū)）上游山丘區(qū)山丘區(qū)為徑流形成區(qū)，一般情況下人類的取用水活動較少，且基本以水山丘區(qū)為徑流形成區(qū)，一般情況下人類的取

12、用水活動較少，且基本以水資源的天然轉(zhuǎn)化為主，因此根據(jù)水量平衡原理，在計算時段內(nèi)流域上游資源的天然轉(zhuǎn)化為主，因此根據(jù)水量平衡原理，在計算時段內(nèi)流域上游山丘區(qū)的水量平衡方程式為：山丘區(qū)的水量平衡方程式為： 式中：式中：P P為計算時段內(nèi)的降水量；為計算時段內(nèi)的降水量；E E為計算時段內(nèi)的總蒸發(fā)量；為計算時段內(nèi)的總蒸發(fā)量；R R為計算為計算時段內(nèi)的河川徑流量；時段內(nèi)的河川徑流量；UgUg為計算時段內(nèi)的地下潛流量；為計算時段內(nèi)的地下潛流量；W W為計算時段為計算時段內(nèi)蓄水變化量，包括地表水和地下水的蓄水變化量。內(nèi)蓄水變化量，包括地表水和地下水的蓄水變化量。 WUREPg在多年平均情況下，在多年平均情況

13、下，W W項可忽略不計，上式簡化為：項可忽略不計，上式簡化為：由于河川徑流量由于河川徑流量R R由地表徑流量由地表徑流量RsRs和地下徑流量和地下徑流量RgRg組成，總蒸發(fā)量組成，總蒸發(fā)量E E由由地表蒸發(fā)量地表蒸發(fā)量EsEs（包括土壤蒸發(fā)、植物蒸騰在內(nèi)）和潛水蒸發(fā)量（包括土壤蒸發(fā)、植物蒸騰在內(nèi)）和潛水蒸發(fā)量EgEg組成，組成，因此上式可寫成：因此上式可寫成：gUREPggsgsURREEP在山丘區(qū)，受地形坡度的影響，地下水的補給形式主要以降水入滲補給為在山丘區(qū)，受地形坡度的影響，地下水的補給形式主要以降水入滲補給為主，地表水入滲補給相對較少。主，地表水入滲補給相對較少?？紤]多年平均情況下，則

14、地下水的降水入滲補給量考慮多年平均情況下，則地下水的降水入滲補給量 和排泄量應(yīng)相等，和排泄量應(yīng)相等，這部分水量就是地下水資源量這部分水量就是地下水資源量 ；而地下水的排泄量有河川基流（地下；而地下水的排泄量有河川基流（地下徑流）徑流） 、潛水蒸發(fā)、潛水蒸發(fā) 、地下潛流、地下潛流 。故地下水資源量故地下水資源量 可用下式表示：可用下式表示：gPgWgRgEgUgWgggggUREPWgssPREP由此可見，山丘區(qū)水量平衡方程為：由此可見，山丘區(qū)水量平衡方程為：根據(jù)區(qū)域水資源的概念，山丘區(qū)的多年平均水資源總量為：根據(jù)區(qū)域水資源的概念，山丘區(qū)的多年平均水資源總量為： 或或當(dāng)山丘區(qū)地下水埋深較大（大于

15、當(dāng)山丘區(qū)地下水埋深較大（大于4m4m）時，）時， 可以忽略；在一定的水文地質(zhì)可以忽略；在一定的水文地質(zhì)條件下（如地下含水層被隔水層阻隔），條件下（如地下含水層被隔水層阻隔）， 也能忽略，在此條件下，上也能忽略，在此條件下，上式就可簡化為：式就可簡化為： 上式表示在一定的條件下，山丘區(qū)的河川徑流量可以近似認(rèn)為是總水資上式表示在一定的條件下，山丘區(qū)的河川徑流量可以近似認(rèn)為是總水資源量；地下徑流量就能代表地下水資源量。源量；地下徑流量就能代表地下水資源量。 gssPREPWggUERWgEgURW （2 2）下游平原區(qū)）下游平原區(qū)在天然狀況下，平原區(qū)的水量平衡可表示為：在天然狀況下，平原區(qū)的水量平衡

16、可表示為：但由于在平原區(qū)人類活動頻繁、用水量激增，導(dǎo)致平原區(qū)的總耗水量但由于在平原區(qū)人類活動頻繁、用水量激增，導(dǎo)致平原區(qū)的總耗水量 數(shù)值較大，不能忽略，因此平原區(qū)的水資源轉(zhuǎn)化關(guān)系必須考慮人類活動的數(shù)值較大，不能忽略，因此平原區(qū)的水資源轉(zhuǎn)化關(guān)系必須考慮人類活動的影響，即影響，即式中：式中： 為平原區(qū)扣除蒸發(fā)量后的多年平均耗水量。為平原區(qū)扣除蒸發(fā)量后的多年平均耗水量。平平平平gssPREP降水量降水量 地表蒸發(fā)量地表蒸發(fā)量 地表徑流量地表徑流量降雨入滲補給量降雨入滲補給量qPREPgss平平平平qq由于其受工程措施和技術(shù)水平影響很大，因而平原區(qū)按排泄量計算的地由于其受工程措施和技術(shù)水平影響很大，因

