河流、湖泊、水库、湿地 水环境容量计算模型

河流水环境容量一维计算模型分析在一定水文设计条件和水质目标前提下，根据一维河流水质模型理论，探讨不同控制断面和排污口位置下的河流水环境容量的计算方法。

在计算水环境容量时，对于长度较短的河段，排污口均匀概化和中点概化差异不大；对于长度较长的河段，排污口均匀概化比中点概化更接近实际情况。

段首法最为严格，适于经济发达地区、水源地或旨在改善水质的区域；段尾法次之；功能区末端控制法要求达到的环境目标值更低。

标签：水环境容量；排污口概化；段首控制法；段尾控制法水环境容量是指某一水环境单元在特定的环境目标下所能容纳污染物的量，也就是环境单元依靠自身特性使本身功能不至于破坏的前提下能够允许容纳的污染物的量[1]。

其大小与水环境功能目标、水体特征、污染物特性及排污方式相关。

通常以单位时间（如：一年）内水体所能承受的污染物排放总量表示。

水环境容量也可称为水域的纳污能力。

1 计算流程在计算水环境容量时一般按以下流程：（1）调查收集水环境功能区的基本资料并分析整理；（2）调查分析水环境功能区的水质状况；（3）调查分析沿河排污口的位置分布、排污负荷等具体情况；（4）调查水环境功能区水文参数；（5）确定水体的水质目标；（6）选用适当的计算模型，计算水域的环境容量；（7）分析、验证计算结果的合理性。

2 计算模型根据所采用的水质数学模型维数的不同，水环境容量计算模型可分为零维模型、一维模型和二维模型。

其中零维模型主要适用于污染物均匀混合的小型河流及河网流域；一维模型主要适用于河道宽深比不大，在较短时间内污染物质能在横断面上均匀混合的中小型河流；二维模型主要适用于河道宽度较大，河流横向距离显著大于垂向距离，在横断面上污染物分布不均匀的河流，或者宽度虽然不大，但是存在如鱼类的洄游通道等特殊功能需求的河流。

以下将重点讨论河流非持久性污染物的一维水环境容量计算模型。

一维稳态水质模型：式中C1为排污口废水浓度，mg/L；q为废水量，m3/s；C0为上游河水浓度，mg/L；Q0为流量，m3/s；K为水质降解系数，1/d；x为距排污口的距离，m；u 为流速，m/s。

根据《规划环境影响评价技术导则 总纲》（HJ 130-2014）, 规划环评应“在充分考虑累积环境影响的情况下, 动态分析不同规划时段可供规划实施利用的资源量、环境容量及总量控制指标”。

本章就上述内容展开分析。

14.1 环境容量分析14.1.1 水环境容量估算《规划环境影响评价技术导则 总纲》（HJ 130-2014）中未详细给出环境容量的计算方法, 故本次评价参考《开发区区域环境影响评价技术导则》（HJ/T 131-2003）附录B 的2.4条和2.5条, 采用水质模型建立污染物排放和受纳水体水质之间的输入响应关系, 并应考虑多点排污的叠加影响, 以受纳水体水质按功能达标为前提, 估算其最大允许排放量。

14.1.1.1 估算指标按照各级环境保护规划, 国家将化学需氧量（COD ）、氨氮（NH3-N ）作为水污染物总量控制指标, 因此本次水环境容量估算的指标也定为上述两项。

14.1.1.2 控制单元划分及其所对应的环境功能区划水环境容量计算的控制单元一般是在综合考虑混合过程段长度及重点污染源排放口、大型水工构筑物、水质控制断面等因素的基础上进行划分。

河流岸边排污的混合过程段长度计算采用如下公式:()()()210065.0058.06.04.0gHI B H Bua B L +-=式中: L ——混合过程段的长度, m B ——河流宽度, m H ——平均水深, m I ——平均坡度, 无量纲 u——平均流速, m/sa ——排放口到岸边的距离, m根据其水文参数, 滃江干流枯水期岸边排放污染物情况的混合过程段长度计算结果如表14.1-1所示。

表14.1-1滃江干流岸边排放污染物情况的混合过程段长度计算一览表清远华侨工业园的废水排放受纳水体最终均为滃江。

根据调查, 园区附近的滃江干流上主要建有3座低水头径流式水电站, 分别为红桥水电站、英华水电站及狮子口水电站；此外, 大镇水汇入口处为滃江干流的水质交界断面, 该断面上游江段的水质控制目标为Ⅲ类, 其下游江段的水质控制目标为Ⅱ类。

