污染物入河水质模拟评价.docx
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污染物入河水质模拟评价
（3-86）
（万t）；
（3-87）
（3-88）
（3-89）
1、点源污染
点源污染物主要指城镇生活、工业和三产的废污水所带来的污染物，大多数城镇的生活和工业废污水进入相同的污水收集和处理系统。
根据城镇生活、工业和三产废污水排放的实际情况可以将污水排放过程简化为：
城镇生活/工业排放的废污水，一部分进入污水处理厂处理，另一部分直接排入河道；进入污水处理厂处理后的废污水（简称回用水），一部分供工业、农业、城镇生态等使用，另一部分排入河道。
城镇生活、工业和三产的污染物排放量和入河量计算公式相同。
（1）污水排放量
（3-85）
式中：
E为时段城镇生活/工业废污水排放量（万t）；
S为时段城镇生活/工业用水量（百万t）；
a为城镇生活/工业废污水排放率。
（2）污水处理量
T二E:
式中：
T为时段城镇生活/工业废污水处理量（称为回用水）
：
为城镇生活/工业废污水处理率。
（3）污水直排量
Sr二E（1-J
式中：
ST为时段城镇生活/工业废污水直排量（万t）
（4）回用水未利用量
Es订（1-）
式中：
丘为时段城镇生活/工业回用水未利用量（万t）；为城镇生活/工业回用水的回用率。
（5）回用水入河量
Rs~ES1
式中：
FS为时段城镇生活/工业回用水入河量（万t）；
二1为回用水入河系数。
（6）回用水某种污染物入河量
WS,i=10NxEsxCi術1（3_90）
式中：
Wi为时段城镇生活/工业回用水某种污染物入河量（t）;
C为时段城镇生活/工业回用水某种污染物浓度（A、B标准）（mg/L）;
i=1、2、3、4,分别表示CODNMN、TP、TN
Rr=S
（7）直排污水入河量
（3-91）
式中：
FT为时段城镇生活/工业直排污水入河量（万t）；
二2为城镇生活/工业直排污水入河系数。
（8）直排污水某种污染物入河量
（3-92）
WT,i=10°SrCr,i：
「i
式中：
Wi为时段城镇生活/工业直排污水某种污染物入河量（t）；
CT」为城镇生活/工业直排污水某种污染物浓度（限定排放浓度CTl」、自由排放浓度CTf，i）（mg/L）;
"A为城镇生活/工业直排污水某种污染物入河系数。
式中：
W为时段城镇生活/工业废污水某种污染物总量（t）
1如果。
口
Wl厂10^EsG,i）严,i=10STXGf,i-C）wt讥WT,i
②如果C「i二CE，则
式中：
Wi为时段城镇生活/工业限制处理的某污染物总量（t）;
Gf,i为时段城镇生活/工业废污水直排时自由排放浓度（mg/L）；
G,i为时段城镇生活/工业废污水直排时限制排放浓度（mg/L）;
Wi为时段城镇生活/工业污水处理厂处理的某污染物总量（t）；
（10）污染物入河总量
式中：
RT为时段城镇生活/工业废污水入河总量（万t）
（12）入河污染物平均浓度
式中：
Ci为城镇生活/工业污染物入河平均浓度（mg/L）
2、非点源污染
非点源污染物主要指农村生活、农村散养牲畜、乡村径流、城市径流等产生的污染物。
主要计算公式来源于“十五”国家科技攻关计划项目“流域水污染物总量控制技术与示范”。
（1）农村生活与农村散养牲畜
农村生活和农村散养牲畜废污水排放量计算公式不同，其它公式均相同
①农村生活污水排放量
（3-99）
式中：
PR为时段农村生活污水排放量（万t）；
S为时段农村生活用水量（万t）；
1为农村生活污水排放率。
2农村散养牲畜废水排放量
P=10^NK:
用
式中：
P为时段农村散养牲畜废水排放量（万t）;
卜为农村人口（万人）；
K为猪当量折算系数，平均值为0.6；
；为猪当量用水定额（L/d）；
;为农村散养牲畜废水排放率；
a为与时间相关的系数，若计算时段为旬，a=10.1，
a=30.3，若计算时段为年，a=365b
3农村生活废污水入河量
Ir=Pr
式中：
Ir为时段农村生活废污水入河量（万t）；
二为农村生活污水入河系数。
4农村生活某种污染物量
W=102FRCi
式中：
W为时段农村生活污水某种污染物量（t）；
C为农村生活污水某种污染物的浓度（mg/L），i=1
CODNMN、TP、TN。
5农村生活污水某种污染物入河量
ii=W千
式中：
li为时段农村生活污水某种污染物入河量（t）；
