（农业水土工程专业论文）太子河辽阳段水环境评价及总量控制研究.pdf

沈阳农业大学硕士学位论文 摘要 我国水资源面临的形势十分严峻。随着我国经济的迅速发展和城市化 进程的加快，水资源短缺已经成为制约国民经济可持续发展的重要因素。 由于我省是重工业基地，能源消耗量一直居全国首位，造成大量的工业废 弃物排放，使水环境日益恶化。而水环境的恶化加剧了水资源的短缺，破 坏了生态平衡，同时制约着我省社会经济的可持续发展。太子河是辽阳市 最大的河流之一，近年来，随着流域经济的高速发展，出现了同益严重的 水污染和水源短缺问题。“九五”期间随着产业、行业结构的调整，太子河 ( 辽阳段) 水质污染类型发生了变化，由挥发酚、石油类等毒理指标污染 类型转化为化学需氧量等综合污染型。太子河( 辽阳段) 下口子断面属于 劣v 类水质，主要考核指标化学需氧量超出v 类水质标准，硝基化合物的 污染域在太子河辽阳段的中上游，污染程度有所加重，直接影响辽阳人民 的身体健康。因此，太子河( 辽阳段) 水污染治理已刻不容缓。 基于以上宗旨，本课题致力于对太子河流域( 辽阳段) 的水环境状况 进行按理、分析和评价。 1 、通过对太子河( 辽阳段) 水重点污染源的主要污染物，如悬浮物、化学 需氧量( c o d 。，) 、石油类、挥发酚、硫化物、硝基化合物、苯胺等的调查 分析，采用等标污染负荷法进行评价，确定太子河( 辽阳段) 的主要污染 源及主要污染物。 2 、选取挥发酚、化学需氧量、生化需氧量、氨氮、汞等5 项水质参数作为 评价因子，依据地表水环境质量标准，采用模糊数学综合评判法进行评价， 确定水质的类别。 3 、采用一维水环境容量计算模型，求出太予河( 辽阳段) 化学需氧量的水 环境容量，并对该模型进行参数敏感性分析。 4 、结合污染严重河段化学需氧量的现状排污量，提出总量消减方案。 5 、参考国内外水质保护和治理的经验，结合辽阳实际情况，提出适合辽阳 市的水环境保护措施。以期对全省乃至全国河流水环境保护都能起到参考 作用。因此，本课题的研究对于全省河流水质的控制与改善有重大意义。 关键词：水质评价；预测；水环境容量：总量控制 一、绪论 一、绪论 ( 一) 、问题的提出及本研究的意义 水是生命之源，是人类及一切生物赖以生存和发展的物质基础，同时 也是一个国家和地区发展的重要条件。我国地域辽阔，水资源丰富，水资 源总量为2 7 万亿m 3 ，居世界第六位。但由于人口众多，人均占有量为2 4 0 0 m 3 ，仅为世界平均水平的1 4 ，加之时空、地区分布不均匀，水资源形势不 容乐观。 近几年，随着我国经济的迅速发展和城市化进程的加快，水资源短缺 已经成为制约国民经济可持续发展的重要因素。据统计，我国当前城市缺 水6 0 亿m 3 ，农业缺水3 0 0 亿m 3 ，农村还有6 5 0 0 万人、6 0 0 0 万牲畜饮水 困难，到未来1 0 年城市工业和人口继续增加，缺水量将达到1 8 0 亿m 3 ，农 业缺水4 0 0 多亿m 3 0 这就是说，到那时的全国供水能力至少要增加到5 8 0 0 6 0 0 0 亿m 3 。水资源的短缺已引起地区间、部门间争水，以及超采地下水和 挤占生态用水等问题。 在水资源供需矛盾日益尖锐的情况下，江河湖泊水环境又遭污染，犹 如雪上加霜，供水形势更为严峻。目前七大江河、湖泊、水库均遭到不同 程度的污染，并呈加重趋势，工业较发达城镇和经济较发达地区附近水域 污染程度尤为突出。据监测资料表明，松、辽河流域水质4 类、5 类标准的 占6 7 ，黄河流域占6 0 ，淮河流域占5 1 ，海河流域占4 l ，长江流域 占2 4 ，珠江流域占2 2 。我园大淡水湖泊总磷、总氮污染面广，富营养 化严重，使江河湖水很大部分失去利用价值，对生产、生活和饮用水质产 生严重影响，危害了人们的身体健康。 全国水资源形势如此严峻，而作为我国北方缺水省份之一的辽宁省， 水资源也面临着新的挑战。