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 W =+稀释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：图11.4—1 完全混合型河段概化图0()i si i i W Q C C =-稀释i i si i W K V C =⋅⋅自净即：0()i i si i i i si W Q C C K V C =-+⋅⋅考虑量纲时,上式整理成:086.4()0.001i i si i i i si W Q C C K V C =-+⋅⋅其中：当上方河段水质目标要求低于本河段时：0i si C C =当上方河段水质目标要求高于或等于本河段时：00i i C C =式中：i W -第i 河段水环境容量（kg/d ）；i Q -第i 河段设计流量（m 3/s ）；i V —第i 河段设计水体体积(m 3）；i K —第i 河段污染物降解系数（d -1）；si C —第i 河段所在水功能区水质目标值（mg/L ）；0i C —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:1ni i W W ==∑01131.536()0.000365n ni si i i i i i i W Q C C K V C ===-+⋅⋅∑∑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。

河流水环境容量一维计算方法
河流水环境容量一维计算方法：
1. 使用容量一维模型：首先采用容量一维模型来计算河流水环境容量，该模型考虑了水体中不同介质的影响。

2. 确定经济参数：根据水体的特性确定经济参数，比如流量、泥沙的
质量，用这些参数来测定水体的环境容量。

3. 采集水文资料：根据实际情况采集水文相关资料，如温度、污染物
浓度等，并将其输入计算模型中。

4. 计算模型参数：根据输入的水文资料，计算当前水体以及其介质的
状况下，确定其容量一维模型参数。

这些参数可以帮助我们来确定水
体环境质量。

5. 计算水体环境容量：根据掌握的容量一维模型参数，就可以进行模
型计算，计算出河流水环境的容量。

6. 计算水体资源效益：在得出水环境容量的基础上，可以通过计算水
体资源效益，来评估水体环境经济利用价值。

水环境容量计算方法1. 你知道水环境容量可以通过建立模型来计算吗？比如说，就像搭积木一样，把各种影响因素一块块地组合起来，构建出一个能反映实际情况的模型。

比如我们要计算一条小河的水环境容量，那就要考虑河水的流量、污染物的种类和浓度等等因素，通过模型把这些都整合起来，就能算出这个小河能容纳多少污染物啦！哎呀，真神奇啊！2. 水环境容量还可以用监测数据来分析计算呢！这就好比赛跑的时候用秒表来记录时间一样准确。

假设我们在一个湖泊周围设置多个监测点，长时间监测水质的变化情况，然后根据这些数据来推算它的水环境容量。

嘿，这不就像是给湖水做了一次全面的“体检”嘛！难道你不想知道结果吗？3. 有没有听说过类比法来计算水环境容量呀？就好比我们比较两个类似的东西，找出它们的相同点和不同点。

比如把一个水域和以前研究过的类似水域进行类比，根据已知的那个水域的容量情况，来推测这个水域的容量。

哇塞，这么巧妙的办法，不好奇怎么用吗？4. 还有一种方法叫物料平衡法来计算水环境容量哦！就如同我们计算家里的收支平衡一样。

我们要详细了解进入水域的污染物量和离开水域的污染物量，通过平衡计算就能得出水环境容量啦。

这是不是很像在做一道有趣的数学题呀！难道你不想试试去解开它吗？5. 生态学法也能算水环境容量呢！可以想象成是观察大自然这个大舞台上生物们的表现。

通过研究水域里的生物种群、数量和生存状况等，来推断水环境容量。

哎呀呀，大自然可真是给了我们很多线索呢！你不想去挖掘一下吗？6. 计算水环境容量还可以综合各种方法呢！就好像是把不同的拼图碎片拼成一幅完整的图画。

把前面说的那些方法都结合起来，互相印证和补充，这样就能得到更准确可靠的结果啦。

哇哦，这么厉害的方法，不想去深入了解一下吗？我觉得水环境容量的计算方法真的很有趣也很重要，通过这些方法我们能更好地了解和保护我们的水环境，让水变得更清澈、更美好！。