17、而平原區(qū)按排泄量計算的地下水資源量已不再是天然情況下的多年平均值，而是指現(xiàn)狀開采條件下下水資源量已不再是天然情況下的多年平均值，而是指現(xiàn)狀開采條件下（包括過量開采）的多年平均值。（包括過量開采）的多年平均值。 前面所敘述的是平原區(qū)本地水資源（即不考慮上游來水、而只考慮當(dāng)?shù)厍懊嫠鶖⑹龅氖瞧皆瓍^(qū)本地水資源（即不考慮上游來水、而只考慮當(dāng)?shù)亟邓┧鶚?gòu)成的水量平衡方程式，而在實際運用時還要考慮降水）所構(gòu)成的水量平衡方程式，而在實際運用時還要考慮上游山丘區(qū)上游山丘區(qū)對平原區(qū)的側(cè)向潛流補給對平原區(qū)的側(cè)向潛流補給。由此，平原區(qū)的地下水除了本地的降雨入滲補給外，還包括上游山區(qū)的由此，平原區(qū)的地下水除了本地的降雨

18、入滲補給外，還包括上游山區(qū)的側(cè)向潛流補給側(cè)向潛流補給Ug山和地表水滲漏補給和地表水滲漏補給Q表補，其地下水資源計算公式為：，其地下水資源計算公式為：式中：式中： 為平原區(qū)的地下水資源量。為平原區(qū)的地下水資源量。 參照上游山丘區(qū)地下水資源量的組成，并考慮平原區(qū)地下水凈開采量參照上游山丘區(qū)地下水資源量的組成，并考慮平原區(qū)地下水凈開采量 （通常在平原區(qū)地下水凈開采量數(shù)值較大，不能忽略），則上式可寫成：（通常在平原區(qū)地下水凈開采量數(shù)值較大，不能忽略），則上式可寫成：表補山平平QUPWggg平gW采q采表補山平平平平qQUUREWggggg地表水滲漏補給量地表水滲漏補給量Q表補由河道（含湖泊、水庫等地表

19、水體）滲漏量由河道（含湖泊、水庫等地表水體）滲漏量Q河、渠系滲漏量渠系滲漏量Q渠和田間回歸量和田間回歸量Q田三部分組成，即三部分組成，即 根據(jù)本地水資源的定義，參照山丘區(qū)，平原區(qū)水資源總量為：根據(jù)本地水資源的定義，參照山丘區(qū)，平原區(qū)水資源總量為： 田渠河表補QQQQ平平平平平gssPREPW （3 3）全流域水量平衡方程）全流域水量平衡方程全流域多年平均水量平衡方程式為：全流域多年平均水量平衡方程式為： 或或全流域的地表水資源量全流域的地表水資源量 （即河川徑流量）為（即河川徑流量）為 qPREPgss全全全全qUEERPggs全全全全全全sW平山平山平山全全ggsssRRRRRRRW全流域的

20、地下水資源量全流域的地下水資源量 為：為： 式中：式中： 為山丘區(qū)和平原區(qū)之間的地下水資源重復(fù)計算量，包括上游為山丘區(qū)和平原區(qū)之間的地下水資源重復(fù)計算量，包括上游山丘區(qū)的側(cè)向潛流補給量山丘區(qū)的側(cè)向潛流補給量 和地表水滲漏補給量和地表水滲漏補給量 等。等。由此可知，全流域的水資源總量計算公式為：由此可知，全流域的水資源總量計算公式為： 或或式中式中 包括全部基流量和地表水滲漏補給部分。包括全部基流量和地表水滲漏補給部分。全gW重平山全ggggWWWW重gW山gU表補Q重全全全ggsWWWWqUERWWWgg全全全平山全重gW2022-6-6218.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 二

21、、水環(huán)境容量理論水環(huán)境容量（水環(huán)境容量（water environmental capacitywater environmental capacity），是水體在一），是水體在一定功能要求、設(shè)計水文條件和水環(huán)境目標(biāo)下，所定功能要求、設(shè)計水文條件和水環(huán)境目標(biāo)下，所允許容納的污允許容納的污染負(fù)荷量染負(fù)荷量，也就是指在水環(huán)境功能不受破壞的條件下，水體能，也就是指在水環(huán)境功能不受破壞的條件下，水體能容納污染物的最大數(shù)量。容納污染物的最大數(shù)量。 水環(huán)境容量理論是水資源學(xué)的一個重要理論，它經(jīng)常被用來定水環(huán)境容量理論是水資源學(xué)的一個重要理論，它經(jīng)常被用來定量描述天然水體量描述天然水體對污染物的容納和自凈能

22、力對污染物的容納和自凈能力，對于水資源保護，對于水資源保護和水污染防治具有重要的理論指導(dǎo)作用。和水污染防治具有重要的理論指導(dǎo)作用。 2022-6-622底泥 沙 顆粒吸附作用沉淀zx物理運動（遷移/擴散作用）泥河床解吸作用再懸浮污染物吸附作用解吸作用污染物在水體中遷移轉(zhuǎn)化的概念圖 1.1.污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化機理污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化機理污染物在水體遷移轉(zhuǎn)化過程中的物理化學(xué)作用表現(xiàn)在：污染物在水體遷移轉(zhuǎn)化過程中的物理化學(xué)作用表現(xiàn)在：（1 1）遷移與擴散；（）遷移與擴散；（2 2）吸附與解吸；（）吸附與解吸；（3 3）沉淀與再懸??；（）沉淀與再懸??；（4 4）降解作用。）降解作用。8.1

23、8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 2022-6-623（1 1）遷移擴散作用）遷移擴散作用一般來說，水體中的污染物主要以溶解狀態(tài)或交替狀態(tài)存在，一般來說，水體中的污染物主要以溶解狀態(tài)或交替狀態(tài)存在，隨著水體的流動不斷遷移，同時也與周圍的水體相互混合擴散，隨著水體的流動不斷遷移，同時也與周圍的水體相互混合擴散，使其濃度不斷降低，水質(zhì)得以改善。使其濃度不斷降低，水質(zhì)得以改善。遷移作用遷移作用 對于過水?dāng)嗝嫔系娜我稽c來說，污染物經(jīng)過該點并沿流向?qū)τ谶^水?dāng)嗝嫔系娜我稽c來說，污染物經(jīng)過該點并沿流向（設(shè)為（設(shè)為x x方向）的輸移通量為方向）的輸移通量為式中：式中：FxFx為過水?dāng)嗝嫔夏滁c沿為過水?dāng)?/p>