辽宁省多年平均水资源总量为3 6 3 0 2 亿m 3 ，人 均占有量为8 6 0 m 3 ，仅为全国的3 8 ，而且水资源的时空分布不均匀。中 部城市是人口集中的地区，用水约占全省的7 0 ，但供水量只占3 3 ，缺 水已成为事实。随着社会经济的发展，人口数量和人民生活水平的提高， 社会经济各部门对水资源的需求在一定的时间内也将不断增加，水资源的 紧缺程度也将不断上升。尤其是辽河流域中下游浑、太流域范围内的各市 处于辽宁省的中部地区，均为我省的重要城市，工农业发展速度较快，人 口也相对比较集中，是我省重要的工业生产基地和商品粮生产基地。按国 沈阳农业大学硕士学位论文 民经济及需水量预测，到2 0 1 0 年即使实旋了大伙房水库输水工程，仍存在 缺水问题。到2 0 2 0 年如不新增供水工程，缺水将更加严重。由于我省是重 工业基地，能源消耗量一直居全国首位，造成大量的工业废弃物排放，使 水环境日益恶化。据统计，在全省所辖的1 4 个城市中，约有2 6 0 余个主要 排污口直接排入河流，其中直接排入辽河、浑河、太子河等干流的排污口 占5 0 4 ，直接排入一级支流的排污口占4 9 6 。全省年排放污废水总量 2 9 1 0 亿m 3 ，污废水中主要污染物为化学需氧量和氨氮，年排放量分别为 8 8 2 4 万t 、5 3 8 万t ，而且重点排污城镇多在工业发达的大城市。水环境的 恶化加剧了水资源的短缺，破坏了生态平衡，同时制约麓我省社会经济的 可持续发展。 太子河是辽阳市最大的河流之一，主要作为辽阳市自来水公司、鞍山 市自来水公司、辽化及辽阳市各工业用水的水源，灯塔灌区、辽阳灌区均 取用太子河水进行灌溉，太子河为辽阳市人民提供生活用水，是当地居民 赖以生活和生产的重要河流。近年来，随着流域经济的高速发展，出现了 闩益严重的水污染和水源短缺问题。“九五”期问随着产业、行业结构的调 整，太子河辽阳段水质污染类型发生了变化，由挥发酚、石油类等毒理指 标污染类型转化为化学需氧量等综合污染型。太子河辽阳段下口子断面属 于劣v 类水质，主要考核指标化学需氧量超出v 类水质标准，硝基化合物 的污染域在太子河( 辽阳段) 的中上游，污染程度有所加重，而且对辽阳 市城区地下水污染面积有所扩大，直接影响辽阳人民身体的健康。太子河 辽阳段水污染治理已刻不容缓。 为了有效保护太子河流域的水环境，合理开发利用水资源，本人对该 课题进行了研究，希望通过对该课题的研究，为太子河流域水资源的合理 丌发、水环境容量的充分利用、沿岸工农业生产的合理布局、供水工程、 引水工程、排污口的合理设置等提供科学的依据使太子河流域的经济增 长与水环境保护协调发展。 如今，水环境管理已从污染物排放浓度控制，过渡到浓度控制和总量 控制相结合的阶段，而作为总量控制的主要技术基础部分的水环境容量计 算尤为人们所重视。我们知道，当污染物排入水环境后，会在水流作用下 掺混、稀释，并随着水的流动发生转移、扩散。与此同时，某些有机物在 物理、化学、生物等的作用下，会发生一系列相应的变化，如降解与沉降 等，他们使污染物浓度有所降低，决定了水环境会具有一定的自净能力。 一、绪论 通常将给定水域范围，给定水质标准，给定设计条件下，水域最大容许纳 污量，称为水环境容量。水环境容量反映污染物在水体中的迁移转化和积 存规律，也反映在特定功能条件下环境对污染物的承受能力。在实践中， 环境容量是环境目标管理的基本依据，是环境规划的主要约束条件，是污 染物总量控制的关键技术支持。由于工农业生产及人民生活水平的增长， 大量的废污水未经处理或简单处理后直接排入水体，使得水体有限的水环 境容量与水质需求形成冲突，造成经济性和物质性的双重稀缺。在发展经 济中不可避免会产生环境污染，作为当前我国的现实，主张如何最大程度 的利用水环境容量同时又不损害水体的最高使用功能成为了一个重要研究 课题，这是污染物的总量控制的一个重要研究内容。 