r为农村生活污水某种污染物入河系数。
6农村生活污染物入河平均浓度
（3-100）
若计算时段为月，
（3-101）
（3-102）
、2、3、4,分别为
（3-103）
（3-104）
i
式中：
Gi为农村生活污染物入河平均浓度（mg/L）。
（2）乡村径流
乡村土地的利用方式主要有村镇建筑用地、耕地（旱地、水田）、草地、林地、荒地等5种，根据不同土壤利用类型、降雨量值、化肥使用量、农作物种植类型资料，通过对农村径流源强系数进行修正，结合不同土地利用方式下的径流系数、土地面积、降水年值，估算流域乡村径流污染物排放情况。
5
W八：
KPA
7（3-105）
式中：
V为农村径流污染源某种污染物的时段负荷总量（kg），包括CODNMN、TP、TN等4种污染物；
a为第i种土地利用方式的径流系数；
K为第i种土地利用方式的某种污染物输出系数；
P为时段降水量（mr）
2
A为第i种土地利用方式的面积（km）；
i为流域土地的利用方式，i=1，2,3,4,5,分别表示城镇建筑用地、耕地、草地、林地、荒地。
（3）城市径流
城市径流中污染物主要来自降雨径流对城市地表的冲刷。
地表沉积物是城市径流中污染物的主要来源，具有不同土地使用功能的城市，沉积物来源不同。
计算公式为：
4
W八KPA
心（3-106）
式中：
V为城市径流某种污染物的时段负荷总量（kg），包括CODNH-N、TP、TN等4种污染物；
ai为第i种土地利用方式的径流系数，
Ki为第i种土地利用方式的某种污染物输出系数；
P为时段降水量（mr）
A为第i种土地利用方式的面积（knl）；
i=1、2、3、4,分别表示居民用地、工业用地、道路广场用地、绿地。
在水质模拟过程中，假定污染物进入河流后，在一定范围内经过平流输移、纵向离散和横向混合后达到充分混合，即河流假定为宽浅的矩形河段，污染物在较短时间内混合均匀，污染物浓度在断面横向方向变化不大（均匀混合），横向和垂向污染物浓度梯度可以忽略。
因此，河流水质模拟简化为一维模型计算入河污染物浓度变化。
由于污染物一般沿河岸多处排放，每一河段内可能有多个入河排污口，而概化的排污口位置会有多种形式。
针对污染物排放出口在河道两岸排列方式，将点源污染物入河位置概化为河段顶端、中间、均匀排放等3种情况进行河流污染物浓度的降解计算。
河段本底污染物浓度降解
排污口位于河流顶点
排污口位于河流中游
排污口均匀排列
这种概化多适用于非点源污染物的排放。
河道断面的平均流速为:
Q
u二
B.h
式中：
C0为河道中污染物的本底浓度（mg/L）;
K为污染物综合降解系数（1/d）;
L为河段长度（km）；
CL为经过距离L的削减后，河道本底污染物的浓度（mg/L）;
C为河段时段平均流量（m3/s）；
u为时段河道断面的平均流速（m/s）；
仃为污染物的入河速率（g/s）；
h为时段水深（m;
n为河床糙率；
b为河道概化宽度（m；
j为水力坡度（比降）。
2、湖库污染物降解模型
为简化计算，采用均匀混合模型（零维模型）计算湖库的污染物浓度
①湖库本底污染物降解
②入库污染物降解
式中：
Ct为经过计算时段t降解后，入湖污染物浓度（mg/L）；
V为时段湖库容积（106m3）；
Co为湖库现状污染物浓度（mg/L）；
Ql为湖库出流量（m3/s）;
K为污染物综合降解系数（1/d）；m为污染物入湖速率（g/s）；t为计算时段长（d）
3、河道稀释混合模型
式中：
C为各支流、计算单元排水、节点入流等污染物混合后的浓度（mg/L）;Q1、，，、Q为各支流、计算单元排水、节点入流等的流量（m3/s）;
C1、，，、Cn为对应的浓度（mg/L）。
524水体水质评价
在相应水体水质模拟和污染物负荷已知的基础上，根据有关的水环境质量标准可以评价出水体类型。
1、水质标准
《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中不同水质标准的污染物浓度见下表：
表3-4地表水水质标准（mg/L）
污染物种类
I类
U类
山类
W类
V类
化学需氧量（COD）
15
15
20
30
40
氨氮（MH3-N）
0.15
0.5
1
1.5
2
总磷（以P计）
0.02（湖库0.010）
0.1（湖库0.025）
0.2（湖库0.05）
0.3
（湖库0.1）
0.4
（湖库0.2）
总氮（湖库，以N计）
0.2
0.
