（市政工程专业论文）重庆渝北区御临河流域水污染治理规划研究.pdf

中文摘要 摘要 随若三峡水库的一期蓄水，库区水体稀释自净能力减弱，水环境容量将降低， 如不采取积极的防范措施，库区污染将加剧。御i 临河是位于三峡库区的一条较大 的次级河流，根据三峡库区及其上游水污染防治规划( 2 0 0 1 1 2 0 1 0 的要求， 为保护库区水体水质，必须进行御临河流域水环境污染治理。 本研究通过对御i | 缶河流域污染负荷分析及水质现状评价，得 i _ ：御临河流域 污染主要来源于二个方面，流域内各乡镇生活污水为代表的点源污染和流域内农 业、水土流失等造成的面源污染；如不对御临河流域污染加以治理，规划水平年 御临河水质将不能满足水环境功能区的水质要求。本研究通过水质模拟，计算了 御临河流域水环境容量及规划水平年御临河流域污染负荷削减量，提出了水环境 容量价值的概念及其计算方法，并用于御临河流域水环境管理。通过对御临河流 域城镇污水厂的污水处理工艺优化研究，提出御临河流域城镇污水厂的优化工艺， 并和规划推荐工艺进行了比较；对面源污染防治措施进行了一定的探讨：从流域 系统工程角度出发，提出了御临河流域水环境管理的措施和建议。 关键词：御临河，水污染负荷，水质评价，水环境容量，水污染治理工艺 水环境管理 英文摘要 a b s t r a c t w i t ht h ef i r s tw a t e r s t o r a g e o ft h et h r e e g o r g e s r e s e r v o i r ，t h ew a t e r s e l f - p u r i f i c a t i o na b i l i t yh a sd e c l i n e da n d t h ew a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t yw i l la l s ol o w e r g r a d u a l l y s o ，w em u s ta d o p ts o m ep o s i t i v ec o u n t e r m e a s u r e s ，o rt h er e s e r v o i rp o l l u t i o n w i l lb ea g g r a v a t e d y u l i nr i v e ri sam a j o r s e c o n d a r ys t r e a mo f t h r e eg o r g e sr e s e r v o i r a r e ao fc h o n g q i n g a c c o r d i n gt ot h er e q u i r e m e n to f “t h ep r e v e n t i o np l a no fw a t e r p o l l u t i o ni nt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e aa n dt h eu p p e r a r e a s ( 2 0 0 1 2 0 1 0 ) ”，t h ew a t e r e n v i r o n m e n t p o l l u t i o ni ny u l i nr i v e rv a l l e ys h o u l db ec o n t r o l l e di no r d e r t op r o t e c tt h e w a t e r q u a l i t yo f t h ex e s e r v o i r i nt h i sr e s e a r c h ，t h r o u g hp o l l u t i o nl o a da n a l y s i sa n dw a t e rq u a l i t ys t a t u sa p p r a i s a l o ft h ey u l i nr i v e r v a l l e y , t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa r er e a c h e d ：t h ep o l l u t i o nm a i n l y c o m e sf r o mt w oa s p e c t st h a ta r ep o i n ts o u r c e p o l l u t i o n w i t ht h e r e p r e s e n t a t i v e o f d o m e s t i cs e w a g ef r o mt o w n so ft h ed r a i n a g ea r e aa n da r e as o l l l - c ep o l l u t i o nc a u s e db y a g r i c u l t u r ea r e as o u r c e ，s o i le r o s i o n ，e t c ，i ft h ew a t e rp o l l u t i o