河流、湖泊、水库、湿地水环境容量计算模型

水环境容量计算模型

1）河流水环境容量模型

水环境容量是在水资源利用水域内，在给定的水质目标、设计流量和水质条件的情况下，水体所能容纳污染物的最大数量。按照污染物降解机理，水环境容量W可划分为稀释容量W稀释和自净容量W自净两部分，即：

W?W稀释?W自净

稀释容量是指在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量。自净容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。

河段污染物混合概化图如图11.4-1。根据水环境容量定义，可以给出该河段水环境容量的计算公式：

WiC0iCsiQi,Vi,Ki

图11.4-1 完全混合型河段概化图

Wi稀释?Qi(Csi?C0i) Wi自净?Ki?Vi?Csi

即：Wi?Qi(Csi?C0i)?Ki?Vi?Csi

考虑量纲时，上式整理成：

Wi?86.4Qi(Csi?C0i)?0.001Ki?Vi?Csi

其中：

当上方河段水质目标要求低于本河段时：C0i?Csi 当上方河段水质目标要求高于或等于本河段时：C0i?C0i

式中：Wi—第i河段水环境容量（kg/d）； Qi—第i河段设计流量（m3/s）； Vi—第i河段设计水体体积（m3）； Ki—第i河段污染物降解系数（d-1）；

Csi—第i河段所在水功能区水质目标值（mg/L）；

C0i—第i河段上方河段所在水功能区水质背景值（mg/L）,取上游来

水浓度。

若所研究水功能区被划分为n个河段，则该水功能区的水环境容量是n个河段水环境容量的叠加，即：

W??Wi

i?1nW?31.536?Qi(Csi?C0i)?0.000365?Ki?Vi?Ci

i?1i?1nn式中：W—水功能区水环境容量（t/a）； 其他符合意义和量纲同上。 2）湖泊、水库水环境容量计算模型 有机物COD、氨氮的水环境容量模型：

在目前国内外的研究中，多采用完全均匀混合箱体水质模型来预测水库水体长期的动态变化，即将水库视为一个完全混合反应器时，有机物的容量计算模型可以用水体质量平衡基本方程计算。水库中有机物容量模型如下：

V(t)dc?Qin(t)?Cin(t)?Qout(t)?C(t)?Sc?kV(t)C dt假设条件：水量为稳态，出流水质混合均匀。 式中：V(t)——箱体在t时刻的水量，m3；

dcdt——箱体水质参数COD、氨氮的变化率；

Qin(t)——t时刻水库的入流水量，m3/a；

Qout(t)——t时刻水库的出流水量，m3/a；

Cin(t)——t时刻水库的COD、氨氮入流浓度值，mg/L；

C(t)——t时刻水库的COD、氨氮出流浓度值，mg/L；

Sc——其他未计入的外部源和漏污染量；

k——COD、氨氮的综合降解系数。

由此模型推导出的COD、氨氮环境容量的计算公式如下： W?Cs（Qout?KV）转换量纲后公式为：

W?Cs（Qout?KV）*10?6

W——水库环境容量，t/a；

Cs——水库功能区目标值，mg/L；

Qout——水库的出流水量，m3/a；

K——COD、氨氮的综合降解系数； V——水库死库容，m3。

总氮总磷的水环境容量计算模型

水库中氮和磷等营养盐物质随时间的变化率，是输入、输出和在水库内沉积的该种污染物的量的函数，因此营养盐物质容量计算可采用沃伦威得尔模型(Vollen—welder)，即可以用质量平衡方程表示。

总氮总磷的水环境容量模型可采用吉柯奈尔-迪龙（Kirchner-Dillon）水库营养物浓度预测模型，其形式如下：

dCdt?I(1?R)???? V式中：C—总氮总磷的浓度（g/m3）；

I—总氮总磷的总负荷（g/a）； R—总氮总磷在水库中的滞留系数； V—水库的容积；（m3）；

?—冲刷速度常数（a-1）；

?=Qout/V，式中Qout为水库输出流量。

给定初始条件：当t=0时，C=Co，可以求得上式的解析解：

C?I（1?R）I（1?R）???[Co?]e ?V?V假设水库的入流、出流与污染物的输入处于稳定状态，当t??，可得上式的平衡浓度Cp：

Cp?I（1?R）?V

Cp?VI?1?R式中Cp—总氮总磷的平衡浓度（mg/L）。用总氮总磷的水环境质量标准来衡量。滞留系数R可以根据流入和流出支流的流量和营养物浓度近似计算：

QoutPoutWout? R?1??1?Wi?QiPi式中Qi、Qout—水库输入和输出流量（m3/a）； Pi、Pout—水库输入和输出总氮总磷浓度（g/m）； Wi、Wout—水库输入和输出总氮总磷量（g/a）。

3）人工湿地水环境容量计算模型

湿地水环境容量计算模式如下：（出水达标情况下）

W净化=86.4Q净化C进

式中：

W净化Q净化C进

-人工湿地工程净化量，kg/d； -人工湿地工程净化的废水量，m3/s；

-排入人工湿地工程的污染物浓度，mg/L。

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