总量控制是遏制污染发展趋势、改善环境质量、实现经济持续发展的 根本保证，它是指将给定区域内污染源的污染物排放负荷控制在一定数量 之内，使受纳水体满足给定水质目标。其核心是污染负荷的分配。总量控 制有四个基本量，即水环境容量、受纳水域允许排放量、控制区域允许排 放量、排放口总量控制负荷指标。它是以总量控制规划为先导，以“公平 合理”的原则分配各个污染源的允许排放量和削减量。实施总量控制可大 大地克服以前单一浓度控制的以“达标”为“最终”要求的污染控制意识， 实现水域、区域水环境污染的综合防治。 ( 二) 、本课题的研究现状 l 、国外研究现状 目前，环境问题的重要性和紧迫性已引起各国首脑和科学家的关注。 各个国家均开始重视各种环境要素的评价工作。而在各种环境要素评价中， 水环境质量评价是最早开始的，在1 9 0 2 1 9 0 9 年，k o l k w i t z - - m a r s s o n 等提 出了生物学的水质评定分类法。其后美国根据河流水质情况进行污染分类。 加拿大在6 0 年代前主要是由地方一级政府进行水环境质量管理到1 9 7 1 年认识到水环境的重要性，成立了联邦政府环境部。俄罗斯从前苏联时期 丌始就一直把水环境的保护置于国家组织“水文气象与自然环境保护国家 委员会”控制之下。前苏联早在1 9 1 8 年就颁布了第一个保护水环境的法令， 对污染河流的工业废水实行严格控制。在四、五十年代，美国、英国、日 本、原德国也分别制定了区划性的水污染控制法。在美国，水污染控制法 于1 9 4 8 年开始生效。1 9 5 8 年1 2 月，同本颁布了水质保护法和工厂 沈阳农业大学硕士学位论文 废水控制法，并于1 9 5 9 年3 月生效。1 9 7 1 年6 月，日本又颁布了水污 染控制法。法国1 9 6 4 年颁布了水域分类、管理和污染控制法，简称水 法。1 9 9 2 年法国通过并颁布了新水法，在更广泛的意义上管理水资源， 包括对取水、用水、排水进行全面管理。按照其规定，用水必须得到环保 部门的许可，向水体排放污水也要得到批准，同时还必须满足国家规定的 排放标准要求。1 9 6 8 年，日本学者首先提出环境容量的概念，1 9 7 4 年，日 本学者柴崎达雄提出了地下水环境容量的概念，给环境容量赋予新的内涵。 环境容量于1 9 6 8 年提出后到1 9 7 5 年才从定性的概念发展到定量化( 周密 与王华东，1 9 8 8 ) 。尔后，日本国会通过了一项法案，把环境容量具体应用 到河流及海洋的环境管理工作中。为了防止东京湾及濑户内海水质的进一 步恶化，提出了对污染物实行排放总量控制，改变了过去用排放浓度控制 的办法，使水质发生了显著的好转。日本和田安彦等人为了水质管理曾对 神户市六甲山水系、千叶县的神崎川水系等作过面源的水环境容量的研究。 自日本环境厅委托卫生工学小组提出1 9 7 5 年环境计量化调查研究报告 以来，环境容量在日本得到了广泛应用。以环境容量研究为基础，逐渐形 成了同本环境总量控制制度。 水质模型是定量描述污染物在水体中迁移转化规律的数学方程。应用 水质模型的数学方程，可定量地进行水环境质量的模拟与预测，由此可以 对区域开发或建设项目进行水环境影响评价；进行水环境容量、污染物允 许排放量的计算；制定区域水污染物总量控制方案或控制规划；实施水环 境目标管理等。因此，水质模型的研究是开展环境影响评价、环境规划、 环境管理和水污染综合防治等多项工作的必不可少的基础和前提。 19 2 5 年美国两位工程师s t r e e t e r 和p h e l p s 在o h i o 河上建立了世界上第 一个河流有机污染的水质模型( 或称s p 模型) ( 李炜，1 9 9 9 ) 。然而，在 以后的2 0 年问，由于研究手段的限制等原因，水环境数学模型研究并未在 s p 模型基础上有太大进展。