华祖林 主编

ISBN:978-7-03-0-1

北京：科学出版社，2020.11

众所周知，水是生命之源、生产之要、生态之基。

水是三原子分子，分子式 为 H2O，在自然状态的水体不单是纯净的 H2O 分子，它含有多种其他成分，但一 般来讲，对于生物和人类而言，经过亿万年的生存适应，天然水体是无害的。

本文中谈到的污染，是指我们人类的生产和生活活动导致水体中某些成分增加，造成水质恶化，对生物和生态产生危害的现象。

以污染物进入水体的时间过程来分类。

污染物在很短时间内泄入水体的，称瞬时源，例如短时间内漏泄事故的污染源。污染物持续泄入水体的，称为时间连续源。

例如工厂的废水排出口。时间连续源又可分为恒定源和非恒定源（又称稳定源和非稳定源）。恒定源是指污染物质的排放速率恒定。

以污染源相对于被污染的环境水体的空间关系来分类。

对于所讨论的问 题，源占有的空间尺度相对很小，可以当作一个点而不致影响精度时，这个源称为点源。

如果源在空间上分布成一条线，占有一定长度，或者分布成一定面积，或者一定体积，而对于所讨论的问题，源的这种空间分布情况又不允许忽视的时 候，就必须把它们作为“线源”、面源”或“体源”。

以混溶了污染物质的污水进入环境水体最初阶段的运动性状来分类。

射流，污水相对于环境水体具有附加的动量，例如通过提升泵站的城市排污口排入江河的污水，出口流速较高，而且往往与河水流向成一交角。

羽流，污水的密度小于环境水体的密度，因而具有浮力。许多情况下，污水同时具有动量和浮力， 则称为浮射流。

随流，污水没有附加动量和浮力，污染物质进入环境水体后，就 随着水流一起运动。实际的污染源，常常是上述各种情况的不同组合，因此是多种多样的。

（图为污染物正在进入环境水体）

同样，我们从环境水力学的角度来关注各类污染物质，会对污染物的下面这特性更为关心，因为它们将会影响其混合输运，或表观上影响着混合输运。

一般地说，污染物的比重大于水者发生沉淀作用，污 染物的比重小于水者会浮升到水的表层，这两类污染物在水内垂向上将产生不均 匀分布及分层。污染物比重和水十分接近者，能和水混为一体，称为中和性物质。

污染物的质量会不会起变化，即其质量会不会增加或减少、在什么条件 下发生变化等。

例如，许多有机物可以被氧化分解而减少，水中的溶解氧（通常用 DO 代表）可以因有机物氧化而消耗，也可以通过水面吸收空气中的氧及因水中藻 类呼吸而恢复（通常称复氧）。而质量不增减的称为守恒物质（也有称保守物质）。

例如，是溶解质，还是混悬体、胶体，会不会发生吸附、絮凝作用等，也影响混合输移过程。

根据环境水力学基本原理（如连续性方程、动量方程、物质输运方程等），对实际问题进行理论分析和方程推导。

这种方法的基础是量纲分析和数量级比较。

• 通过量纲分析可以分析各变量间的关系，判断函数方程计量是否正确。

• 通过数量级比较，忽略一些次要变量，仅考虑影响污染物输运的主要因素，通过方程求解，得到计算公式。

比如在实际问题上，分析发现水流及边界条件相对比较简单，可以进行概化，从而求得在水体中污染物浓度时空分布的解析解。

当水环境中流动情况和边界条件都复杂时，无法采用解析解计算，得益于计算机技术的快速发展，我们可以运用有限差分法、有限元法、有限体积法等方法对许多复杂问题进行数值模拟以求解数值解。

数值模拟同样也是建立在水流及污染物输运迁移转化的基本方程基础上，针对模拟预测的水环境要素的变化规律建立的一整套数学计算程序和方法。

• 对宽度和深度都比较小的河渠或小型河道，可采用一维水流水质模型计算断面平均的水流情况和浓度沿