环境质量评价第四章

第四章 水环境质量评价

水体中污染物的时空分布受如下因素影响：

①污染源的排放特点；②河流水文学、水力学参数③水体物理化学条件及水生生物学特性。

一、水污染指数评价A

指数类型：

以相对污染浓度值构造的迭加型指数； 以绝对污染浓度构造的分级型或评分型； 以绝对污染强度出现的机率构造的统计型。 水质污染评定包括：

污染强度：污染物的浓度和他们的影响； 污染范围：各种污染强度所影响的范围； 污染历时：各种污染强度持续的时间。

1、综合型指数

Ｉ 或Ｉ

pH的标准型指数单元：

Ｉ ＝ ，ｐＨ≤7.0

Ｉ ＝ ，ｐＨ＞7.0

式中：ＩpHj——j点的pH标准指数单元； pHj——j点的pH监测值； pHsd——评价标准中规定的pＨ值下限； pHsu——评价标准中规定的pＨ值上限。

2、Ｎ.Ｌ.内梅罗河水污染指标方法（Ｎ.Ｌ.Ｎemerow ）

计算公式为

将水的用途分为：

接触使用的（ＰＩ１）：饮用、游泳、造饮料等。

间接接触使用的（ＰＩ２）：养鱼、工业食品制备、农业用等。

不接触使用的（ＰＩ3）：工业冷却用，公共娱乐、航运等。不同用途的水有相应的水质标准。 总水质指标：PI=W1·PI1+W2·PI2+W3·PI3

W1、W2、W3为不同用途的水所占的份额。

3、有机污染综合评价值

式中i为实测值，Ｏ为评价标准。溶解氧前的符号表示它对水质的影响与其他三项污染物相反。当

前三项分别大于1，第四项小于1时，A大于2，A≥2作为始污染的标志。

4、分级型指数

一种与国家地面水质量标准相配套的方法。将地面水分为6级，前三级与标准

同，对污染水质按其不同浓度所产生的污染程度分为轻、中、重污染三级。

参数：臭、色度、ＤＯ、ＢＯＤ５、ＣＯＤ、挥发酚类、ＣＮ－、Ｃu、As、总Hg、

Cd、Cr6+、Pb、石油类、大肠菌群。

用评分制方法评价，分值越高，水质越好。评价结果表示出水质等级和主要污染因子。

水质等级：

所有评价因子浓度都在Ⅰ－Ⅲ级范围时，表示

式中ai:各评价因子相应的分值，Ｐ：总分值所处于水质等级。

评价因子中有属于污染水质级别（Ⅳ－Ⅵ时），以水质最差的污染因子所在的级别作为定级依据：

Ｐmax：水质最差因子所属的水质级别 Ｎi：最差级别污染因子的化学符号。

5、水质指数（ＷＱＩ）

参数（11个）：DO、ＢＯＤ５、浊度、总固体、ＮＯ3－、ＰＯ４ ３－、pＨ、温度、大肠菌群、杀虫剂、有毒元素。

计算公式为：

Ｗi?a?a由专家无记名投票确定的权重（在0?a1之间）。ＷＱＩ在0?a100之间，Pi值大水质好。

6、Ｓ.L.ROSS的水质指数（1977，英国）

参数：ＢＯＤ、ＮＨ3－Ｎ，悬浮固体、ＤＯ，

权重：3、3、2、2

方法：将各参数分成等级，然后按等级进行计算。 计算公式为

要求：WQI用整数表示，数值越大，水质越好。

7、统计型水质评价值

把每一个测量值看成一个随机变量，用各种污染强度的出现机遇来表示时间因素。

若干次检测浓度用均值表示。统计法则用均值、最大值、各种强度的机率来表示或比较。 对河段的DO、COD、酚、CN－、As、Hg、Cr等污染物的检测用经验频率公式计算：

二、水环境质量的生物学评价

水生生物调查项目：种类、种类总数、多度、初级、次级生产力。 评价方法有：

一般描述法 指示生物法 生物指数法

指示生物：藻类 它为水生生态系统提供物质和能量的基础；藻类种类多，生态习性和生活方式多样，分布广。它与水污染关系密切。

1、指示种类法（狭义的指示生物法）

以某些种类的存在或消失来指示水体中有机物或某特定污染物的多寡与污染程度。 应注意：正确鉴定种很有必要。 水体受有机和无机污染时，指示藻类的应用更为复杂。 本方法有较大缺陷 对某一种类与某种污染的关系及其耐受范围的确切了解不够； 耐受限并不能截然划定，受其他条件影响；生物本身分布有地域性。

