【正文】 分子擴(kuò)散是指物質(zhì)分子的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)（即布朗運(yùn)動(dòng)）而引起的物質(zhì)遷移或分散現(xiàn)象 。分子擴(kuò)散過(guò)程服從 費(fèi)克第一定律。 分子擴(kuò)散系數(shù)一般很小。 2．湍流擴(kuò)散 當(dāng)河流做湍流運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨機(jī)的湍流作用引起污染物的擴(kuò)散，稱為湍流擴(kuò)散 。湍流擴(kuò)散系數(shù)比 分子擴(kuò)散系數(shù)大 7～ 8個(gè)數(shù)量級(jí)。 xxIE x?????3．剪切流離散 當(dāng)垂直于流動(dòng)方向的橫斷面上流速分布不均勻或者說(shuō)有流速梯度存在的流動(dòng)稱為剪切流。 剪切流離散同樣可以類比分子擴(kuò)散，其引起的質(zhì)量通量可用下式表示： 式中 ： Dx—— 剪切流離散系 數(shù)，或稱彌漫系數(shù)， m2／ s。 在自然界的水體中，各種形式擴(kuò)散常常交織在一起發(fā)生，除上述污染物幾種主要遷移方式以外，還存在著沖刷、淤積和懸浮等多種形式 。 5．移流擴(kuò)散方程 從流動(dòng)的水體中，取一微分六面體。 ? ?xuEst x x x????? ? ???? ? ???? ? ? ???第三節(jié) 河流和河口水質(zhì)模型 河流是沿地表的線形低凹部分集中的經(jīng)常性或周期性水流。河口是河流注入海洋、湖泊或其他河流的河段，可以分為入海河口、入湖河口及支流河口。 如果在 河段內(nèi)有支流匯入，而且沿河有多個(gè)污染源，這時(shí)應(yīng)將河流劃分為多個(gè)河段采用多河段模型 。 水質(zhì)模型的分類： 按時(shí)間特性分： 分為動(dòng)態(tài)模型和靜態(tài)模型 。 描述水體中水質(zhì)組分的濃度不隨時(shí)間變化的水質(zhì)模型稱為靜態(tài)模型 。 當(dāng)把所考察的水體看成是一個(gè)完全混合反應(yīng)器時(shí)，即水體中水質(zhì)組分的濃度是均勻分布 的，描述這種情況的水質(zhì)模型稱為零維的水質(zhì)模型 。 描述水質(zhì)組分的遷移變化在兩個(gè)方向上是重要的，在另外的一個(gè)方向上是均勻分布的，這種水質(zhì)模型稱為兩維水質(zhì)模型 。 按描述水質(zhì)組分的多少分： 分為單一組分和多組分的水質(zhì)模型 。 水體中一組分的遷移轉(zhuǎn)化與另一組分（或幾個(gè)組分）的遷移轉(zhuǎn)化是相互聯(lián)系、相互影響的，描述這種情況的水質(zhì)模型稱為多組分的水質(zhì)模型 。河流、河口水質(zhì)模型比較成熟，湖、海灣水質(zhì)模型比較復(fù)雜，可靠性小。 水質(zhì)模型的選擇： 選擇水質(zhì)模型必須對(duì)所研究的水質(zhì)組分的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律有清楚地了解。在流動(dòng)的河流中，平流遷移往往占主導(dǎo)地位，對(duì)某些組分可以忽略擴(kuò)散項(xiàng)；在受潮汐影響的河口中，擴(kuò)散是主導(dǎo)的遷移現(xiàn)象，擴(kuò)散項(xiàng)必須考慮而不能忽略。對(duì)河床規(guī)整，斷面不變，污染物排人量不變的水體，可選用靜態(tài)模型。但這種選擇不能充分評(píng)價(jià)時(shí)便輸入對(duì)河流系統(tǒng)的影響。 污染物在均勻流場(chǎng)中的擴(kuò)散水質(zhì)模型 進(jìn)入環(huán)境的污染物可以分為兩大類：守恒污染物（惰性污染物）和非守恒污染物。這種污染物稱為守恒污染物。 非守恒污染物 ：污染物進(jìn)入環(huán)境以后，除了隨著環(huán)境介質(zhì)流動(dòng)而改變位置，并不斷擴(kuò)散而降低濃度外，還因自身的衰減而加速濃度的下降。 非守恒物質(zhì)的衰減有兩種方式： 一種是由其自身的運(yùn)動(dòng)變化規(guī)律決定的 ；如放射性物質(zhì)的蛻變； 另一種是在環(huán)境因素的作用下，由于化學(xué)的或生物化學(xué)的反應(yīng)而不斷衰減的 ，如可生化降解的有機(jī)物在水體中微生物作用下的氧化分解過(guò)程。在均勻流場(chǎng)中，流速應(yīng)為常數(shù)，擴(kuò)散參數(shù)也應(yīng)為常數(shù)。