24、面上某點沿x x方向的污染物輸移通量，方向的污染物輸移通量，mg/mg/（m m2 2ss）；）；u u為某點沿為某點沿x x方向的流速，方向的流速，m/sm/s；C C為某點污染物的濃為某點污染物的濃度，度，mg/mmg/m3 3。uCFx8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 2022-6-624對于整個過水?dāng)嗝?，污染物的輸移率為：對于整個過水?dāng)嗝?，污染物的輸移率為：式中：式中：FAFA為過水?dāng)嗝嫔系奈廴疚镙斠坡?，為過水?dāng)嗝嫔系奈廴疚镙斠坡?，mg/smg/s； 為經(jīng)過該斷面為經(jīng)過該斷面的水體平均流速，的水體平均流速，m/sm/s；A A為過水?dāng)嗝婷娣e，為過水?dāng)嗝婷娣e，m2m2；

25、為斷面上污染為斷面上污染物的平均濃度；物的平均濃度；Q Q為該斷面的流量，為該斷面的流量，m3/sm3/s。 擴散作用擴散作用 擴散作用是由于污染物在空間上存在濃度梯度，從而使得擴散作用是由于污染物在空間上存在濃度梯度，從而使得其不斷趨于均化的物質(zhì)遷移現(xiàn)象。擴散作用包括其不斷趨于均化的物質(zhì)遷移現(xiàn)象。擴散作用包括分子擴散作用分子擴散作用、紊動擴散作用紊動擴散作用和和離散作用離散作用三個方面。三個方面。 CQACuFAuC8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 2022-6-6258.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 分子擴散分子擴散，是指水中污染物由于分子的無規(guī)則運動，從高

26、濃度，是指水中污染物由于分子的無規(guī)則運動，從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的運動過程；區(qū)向低濃度區(qū)的運動過程；紊動擴散紊動擴散，是由紊流中渦旋的不規(guī)，是由紊流中渦旋的不規(guī)則運動而引起的污染物從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的遷移過程；則運動而引起的污染物從高濃度區(qū)向低濃度區(qū)的遷移過程；縱縱向離散向離散，也稱為彌散，是由于斷面非均勻流速作用而引起的污，也稱為彌散，是由于斷面非均勻流速作用而引起的污染物離散現(xiàn)象。染物離散現(xiàn)象。分子擴散過程服從費克（分子擴散過程服從費克（FickFick）第一定律，即）第一定律，即單位時間內(nèi)通過單位時間內(nèi)通過單位面積的溶解物質(zhì)的單位面積的溶解物質(zhì)的質(zhì)量質(zhì)量與溶解物質(zhì)與溶解物質(zhì)濃度濃度在該面

27、積法線方向在該面積法線方向的梯度成正比的梯度成正比。紊動擴散過程和離散過程也可采用類似表達(dá)分。紊動擴散過程和離散過程也可采用類似表達(dá)分子擴散通量的費克第一定律來表達(dá)。子擴散通量的費克第一定律來表達(dá)。 2022-6-626水體中污染物擴散作用的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：水體中污染物擴散作用的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：式中：式中：Mx為擴散通量，即單位時間單位面積內(nèi)在為擴散通量，即單位時間單位面積內(nèi)在x方向由于擴散方向由于擴散作用通過的污染物質(zhì)量，作用通過的污染物質(zhì)量，mg/（m2s）；Emx為為x方向的方向的分子擴分子擴散系數(shù)散系數(shù)，m2/s；Etx為為x方向的方向的紊動擴散系數(shù)紊動擴散系數(shù)，m2/s；Edx為為x方方

28、向的向的縱向離散系數(shù)縱向離散系數(shù)，m2/s；C為水體污染物濃度為水體污染物濃度； 為沿為沿x方向方向的的濃度梯度濃度梯度。 xCEEEMdxtxmxx)(xC8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 2022-6-6278.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 （2 2）吸附與解析作用）吸附與解析作用吸附與解吸過程是一種復(fù)雜的物理化學(xué)過程?？筛鶕?jù)弗勞德利吸附與解吸過程是一種復(fù)雜的物理化學(xué)過程。可根據(jù)弗勞德利希（希（FreundlichFreundlich）吸附等溫式的形式可近似推導(dǎo)泥沙對水中污）吸附等溫式的形式可近似推導(dǎo)泥沙對水中污染物的吸附速率方程：染物的吸附速率方程：式中：

29、式中：S為泥沙吸附濃度，為泥沙吸附濃度，mg/g；為無量綱化的為無量綱化的S值；值；C為水體為水體污染物濃度；污染物濃度；W為水體的含沙量，為水體的含沙量，g/L；b為與活化能有關(guān)的指數(shù)；為與活化能有關(guān)的指數(shù)；k1，k2分別為吸附速率系數(shù)和解吸速率系數(shù)，分別為吸附速率系數(shù)和解吸速率系數(shù)，d-1。SkWCkdtdSbb212022-6-6288.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 （3 3）沉淀與再懸浮作用）沉淀與再懸浮作用污染物沉淀與再懸浮量的計算，一般有兩種途徑：污染物沉淀與再懸浮量的計算，一般有兩種途徑：一是一是按照河流動力學(xué)和泥沙工程學(xué)原理，先計算河段含沙量變按照河流動力學(xué)和泥