2、优势种群法

用整个藻类群落的种类组成和优势种群的变化来评价水环境污染的方法。

用优势群落来划分污染带。优势群落包括原生动物、细菌和藻类等。

1)藻类种类商

监藻商=蓝藻种数／鼓藻种数； 绿藻商=绿藻种数/鼓藻种数。

0—1为贫营养，1—5为富营养，5—15为重富营养； 硅藻商=中心壳目硅藻种数/羽状壳目硅藻种数； 裸藻商=裸藻种数/（蓝藻+绿藻种数）；

复合藻商=（蓝藻+绿藻+中心壳目硅藻+裸藻种数）/鼓藻种数。

小于1为贫营养，1—2.5为弱富营养，2.5—5为中度富营养，5—20为重度富营养，20—43为重富营养。

2）硅藻指数

计算公式为I=(2A+B-C)/(A+B-C)*100 式中A为不耐有机污染的种类数；B为对

有机污染无特殊反应的种类数；C为有机污染地区独有生存的种类数。

4）污生指数（SI）

方法：根据不同藻类种类和出现频率，分别给予分值。 计算公式：SI=∑S*h/∑h，

S为不同种类的分值，从寡物种到多污种为1?a4，

h为出现频率，从多到少分为三或五级，分值为1?a5。

5）污染评价值(捷克，Zelinka和Marvan1961年提出)

方法：给予不同的生物以不同的污染价（根据某一生物在不同污染地带生理的相对重要性，其总和为10）和污染指示值（某一种生物的污染价越是均匀分散在各个污染带，则它的指示作用就越低，指示值为1?a5，值越大，指示污染的价值越大）。 计算公式：污染评价值A=∑ai*hi*gi/∑hi*gi，

ai为i种的污染价， hi为i种的个体数，gi为i种的污染指示值。

6）营养状态指数（Carlson）

参数：湖水透明度SD、浮游植物现存量chl（以叶绿素a值代表）、湖水总磷浓度TP 分指数计算公式：

TSIchl=10(6-(2.04-0.68lnchl)/ln2， TSISD=10(6-lnSD/ln2), TSITP=10(6-(ln48/TP)/ln2),

TSI值可单独采用，也可求总的TSI。

总指数： TSI总=（TSIchl+ TSISD + TSITP）/3。

7）生物学污染指数（BIP） (Horasawa1942提出) 计算公式：BIP=B/(A+B)*100，

A为生产者（藻类）数量， B为消费者（原生动物）数量。

４、种的多样性指数

1）Gleason和Margalef多样性指数

d=(S-1)/lgeN，S为种类数，N为个体数。 2）Simpson多样性指数

d=1-∑(ni/N)2或d=1/∑(ni/N)2, ni为i种的个体数，N为总个体数。 3）Shannon-Weaver多样性指数 H=-∑(ni/N)*lg2(ni/N) 。 4)Cairns连续比较指数(SCI)

SCI=r/N，r为组数，N为总计数个体数（大于等于200）

第二节 水环境影响评价

水环境影响评价的目的

定量地预测未来的开发行动或建设项目向受纳水体排放的污染物的量； 确定建设前水环境背景的状况； 分析建设项目投产后水环境质量的变化； 解释污染物在水体中输送和降解规律

提出建设项目和区域环境污染源的控制和防治对策。

一、基础知识 1、水体污染

1）水体污染的概念

水的感官性状、物理化学性质、水生物组成、底部沉积物发生恶化、破坏水体原有的功能，这种现象称为水体污染。

2）造成水体污染的因素是多方面的 城市污水和工业废水；地面的污染物被水冲刷；大气污染物通过重力沉降或降水过程。

3）水体污染物

无机无毒物、无机有毒物、有机无毒物、有机有毒物、石油类污染物、病原

微生物、寄生虫、放射性污染物、热污染等。

4）水体污染物测定指标

物理指标 浊度、透明度、色、味、溴、悬浮物、电导率、硬度

2、水体自净(self-Purification of water body)

水在自然界中不断循环，从而不断更替和获得自身净化。水体中的污染物质经扩散、稀释、沉

淀、氧化还原、分解等物理化学过程及微生物的分解、水生生物的吸收等作用后，浓度自然降低，就这就是水体的自净作用。这一过程还包括水中的一氧碳、硫化氢等气体向大气释放和空气中的氧、二氧化碳溶解于水的过程。