ni ny u l i nr i v e rv a l l e yi s n o tc o n t r o l l e d ，t h ew a t e r q u a l i t y o fy u l i nr i v e rw i l ln o ts a r i s f yt h ew a t e rq u a l i t y r e q u i r e m e n t o fw a t e re n v i r o n m e n td o m a i ni n l a y o u tp e r i o d ；t h r o u l g h w a t e rq u a l i t y s i m u l a t i o n ，t h ew a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t yo fy u l i nr i v e rv a l l e ya n dp o l l u t i o nl o a d d e c r e m e n to fy u l i nr i v e rv a l l e yi nl a y o u tp e r i o dw e r e c a l c u l a t e d ，m o r e o v e r , t h ec o n c e p t a n d c o m p u t i n g m e t h o do fw a t e re n v i r o n m e n t c a p a c i t y v a l u ew e r e p u tf o r w a r d a n dw e r e u s e di nw a t e re n v i r o n m e n tm a n a g e m e n ti ny u l i nr i v e rv a l l e y ；t h r o u g ho p t i m i z a t i o n s t u d yo i ls e w a g et r e a t m e n tt e c h n o l o g i e so ft o w ns e w a g ep l a n t si nt h ey u l i nr i v e rv a l l e y , t h e o p t i m i z e dt e c h n o l o g y f o rt o w n s e w a g ep l a n t s i nt h ey u l i nr i v e r v a l l e y w a s p r e s e n t e d a n dw a s c o m p a r e d w i t ht h er e c o m m e n d e d t e c h n o l o g y i n l a y o u t ；t h e p r e v e n t i v em e a s u r e sf o ra r e as o u r c ep o l l u t i o nw e r ed i s c u s s e dt os o m ee x t e n t ；f r o mt h e a n g l e o f s y s t e me n g i n e e r i n g ，m e a s u r e s a n d s u g g e s t i o n s f o rw a t e re n v i r o n m e n t m a n a g e m e n t i ny u l i nr i v e r v a l l e yw e r eb r o u g h tf o r w a r d k e y w o r d s ：y u l i nr i v e r , w a t e rp o l l u t i o nl o a d ，w a t e r q u a l i t ye v a l u a t i o n ， w a t e re n v i r o n m e n t c a p a c i t y , w a t e rp o l l u t i o nt r e a t m e n tt e c h n o l o g y , w a t e re n v i r o n m e n tm a n a g e m e n t 1 1 1 1 前言 1 前言 1 1 我国水体污染状况及污染治理对策综述 1 a 1 我国水体污染状况及面临问题 水是生命之源，是人类发展最重要的自然资源，人类所有的活动都离不开水 的支持。水覆盖着约7 1 的地球表面，但是可供人类生活使用的淡水资源仅占地 球总储水量的0 ：0 1 4 “，而且这些有限的水资源在时空分布上不均衡，增加了开 发利用的难度，水资源危机已成为世界上一个十分尖锐而又难以解决的社会问题。 随着各国经济发展及人们生活水平的提高，地球上的水体不断遭到严重污染，导 致水体永质下降。因此，水资源正面临两大问题：水环境污染及水资源短缺吼据 联合国环境署的资料显示【3 j ：2 0 1 0 年全球缺水入口预计将达到1 0 亿，这预示着 水资源危机也将成为各国经济与发展的严重制约因素。 