若設(shè)坐標(biāo)原點(diǎn)在污染物排放點(diǎn)，則有： 二維擴(kuò)散方程的解： 2222d Ed t x y? ? ?????? ? ???????22d Ed t x?????? ? 2 2e x p44x u t yMEt Et????? ? ?? ????一維擴(kuò)散方程的解為： 對(duì)于守恒污染物，實(shí)際應(yīng)用中，在不需要考慮其橫向均勻混合時(shí)間的情況下，通常假設(shè)其可以瞬間混合完畢，而采用完全混合公式來(lái)計(jì)算河流斷面的污染物濃度。 2 2 0xxE u Kxx ????? ? ? ??? 對(duì)于非持久性或可降解污染物，若給定 x＝ 0，ρ＝ ρ0，上式解為： 對(duì)于一般條件下的河流，推流形成的污染物遷移作用要比彌散作用大得多，在穩(wěn)態(tài)條件下，彌散作用可以忽略，則有： 式中： ux—— 河流的平均流速， m／ d或 m／ s； Ex—— 廢水與河水的縱向混合系數(shù)， m2／ d或 m2／ s； K—— 污染物的衰減系數(shù)， 1／ d或 1／ s； x—— 河水 (從排放口 )向下游流經(jīng)的距離， m。求排放點(diǎn)下游 10km處的苯酚濃度。 對(duì)水面寬闊的河流受納污 (廢 )水后的混合過(guò)程和污染物的衰減可用二維模型預(yù)測(cè)；對(duì)于水面又寬又深和流態(tài)復(fù)雜的河流水質(zhì)預(yù)測(cè)宜采用三維模型。 當(dāng)某一斷面上任意點(diǎn)的濃度與斷面平均濃度之比介于 至 之間時(shí)，稱該斷面已達(dá)到橫向混合，由排放點(diǎn)至完成橫向斷面混合的距離稱為完成橫向混合所需的距離 。 描述一維河流中 BOD 和 DO消長(zhǎng)變化規(guī)律的模型 (S— P模型 )。 S — P方程： 臨界氧虧發(fā)生的時(shí)間： 該方程是應(yīng)用最廣的河流水質(zhì)中 BOD— DO預(yù)測(cè)模型。為了計(jì)算河流水質(zhì)的某些特殊問(wèn)題，人們?cè)? S－ P 模型的基礎(chǔ)上附加了一些新的假設(shè)，推導(dǎo)出了一些新的模型。由以下的基本方程組 (忽略擴(kuò)散項(xiàng) )： ? ?1312B O DB O DDB O D Ddkkdtdkkdt?????? ? ???解得： （ 2）多賓斯 — 坎普 (Dobbins— Camp)模型 對(duì)一維靜態(tài)河流，在托馬斯模型的基礎(chǔ)上，多賓斯 — 坎普提出了兩條新的假設(shè)： ①考慮地面徑流和底泥釋放 BOD所引起的BOD變化速率，該速率以 R表示。多賓斯 — 坎普采用以下基本方程組： ? ?? ?1300 1322011 3 2ek k tB O D B O DB O D k k tk t k tDDke e ek k k??????????????? ? ?????三、污染物在河口中的混合和衰減模型 入海河口受海洋潮汐和上游河流來(lái)水雙重作用。 一般污染比較嚴(yán)重的河口都是工業(yè)集中的城市或水陸交通樞紐。在通航的河口，其寬度一般都較大，也比較深，污染物要完成橫向混合仍需要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的距離。 如果要求污染物與河口水混合過(guò)程中濃度隨時(shí)間變化情況，則應(yīng)采用二維動(dòng)態(tài)混合數(shù)值模型預(yù)測(cè)：首先通過(guò)實(shí)測(cè)得到斷面上各測(cè)點(diǎn)流速與斷面平均流速的相關(guān)關(guān)系，同時(shí)用一維非恒定流方程數(shù)值模型計(jì)算出沿程各斷面平均流速，這樣就可得到河口的流場(chǎng)分布。 潮汐對(duì)河口水質(zhì)的雙重影響： ① 上游下泄的水流相匯，形成強(qiáng)烈的混合作用，使污染物的分布趨于均勻 ； ② 由于潮流的頂托作用，延長(zhǎng)了污染物在河口的停留時(shí)間，有機(jī)物的降解會(huì)進(jìn)一步消耗水中的溶解氧，使水質(zhì)下降 。 河口模型比河流模型復(fù)雜，求解也比較困 難。這時(shí)應(yīng)采用水 力學(xué)中的非恒定流的數(shù)值模型，以差分法計(jì)算 流場(chǎng)，再采用動(dòng)態(tài)水質(zhì)模型，預(yù)測(cè)河口任意時(shí) 刻的水質(zhì)。對(duì)河口水質(zhì)有重大影響，但只需 預(yù)測(cè)污染物在一個(gè)潮汐周期內(nèi)的平均濃度，這 時(shí)可以用一維潮周平均模型預(yù)測(cè)。 