30、沙工程學(xué)原理，先計算河段含沙量變化過程和沖淤過程，然后考慮泥沙對污染物的吸附化過程和沖淤過程，然后考慮泥沙對污染物的吸附解吸作用，解吸作用，進一步算出污染物的沉淀與再懸浮量。進一步算出污染物的沉淀與再懸浮量。另一種另一種是采用一個系數(shù)直接對污染物的減少或增加進行估算，是采用一個系數(shù)直接對污染物的減少或增加進行估算，其表達(dá)式一般為：其表達(dá)式一般為：式中：式中：KsKs為沉淀與再懸浮系數(shù)，為沉淀與再懸浮系數(shù)，KsKs與水流速度、泥沙組成、溫與水流速度、泥沙組成、溫度等因素有關(guān)。度等因素有關(guān)。CKdtdCs2022-6-6298.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 （4 4）降解作用）降解

31、作用通常，大多數(shù)污染物在隨水流遷移擴散的同時，還在微生物的通常，大多數(shù)污染物在隨水流遷移擴散的同時，還在微生物的生物化學(xué)作用下分解和轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，從而使水體中污染物生物化學(xué)作用下分解和轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)，從而使水體中污染物濃度降低，這種現(xiàn)象被稱為降解。濃度降低，這種現(xiàn)象被稱為降解。有機污染物的降解，一般認(rèn)為可按有機污染物的降解，一般認(rèn)為可按一級反應(yīng)動力學(xué)一級反應(yīng)動力學(xué)來計算，即來計算，即 式中：式中：K1為有機污染物的降解速率系數(shù)（簡稱降解系數(shù)），為有機污染物的降解速率系數(shù)（簡稱降解系數(shù)），d-1。CKdtdC12022-6-6302.2.水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本

32、方程是水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程是根據(jù)微元水體中水流連續(xù)性原理、能量根據(jù)微元水體中水流連續(xù)性原理、能量守恒原理、物質(zhì)轉(zhuǎn)化與平衡原理而建立的模擬水質(zhì)運動變化過程守恒原理、物質(zhì)轉(zhuǎn)化與平衡原理而建立的模擬水質(zhì)運動變化過程的最基本方程的最基本方程。 零維水質(zhì)基本方程零維水質(zhì)基本方程零維可看作是河流水質(zhì)完全混合，水質(zhì)濃度均一的水體單元。零維可看作是河流水質(zhì)完全混合，水質(zhì)濃度均一的水體單元。根據(jù)水量平衡方程和質(zhì)量平衡方程建立根據(jù)水量平衡方程和質(zhì)量平衡方程建立非穩(wěn)定態(tài)非穩(wěn)定態(tài)和和穩(wěn)定態(tài)穩(wěn)定態(tài)方程。方程。8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 2022-6-6318.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基

33、本理論 非穩(wěn)定情況非穩(wěn)定情況流量、污染物濃度不穩(wěn)定，隨時間而變化流量、污染物濃度不穩(wěn)定，隨時間而變化其基本方程為：其基本方程為： 式中：式中：C為單元水體內(nèi)的污染物濃度為單元水體內(nèi)的污染物濃度，mg/L；CI為流入該單元水流為流入該單元水流的污染物濃度，的污染物濃度，mg/L；QI、Q分別為流入、流出該單元的流量，分別為流入、流出該單元的流量，L/d；V為該單元的水體體積為該單元的水體體積，L；Si為該單元的源漏項，表示各種作用（如生物降解作用、沉淀為該單元的源漏項，表示各種作用（如生物降解作用、沉淀作用等）使單位水體的某類污染物在單位時間內(nèi)的變化量，作用等）使單位水體的某類污染物在單位時間內(nèi)

34、的變化量，mg/（Ld）。Si增加時取正號，稱源項；減少時取負(fù)號，稱漏項。增加時取正號，稱源項；減少時取負(fù)號，稱漏項。iIISCVQCVQdtdC2022-6-632穩(wěn)定情況穩(wěn)定情況流量、濃度不隨時間而變化流量、濃度不隨時間而變化穩(wěn)態(tài)時穩(wěn)態(tài)時， ，QQI，V為常數(shù)，非穩(wěn)定態(tài)方程可變?yōu)闉槌?shù)，非穩(wěn)定態(tài)方程可變?yōu)椋捶€(wěn)定態(tài)基本方程）：（即穩(wěn)定態(tài)基本方程）：非穩(wěn)態(tài)情況常?？梢酝ㄟ^一定的簡化，使之近似為穩(wěn)態(tài)。例如非穩(wěn)態(tài)情況常?？梢酝ㄟ^一定的簡化，使之近似為穩(wěn)態(tài)。例如枯水期，當(dāng)計算時段不長時，可由該時段的濃度、流量平均值枯水期，當(dāng)計算時段不長時，可由該時段的濃度、流量平均值代表該時段的濃度、流量變化過程

35、，從而使計算簡化。代表該時段的濃度、流量變化過程，從而使計算簡化。 8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 0dtdCiISQVCC2022-6-633 一維水質(zhì)基本方程一維水質(zhì)基本方程一維水質(zhì)假定污染物濃度在斷面上均勻一致，只隨流程方向發(fā)生一維水質(zhì)假定污染物濃度在斷面上均勻一致，只隨流程方向發(fā)生變化。根據(jù)變化。根據(jù)“一維微分河段水量、水質(zhì)平衡示意圖”所表達(dá)的某所表達(dá)的某河段單元污染物質(zhì)量平衡關(guān)系，再結(jié)合前面分析的污染物在水體河段單元污染物質(zhì)量平衡關(guān)系，再結(jié)合前面分析的污染物在水體中的各種物理化學(xué)過程，由質(zhì)量守恒原理可建立一維水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)中的各種物理化學(xué)過程，由質(zhì)量守恒原理可建立一維水