水的自净与气象、水文、地质条件如降雨量、径流量、潮汐、水体更替周期有关。

2）水体自净的特征

①污染物在连续的自净过程中，总的趋势是浓度逐渐下降。

②大多数有毒污染物经各种作用可转变为低毒或无毒化合物。 ③重金属一类污染物，被吸附或转变为不溶性化合物，进入底泥。 ④复杂的有机物，能被微生物利用和分解。

⑤不稳定的污染物在自净过程中转变为稳定的化合物。

⑥溶解氧数量急剧下降，到达最低点后又缓慢上升，逐渐恢复到正常水平。

⑦有毒污染物→生物种类和个体数量减少→回升，最终趋于正常的生物分布； 有机污染物→溶解氧减少→细菌数量减少→藻类生长旺盛→鱼、贝类动物繁殖。

3）水体自净的作用过程

? 迁移和转化作用包括 ? 衰减变化包括

推流迁移、分散稀释、吸附沉降等方面。

污染物的好氧生化衰减过程；有机污染物的好氧生化降解；硝化作用；

湖泊与水库的简化：

? ?

湖泊、水库简化为大湖（库）、小湖（库）、分层湖（库）等三种情况；

中型湖库根据水文特征（主要是水力停留时间＝分层期长短）和评价工作等级要求简化。

一级评价时，中湖（库）停留时间较短，按小湖（库）对待； 三级评价时，中湖（库）可按按小湖（库）对待； 二级评价时，简化可视具体情况而定。

?

不存在大面积回流区和死水区且流速较快，停留时间较短的狭长湖泊可简化为河流。

海湾的简化：

一级评价时：海流（风海流）较强时，可以考虑海流对水质影响，潮流简化为平面二维非恒定流场；

三级评价时：只考虑潮周期的平均情况；较大的海湾可视为封闭海湾；

注入海湾的河流：大河及一、二级评价应考虑对海湾流场和水质影响；小河及三级评价的中河，视为点源。

污染源的简化：

排放形式：点源和面源；

排放规律：连续恒定排放、非连续恒定排放； 通常将排放规律简化为连续恒定排放；

? 点源位置（排放口）：排入河流两排放口间距较小时，简化为一个排放口，其位置假定在二者之间，排放量为二者之和；

? 排入大湖（库）两排放口间距较小时，简化方式与上相同； ? 排入小湖（库）的所有排放口简化为一个，排放量为总和； ? 排入海湾类似。

? 无组织排放可简化成面源；从多个间距很近的排放口排污时，也可以简化为面源。

5）预测点的确定

已确定的敏感点；

环境现状监测点；

水文条件和水质突变处的上、下游； 水源地，重要水工建筑物及水文站附近； 在河流混合过程段选择几个代表性段面； 排污口下游可能超标的点位附近。

6）地面水环境影响预测方法

专家判断法

类比调查法 模型计算法

数学模型法 物理模型法

7）预测河段划分与混合过程段

预测河段：完全混合段、混合过程段和上游河段。

均匀混合断面的判定：当断面上任一点浓度与断面平均浓度之差小于平均浓度的5％时，可以认为达到均匀混合； 注意：

? 混合过程段不执行地表水环境质量标准或者说可以超过水质标准； ? 在应加以保护的重要功能区范围内不允许混合区的存在。

一般来说完全混合过程距离采用经验公式： ? 岸边排放

非岸边排放

L-- 混合过程段长度；B --河流宽度（m）；H--平均水深（m）；j --河流底坡（m/m）；

a --排放口到岸边距离（m）；u -- 预测河断的平均流速；g--重力加速度

3、水环境影响预测模型

1）水质模型的分类

按时间特性分类： 动态模型 静态模型

按水域类型分：河流水质模型 河口水质模型(受潮汐影响)

湖泊水质模型 水库水质模型 海湾水质模型 按描述水质组分的多少分类： 单一组分模型 多组分水质模型

2）水质模型的选用原则：

混合区：用二维或三维模式；

水质分布均匀的水域：零维或一维模式；

上游来水或污水排放的水质、水量随时间变化显著：动态模式； 其他情况：稳态模式

单一组分的水质模式可模拟的污染物类型包括：持久性污染物、非持久性污染物和废热（水温变化预测）。

3）河流常用水质模型

①零维水质模型（完全混合模型）

适用条件

? ? ? ?