水环境容量计算方法总结目录水环境容量计算方法总结 (1)目录 (1)一、一维模型 (1)二、二维模型 (4)三、感潮河段零维模型 (6)四、湖库模型 (6)一、一维模型1、适用范围：全国水环境容量核定技术指南1）宽浅河段；2）污染物在较短的时间内基本能混合均匀；3）污染物浓度在断面横向方向变化不大，横向和垂向的污染物浓度梯度可以忽略；4）一般情况下适用于河宽小于200m的河流，但注意利用不均匀系数对其容量进行修正。

2、一维衰减公式：排污口、支流排入断面完全混合模型：EP E E P P Q Q Q C Q C C ++= 式中：C 为断面混合后的水质浓度值；C P 为排污口排出的污水的水质浓度值；Q P 为排污口废水排放量；C E 为河水的水质浓度值；Q E 为河水流量。

3、算例：假设该河段水环境功能区目标为III 类，假设该河段上边界COD 来水控制目标为20mg/L ，90%最枯月保证率流量为20m³/s ，该河段平均流速为0.2m/s ，COD降解系数约0.1/d，概化排污口流量为1m³/s，COD浓度90mg/L，支流流量5m³/s，COD浓度为25mg/L。

C 目=Q∗C∗exp(−k∗X186400u)+q∗c+WQ+qexp⁡(−kX286400u)通过上游来水衰减，区间内中间混合后衰减等于水质目标，可以反推出区间内水环境容量，注意公式中的单位，通过上述公式算出的W单位为g/s。

Q:m³/s、C：mg/L、u:m/s、K:1/d、x:m。

(1)上边界→节点1（混合前浓度）:C2=C1*exp( kx/u)=20*exp( 0.1*20000/86400/0.2)=18.875mg/L(2)概化排污口汇入混合：C3=(c1*q1+C2*Q1)/(q1+ Q1)=(90*1+18.875*20)/(20+1)=22.262mg/L（3）节点1→节点2：C4= C3*exp( kx/u)=22.262*exp( 0.1*5000/86400/0.2)=21.627mg/L（超标）（4）节点2→节点3（混合前浓度）：C5= C4*exp( kx/u)=21.627*exp( 0.1*20000/86400/0.2)=19.264mg/L（5）支流汇入混合：C6=(c2*q2+C5*Q2)/(q2+ Q2)=(25*5+19.264*21)/(5+21)=20.367mg/L（6）节点3→节点4：C7= C6*exp( kx/u)=20.367*exp( 0.1*5000/86400/0.2)=19.786mg/L（7）节点4→控制断面：C8= C7*exp( kx/u)=19.786*exp( 0.1*8000/86400/0.2)=18.891mg/L可见，该河段在现状排污情况下水质能达到地表水III类，但河段允许排放量根据实际情况分配不均匀，上游计算断面1存在超标情况，下游容量仍有富裕，在因此需进一步通过试算的方法，削减概化排污口排污量，此外可根据实际情况对下游支流水质目标进行适当调整，将容量进行合理分配。

水环境容量计算方法中国环境规划院李云生•基本涵义•计算模型•计算步骤•校核方法第一部分水环境容量的基本涵义容量涵义技术指南中的概念定义•在给定水域范围和水文条件，规定排污方式和水质目标的前提下，单位时间内该水域最大允许纳污量，称作水环境容量。

•从上述定义可知，水环境容量主要决定于三个要素：水资源量、水环境功能区划和排污方式。

要素之一：水资源量•从某种意义上讲，水资源量是水环境容量基础；•为了确保用水安全，水环境容量计算采用的是较高保证率的水文设计条件；•并不是所有的水资源量都用来计算环境容量。

要素之二：水环境功能区•水环境功能区划体现人们对水环境质量的需求，反映了人们对水资源的态度：开发、利用或保护。

•已划分水环境功能区的水域，要从时间、空间两个方面规范功能区达标标准；•未划分水环境功能区的水域可不进行容量计算；若考虑计算，按较高功能标准进行（II类）。

要素之三：排污方式•排污口沿河（或其他水体）位置布设，对河流整体水环境容量影响较大；•排污口排放方式（岸边或中心，浅水或深水），对局部的污染物稀释混合影响很大；••第二部分水环境容量的计算模型•1、流域概化模型•2、水动力学模型•3、污染源概化模型•4、水质模型1、流域概化•将天然水域（河流、湖泊水库）概化成计算水域，例如天然河道可概化成顺直河道，复杂的河道地形可进行简化处理，非稳态水流可简化为稳态水流等。