在我国【，目前6 6 0 多个城市中有4 0 0 多个缺水，其中1 0 0 多个严重缺水。全 国城市日缺水量1 6 0 0 万立方米，影响4 0 0 0 万城市人i ：3 的正常生活 5 】o 全国每年因 缺水影响工业产值2 3 0 0 亿元，粮食减收2 0 0 3 0 0 亿公斤【6 j 0 我国也同样存在水资 源不够，另一方面大量水资源被浪费的现象。同时我国的水污染问题日趋严重， 全国许多城市水源受到污染，使本来紧张的城市水资源更为短缺。2 0 0 1 年度 7 1 1 8 ， 辽河、海河流域污染严重，监测断面中劣v 类水质分别占7 0 3 和6 7 1 ，7 ：淮河 流域水质差，干流以i 类水质为主，支流以、v 类为主；黄河更是面临水资源 短缺和水污染严重的双重压力，2 0 0 1 年度累计断流2 2 6 天，干流v 类水质断面占 6 3 1 ，主要支流污染严重：珠江、长江水质虽总体良好，但局部区域已出现类 水质。随着我国城市化水平的提高和城市经济的发展，流经城市的河段普遍受到 污染。2 0 0 1 年度七大水系检测的7 5 2 个重点断面中，7 0 5 为至劣v 类水质 9 j ， 见图1 1 。在4 7 个环保重点城市( 直辖市、省会城市、经济特区、沿海开放城市 和重点旅游城市) 的典型水域中，2 5 5 为类水质，1 0 6 为v 类水质，2 9 ，8 为 劣v 类水质【1 0 】。 因此，水环境的污染己直接威胁着人类的生存和发展，保护水资源，防治水 污染己成为紧迫的环境问题。 1 1 2 三峡库区水体污染状况及面临问题 三峡水利枢纽工程选址于西陵峡的三斗坪，距下游己建成的葛洲坝水利枢纽 约4 0 公里。三峡水库正常蓄水位1 7 5 米，库容3 9 3 亿立方米，回水末端抵达重庆 t 城区，形成长约6 0 0 公里、均宽1 1 0 0 米的水库。三峡库区及其匕游区范围包括 四川宜宾到湖北宜昌的长江干流江段，并汇集了上游区四川、云南、贵7 1 1 - - 省岷 重庆大学硕士学位论文 沱江、金沙江、嘉陵江、乌江几大流域来水，总面积7 9 万平方公里。三峡库区及 其上游区人口1 5 4 亿，其中农业人口超过6 0 。国内生产总值约5 3 0 0 亿元，人均 国民生产总值仅3 4 4 1 元人，远远低于全国平均水平。耕地面积1 0 6 0 万公顷，人 均耕地面积0 6 6 亩，仅为全国平均水平的5 7 i ”i ，长江流域区位图见图l 一2 ，三 峡库区位图见图1 3 。 图1 12 0 0 1 年度七大水系水质类别比例图 f i g ，1 1 s c a l em a po fw a t e rq u a l i t yt y p e so ft h es e v e nw a t e rs y s t e m si n2 0 0 1 图1 2 长江流域区位图 f i g1 2 l o c a t i o nm a po ft h ec h a n g i i a n gr i v e rv a l l e y 2 1 前言 图1 3 三峡库区区位图 f i g 1 3 l o c a t i o nm a po ft h et h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a 2 0 0 0 年三峡库区及其上游区废水排放总量为4 4 1 亿吨( 工业废水排放量2 3 4 亿吨、生活污水排放量2 0 7 亿吨) ，其中库区废水排放量为1 1 o 亿吨，占总量的 2 5 ；影响区废水排放量为8 1 亿吨，占总量的1 8 ；上游区废水排放量为2 5 ：0 亿吨，占总量的5 7 t “1 。三峡库区及其上游区经过多年的污染治理，取得了一定 的成效。但由于环境保护基础比较薄弱，环保投入有限，库区仍然面临严峻的污 染问题，具体表现为： 废水排放达标率低，污水处理设施严重不足，水体污染趋势加重。排放的工 业废水中，近三分之一未达标排放；库区生活污水集中处理率不到t 0 。根据2 0 0 0 年库区水质监测，长江干流水质以i 类为主，主要城市江段超过i i i 类水质。库 区次级河流严重污染，5 6 的河段水质不能满足水域功能要求。同时，重庆主城区、 涪陵区、万州区等城市江段已经形成岸边污染带f 1 2 】。 生活垃圾、工业固体废物岸边随意堆放，处理率低【1 4 】【1 ”。城市生活垃圾目 前仅基本做到清运出城进行简易处理，生活垃圾无害化处理率不足7 ，大部分是 沿江堆存，极易冲入江中。仅库区1 7 5 米水位以下堆存的垃圾就达3 7 9 万吨，其 中1 3 5 米水位以下堆存的约2 1 0 万吨；工业固体废物历年堆存量达3 0 0 0 多万吨， 多数就地堆积，部分排入江河。船舶垃圾污染未得到有效控制，随意沿江丢弃垃 圾现象普遍，影响了葛州坝水利枢纽工程的正常运行。 三峡库区汇集了岷江、沱江、嘉陵江、乌江、金沙江、赤水河六大支流的来 水以及若干小支流的来水，目前各个支流沿江城镇的生活污水和垃圾基本未处珲， 沿岸堆放垃圾现象普遍，水污染问题日趋严重。 3 重庆大学硕士学位论文 目前三峡库区及其上游水质状况未能得到改善，生态环境形势依然严峻。