1
1.5
2
2、评价方法
水体水质评价的任务是在单因子或多因子条件下研究如何识别水体质量的级别归属问题，目前采用的方法有单因子评价法、积分值（M值）法、W值法和模糊聚类法等。
（1）单因子评价法
单因子评价法采用最差项目赋全权的方法，将目标断面地表水污染物浓度值与表3-4比较得到水体水质类别。
2、积分值法（M值法）
积分值法是一种直接评分法，它可以和各级环境质量标准建立关系，积分值越高，表明环境质量越好，评价中一般把质量标准直接取为各级质量标准。
将每一个因子的质量与标准相比较，给定每个因子的评分，相对于质量标准的I、U、M、W、V类，对于n种参评因子，符合相应级别的单因子的评分a分别为100/n、80/n、60/n、40/n、20/n。
全部因子的总评分为M=Xa，然后根据表3-5确定水体质
量类别
表3-5积分值法的水体质量分级
等级
I
n
出
IV
V
分级标准
M>
96>M>
76>M>
60>M>
M<4
96
76
60
40
0
积分值法可以处理多因子的质量功能评价问题，思路清晰、方法简便易行，但在计算积分值时采用简单的评分值迭加方法，不能确切反映出各个因子的相对重要性，特别是没有突出主要污染因子的作用。
3、W6法
W值法弥补了积分值法的不足，充分考虑了主要污染物的影响。
W值法规定凡符合I、U、M、W、V类的因子分别被评为10、8、6、4、2分，对于不能满足最低一级标准的质量因子评为0分，对水体质量的描述采用下述形式：
SN1r0N81NnN；N2N01（3-116）
式中：
S为参与评价的环境因子数目；
N为被评为10分、8分、6分、4分、2分、0分的因子的数目。
W值取污染最严重的两个因子的评分值之和，然后根据表3-6确定水体水质
表3-6W值法水体质量分级
等级
I
n
出
V
V
最低两项评分之和
18或20
14或16
10或12
6或8
<4
4、模糊聚类法
模糊聚类法是根据模糊数学对综合评价问题提供一些方法，即模糊聚类法以模糊数学为基础，应用模糊关系原理将一些边界不清、不易定量的因素定量化，从多因素角度对被评价事物隶属等级状况进行综合性评价的一种方法。
本次计算中，将水质环境看成一个模糊子集，利用隶属度描述水质分级界限，经模糊矩阵复合运算，得出综合评价结果。
模糊聚类法既考虑了水质级别界限的模糊性，又兼顾了各项水质参数在污染中的作用差异，分别给于不同的权重，使各评价指标在描述水体污染程度时清晰化、定量化反映监测断面的综合水质状况，并最终确定水质质量级别。
具体实现
过程为:
a、建立因素集U
对于河流：
U={ui、U2}={C0D、NH3-N}
对于湖库：
U={ui、U2、U3、U4}={COD、NH3-N、TP、TN}
b、建立评语集V
对于河流：
V={I、U、M、W、V}
对于湖库:
V={I、U、M、W、V}c、建立模糊关系矩阵R
对于河流:
rr-「11
r12
r13
r14
r151
R=[rj]=」
-「21
r22
r23
r24
r25一
对于湖库:
-
r11
「21
r12
「22
r13
「23
「14
「24
「15
「25
R=[「j]=
r31
r32
「33
「34
「35
_「41
r42
r43
「44
「45-
d、隶属度rij的计算
采用下列公式进行水质隶属度的计算:
I类水质隶属度ri1的计算公式为:
€2—x
x-©i
6i£X2
（3-117）
X沁
U、M、W类水质隶属度rij的计算公式为:
公式中e的确定以表3-7、表3-8中的数据为基准进行判定：
表3-7河流水质类别判定基准表（mg/L）
污染因子
ei
e2
e3
e4
e5
S
化学需氧量（COD）
15
15
20
30
40
24
氨氮（nh3-n）
0.15
0.5
1
1.5
2
1.03
总磷（TP以P计）
0.02
0.1
0.2
0.3
0.4
0.2
总氮（TN,以N计）
0.2
0.5
1
1.5
2
1
表3-8湖库水质类别判定基准表（mg/L）
污染因子
ei
e2
e3
e4
es
S
化学需氧量（COD）
15
15
20
30
40
24
氨氮（NH3-N）
0.15
0.5
1
1.5
2
1.03
总磷（TP以P计）
0.01
0.03
0.05
0.1
0.2
0.08
总氮（TN,以N计）
0.2
0.5
1
1.5
2
1.04
e、系数ai的确定
ai表示单因素Xi在所有因素中所起作用大小的量度，可以视为第i种污染因子在
水体质量诸因子的权重系数。
计算公式为:
Xi
（3-120）
式中，各符号的取值为：
对于河流i取1、2,湖库i取1、2、3、4,s表示各类水质评价标准的平均值（具体数值见表3-7、表3-8所示）。
f、模糊评价结果B的计算
按照不同的模型进行B的计算，具体形式为:
模型1:
Mi,
m
b二（airj）=Max「Min（a1,rij）,Mi门①畑）,,Min（8皿,偏”
i4
（3-121）
Mi，模型是按小中取大的原则进行判别。
模型2:
M2勺（“”为普通的实数乘法）
m
bj二（aG二Max®卬总切,,am吋？
jvjjjj（3-122）
Ml，和M2*模型都是突出主因素型，在所有因素对第j级环境标准的隶属度中取其大者。
模型3：
M3■，二
m'm|
bj=无a勺=Min〈12arij>
v•7（3-123）
M3*3模型是加权模型，隶属度的最高值为1。
注意：
对模型3计算得到的结果进行归一化处理。
g、综合水质类别判定
用上述3种模糊聚类模型计算模糊评价向量B,判断水体水质类别。
给出综合水质的判定结果，结果的显示用评语集V中的信息进行表示。
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