上游来水流量稳定、水质是均匀的（河流为恒定流） 河水流量与污水流量之比大于10－20（废水连续稳定排放） 不考虑污水进入水体的混合距离（河流充分混合段）

当预测因子比较稳定，难降解或降解项可以忽略不计、且评价等级比较低时，可以考虑采用零维模型（持久性污染物）

废水排入河流后与河水迅速完全混合，则混合后的污染物浓度为：

式中： 0 —— 废水与河水完全混合的浓度（mg/L） 1 —— 排污口上游河流中污染物浓度（mg/L）

Q —— 河流的流量（m3/s） 2 —— 废水中的污染物浓度（mg/L） q —— 排入河流的废水流量（m3/s）

②一维水质模型

是目前应用最广的水质模型，在河流的流量或其他水文条件不变条件下，可以采用一维模型进行污染物浓度预测。根据物质平衡原理，一维模型可写作：

这是一个二阶线性常微分方程，可用特征多项式解法求解。 这里存在两种情况 ：

一维稳态水质模型：在均匀河段上定常排污条件下，河段横截面、流速、流量、污染物的输入量和弥散系数都不随时间变化。同时污染物按一级化学反应，无其他源和汇项，则给定x=0时， ＝ 0，那么上式的解为： 河流一维稳态模式适用条件

河流充分混合段；非持久性污染物；河流恒定流动；废水连续稳定排放。

式中：K1－耗氧系数 K3－沉降系数 86400－来源

③河流二维稳态模式

平直、断面形状规则河流混合过程段；持久性污染物；河流为恒定流动；连续稳定排放；对于非持久性污染物，需采用相应的衰减模式 。

④河流二维稳态混合累积流量模式

弯曲河流、断面形状不规则河流混合过程段；持久性污染物；河流为恒定流动；连续稳定排放；对于非持久性污染物，需采用相应的衰减模式。

⑤ 河流二维稳态水质混合模式（平直河段）

①岸边排放

⑥ 河流二维稳态混合累积流量模式与适用条件

岸边排放：

⑦ BOD-DO耦合模型

斯特里特(H.Streeter)和菲尔普斯(E.Phelps)在1925年提出了描述一维河流中BOD和DO消长变化规律的模型，简称为S-P模型。 S－P模型的基本假设是：

河流中的BOD的衰减和溶解氧的复氧都是一级反应；反应速度是定常的； 河流中的耗氧是由BOD衰减引起的，而河流中的溶解氧来源则是大气复氧。 其基本方程是：

由上面的方程可以得到氧垂曲线。

临界氧亏点计算公式

⑧污染物与河水完全混合所需距离

污染物从排放口排出后要与河水完全混合需一定的纵向距离，这段距离称为混合

过程段，其长度为x。

当采用河中心排放时： x=

在岸边排放时：x= 6

x-- 混合过程段长度；B --河流宽度（m）；u x-- 预测河断的平均流速；Mx——纵向混合系数。

5）湖泊预测模式

①湖泊完全混合衰减模式与适用条件

动态模式

②湖泊推流衰减模式与适用条件

6）水质模型参数的标定

水质模型参数确定的方法类别有：

室内模拟实验室测定法；公式计算和经验估值法（包括经验公式、模型求解等）；水质数学模型率定法；现状实测及示踪剂法。

①实验室测定法

现场实测法 ②经验公式法

复氧系数K2的单独估值法

欧康那-道宾斯(O’Conner-Dobbins，简称欧-道)公式

欧文斯等人（Owens，et al）经验式

0.1≤H≤0.6m u≤1.5m/s

丘吉尔（Churchill）经验式

0.6≤H≤8m 0.6≤u≤1.8m/s

混合（扩散）系数的估值法

泰勒法求横向混合系数My（适用于河流）

费希尔法求纵向离散系数（适用于河流）

主要利用的公式：

流量恒定、无河湾的顺直河段，河宽很大，水深相对较浅，其垂向、横向、和纵向混合系数Mz、My、Mx可按下式估算。 Mz= Hu； My= Hu； Mx= Hu

式中：H——平均水深，m；u——摩阻流速（剪切流速），m/s； u= ；I——水力坡度；g——重力加速度。 ? 泰勒（Taylor）公式：M=(0.058H+0.0065B) B/H≤100 艾尔德（Elder）公式（适用于河流）：Mx=5.93H

③示踪剂法

示踪物质：无机盐类、萤光染料和放射性同位素。 示踪物质特点：不沉降、不降解、不产生化学反应； 测定简单准确；经济； 对环境无害等特点。 投放方式： 瞬时投放 有限时段投放 连续恒定投放

六、地表水环境影响评价

在工程分析和影响预测基础上，以法规、标准为依据解释拟建项目引起水环境变化的重大性，同时辨识敏感对象对污染物排放的反应；对拟建项目的生产工艺、水污染防治与废水排放方案等提出意见；提出避免、消除和减少水体影响的措施和对策建议；最后提出评价结论。

2、工程分析、环境调查和水质现状评价

污染源调查和评价 地表水水质监测调查 水质现状评价 评价标准 水质参数的取值

3、评价重点和依据的基本资料

?