随 着库区经济、社会的发展以及三峡工程库区移民的安置，若不采取强有力的污染 防治措施，工业和生活的排污量还将大量增加，人为破坏生态环境的现象仍会继 续存在，将会对三峡库区水环境造成更大的压力。按目前的经济发展速度和人口 增长率及城市化发展情况预测，到2 0 0 5 年，库区、影响区、上游区生活污水排放 量将分别达到1 1 8 亿吨、8 9 亿吨、2 6 2 亿吨。如果不对库区和影响区入库水污染 物进行综合治理，库区河流水污染和水质将会加剧恶化，具体变化为【1 1 1 ： 长江干流：三峡首期蓄水成库后，水体稀释自净能力减弱，水环境容量降低。 库区流场的改变导致污染带缩短，宽度增加，在相同的排污负荷条件下，水中污 染物浓度增加，水环境污染加重；干流城市江段水质均将超过i i i 类水质标准，干 流其余江段水质超过i i 类水质标准。经蓄水和排水后，库区岸边消落带积存的污 染物将形成水体内源污染，并形成新的环境问题。 嘉陵江、乌江：嘉陵江重庆主城区江段污染物浓度将有大幅度的增加，超过 地表水i i i 类水质标准，岸边污染带规模将进一步扩展。乌江河口地区受三峡水库 回水顶托的影响，水污染将有所加重。 其它次级河流：受水库回水顶托的影响，库区次级河流河口江段污染将有所 加重。影响区的次级河流如不采取积极防治措施，其污染也将严重加剧。 因此，加快库区水污染防治和生态保护步伐，是当前一项十分急迫的任务。 1 1 3 三峡库区水环境保护和污染防治对策 1 9 9 7 1 9 9 9 年国家计委支持编制了长江上游水污染整治规划，规划范围从 重庆市巫山县到四川省宜宾市的长江干流以及嘉陵江、沱江、乌江等支流下游地 区，规划面积为1 2 4 7 万k m 2 。规划的重点地区是重庆主城区、万州区、涪陵区、 泸州、宜宾、自贡、内江等城市。规划到2 0 1 0 年，长江干流上游出川断面和三峡 库区总体水质基本达到国家地面水环境质量i i 类水域标准，长江干流城市江段和 主要支流满足国家地面水环境质量类水域标准；城市生活污水和工业废水c o d 允许排放量，重庆市控制在3 8 万吨以内，四川省规划区控制在2 3 6 万吨以内。规 划提出了城市生活污水和沿江固体废弃物的整治方案，以及工业废水的治理措施， 包括建设城市污水处理厂3 9 座，处理规模约1 1 4 万m 3 天，投资约1 7 _ 3 亿元，削 减c o d l 7 万吨年。 2 0 0 1 年由国家环境保护总局主持编制了三峡库区及其上游水污染防治规划 f 2 0 0 1 - - 2 0 1 0 年) ，规划范围包括三峡库区和重庆主城区2 0 个区市县( 包括湖北省 4 个县、重庆市1 5 个区、县、市、主城区1 、三峡影响区4 2 个区市县f 包括湖北4 个区、县、市、重庆市1 5 个区、县、市、四川2 0 个区、县、贵州3 个市县1 、三 峡库区上游地区3 8 个地市得1 4 个区县( 包括云南7 个地州市、贵州7 个地市、四 4 川2 1 个地市、重庆3 个县) 。规划总面积为7 9 万k m 2 。规划分两期：到2 0 0 5 年， 三峡库区及其上游主要控制断面达到国家地表水i h 类水域标准；到2 0 1 0 年，三峡 库区及其上游主要控制断面达到国家地表水i i 类水域标准。规划总投资3 9 2 2 亿 元，其中城镇污水厂项目投资2 1 6 5 亿元、城镇生活垃圾处理厂项目投资7 7 5 亿 元、工业污染源治理投资2 4 8 亿元、生态保护工程投资4 4 7 亿元、基础能力建设 投资7 亿元、船舶污染治理1 4 ，7 亿元。 三峡库区及其上游水污染防治规划( 2 0 0 1 - - 2 0 1 0 年) 与长江上游水污染整 治规划相比，除规划范围扩大以外，还对库区的部分工程加快了进度。但规划 存在的主要问题之一是污染物控制或削减方案与水质保护目标之间没有输入响应 定量关系，缺乏总量控制的技术支撑。 1 2 系统工程和水质模拟在河流污染治理规划中的应用 1 2 1 系统工程在河流污染治理规划中的应用 1 2 1 1 系统工程 恩格斯说过，“世界不是一成不变的事物的集合，而是过程的集合”。这一基 本思想就是今天我们所说的系统观念或系统思想。“系统”，指的是一个复杂的研 究对象。这个对象处于一定的环境之中，它是由相互作用，相互依赖的若干个组 成部分( 元素) 结合而成的具有特定功能的有机整体。例如社会系统、环境系统、生 态系统、排水系统、给水系统等。系统具有整体性、相关性、目的性、有序性及 自适应性五个基本特征。 系统工程( s y s t e me n g i n e e r i n g ) 是一门新兴的高度综合的科学【1 6 】。它以系统为研 究对象，把所有要研究和管理的事物当成系统，从系统的观点出发，对系统进行 最优规划、最优管理、最优控制，已达到最优系统目标。他的方法论的基础就是 依托系统思想和系统理论，综合运用各种数学方法、控制论、信息论、计算机技 术、现代管理理论、及其他社会科学和自然科学理论来设计系统框架，控制系统 运行，分析系统特征，实现系统的模型化和最优化。 系统工程和其他科学一样是社会发展的需要和产物。进入本世纪以来，由于 社会生产力的高度发达，使自然科学、技术科学以及社会科学之间的整体联系这 一特点日益突出，系统工程正是适应和加强这种整体联系而创立的一门崭新的边 缘学科。 