36、質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程，即化基本方程，即式中各符號意義同前。式中各符號意義同前。ASxCAEEExxCQtCAidxtxmx)(8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 dxSiqM1，M2，M3Q，CQ(x+dx)，C(x+dx)M1(x+dx)，M2(x+dx)，M3(x+dx)一維微分河段水量、水質(zhì)平衡示意圖河段長度河段長度流量流量污染物分子擴污染物分子擴散通量散通量單位長度單位長度入流流量入流流量污染物污染物變化量變化量污染物污染物濃度濃度2022-6-6358.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 對于均勻河段（即過水?dāng)嗝妗⒘魉?、擴散系數(shù)均為常數(shù)），則對于均勻河段（即過水

37、斷面、流速、擴散系數(shù)均為常數(shù)），則上式可寫為上式可寫為河流的離散系數(shù)河流的離散系數(shù)Ed一般要比分子擴散系數(shù)一般要比分子擴散系數(shù)Em、紊動擴散系數(shù)紊動擴散系數(shù)Et大得多，后者與前者相比，常?？梢院雎裕瑒t方向上的擴散系大得多，后者與前者相比，常?？梢院雎?，則方向上的擴散系數(shù)數(shù)ExEmxEtxEdx Edx。idxtxmxSxCEEExxCutC)(2022-6-6368.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 最常見的河流一維水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程形式：最常見的河流一維水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程形式：對于均勻河段，流量和排污穩(wěn)定時，各斷面的污染濃度不隨時對于均勻河段，流量和排污穩(wěn)定時，各斷面的污染濃

38、度不隨時間變化，即間變化，即 ，故一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程為：，故一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程為： ixSxCExCutC220tCixSxCExCu222022-6-6378.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 二維水質(zhì)基本方程二維水質(zhì)基本方程二維水質(zhì)模擬可分為二維水質(zhì)模擬可分為水平二維水平二維和和豎向二維豎向二維兩種情況。兩種情況。水平二維水平二維是指水體的流速和污染物濃度僅在水平面的縱向、橫是指水體的流速和污染物濃度僅在水平面的縱向、橫向變化，在豎向（水深方向）混合均勻。向變化，在豎向（水深方向）混合均勻。豎向二維豎向二維是指水體的流速和污染物濃度僅在縱向和豎向變化，是指水

39、體的流速和污染物濃度僅在縱向和豎向變化，在橫向（寬度方向）保持不變。在橫向（寬度方向）保持不變。 圖5-4 水平二維微分河段水量、水質(zhì)平衡示意圖Hdxdyv，Eyu，Exxyz2022-6-6398.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 根據(jù)質(zhì)量守恒原理，水平二維水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程：根據(jù)質(zhì)量守恒原理，水平二維水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程：式中：式中：ExEx為為x x方向的分子擴散系數(shù)、紊動擴散系數(shù)和離散系數(shù)之方向的分子擴散系數(shù)、紊動擴散系數(shù)和離散系數(shù)之和；和；EyEy為為y y方向的分子擴散系數(shù)、紊動擴散系數(shù)和離散系數(shù)之和；方向的分子擴散系數(shù)、紊動擴散系數(shù)和離散系數(shù)之和；u u、v v分別

40、為分別為x x、y y方向上的流速分量，方向上的流速分量，m/sm/s；H H為水深，為水深，m m；其他符；其他符號意義同前。號意義同前。 iyxSHyCHEyxCHExyvCHxuCHtCH)()(2022-6-6408.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 三維水質(zhì)基本方程三維水質(zhì)基本方程采用類似一維河流水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程的推導(dǎo)過程，可以推采用類似一維河流水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程的推導(dǎo)過程，可以推導(dǎo)出一個具有導(dǎo)出一個具有x x、y y、z z坐標(biāo)的三維空間中任一微小單元的某種污坐標(biāo)的三維空間中任一微小單元的某種污染物濃度隨時間的變化率與該處污染物在遷移、擴散作用下的染物濃度隨時間的

41、變化率與該處污染物在遷移、擴散作用下的輸移量及源漏項的關(guān)系，其表達(dá)式為：輸移量及源漏項的關(guān)系，其表達(dá)式為： 式中：式中：u、v、w分別為分別為x、y、z三個方向上的流速分量三個方向上的流速分量， m/s；Ex、Ey、Ez分別為分別為x、y、z三個方向上的紊動擴散系數(shù)、分子擴三個方向上的紊動擴散系數(shù)、分子擴散系數(shù)和離散系數(shù)之和。散系數(shù)和離散系數(shù)之和。izyxSzCEzyCEyxCExzwCyvCxuCtC)()()(適合于豎向、橫向、適合于豎向、橫向、縱向都沒有均勻混縱向都沒有均勻混合的水域合的水域 2022-6-6413.3.水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程的求解水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程的求解求解方法主要有兩

42、種：一是解析法；二是數(shù)值法。求解方法主要有兩種：一是解析法；二是數(shù)值法。解析法解析法解析法是通過高等數(shù)學(xué)上的微分和積分變換等方法來建立水質(zhì)模解析法是通過高等數(shù)學(xué)上的微分和積分變換等方法來建立水質(zhì)模型的數(shù)學(xué)表達(dá)式，進而實現(xiàn)對數(shù)學(xué)模型求解的方法。型的數(shù)學(xué)表達(dá)式，進而實現(xiàn)對數(shù)學(xué)模型求解的方法。零維水質(zhì)的情況零維水質(zhì)的情況 為便于求解，設(shè)水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化方程的源漏項由一階反應(yīng)動力學(xué)關(guān)為便于求解，設(shè)水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化方程的源漏項由一階反應(yīng)動力學(xué)關(guān)系（即系（即SiK1C）來表示，同時令來表示，同時令8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 QQRIQVT 零維水質(zhì)基本方程可化簡為：零維水質(zhì)基本方程可化簡為：