直到五、六十年代，随着人们对环境保护和 污染控制认识的加深，以及计算机技术的迅速提高，水环境数学模型的研 究才得以有较大的进展。 5 0 年代水质模型发展仅限于s p 模型的改进。初期改进的模型比较简 单，一般为只考虑生化需氧量b o d 及溶解氧d o 耦含的双线性系统模型， 如l i s 模型( 1 9 6 2 ) 、c a m p s 模型( 1 9 6 3 ) 、d o b b i n s 模型( 1 9 6 4 ) 等( 张 永良与刘培哲，1 9 9 1 ) 。6 0 年代末期，随着计算机手段的提高和对生物化学 、绪论 机理认识的深入，模型中考虑的因素越来越多，如b o d 、d o 有机氮、氨 氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮等，模型结构为多线性系统，空间维数为一维 和二维，如o c o n n e r 模型( 1 9 6 7 ) 等。与此同时，一些随机水质模型开始 出现，如l o u c k 守一l y n n s 模型( 1 9 6 6 ) 、t h o m a r m s 模型( 1 9 6 7 ) 、t h v e r k r o t e h o f f s 模型( 1 9 6 7 ) 等( 金腊西与徐蜂俊，2 0 0 4 ) 。实质上，上述模型 都可归类为氧平衡模型有机物降解耗氧和大气复氧的动态平衡关系是主 要的理论依据。上述模型中以o c o n n e r 和d o b b i n s 模型最为重要，他们在 s p 模型基础上增加了氮化物和底泥的作用，不论是模型参数形式还是求 解技术方面都较以往有较大改进。g r e n n e y ( 1 9 7 8 ) 在他们工作基础上研制 出了美国环保局推荐使用的0 u a l l i 河流有机污染综合水质模型，这是 一种较为复杂的非线性氧平衡生态模型( 陆书玉，2 0 0 2 ) 。该模型包括1 3 个状态变量，目前己被广泛地应用于河流水质预测和水质规划管理工作中。 随着污染物水环境行为和水质标准制订工作研究的不断深入，氧平衡 模型已不能满足社会经济发展对环境保护的要求同一污染物，由于它在 水环境中的存在状态和化学形态的不同。将会表现出很不相同的环境行为 和生态效应，例如对人体和生物群落的毒性。因此，将需要一种能反映污 染物和不同存在状态和化学形态下水环境行为的模型，这就是8 0 年代兴起 的形态模型。f o r s t h e r ( 1 9 8 0 ) 在研究重金属污染物的形态模型时，针对溶 解态和悬浮态，把某一重金属分为7 种化学形态。对于有机物，l a w r e n c e 等( 1 9 8 2 ) 研制形态模型时，把一般有机物看作是两性电介质，首先分为 溶解态、吸附态和生物结合态三种存在状态，然后对每一状态分为5 种不 同的化学形态，分别模拟预测出不同状态下各种形态的污染浓度分布情况。 1 9 8 5 年b u m m s 、c o n n o l l y 等通过污染物对水生生态( 如鱼类) 和人体的毒 性暴露分析，分别提出暴露分析模拟系统模型( e x p o s u r ea n a l y s i sm o d e l i n g s y s t e m ) 和具有水质分析模拟程序的食物链模型。形态模型是更为复杂的生 态模型，目前还很不成熟，有待进一步研究和发展。 8 0 年代以来，随着对水环境变化复杂性的认识的深化，各相关学科相 互渗透相互激励，水环境数学模型的研究进入到多介质环境综合生态系统 模型。该模型实质上是从系统理论角度来研究污染物在环境中从宏观到微 观的综合效应。自从1 9 8 5 年c o h e n 提出该模型以来这方面的工作已有很 人进展，但主要集中在理论模型的探讨方面，如各种界面过程的构建、参 数估计方法及模型敏感度分析等。