系统工程作为一门科学正式形成的时间是2 0 世纪4 0 年代。并于2 0 世纪6 0 年代形成为一个较为完整的体系。美国“阿波罗”计划是系统工程成就的一个典 范。当今世界已步入系统的时代。生产的社会化要求各个部门为了达到自己的目 的，必须从总体立场出发，从总体最优的原则来协调各子系统的关系。其次是科 重庆大学硕士学位论文 学技术的高度综合要求人们在较短时期对综合性很大的问题作出判断和决策，这 进步推动了它的发展。 系统工程是研究总体与全局性问题的工程技术，它在处理和解决问题时应考 虑以下原则：整体性原则、综合性原则、优化性原则、模型化原则、交互性原则。 河流污染控制规划是2 0 世纪6 0 年代以后随着系统工程方法和计算机技术的 发展而提出的新课题，用来解决水环境污染控制的规划问题。目的是在调查研究 的基础上，寻找经济效益、环境效益和社会效益等方面统一的控制水污染的最佳 实施方案，用以指导今后的水污染控制工作。 1 2 1 2 系统分析 系统分析是对一个系统内的基本问题，用系统观点思维推理，在确定和不确 定的条件下，探索可能采取的方案，通过分析对比，为达到预期目标选出最优方 案的一种辅助决策的方法。也就是说，系统分析就是为决策者选择一个行动的方 向，通过对情况的全面分析，对可能采取的方案进行优选，为决策者提供可靠的 依据。它是从运筹学派生出来的一门学科，较之运筹学，更适用于情况比较复杂， 不确定因素较多的系统。目前已成为系统工程的基本处理方法【1 7 】。 系统分析包括目的、可行性方案、模型、费用、效果、评价标准等基本要索。 系统分析的目的在于：通过分析比较各种方案的费用、效益、功能和可靠性 等各项技术经济指标，得出供决策者决策所必须的信息和资料，以获得最佳方案。 河流污染防治目标的确定 l 收黧资料确定系统元素与 输出关系及其影响范围 l 输入与输出问关系定量化构 造可能模壁 1 分析对比备方案的数量指标 和质量指标 l 练合分析确定最佳方案 i w vi建议最佳实施方案l 图l 4 河流污染治理系统分析略图 f i g 1 4 s y s t e ma n a l y s i s o u t l i n e o fr i v e r p o l l u t i o nc o n t r o l 6 系统不同于一般的技术经济分析，它可以帮助决策者对大量可行性方案进行 鉴别和选择，确定最优方案，它的步骤分为5 个阶段：确定目的、收集分析资料、 系统的模型化、系统的最优化、系统的综合评价。 将河流污染问题作为一个系统来研究有许多显著的优点，这样做可以从整体 上来考虑问题，找出最有效的控制对策。例如在决策河流综合治理方案时，要分 析河流的污染源分布，计算污染源污染负荷，确定污染物的削减量，选择污染处 理方法和确定处理程度，以及对河流的水文地质条件、环境容量等进行综合考虑。 这比单纯改进污水处理方法更为有效，也更为经济。以系统的观点解决水污染控 制问题，为取得最佳可行控制方案，以及制定有效的综合性管理对策开辟了广阔 途径。 河流污染治理系统分析的过程见图1 4 。 1 2 1 3 河流污染治理规划 河流治理规划工作，一直是环境保护中的一项重要工作，早在1 0 0 年前国外 就开展了河流污染治理工作，其中著名的有英国的泰晤士河、特伦特河，美国的 维拉米特河、福克斯河，前苏联的莫斯科河，欧洲的莱茵河，法国的塞纳河等等。 在治理初期，人们的注意力主要集中在单项治理上，通常是工业污染源的治理， 减少排入河流的污染负荷。随着对河流污染治理认识的深入，1 9 7 0 年代，国外河 流治理的显著特点是从局部治理发展为区域治理，从单项治理发展为综合治理， 更注意对河流污染治理规划的研究，把河流污染治理纳入到一个综合体系中加以 考虑，并采用现代系统工程方法进行综合分析和模拟，在此基础上进行治理方案 的比选、优化，制定出了更为科学的水质标准，使得河流污染治理整体上达到了 技术经济和环境效果最优。 我国从“六五”期间开始了河流污染治理的研究工作，从单项治理到综合治 理，从局部治理到区域治理，2 0 年来我国河流污染治理工作历程反映了世界河流 治理的轨迹，人们开始注重于河流治理规划的研究“。 随着河流污染治理工程向深度和广度发展，污水处理技术的发展和改进并没 有为污水处理带来明显的经济效果，污水处理的费用逐年增加。而运用系统分析 技术进行水污染控制系统规划可以节约大量费用。河流污染控制系统是环境污染 控制系统的重要组成部分，对它进行模拟与规划的实质是：运用系统工程的思想 和方法，分析和协调河流污染控制系统各组成因素之间的关系，并综合考虑与水 质有关的自然、经济、技术等方面的联系，以便用较小的代价获得有效的或满意 的水质效果1 。 河流污染治理规划是一个复杂的协调过程。1 。合理的河流污染控制规划不但 可以大大减少投入，产生较大的经济效益，还可以为制定切实可行的水环境目标 7 熏庆大学硕士学位论文 和水质标准、制定区域污染物排放限制、评价现状水质与排污的关系、选择最佳 的污染控制方案与治理设施、污水处理厂的最优化工艺以及预断评价大型建设项 目的环境影响提供重要依据，具有不容忽视的重要地位。 河流污染治理规划是一个较为复杂的过程，直接对象是整个水体，牵涉到整 个流域u w 。