43、式中：式中：K1為流入單元水體的污染物一級反應(yīng)動力學(xué)系數(shù)為流入單元水體的污染物一級反應(yīng)動力學(xué)系數(shù)，d-1；R為水為水體的入流量與出流量之比體的入流量與出流量之比；T為入流水量在單元水體容積中的滯留時間；為入流水量在單元水體容積中的滯留時間；其他符號意義同前。其他符號意義同前。求解該方程即得混合均勻水體中污染物濃度隨時間變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式：求解該方程即得混合均勻水體中污染物濃度隨時間變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式： 式中：式中：C0、C分別為時間分別為時間t0和和tt時的水體污染物濃度時的水體污染物濃度，mg/L。 CKTCTRdtdCI)1(1tKTtKTIeCeTKRCC)1(0)1(1111 1 穩(wěn)態(tài)情況

44、下的解析解為：穩(wěn)態(tài)情況下的解析解為： 一維水質(zhì)的情況 由于一維水質(zhì)求解時比零維水質(zhì)求解時由于一維水質(zhì)求解時比零維水質(zhì)求解時要復(fù)雜的多，故僅介紹穩(wěn)態(tài)條件下的求解。要復(fù)雜的多，故僅介紹穩(wěn)態(tài)條件下的求解。 假設(shè)對于一個均勻河段，如果污染物在河假設(shè)對于一個均勻河段，如果污染物在河流中只進行一級降解反應(yīng)，一維水質(zhì)基本流中只進行一級降解反應(yīng)，一維水質(zhì)基本方程可簡化為：方程可簡化為：TKCCI110122CEKdxdCEudxCdxx 這是一個典型的二階常微分方程。如這是一個典型的二階常微分方程。如果在果在x=0處污染物濃度為處污染物濃度為C0 ，則其解為：則其解為： 式中：式中：u為河段平均流速為河段平均

45、流速，m/s；其他其他符號意義同前。符號意義同前。 0,)411 (2exp0,)411 (2exp210210 xuEKEuxCxuEKEuxCCxxxx說明：說明：上式只適用于在一個均勻河段的上游存在污上式只適用于在一個均勻河段的上游存在污染源染源C0的情況。的情況。 如果河段是不均勻的、具有多個排放口時，則必如果河段是不均勻的、具有多個排放口時，則必須把它分成多個在上游斷面只有一個排放口或支流須把它分成多個在上游斷面只有一個排放口或支流的均勻河段。的均勻河段。2022-6-6453.3.水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程的求解水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程的求解求解方法主要有兩種：一是解析法；二是數(shù)值法。求解方

46、法主要有兩種：一是解析法；二是數(shù)值法。(2)(2)數(shù)值法數(shù)值法數(shù)值法是用離散方法對數(shù)學(xué)模型進行離散、進而求出其數(shù)值解的數(shù)值法是用離散方法對數(shù)學(xué)模型進行離散、進而求出其數(shù)值解的方法。常用的數(shù)值法有有限差分法、有限單元法等。方法。常用的數(shù)值法有有限差分法、有限單元法等。 有限差分法有限差分法就是用差分商近似代替方程中的微分商的一種數(shù)值求就是用差分商近似代替方程中的微分商的一種數(shù)值求解方法。采用這種方法在實際應(yīng)用上比較多，而其求解的關(guān)鍵就解方法。采用這種方法在實際應(yīng)用上比較多，而其求解的關(guān)鍵就是選擇適當(dāng)?shù)牟罘煮w系，并對時間和空間坐標(biāo)進行離散化，是選擇適當(dāng)?shù)牟罘煮w系，并對時間和空間坐標(biāo)進行離散化，如圖

47、。如圖。 8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 x(x)i-2i-1ii+1i+2j-2j-1j+2j+1jt(t)11jiC1jiC11jiCjiC1jiCjiC111jiC1jiC11jiC圖5-5 時間、空間坐標(biāo)離散化示意圖對時間和空間坐標(biāo)按等間距離散，則時間、距離坐標(biāo)分別為：對時間和空間坐標(biāo)按等間距離散，則時間、距離坐標(biāo)分別為：tjjt，xiix，并設(shè)節(jié)點處的水質(zhì)濃度為并設(shè)節(jié)點處的水質(zhì)濃度為，于是可用于是可用 近似替代濃度對時間的偏導(dǎo)數(shù)項。近似替代濃度對時間的偏導(dǎo)數(shù)項。在對空間導(dǎo)數(shù)進行差分時，可取時間在對空間導(dǎo)數(shù)進行差分時，可取時間tj或或tj+1時的濃度，也可以用這兩時的

48、濃度，也可以用這兩個時刻濃度的加權(quán)平均值，如個時刻濃度的加權(quán)平均值，如 jijiCtxC),(tCCtCjiji1xCCxCjiji1xCCxCjiji1112022-6-648 一維水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程的有限差分可寫為：一維水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程的有限差分可寫為： 式中：式中： 源漏項，即一維水質(zhì)基本方程中的源漏項，即一維水質(zhì)基本方程中的SiSi。 說明：說明： 上式經(jīng)過整理并插入邊界條件后，可構(gòu)成一個關(guān)于水質(zhì)濃上式經(jīng)過整理并插入邊界條件后，可構(gòu)成一個關(guān)于水質(zhì)濃度的度的“三對角線三對角線”矩陣方程，再通過追趕法等方法來求解該矩陣方程，再通過追趕法等方法來求解該方程。方程。jijijijijij