m a c k a y 等( 1 9 8 6 ) 还将逸度概念引入多介 沈阳农业大学硕士学位论文 质环境模型，提出了一种所谓逸度模型( f u g a c i t ym o d e l ) 。该模型用逸度代替 浓度，使计算大大简化，容易掌握，可以避免许多在浓度计算模型中出现 的参数。它以热力学原理为基础，通过一定温度下唯一的逸度容量和与化 学势相联系的逸度来计算每种化学物质浓度，使许多参数可以通过热力学 计算方法获得，从而省去了许多参数的实验测定工作。 2 、国内研究现状 最初，我国对于环境容量概念的解释与应用是从国外引进来的。如辞 海中把环境容量定义为“自然环境或环境组成要素对污染物质的承受量 和负荷量”。这一解释与前面提到的“环境容量是最大允许纳污量”的概念 是一致的。水环境容量为环境容量的一个领域，我国对水环境容量的研究 自7 0 年代开始，大致经历了下列三个阶段( 张永良与刘培哲，1 9 9 1 ：周孝 德与郭瑾珑，1 9 9 5 ) ： ( 1 ) 1 9 7 2 年，按照国务院要求，中国科学院等3 8 个单位，几百名科研 人员开展了北京官厅水库污染问题大规模研究，这是我国明确以环境问题 为目的第一次开展的大型科研活动。1 9 7 3 年8 月召开了全国第一次环境保 护会议，明确提出，“要把保护环境、消除污染作为科学实验的一个重要内 容”，这标志着中国环境科技开始起步。八十年代初期，我国环境科学工作 者在北京东南郊环境质量评价、黄河兰州段、图们江、第一、二松花江、 漓江以及渤、黄海环境质量评价等项目中分别探讨了水污染自净规律、水 质模型、水质排放标准制定等数学方法，从不同角度，提出和应用了水环 境容量的概念。如，王华东等人在把环境容量定义为“环境单元所允许承 纳污染物质的最大数量”的基础上，把水环境容量分为两部分：即分为环 境标准与环境本底之差确定的基本环境容量和由该环境单元的自净能力确 定的变动环境容量( 同化容量) 。 这一时期的研究中所采用的水质数据模型多数均较简单，如 s t r e e t e r - p h e l p s 模型、t h o m a s 模型及c a m p d o b b i n s 等；采用的模型状态 大多数是稳态和准动态；模型的解法多数采用解析解；水环境容量的研究 内容一般局限在耗氧有机污染物及部分重金属的环境容量上；研究的空间 多数是小河或大河的局部河段。 ( 2 ) “六五”国家环境保护科学技术攻关项目的开展，有力地推动了 我国水环境容量的研究。中国环境科学研究院与中国科学院、高等院校的 联合攻关，开展了主要污染物水环境容量研究。根据我国水体的水文特 、绪论 征和沿岸经济发展特点，选择典型河流和河口海湾区，分别进行了“沱江 有机物的水环境容量研究”、“湘江重金属的水环境容量研究”和“深圳河 有机物水环境容量研究”。 综合这些研究成果，提出了科学、全面、简明的水环境容量定义：即， 水环境容量定义为水体环境在规定环境目标下所能容纳的污染物的量。环 境目标、水体环境特征、污染物特性是水环境容量的三类影响因素。 研究中对污染物在水体中的物理、化学行为进行了比较系统、深入的 探讨。在溶解氧模型的应用及o c o t , t i o r 模型改进，氮转化模型的应用及增 长曲线法计算k n 值，混合输移参数的计算方法，重金属化学平衡模型，重 会属随水、悬浮物、底泥迁移模型及其吸附、解吸系数的测定和识别，二 维动态流体力学方程和扩散方程模拟，河口海湾流场和污染物浓度场等方 面均有重大进展，接近或达到了国际水平。水环境容量研究紧密结合我国 实际，为合理利用水体自然净化能力找到了理论依据，并在实践中得到了 推广应用。这一时期的水环境容量研究与水污染控制规划相结合，出现了 一批有实效的成果，初步显示了水环境容量理论与生产实践相结合的威力。 ( 3 ) “七五”国家环境保护科学技术攻关研究把水环境容量理论推向 系统化、实用化的新阶段。