总体说来，河流污染控制规划就是在基本查清污染物排放、水质现状 和水文水力学特性的条件下，通过试验获得相关参数，并通过水质数学模型预测 规划水平年的水体水质，在保证水质达到规划水质级别的前提下，合理安排各污 染源污染物的排放，并对污染控制方案进行研究，提出技术经济可行的实施方案， 为相关部门的决策提供科学依据。具体规划过程包括“： ( 1 1 规划背景资料收集和研究：包括流域所在地区的地理、地貌、水文、水资 源、社会、经济等方面的资料，以及规划水平年、规划水质目标确定等。 ( 2 ) 水体污染负荷研究：对污染源的污染负荷现状( 污染源、污染物性质、污 染负荷及相关统计资料) 进行调查分析，并根据经济发展情况对规划水平年的污染 负荷进行预测。污染源包括城市生活污水、工业废水、生活垃圾、工业废渣、大 气降尘、农田水土流失、次级河流等。 ( 3 1 水体水质评价与水质预测：水质评价主要是了解目前的水质状况，分析存 在的问题及污染产生原因。水质预测主要是根据水质数学模型和预测的污染负荷， 计算出规划水平年的水质，判断其是否满足规划水质目标，从而确定是否需要采 取污染控制措施。 ( 4 1 水环境容量研究：水环境容量研究是在设计条件( 确定的背景流量和背景 水质、水质目标、控制断面、排污位置等条件) 下，通过水质数学模型求得水域能 容纳某一污染物的总量。据此来计算水域内各污染源最大允许排放量，以便对污 染源的排污作出规定。 ( 5 ) 河流污染治理规划方案：在保证水体水质达到规划水质目标的条件下，对 污染源的排污作出合理的安排，对污染较重的区域作出技术经济可行的污染控制 方案。河流污染治理规划必须结合环境容量要求的污染物削减方案，根据实际情 况，从优化的角度，通过多方案比较，提出既满足规划水质目标，又经济合理、 技术可行的水污染控制方案。 根据解决污染问题的途径，可以将河流污染治理规划分为两大类：第一大类 足最优规划问题；第二大类称为规划方案模拟问题。“。 对于第一大类问题，又可以根据问题研究的深度，将其分为三种： 第一种称为排放口最优化处理问题。它以每个小区的污水处理厂为基础，在 水体水质条件的约束下，求解各个污水处理厂的最佳效率组合。这一问题的基础 是各个小区的污染处理厂的规模不变，通过调整各个处理厂的处理效率，使得整 个区域的污水处理费用最低，同时要满足水体的水质要求。排放口最优化处理问 题早期又称为水质规划问题。 第二种称为最优均匀处理问题。这种问题只考虑各个小区的污水合并处理的 可能性，而不考虑污水处理效率的变化。它的目的是寻求最佳的污水处理厂的位 置与最佳容量组合，使得全区的总费用( 包括污水处理费用和输送费用) 最低。这时， 各个小区污水处理厂的处理效率是一致的，且不考虑水体的自净能力，即使水体 具有较高的自净能力。 第三种最优化规划问题是区域最优化处理，区域最优化处理问题是前两干中问 题的综合。为使系统的总费用最低，它既考虑污水处理厂的最佳位置与容量，也 要考虑每座污水厂的最佳处理效率。它既充分发挥污水处理系统的经济效能，又 合理利用水体的自净能力。显然，这是较前两种问题更为复杂的一种问题，迄今 尚束有成熟的求解方法。 1 2 2 水质模型在河流污染治理规划中的应用 水质数学模型用于描述水环境中物质混合、输移和转化规律。它是在分析水 环境中发生的物理、生物和化学的基础上，依据质量、能量和动量守恒的基本原 理，应用数学方法建立起来的模型。通过水质模型可以预报水质在时间和空间上 的变化，为水资源的管理和控制服务，为河流污染治理提供科学依据。 1 2 2 1 水质模型概述 水污染治理规划过程中，建立合适的水质模型是关键【1 0 】，因为在规划水污染 控制系统的过程中，我们需要知道各种规划方案对受纳水体会造成什么样的水质 影响，以便对规划方案作出评价和选择。我们也需要知道为改善水质的污染现状， 若以某种水质标准为约束条件，各个排污口的允许排污量是多少，应削减量是多 少? 这些预测和计算都需要一个能定量描述污染源排污状况与水质状况关系的数 学模型。因此，建立水质模型可以说是基础“”。 河流水质数学模型是描述水体中污染物随时间和空间迁移转化规律的数学方 程f 微分的、差分的、代数的等) 。水质模型的建立可以为河流中污染物排放与其水 质提供定量关系，从而为评价、预测和选择污染控制方案以及制定水质标准和排 污量限定提供依据。它是河流规划、管理过程中的重要工具。 从1 9 2 5 年s t r e e t e r - p h e l p s 模型算起。”。“2 ”，水质模型的建立和应用已有7 0 多年的历史。从使用管理和规划的角度来说，水质模型可分为江河模型、河口模 型、湖泊水库模型、海洋模型等，般河流模型比较反映实际；从模型的水质组 分来说，可分为单一组分、耦合组份、多组份水生生态模型等，最早的经典模型 是b o d d o 耦合模型；从系统的状态来说，水质模型可区分为稳态与动态两种， 两者区别在于水文情况和排污条件是否随时间变化：从反应动力学性质来说，可 9 重庆大学硕士学位论文 分为纯化学反应模型、迁移和反应动力学模型、生态模型；从描述的数学方程的 解来说，可分为准理论和随机的水质模型；从水质模型的空间维数来说，有零维、 一维、二维、三维的水质模型，水质模型的空间维数，主要取决于所研究的范围 及其水体中的污染物的混合情况。 