应对所有预测点和所有预测的水质参数进行环境影响重大性的评价，但应抓住重点。 ? 进行评价的水质参数浓度应是其预测的浓度与基线浓度之和。 ? 了解水域的功能，包括现状功能和规划功能。

? 评价建设项目的地面水环境影响所采用的水质标准应与环境现状评价相同。

? 向已超标的水体排污时，应结合环境规划酌情处理或由环保部门事先规定排污要求。

4、判断影响重大性的方法

①自净利用指数法 单项评价。

式中：ρi,j，ρhi,j，ρsi—分别为j点污染物i的浓度，j点上游i的浓度，i的水质标准；λ

—自净能

力允许利用率。

溶解氧的自净利用指数为：

当Pij≤1时说明污染物 i在 j点利用的自净能力没有超过允许的比例；否则说明超过允许利用的比例，这时的Pij值即为超过允许利用的倍数，表明影响是重大的。

②指数单元法或综合指数法评价

具体方法：将由拟建项目预测数据计算得到的指数单元或综合评价指数值与现状值

（基线值）求得的指数单元或综合指数值进行比较。根据比值大小，采用专家咨询法和征求公众与管理部门意见确定影响的重大性。

5、对拟建项目选址、生产工艺和废水排放方案的评价

生产工艺主要是通过工程分析发现问题，如有条件，应采用清洁生产审计进行评价。

6、消除和减轻负面影响的对策

? ? ?

对环保措施的建议一般包括污染消减措施和环境管理措施两部分。 常用消减措施

提出拟建项目建设和投入运行后的环境监测的规划方案与管理措施。

7、提出评价结论

在环境影响识别、水环境影响预测和采取对策措施的基础上，得出拟建项目对地表水环境的影响是否能够承受的结论。

多项水质参数综合评价的评价方法和评价的水质参数应与环境现状综合评价相同。

污染源调查和评价 地表水水质监测调查 水质现状评价 评价标准 水质参数的取值

3、评价重点和依据的基本资料

?

应对所有预测点和所有预测的水质参数进行环境影响重大性的评价，但应抓住重点。 ? 进行评价的水质参数浓度应是其预测的浓度与基线浓度之和。 ? 了解水域的功能，包括现状功能和规划功能。

? 评价建设项目的地面水环境影响所采用的水质标准应与环境现状评价相同。

? 向已超标的水体排污时，应结合环境规划酌情处理或由环保部门事先规定排污要求。

4、判断影响重大性的方法

①自净利用指数法 单项评价。

式中：ρi,j，ρhi,j，ρsi—分别为j点污染物i的浓度，j点上游i的浓度，i的水质标准；λ

—自净能

力允许利用率。

溶解氧的自净利用指数为：

当Pij≤1时说明污染物 i在 j点利用的自净能力没有超过允许的比例；否则说明超过允许利用的比例，这时的Pij值即为超过允许利用的倍数，表明影响是重大的。

②指数单元法或综合指数法评价

具体方法：将由拟建项目预测数据计算得到的指数单元或综合评价指数值与现状值

（基线值）求得的指数单元或综合指数值进行比较。根据比值大小，采用专家咨询法和征求公众与管理部门意见确定影响的重大性。

5、对拟建项目选址、生产工艺和废水排放方案的评价

生产工艺主要是通过工程分析发现问题，如有条件，应采用清洁生产审计进行评价。

6、消除和减轻负面影响的对策

? ? ?

对环保措施的建议一般包括污染消减措施和环境管理措施两部分。 常用消减措施

提出拟建项目建设和投入运行后的环境监测的规划方案与管理措施。

7、提出评价结论

在环境影响识别、水环境影响预测和采取对策措施的基础上，得出拟建项目对地表水环境的影响是否能够承受的结论。

多项水质参数综合评价的评价方法和评价的水质参数应与环境现状综合评价相同。

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