49、ixjijijijixjijijijijijiASxCCAExCCAExxCCQtCCA)(1111111111111S2022-6-6494 4水環(huán)境容量計算方法水環(huán)境容量計算方法水環(huán)境容量大小與水體特征、水質(zhì)目標(biāo)及污染物特性有關(guān)，同水環(huán)境容量大小與水體特征、水質(zhì)目標(biāo)及污染物特性有關(guān)，同時還與污染物排放的方式以及排放的時空分布有密切關(guān)系。因時還與污染物排放的方式以及排放的時空分布有密切關(guān)系。因此，需要運用水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程來求解水體中污染物的時此，需要運用水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程來求解水體中污染物的時間、空間分布過程，再根據(jù)水體的水功能區(qū)目標(biāo)和要求，來計間、空間分布過程，再根據(jù)水體的水功能區(qū)目

50、標(biāo)和要求，來計算水環(huán)境容量大小。算水環(huán)境容量大小。污染物進入水體后，主要受到稀釋、遷移和轉(zhuǎn)化作用，故水環(huán)污染物進入水體后，主要受到稀釋、遷移和轉(zhuǎn)化作用，故水環(huán)境容量可以由水體對污染物的稀釋容量、遷移容量和凈化容量境容量可以由水體對污染物的稀釋容量、遷移容量和凈化容量組成。組成。以一維水質(zhì)環(huán)境容量為例來介紹水環(huán)境容量的計算。以一維水質(zhì)環(huán)境容量為例來介紹水環(huán)境容量的計算。8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 2022-6-6504 4水環(huán)境容量計算方法水環(huán)境容量計算方法水環(huán)境容量大小與水體特征、水質(zhì)目標(biāo)及污染物特性有關(guān)，同水環(huán)境容量大小與水體特征、水質(zhì)目標(biāo)及污染物特性有關(guān)，同時還與污染

51、物排放的方式以及排放的時空分布有密切關(guān)系。因時還與污染物排放的方式以及排放的時空分布有密切關(guān)系。因此，需要運用水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程來求解水體中污染物的時此，需要運用水質(zhì)遷移轉(zhuǎn)化基本方程來求解水體中污染物的時間、空間分布過程，再根據(jù)水體的水功能區(qū)目標(biāo)和要求，來計間、空間分布過程，再根據(jù)水體的水功能區(qū)目標(biāo)和要求，來計算水環(huán)境容量大小。算水環(huán)境容量大小。污染物進入水體后，主要受到稀釋、遷移和轉(zhuǎn)化作用，故水環(huán)污染物進入水體后，主要受到稀釋、遷移和轉(zhuǎn)化作用，故水環(huán)境容量可以由水體對污染物的稀釋容量、遷移容量和凈化容量境容量可以由水體對污染物的稀釋容量、遷移容量和凈化容量組成。下面以組成。下面以一維水質(zhì)環(huán)

52、境容量一維水質(zhì)環(huán)境容量為例來介紹水環(huán)境容量的計算。為例來介紹水環(huán)境容量的計算。8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 2022-6-6514 4水環(huán)境容量計算方法水環(huán)境容量計算方法稀釋容量設(shè)水體的流量為設(shè)水體的流量為Q，污染物在水體中的背景濃度為污染物在水體中的背景濃度為CB，污染物的污染物的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為Cs，排入水體的污水流量為排入水體的污水流量為q，則水體對該污則水體對該污染物的稀釋容量可表達(dá)為：染物的稀釋容量可表達(dá)為： 令令VdQ ， ，則則 式中：式中：Pd為水體對污染物稀釋容量的比容。為水體對污染物稀釋容量的比容。8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的

53、基本理論 )1)(QqCCQWBsd)1)(QqCCPBsddddPVW 2022-6-6524 4水環(huán)境容量計算方法水環(huán)境容量計算方法遷移容量遷移容量與水體流速、擴散系數(shù)等水力學(xué)特征有關(guān)。其數(shù)學(xué)表遷移容量與水體流速、擴散系數(shù)等水力學(xué)特征有關(guān)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：達(dá)式為： 令令VtQ ， 則則 式中：式中：Pt為水體對污染物遷移容量的比容。為水體對污染物遷移容量的比容。8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 tEutxutEQqCCQWxxBst4)(exp4)1)(2tEutxutEQqCCPxxBst4)(exp4)1)(2tttPVW 2022-6-6534 4水環(huán)境容量計算方法水

54、環(huán)境容量計算方法凈化容量假定這類污染物的衰減過程遵守一級反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律，則其反假定這類污染物的衰減過程遵守一級反應(yīng)動力學(xué)規(guī)律，則其反應(yīng)速率應(yīng)速率R可寫為可寫為 式中：式中：k為反應(yīng)速率常數(shù)，其大小反映污染物在水體中被凈化的為反應(yīng)速率常數(shù)，其大小反映污染物在水體中被凈化的能力。能力。 由此可得，凈化容量的數(shù)學(xué)表達(dá)式為由此可得，凈化容量的數(shù)學(xué)表達(dá)式為: : 8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 kCR)exp(1)1)(uxQqCCQWBss2022-6-6544 4水環(huán)境容量計算方法水環(huán)境容量計算方法凈化容量凈化容量令令VsQ ， 則則 式中：式中：Ps為水體對污染物凈化容量的比容。