1 2 2 2 水质模型的研究与应用 水质模型的研究涉及到水环境科学的许多基本理论问题和水污染控制的许多 实际问题，它的产生和发展在很大程度上取决于污染物在水环境中迁移、转化规 律研究的不断深入以及数学手段在水环境研究中应用程度的不断提高【2 4 1 。到目前 为止，水质数学模型研究已有了长足的发展，总的可概括为以下方面。”：在理论 上，从最初的质量平衡原理发展到现在的随机理论、灰色理论和模糊理论：在研 究的方法上，、从最初的解析解和浓度表达到现在的数值解和逸度表达法。 水质数学模型的应用主要有几个方面：污染物水环境行为的模拟和预测、水 质管理规划、污染物对水环境及人体的暴露分析等几个方面。其中水质管理规划 应用广泛，水质规划是环境工程与系统工程相结合的产物，它的核心部分是水质 数学模型。许多发达国家在其雄厚的财力支持下，对许多河流进彳亍了水质规划， 确定允许排放量。流域的水质规划是区域范围的水资源管理，是一个动态过程， 一般需将水质数学模型与最优化模型相结合，形成水质管理模型。 1 1 3 本研究的背景、内容、目标和方法 1 3 1 研究的背景、内容 1 3 1 r 1 项目研究背景 三峡工程建成蓄水成库后，库区将由流速快、流量大的河流变成流速缓、滞 流时间长、回水面积大的人工湖，水体稀释自净能力减弱，水环境容量降低。在 相同的排污负荷条件下，水中污染物浓度增加，水环境污染加重。目前库区水质 总体为i 类，与国家要求2 0 1 0 年达到i i 类水质的目标差距很大，库区水体污染治 理刻不容缓m 。 御临河是长江在重庆主城区段的一级支流，其流域面积及流量均很大，流域 面积3 8 6 1 k m 2 ，多年平均流量5 0 7 2 m 3 s 。目前，御临河水质基本上能够保持在i i i 类水质“，但有些污染物浓度( 例如总氮) 已经超过v 类水质标准，而御临河流域 各乡镇除统景镇外( 统景镇建有3 公里长的排水管渠，主要是明渠暗沟1 ，均没有排 水管网系统，污水主要散排入御临河及其支流。御i 临河流域各乡镇尚未建有污水 处理站( 站) ，随着城镇化进程的加快，如果不进行污染治理，御临河水质还将继续 恶化，河水中的污染物将直接排入长江，直接影响到三峡库区总体水质达标。 党的“十六大”指出，加快城镇化进程是全面建设小康社会的重大战略举措， l 前言 是我国经济发展到一定阶段的必然选择。渝北区区委区政府做出进一步加快城镇 化进程的决定，到2 0 0 5 年、2 0 1 0 年、2 0 2 0 年渝北区城镇化水平将分别达到5 5 、 7 0 f d9 0 。随着城市化水平不断提高，御临河流域内城镇人口迅速扩大，对 城镇环保基础设施造成巨大压力。如果城镇环保基础设施建设滞后，城镇污水和 生活垃圾对环境造成的污染将进一步加重。 重庆市御临河流域内现有的垃圾场没有经过科学的设计，生活垃圾随意倾倒， 属于简易裸露堆放，每到风起时塑料膜、纸张和细小颗粒四处飞舞，破坏环境， 影响市容，危害人体健康；且裸露的垃圾堆场容易导致蚊蝇孽生，老鼠横行，进 而传播疾病；无有害、可燃气体的疏导、收集和处理设施，无防渗措施及渗滤液 收集处理设施。这些对于其周围大气、土壤、水源和人民生活构成了严重的污染， 人民对垃圾引起的污染问题存在反感情绪，建设规范、完善的生活垃圾收运系统， 合理设置垃圾处理设施，建设有足够容量，技术先进合理的垃圾无害化处理场是 重庆市御临河流域城镇综合治理面临的一项紧迫工作。 御i 临河流域水土流失面积达5 2 5 平方公里，其中以中、强度侵蚀为主，每年 土壤侵蚀量达2 3 4 万吨，入河泥沙量达1 3 万吨”。三峡水库成库以后，流速减缓， 大量泥沙将会在库区淤积下来，对库区水文和原有生态系统造成严重威胁，将直 接危害到三峡工程的正常运行。 2 0 0 1 年1 1 月国务院以国函( 2 0 0 1 】1 4 7 号文批准了国家环保总局三峡库区 及其上游水污染防治规划。1 ，重庆市御临河流域综合治理是该规划的项目之 一。为了保证三峡工程的安全运行和库区水质满足国家对三峡库区水质的要求， 同时也为了推动区域内社会经济的健康持续发展，提出重庆市御临河流域环境保 护和生态治理的综合治理工作。它将保证三峡工程的安全运行和库区水质满足国 家对三峡库区水质的要求，推动区域内社会经济的健康持续发展，提高人民的生 活质量，促进土地资源的合理有效利用。因此，渝北区计委特委托我校进行御l 临 河流域综合治理的规划研究，本论文是其中的一部分。 1 3 1 2 项目研究内容 本文通过对御临河流域基础资料的分析，找出御临河流域的污染原因，计算 不同污染源各自的污染负荷，计算御临河流域的环境容量并进行环境容量的价值 分析，建立御临河流域的水质模型和水质目标，在水质模拟的基础上寻求御临河 流域城镇污水最佳治理工艺方案。 采用系统工程的观点和方法，提出了御临河流域水污染综合整治措施。对不 同污染源提出针对性的治理措施和方案，对不同治理方案进行决策分析，寻求最 佳方案；同时作为御临河流域系统工程的有机组成部分，对御临河流域管理机构 的设置，御临河流域保护条例的制定，御临河流域产业结构的调整作一定的探讨； 重庆大学硕士学位呛文 最后对御临河流域保护方案的投资与效益进行了分析。 