1 9 8 5 年以来，随着我国环境保护事业的发展， 全囡一些重点城市和地区相继提出制定城市综合整治规划、水污染综合防 治规划、污染物总量控制规划以及水环境功能区划。如在长江、珠江、淮 河等6 大水系。滇池、巢湖、太湖等2 5 个湖泊水库开展了大规模的水环境 容量、水污染控制规划、防治湖泊富营养化、总量控制系列技术的科技攻 关。通过研究，建立了适用于不同水体的水质模型，提供了水环境容量分 析计算方法，实施污染负荷总量控制，制定水环境综合整治规划，试行排 污许可证制度等重要技术成果。容量分析计算和总量控制的技术方法等成 果和模型目前已大量用于正在开展的“污染物总量控制计划”和“三河”、“三 湖”治理规划中，发挥了重要作用。为水环境容量理论研究和实际应用提供 了广阔的天地。水环境容量研究继续被列为国家“七五”科学技术攻关 项日。我国的水环境容量理论和施加都有新的发展： 1 ) 环境容量理论研究深度有了新的发展。出现了多目标综合评价模型、 潮汐河网地区多组分水质模型、非点源模型、富营养化生态模型、大规模 系统化规划模型等，正在形成描述自然过程的数学模型与模拟社会一经济 一环境人工调控过程相匹配的水质模型一管理模型一规划模型体系。环境 沈阳农业大学硕： ：学位论文 容量概念从单纯反映水体对污染物的稀释、自净能力扩展到广义的为实施 总量控制，优化负荷分配服务的水体纳污能力，提出了可分配环境容量的 概念。 2 ) 水环境容量研究广度也有新的发展，污染物的研究对象从一般耗氧有 机物和重金属，扩展到氮、磷负荷和油污染；空间分布上，从小河水环境 容量研究扩展到长江、珠江、淮河等大水系的水环境容量研究：从树状河 流水环境容量研究扩展到湖泊、河口海湾及河网化地区的水环境容量研究。 已经在我国内河六大水系及全国2 6 个湖泊，取得了跨度很大的水环境容量 研究成果。 3 ) 水环境容量理论的应用取得了重大进展，已成为我国水质目标管理的 科学基础。依据水环境容量研究的攻关成果，已经编制出我国水污染物总 量控制实有系列化计算方法，并在几十个城市中试行的排污许可证制度中 推广应用；水环境容量攻关成果在水环境保护功能区划中，作为功能区标 准可达性分析的容量判别法，正在部分地区推广应用；水环境容量系列化 分析与计算程序，已成为我国制定水环境综合整治规划的重要技术方法。 在我国水环境数学模型的研究起步较晚，但学习、吸收国际先进经验基 础上发展较快。近1 0 多年来，在有机污染物水质模型理化参数测定和计算 ( 叶常明等，1 9 8 7 1 9 9 0 ) 、水环境有机污染非确定性分析和水动力学与水 质变化耦合求解方面都有较大发展。例如叶守泽等( 1 9 8 9 ) 将确定性模型 中的参数取为概率分布参数、灰色参数和模糊化后，建立了河流水质不确 定性数学模型，雒文生等( 1 9 9 5 ) 以确定性水质模型为基础，与随机过程 模拟方法结合，建立了确定与随机耦合的水质不确定性预测方法。1 9 9 7 年 雒文生等将湍流、温度、生态相互耦合，建立了垂向二维水动力学生态综 合模型，应用于贵州省红枫湖河j i i 型水库，获得比较满意的效果。 1 9 5 7 年，e t j a y n e s 首次提出了最大熵原理( p o m e ) ，由此开创了p o m e 发展之先河( j a y n e se 下，1 9 5 7 a ，b ) 。p o m e 现己在诸多领域得到广泛应用， 例如在水文水资源科学中( 王栋与朱元生，2 0 0 1 ) 。王栋、朱元生考虑水环 境评价的随机性和模糊性：基于最大熵原理，应用工程模糊集论中的相对 隶属度等概念，建立了水环境相对隶属度模糊优化评价模型( 王栋与朱元生 2 0 0 2 ) 。尚守忠、f 开世义于1 9 9 3 年应用模糊数学法进行区域水质综合评价( 尚 守忠与田世义，1 9 9 3 ) 。曹卫东、何玛峰于2 0 0 2 年采用灰色系统g m ( 1 ，1 ) 对石河水库的主要污染物建立预报模型( 曹卫东与何玛峰，2 0 0 2 ) 。