上海市河网水体主要以有机污染为主，故有机物在河流中的衰减变化是本研究的主体。

一般有机物在好气条件下其生化降解过程如图5.1所示。在水体中，首先是含碳化合物氧化分解（以CBOD表示），如曲线①，然后氮化合物也发生氧化分解（以NBOD表示），如曲线②。前者是好气菌对碳化合物的氧化；后者（称为硝化阶段）是好气菌对氨的氧化，其拐点约发生在10天左右。黄浦江等外河由于潮汐影响大而径流量小，污水在河中回荡，发生生物化学降解耗氧，且氮化物耗氧和碳化物耗氧占有同样重要的地位。

图5.1　有机物（BOD）的氧化分解曲线

①—含碳化合物分解曲线；②—硝化曲线

含碳化合物的氧化分解可以按一级动力学反应

dLC/dt=-K1LC

即衰减反应与剩余BOD量成正比例。其积分公式为

LC=LC(0)e-K1t

式中　LC（0）、LC——t=0和t=t时CBOD的浓度，[ML-3]；

K1——CBOD的衰减速率系数（或称“耗氧速率系数”），[T-1]，其物理意义是：单位时间内CBOD的衰减百分率。

关于CBOD的衰减系数K1，前人曾进行过许多研究。基本结论为：

在0＜L0＜40mg/L的范围内，K1随L0的增加而有所增大；在L0＞40mg/L时，K1基本为一固定数值。

所谓“硝化过程”是指水环境中的含氮化合物在特定的自养菌作用下，氨氮和亚硝酸盐氮被溶解在水中的氧氧化成硝酸盐。由化学反应方程计算可知，每1mg氨氮完全氧化成亚硝酸盐氮则需3.43mg氧，每1mg亚硝酸盐氮完全氧化成硝酸盐氮则需1.14mg氧。故理论上完全的硝化过程的耗氧量可表达为

式中　fn1、fn2——氨氮氧化成亚硝酸盐氮和亚硝酸盐氮氧化成硝酸盐氮的耗氧系数，mg（O2）/mg（N2）；

[—N]、[—N]——被氧化的氨氮和亚硝酸盐氮的浓度，mg/L。

硝化过程是一个生化耗氧过程，它受到许多因素的影响。其中温度、pH和细菌等是主要影响因素，溶解氧是硝化过程发生的必要条件。一般河水中[NH3—N]浓度不高，硝化过程、氨氮衰减过程和亚硝酸盐氮衰减过程，可认为符合一级反应动力学，即

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式中　Ln、Ln1、Ln2——NBOD、氨氮、亚硝酸盐氮的浓度，[ML-2]；

Kn、Kn1、Kn2——NBOD、氨氮、亚硝酸盐氮的衰减速率系数，[T-1]。

可见，废水进入水体后，氧在水体中起着十分重要的作用，其主要的表现形式是溶解氧（DO）。在地表水中，DO成为维持水体自净过程和水生生物生长的最重要的水体组分。这个组分从短期来说比水体中其他任何成分更活跃和更多变。一般而言，高水温（18～26℃）条件下比低水温（5～13℃）条件下的影响更大。当然，DO并不能完全代表水体的生态系统状态。缺氧或贫氧水体一般是紊流扩散较弱的结果。实际上，各类有机污染指标是相互作用和相互影响的，DO和COD、BOD、NH3—N等其他有机指标是相辅相成的，一般DO较高时，其他有机指标相对较低；反之，则较高。

水体的耗氧与复氧过程涉及的因素也较多，本书认为，在河网引清调度时水体自净降解过程中氧平衡涉及的主要因素如下。

耗氧因素为：

（1）河水中含碳化合物被氧化而引起耗氧。

（2）河水中含氮化合物被氧化而引起耗氧。

（3）河床底泥中的有机物在缺氧条件下，发生厌气分解，消耗水中的氧。一般情况下底泥对河水溶解氧平衡影响很小，对中等程度或严重污染的河流，其影响才明显。

（4）晚间光合作用停止时，由于水生植物（如藻类）的呼吸作用而耗氧。

（5）废水中其他还原性物质引起水体的耗氧。

供氧因素为：

（1）上游河水或外河调度清水所带来的溶解氧。

（2）排入河中的废水所带来的溶解氧。

（3）河水流动时，由大气中的氧向水中扩散、溶解。

（4）水体中繁殖的光合自养型水生植物（如藻类），白天通过光合作用放出氧气，溶于水中，生物补给的氧量在很多情况下是相当大的。但目前偏于保守考虑，一般不予计算。

上述各种因素综合作用，控制水体中有机物的自净过程，使水体浓度不断变化。如环境条件有利于复氧，则水体自净能力就会加大，否则就会受到较大的影响。为便于研究，本书不对水生生物的耗氧和补氧进行研究，仅对相关的其他要素进行研究。