1 1 3 2 研究的目标、方法 本文研究的目的是为解决御临河流域的污染问题提出一套行之有效的综合治 理方法，从根本上解决御临河流域污染问题；对这种涉及区域性的、整个流域的 污染治理问题进行探讨。御临河流域污染源中：既有点源污染，又有面源污染， 在计算了污染负荷的基础上，分清主次，提出以点源污染治理为主，面源污染治 理为辅的方案。御临河流域的污染以氮、磷污染为主，对这种以农业面源为主的 污染治理进行探讨，提出了针对性的处理工艺与方案。 允许排放量确定 污染负荷削减方案 方案优化 实施计划 法律标准法规 工程措施 其它措施 点源治理方案 面源治理方案 图1 5御临河水环境污染综合治理规划研究程序 f i g 1 5r e s e a r c hp r o c e s so fc o m p r e h e n s i v ec o n t r o l p l a no fy u l i nr i v e r w a t e re n v i r o n m e n t p o l l u t i o n 1 2 御临河流域的保护是一个系统工程，系统工程的观点与方法贯穿论文的始终： 对御临河流域的治理按照系统工程的方法采用流域综合治理；水质模型是这个系 统工程中一个重要组成部分，本文重在对已经建立了的水质模型在御临河流域的 应用，根据御临河流域的水质目标与水质模型，在水质模拟的基础上计算御临河 流域环境容量并分析环境容量的价值：方案的决策分析是系统工程的又一重要组 成部分，本文用系统分析的方法，对提出的废水处理方案进行了优选，从技术、 社会、经济、财务几个方面综合考虑，以尽可能取得最大的环境效益、社会效益、 经济效益。具体研究程序如图1 5 。 2 御临河流域污染负荷研究 2 御临河流域污染负荷研究 2 1 污染现状及原因分析 2 1 1 自然环境概况 2 1 1 1 御临河简况 御临河( 西河) 发源于四川省大竹县境内，河流从北向西南流经大竹、经邻水县 幺滩镇进入长寿区秤沱，在黄印入渝北区境内，在统景江口与东河合流后在渝北 区洛碛镇太洪岗入长江。御临河( 西河) 在重庆市境内长7 6 6 公里，其中渝北区境内 7 1 3 公里p ”。 御临河的主要支流有东河和温塘河。东河发源于四川省大竹县境内，从邻水 县入长寿区万顺乡，流经洪潞镇后入渝北区明月镇，抵统景的江口与御临河汇合。 河流走向由东北向西南。温塘河发源于渝北区境内大湾乡，沿江北向斜上段东翼 发育，流至温塘峡处横切铜锣峡背斜，在统景场汇入西河，河流全长2 1 5 公里， 落差2 1 3 米。 2 1 1 2 地理位置 渝北区御临河流域位于渝北区东部，多高山、丘陵，地形较为复杂，其流域 涉及全区的1 2 个镇，幅员面积6 1 7 ，8 k m 3 ，占渝北区域的4 2 4 c ”1 。 2 1 1 3 气候条件 渝北区御临河流域地处亚热带，属亚热带湿润气候区，气候条件较优越。流 域四季分明，气候温和，冬无严寒，夏多炎热，雨量充沛，霜雪稀少，无霜期长， 水利资源丰富。年平均气温：1 7 8 。c ；年平均总降雨量：1 1 4 8 6 毫米；历年最大风 速为2 3 m s ，历年最多风向除静风外，其次为东北风，出现频率为1 8 o ，最少风 向为东北偏北风，仅为2 ，年平均风速为1 6 m s ；最热月f 8 月1 平均气温2 7 5 | 。c ， 年平均最高气温2 0 5 c ，年平均最低气温1 4 7 ，最冷月( 1 月) 平均气温6 39 c ，气 温差2 1 2 1 3 0 j 。 2 1 1 4 水文条件 御临河全长2 1 8 2 k m ，总流域面积3 8 6 1 k m 2 ，水面积5 2 9 7 公顷，河口多年平 均流量5 0 ，7 2 m 3 s ，多年平均径流总量1 6 o 亿3 ，多年平均径流深4 1 4 m m 。其中， 御临河( 西河) 全长1 6 0 8 k m ，流域面积1 9 6 4 k m 2 ，多年平均径流总量8 j 3 1 亿m 3 ，多 年平均流量2 5 7 8m 3 s ；东河全长1 7 5 k m ，流域面积1 3 5 6 4 k m 2 ，多年平均流量 1 5 4 5 m 3 s ，多年平均径流1 3 4 1 亿m 3 年；温塘河在统景场汇入西河，河流全长 3 2 6 k m ，流域面积2 0 8 ，4k m 2 ，多年平均流量3 1 1m 3 s ，水面面积3 6 0 亩p 。御临 河干流部分城镇洪水发生频率、水位见表2 1 。 1 5 重庆大学硕士学位论文 表2 1御临河干流部分城镇洪水发生频率、水位表 t a b l e2 1h o o df r e q u e n c ya n dw a t e rl e v e lg a g ei nt o w n so ft h em a i n s t r e a m p a r to f y u l i nr i v e r 水位( m ) 编号城镇名称 p = 2 p = 5 p = 1 0 p = 2 0 1黄印1 9 0 2 61 8 9 2 61 8 8 3 6 2 龙安 1 8 9 4 61 8 8 3 61 8 7 2 6 3统景1 9 1 1 71 8 8 4 61 8 7 2 61 8 5 8 6 4 麻柳1 8