假定 s＝ 0和 r＝－ K1ρ， 對(duì)排放點(diǎn)上游（ x＜ 0） 對(duì)排放點(diǎn)下游（ x ＞ 0） ? ? 0xxd d dE u r sd x d x d x? ???? ? ? ? ?????1204e x p 1 12xxu K EEu????????? ? ?????????1204e x p 1 12xxu K EEu????????? ? ?????????01241 xxWKEQu? ?? 第三節(jié) 湖泊 (水庫(kù) )水質(zhì)數(shù)學(xué)模型 湖泊（水庫(kù)）水流狀態(tài)分為前進(jìn)和振動(dòng)兩類。 (1)湖流：指湖水在水力坡度、密度梯度和風(fēng)力等作用下產(chǎn)生沿一定方向的緩慢流動(dòng)。 (2)混合：指在風(fēng)力和水力坡度作用下產(chǎn)生的湍流混合和由湖水密度差引 起的對(duì)流混合作用。 (4)波漾：是在復(fù)雜的外力作用下，湖中水位有節(jié)奏的升降變化。 ② 進(jìn)入湖泊和水庫(kù)中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在其中容易不斷積累 ， 致使水質(zhì)發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化 。 湖泊水質(zhì)模型分為描述湖、庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀況的 箱式模型 、 分層箱式模型 和描述溫度與水質(zhì)豎向分布的 分層模型 。 對(duì)于停留時(shí)間很長(zhǎng)、水質(zhì)基本處于穩(wěn)定狀態(tài)的中小型湖泊和水庫(kù)，可以簡(jiǎn)化為一個(gè)均勻混合的水體。 積分上式得： 式中： W0— 現(xiàn)有污染物排入量， mg／ s； ?W11e x pt WQ KtQ K V V????? ????? ? ??? ????? ??????0 pW W q?? ? ? — 擬建項(xiàng)目廢水中污染物濃度， mg／ L； q— 廢水排放量， m3／ s。則： 對(duì)于持久性污染物 K1＝ 0，則： 當(dāng)時(shí)間足夠長(zhǎng)，湖、庫(kù)中污染物 (營(yíng)養(yǎng)物 )濃度達(dá)到平衡時(shí)， 。 設(shè) ρt/ρp=β，則： 3．無(wú)污染物輸入 (W＝ 0)時(shí)濃度隨時(shí)間變化為 這時(shí)，可以求出污染物 (營(yíng)養(yǎng)物 )濃度達(dá)到初始濃度之比為 δ即 ρt／ ρ0＝ δ時(shí)，所需時(shí)間： 1l n ( 1 )VtQ K V?????1( / )00Q V K tt ee?? ? ??? ???11lnt????4．溶解氧模型 式中： K2—— 大氣復(fù)氧系數(shù)， 1/d或 1/s； ρDO0—— 溶解氧起始濃度， mg/L； R—— 湖庫(kù)的生物和非生物因素耗氧總量，mg/()或 mg/(m3s)； ρDOs—— 飽和溶解氧濃度， mg/L； B—— 其他因素耗氧量， mg/()或 mg/(m3 第五節(jié) 開發(fā)行動(dòng)對(duì)地表水影響的識(shí)別 各種類型的人類開發(fā)行動(dòng)如建設(shè)項(xiàng)目、區(qū)域和流域開發(fā)等都會(huì)對(duì)地表水環(huán)境的 水量、水質(zhì)、水生生物或底部沉積物 產(chǎn)生影響。 一、工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目 1．建設(shè)期影響 工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目在建設(shè)期 (施工階段 )的共同影響： (1)施工隊(duì)伍大批進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)，排放的生活污水和垃圾的污染。 (3)基坑開挖和降低地下水位等操作排放含泥砂廢水。在降雨 (特別是暴雨 )時(shí)，造成土壤侵蝕，使地表水中泥砂含量陡增，嚴(yán)重時(shí)造成河道阻塞。 2．運(yùn)行期影響 任何工業(yè)建設(shè)項(xiàng)目都有其特殊性，所以，必須針對(duì)具體項(xiàng)目開展深入細(xì)微的工程分析才能全面而有重點(diǎn)地識(shí)別出具體影響。 廢