水域概化的结果，就是能够利用简单的数学模型来描述水质变化规律。

同时，支流、排污口、取水口等影响水环境的因素也要进行相应概化。

若排污口距离较近，可把多个排污口简化成集中的排污口。

2、水动力学模型•最枯月设计条件•1、满足节点平衡方程•2、满足沿程连续方程河流径流量沿程概化河流流速沿程概化3、污染源概化模型•污染源沿程位置概化•污染源源强概化•1、若排污口距离较近，可把多个排污口简化成集中的排污口。

••2、距离较远并且排污量均比较小的分散排污口，可概化为非点源入河，仅影响水域水质本底值，不参与排污口优化分配计算。

河湖水环境数学模型河湖水环境数学模型是一种基于数学理论的模拟工具，用于分析水环境的运动与变化规律，以及预测可能的污染扩散和治理效果。

该模型主要涉及流体力学、水动力学、水污染传输和化学反应等方面的知识，通过建立数学方程组并运用计算机程序求解，可以模拟出水体在时间和空间上的变化情况，并估计不同污染源对水体质量的影响程度。

模型基础理论河湖水环境数学模型主要包括自然水动力学模型和水污染传输模型两部分。

其中，自然水动力学模型主要描述水体的流动规律和水位变化情况，采用伯努利方程、连续方程及自由水面条件等基本方程描述自由水面水体运动，通过建立动量守恒方程、能量守恒方程和湍流应力方程等求解水体速度场和水位场。

水污染传输模型则描述了污染物在水中的扩散、降解和转移过程，主要利用输运方程、分布方程和化学反应方程等描述污染物传输和降解规律。

模型应用场景河湖水环境数学模型的应用范围比较广泛，常用于以下几个方面：1. 水质控制与预测：对于一些重要水源地、环保监测点和重大工业企业，可以建立相应的污染传输模型，预测污染物移动路径和扩散规律，为环保部门提供决策支持。

2. 水力工程优化：通过建模模拟水体流动和水污染物传输的过程，可以实现针对水利工程的优化设计、排放标准制定等，为工程的环境评价和规划提供重要基础。

3. 灾害风险评估：在洪涝、水灾、地灾等自然灾害发生前，可以利用模型模拟相应水文过程，并结合地形、土壤、降雨等因素，评估灾害风险并提前采取防灾措施。

4. 河道管理与治理：河涌切割、城市化扩张和环境污染等因素对河道环境造成较大影响。

通过建立河湖水环境数学模型，可以分析河道水动力学特性，制定河道优化治理策略，进一步提高河道生态环境的质量。

总体来说，河湖水环境数学模型具有建模精度高、数据传输方便、计算效率高等优点，可以有效地辅助环境监测和水质控制，为工程决策和环保管理提供支持。

随着计算机技术和数学方法的不断发展，河湖水环境数学模型必将在未来发挥更加重要和广泛的作用。

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 W =+稀释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：图11.4-1 完全混合型河段概化图0()i si i i W Q C C =-稀释 i i si i W K V C =⋅⋅自净即：0()i i si i i i si W Q C C K V C =-+⋅⋅考虑量纲时，上式整理成：086.4()0.001i i si i i i siW Q C C K V C =-+⋅⋅其中：当上方河段水质目标要求低于本河段时：0i si C C = 当上方河段水质目标要求高于或等于本河段时：00i i C C =式中：i W —第i 河段水环境容量（kg/d ）； i Q —第i 河段设计流量（m 3/s ）； i V —第i 河段设计水体体积（m 3）； i K —第i 河段污染物降解系数（d -1）；si C —第i 河段所在水功能区水质目标值（mg/L ）；0i C —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：1nii W W ==∑01131.536()0.000365n ni si i i i i i i W Q C C K V C ===-+⋅⋅∑∑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。

河段水环境容量计算模型研究李培杰;王秀敏;孙书洪【摘要】It is the basis of controlling total pollutants to calculate river water environmental capacity based on the water quality standards in water function area. A one-dimensional river water environmental capacity model was developed based on the measured data, and the river function division, river flow and speed were considered in this paper. This model, a relative model on pollutant carrying capacity, reflected the holding space of water for different pollutants. This model was applied to Tianjin outer ring river, and the results showed that the simulated values were in good agreement with measured values of pollutants, such as CODer, NH3-N, TN, and TP at upstream and downstream section. It indicates that this model can be used to calculate the river water environmental capacity.%根据水功能区水质标准计算河段水环境容量是污染物总量控制的依据。