计算水体的污染承载能力

2023-06-30 理论教育版权反馈

【摘要】：水体纳污能力计算中，特别要注意大水域如江河干流、湖泊等问题。

要进行水体纳污能力计算，首先必须根据自然和社会环境、社会和经济发展及水资源分布规律等因素，划定水功能区，确定功能区的水质目标;其次根据功能区的水文水资源特征，确定水文设计条件;再次分析功能区污染物进入区域的途径，特别是排污口的位置、排污量、污染物种类、浓度及排放规律等;最后选择相关水质模型进行分析计算。该计算一般可分为正向计算和反向推算两种类型。正向计算主要是根据规划区域的水文条件和污染源条件，计算水域污染物浓度分布规律，并对照水功能区划确定的水质目标分析和评价区域水质状况。反向推算主要是根据水功能区划确定的水质目标，即水域内污染物浓度，运用水质模型反向推算污染物容许排放量，根据计算结果经分析论证确定水域纳污能力。水体纳污能力计算中，特别要注意大水域如江河干流、湖泊等问题。

5.4.4.1　水体纳污能力的基本方程

水体纳污能力是以水资源质量目标和水体稀释、扩散、同化、自净规律为依据。可表示为

式中:W为水体纳污能力，可用污染物总量来表示，也可用污染物浓度乘水量来表示;Cn为水体要求达到的质量标准;C0为水域中污染物的自然背景值，或来水中污染物浓度;X为水体上下游的距离;Q为水域的水量;U为平均流速;K为污染物衰减系数。

5.4.4.2　水功能区纳污能力计算方法

水功能区纳污能力是指满足水功能区水质目标要求的污染物最大允许负荷量。其计算方法主要有以下几种。

1.一般河流水功能区纳污能力计算的一维模型

一维对流推移方程为

解得

式中:C(x)为控制断面污染物浓度，mg/L;C0为起始断面污染物浓度，mg/L;k为污染物综合自净系数，1/s，k值一般以1/d表示，计算时应换算成1/s;x为排污口下游断面距控制断面纵向距离，m;u为设计流量下岸边污染带的平均流速，m/s。

2.感潮河段纳污能力计算的一维迁移方程

基本方程为

将水力参数取潮汐半周期的平均值，变为稳定情况来求解，即认为排污口是定常量排放，且0，方程的解为

涨潮时

落潮时

其中，

其中

[m]=CrQr

式中:ux为水流纵向流速，m3/s;Ex为纵向离散系数，m2/s;Cr为污染物浓度，mg/L;C0为上游河段初始浓度，mg/L;Qr为污水排放流量，m3/s;Qh为感潮河段流量，m3/s;C(x)为涨潮、落潮污染物浓度，mg/L。

此外，各地也可根据当地河流特性和污染特征，选用其他符合当地实际的水质数学模型。

3.均匀混合的湖(库)纳污能力计算的均匀混合模型

平衡时

式中:C(t)为计算时段污染物浓度，mg/L;m为污染物入湖(库)速率，g/s;m0为污染物湖(库)现有污染物排放速率，m0=C0Q;g/s;Kh为中间变量，1/s;V为湖(库)容积，m3;Q为入湖(库)流量，m3/s;K为污染物综合衰减系数，1/s;C0为湖(库)现状浓度，mg/L;t为计算时段，s。

4.非均匀混合湖(库)纳污能力计算的非均匀混合模型

式中:Cr为距排污口r处污染物浓度，mg/L;Cp为污染物排放浓度，mg/L;Qp为污水排放流量，m3/s;Φ为扩散角，由排放口附近地形决定，排污口在开阔的岸边垂直排放时，Φ=π，排污口在湖(库)中排放时，Φ=2π;H为扩散区湖(库)平均水深，m;r为受纳水体距排污口距离，m。

5.具有富营养化趋势的湖(库)纳污能力计算模型

可采用狄龙模型:

其中

r=Q/V

式中:[P]为湖(库)中氮、磷的平均浓度，mg/m3;Ip为年入湖(库)的氮、磷量，mg/年;Lp为年入湖(库)的氮、磷单位面积负荷，mg/(m2·年);V为湖(库)容积，m3;h为平均水深，m;Q为湖(库)年出流水量，m3/年;Rp为氮、磷在湖(库)中的滞留系数;qa、qi分别为年出流和入流的流量，m3/年;[P]a、[P]i分别为年出流和入流的氮、磷平均浓度，mg/m3。

湖(库)中氮、磷最大允许负荷量:

式中:[m]为氮、磷最大允许负荷量，mg/年;Ls为单位湖(库)水面积，氮、磷最大允许负荷量，mg/(m2·年);A为湖(库)水面积，m2;[P]s为湖(库)中磷(氮)的年平均控制浓度，mg/m3。

有富营养化趋势湖(库)的计算，也可根据情况选择其他适用的数学模型。

5.4.4.3　综合衰减系数的计算方法

1.分析借用

对于以前在环评、环保规划、环保科研等工作中可供利用的有关资料经过分析检验后采用。

无资料时，可借用水力特性、污染状况、地理条件、气象条件相似的邻近河流的资料。

2.实测法

选取一个河道顺直、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)按式(5.17)计算

式中:V为断面平均流速;X为上下断面之间距离;CA为上断面污染物浓度;CB为下断面污染物浓度。

对于湖库:选取一个排污口，在距排污口一定距离处分别布设2个采样点(近距离处为A点，远距离处为B点)，监测污染物浓度值，并同时监测污水排放流量。布设采样点时应注意:采样点附近只能有一个排污口，且附近无河流汇入，近距离采样点不宜离排污口过近以免所采水样不具备代表性;远距离采样点也不宜离排污口过远，以免超出排污口影响区。

综合衰减系数(K)用实测数据进行估值:

式中:rA，rB分别为近远两测点距排污口的距离，m;Qp为排污口污水排放流量，m3/s。

用实测法测定综合衰减系数简单易行，但误差较大，建议监测多组数据取其平均值。

3.经验公式法

可以根据各种经验公式推求综合衰减系数。

此外，各地还可根据本地实际情况采用其他方法拟定综合衰减系数。

计算水体的污染承载能力

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