55、為水體對污染物凈化容量的比容。總水環(huán)境容量總水環(huán)境容量 由由 可得，總環(huán)境容量為：可得，總環(huán)境容量為： 8.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 )exp(1)1)(uxQqCCPBsssssPVW stdTWWWW)exp(4)(exp42)1)(2uxtEutxutEQqCCQWxxBsT2022-6-6554 4水環(huán)境容量計算方法水環(huán)境容量計算方法總水環(huán)境容量總水環(huán)境容量如果污染物是難降解的，則如果污染物是難降解的，則k0，那么那么 =1，這時這時 如果擴散作用的效果很不顯著，以至于可以忽略不計，即如果擴散作用的效果很不顯著，以至于可以忽略不計，即Ex0，這時這時 0 則上式可變

56、為：則上式可變?yōu)椋?.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 tEutxutEQqCCQWxxBsT4)(exp41)1)(2tEutxutExx4)(exp42)1)(QqCCQWBsT說明水體對污染說明水體對污染物沒有凈化容量物沒有凈化容量)exp(ux對于難降解污染物，在不考對于難降解污染物，在不考慮水體的擴散作用時，不存慮水體的擴散作用時，不存在遷移容量和凈化容量，水在遷移容量和凈化容量，水體的總水環(huán)境容量就等于稀體的總水環(huán)境容量就等于稀釋容量。釋容量。2022-6-6568.1 8.1 水資源的基本理論水資源的基本理論 三、水資源價值理論水資源價值的理論基礎(chǔ)傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為水資源

57、是一種傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為水資源是一種“取之不盡，用之不竭取之不盡，用之不竭”的資源，的資源，在計算生產(chǎn)效益時未將水資源的投入計算進去，從而導(dǎo)致人類在計算生產(chǎn)效益時未將水資源的投入計算進去，從而導(dǎo)致人類對水資源無節(jié)制的開采利用和隨意浪費，導(dǎo)致環(huán)境危機、水資對水資源無節(jié)制的開采利用和隨意浪費，導(dǎo)致環(huán)境危機、水資源危機的出現(xiàn)。源危機的出現(xiàn)。殘酷的現(xiàn)實和人類認(rèn)識水平的不斷提高，使得人類對傳統(tǒng)的水殘酷的現(xiàn)實和人類認(rèn)識水平的不斷提高，使得人類對傳統(tǒng)的水資源開發(fā)利用觀念進行批判和反思，并逐步認(rèn)識到水資源本身資源開發(fā)利用觀念進行批判和反思，并逐步認(rèn)識到水資源本身也具有價值，在使用水資源進行生產(chǎn)活動的過程中必須考慮

58、水也具有價值，在使用水資源進行生產(chǎn)活動的過程中必須考慮水資源自身的成本資源自身的成本水資源價值。水資源價值。關(guān)于水資源是否有價值，目前有兩種解釋，下面對這兩種觀點關(guān)于水資源是否有價值，目前有兩種解釋，下面對這兩種觀點作簡單介紹。作簡單介紹。 勞動價值論勞動價值論 根據(jù)馬克思的勞動價值理論來理解，處于自然狀態(tài)下的水根據(jù)馬克思的勞動價值理論來理解，處于自然狀態(tài)下的水資源等自然資源，是自然界賦予的天然產(chǎn)物，不是人類創(chuàng)造的資源等自然資源，是自然界賦予的天然產(chǎn)物，不是人類創(chuàng)造的勞動產(chǎn)品，沒有凝結(jié)著人類的勞動，因此不具有價值。勞動產(chǎn)品，沒有凝結(jié)著人類的勞動，因此不具有價值。 馬克思對此曾解釋為：如果自然資

59、源本身不是人類勞動的馬克思對此曾解釋為：如果自然資源本身不是人類勞動的產(chǎn)品，那么它就不會把任何價值轉(zhuǎn)給產(chǎn)品；它的作用只是形成產(chǎn)品，那么它就不會把任何價值轉(zhuǎn)給產(chǎn)品；它的作用只是形成使用價值，而不形成交換價值。一切未經(jīng)人的作用而天然存在使用價值，而不形成交換價值。一切未經(jīng)人的作用而天然存在的生產(chǎn)資料，如土地、風(fēng)、水、礦產(chǎn)、原始森林等，都是這樣的生產(chǎn)資料，如土地、風(fēng)、水、礦產(chǎn)、原始森林等，都是這樣（只有使用價值）。（只有使用價值）。 然而，這一觀點與現(xiàn)實并不相符。然而，這一觀點與現(xiàn)實并不相符。 在過去，人類對自然資源開發(fā)利用的程度較低，自然資在過去，人類對自然資源開發(fā)利用的程度較低，自然資源可以通過

60、自身的再生能力恢復(fù)，自然資源表現(xiàn)出沒有價值；源可以通過自身的再生能力恢復(fù)，自然資源表現(xiàn)出沒有價值； 而在現(xiàn)今，人類對自然資源的開發(fā)利用程度較高，僅靠而在現(xiàn)今，人類對自然資源的開發(fā)利用程度較高，僅靠自然資源自身的再生能力已經(jīng)不能滿足人類的需求，必須投自然資源自身的再生能力已經(jīng)不能滿足人類的需求，必須投入一部分勞動力來恢復(fù)自然資源，此時自然資源就存在著價入一部分勞動力來恢復(fù)自然資源，此時自然資源就存在著價值，其價值量的大小就是在自然資源的再生過程中人類所投值，其價值量的大小就是在自然資源的再生過程中人類所投入的社會必要勞動時間。入的社會必要勞動時間。 因此，勞動價值論所提倡的因此，勞動價值論所提倡