崔宝侠、 、绪论 刘羽菁等人于2 0 0 2 年通过在g i s 平台下运用模糊评价方法对辽河水质进行 理论评价( 崔宝侠等，2 0 0 2 ) 。汤玉福于2 0 0 3 年用模糊数学方法评价双台 子河水质( 汤玉福，2 0 0 3 ) 。董东林等人于2 0 0 3 年应用g i s 技术对晋陕蒙 能源基地矿区水环境质量进行评价( 董东林，2 0 0 3 ) 。宣华等人开发了水环 境质量评价的可视化系统( 宣华，1 9 9 8 ；武强，2 0 0 1 ：许光泉等2 0 0 0 ) ， 对河流的污染状况进行评价。 李茂军等人于1 9 9 8 年建立一维水质数学模型分析出了牡丹江水环境容 量( 李茂军等，1 9 9 8 ) ：刘兰芬等人于1 9 9 8 年提出了一套河流水环境容量 的预测模式( 刘兰芬等，1 9 9 8 ) ：韩龙喜、朱党生等人于2 0 0 0 年在对河段 污染源进行概化的基础上提出采用一维水质数学模型计算中小型河道纳污 能力计算方法研究( 韩龙喜等，2 0 0 0 ) ，2 0 0 1 年采用二维水质数值模型计算 宽浅河道纳污能力( 韩龙喜等，2 0 0 1 ) ：刘华平、李广源于2 0 0 1 年运用河 段水环境容量计算一维水质数学模型计算了湘潭市城区湘江段水域的纳污 能力( 李广源，2 0 0 1 ) ；杨文龙、杨常亮于2 0 0 2 年运用v o f l e n w e i d e r 模型和 完全混合湖泊非保守污染水质模型计算出了滇池主要污染物的水环境容量 ( 杨文龙与杨常亮，2 0 0 2 ) ；郝明家、赵玉强等人于2 0 0 3 年建立了浑河沈 阳段b o d s d o 动态水质数学模型和容量模型，采取段末逐段推算法测算 了浑河、细河c o d 、b o d 5 容量( 郝明家等，2 0 0 3 ) 。 ( 三) 、本文主要研究内容 由于我国对水环境评价及水环境容量的研究起步较晚，因而许多理论 还不成熟。本文在吸收借鉴大量国内外现有研究成果尤其是国内研究成果 的基础上，结合辽宁省具体实际，选取太子河流域( 辽阳段) 作为研究对 象，通过对其多年连续水质监测数据的调查研究和整理分析，参照以往理 论成果，确立以下几个方面作为本文的主要研究内容： l 、通过对太子河( 辽阳段) 水重点污染源的主要污染物，如悬浮物、化学 需氧量( c o d 。，) 、石油类、挥发酚、硫化物、硝基化合物、苯胺等的调查 分析，采用等标污染负荷法进行评价，确定太子河( 辽阳段) 的主要污染 源及主要污染物。 2 、选取挥发酚、化学需氧量、生化需氧量、氨氮、汞等5 项水质参数作为 评价因子，依据地表水环境质量标准，采用模糊数学综合评判法进行评价， 确定水质的类别。 0 沈阳农业大学硕士学位论文 3 、采用一维水环境容量计算模型，求出太子河( 辽阳段) 化学需氧量的水 j ；| = 境容量，并对该模型进行参数敏感性分析。 4 、结合污染严重河段化学需氧量的现状排污量，提出总量消减方案。 5 、参考国内外水质保护和治理的经验，结合辽阳实际情况，提出适合辽阳 市的水环境保护措施。 二、研究区域概况与水体功能区划分 二、研究区域概况与水体功能区划分 ( 一) 、研究区域概况 l 、自然环境概况 ( 1 ) 、自然地理位置 辽阳市位于东经1 2 2 。3 5 0 4 ”一1 2 3 。4 l 0 0 ”，北纬4 0 。4 2 1 9 ” 一4 1 。3 6 7 3 2 ”。全市南北长l o l k m ，东西宽9 2 k i n ，总面积为4 7 3 l k m 2 。 东与本溪县为邻；东南与风城、岫岩两县相依；南接鞍山、海城二市：西 及西北与台安、辽中隔水相望；北和东北与沈阳市毗连。辽阳市距省会沈 阳市约6 7 k i n ，位于辽宁中部城市群沈阳、鞍山、本溪三大工业城市之间。 辽阳全境为浑( 河) 、太( 子河) 水系所控制，处于浑河、太子河中下游地 区。 ( 2 ) 、地质、地貌 辽阳市属华北地层辽东分区，出露的地层比较复杂，老至新可分为： 前震旦系、震旦系、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、侏罗系和第四系， 共8 个地系3 3 个地层组。本境主要岩体包括侵入岩和混合岩。 境内地质构造属华北地台、辽东背斜，宏观部位属阴山至天山东西向构造 带东延部分，与华夏、新华夏构造体系的辽东半岛隆起带与松辽平原沉降 带构造复合。东部山区现存构造轮廓是一系列北东一北北东向、具有平斜 列性质的褶皱和断裂，由印支一燕山运动所奠定的。 辽阳市位于辽东低山丘陵和辽河平原过渡带，境内地貌按成因类型， 可分为侵蚀构造地貌、剥蚀构造地貌、剥蚀堆积地貌和堆积地貌。按形态 类型，可分为中低山区、丘陵区、山前坡洪积裙裾、山前倾斜平原、黄土 台地、河流侵蚀堆积二、三级基座阶地、一级堆积阶地、河漫滩等。境内 河流分布严格受岩性与构造条件的控制，太子河水系在东西向构造条件控 制下，其支流呈北北东向。不易剥蚀的坚硬岩层多形成陡峭的山岭，松软 的岩层则易形成较低缓的丘陵。 辽阳市地貌是东部、南部为山地及丘陵区，西部、北部为平原区。地 势呈东高西低特征。东部、南部山地属千山山脉的一部分面积为1 1 7 5 k m ， 占全市总面积的2 4 7 8 ，海拨高程在5 0 0 m 6 0 0 m 之间，坡度般在3 5 。左右，境内最高峰为水泉境内的大黑山，海拨高度为1 1 8 1 3 m ，呈东北、 沈阳农业大学硕士学位论文 茜南走向。丘陵区海拔高度在5 4 3 0 o m ，最低点为唐马寨、穆家一带， 海拔高度为5 ，3 m 。 ( 3 ) 、水文、气象特征 1 ) 、水文 辽阳市降水量年内和年际差异较大，时空分布不均匀，但有较强的规律 性。辽阳市多年平均降水量为7 4 0 2 m m ( 由山区、丘陵、平原区共6 个代 表站5 0 余年资料系列求得见表2 1 ) ，近1 0 年来呈逐年偏少趋势。历年年 降水量最大值发生在1 9 8 5 年，降水量1 0 9 0 3 m m ，最小值发生在1 9 8 9 年， 年降水量仅4 8 5 4 m m 。历年1 5 月份降水量为1 2 6 8 m m ，占全年1 7 0 1 ， 6 9 月降水量5 3 9 8 m m ，占全年7 3 ，1 0 1 2 月降水量为7 3 6 m m ，占全 年1 0 。 表2 1 多年平均降水量特征表( 1 9 5 1 年2 0 0 1 年)单位：m m t a b l e 2 1t h ea v e r a g ep r e c i p i t a t i o nc h a r a c t e r sf o ry e a r s ( 1 9 5 1 2 0 0 1 )u n i t ：r a m 2 ) 、气象 辽阳市地处北温带季风气候区，全年受季风影响较大，夏季受东南暖湿 气流控制，炎热多雨；冬季受西北干冷气流控制，寒冷干燥；春季多西南 大风，干旱少雨：秋季偏北风时兴，气温骤降，寒气逼人。 累年平均降水量约为7 4 0 2 m m ，最多年份达到l 17 3 2 m m ( 如1 9 8 5 年) ， 最少年份仅有4 1 1 1 m m ( 如1 9 8 9 年) 。年度时空降雨分布不均匀，6 9 月 降水量占全年降水量7 0 以上，春季少雨，易干旱，冬季严寒，最低气温 为零下3 5 6 c ，冻土层最深可达l m 以上。月平均气温最高值在7 月份，平 均为2 4 8 。近几年有偏高趋势，最低月平均值在1 月份，平均气温为零 下1 1 2 。农作物生长期( 5 9 月) 平均气温为2 1 4 。初霜期为l o 月1 f 1 ，终霜期为4 月2 2 日，无霜期为1 5 9 天，近年有偏长趋势( 辽阳市环境 质量报告书，2 0 0 1 ) 。 二、研究区域概况与水体功能区划分 2 、社会环境状况 ( 1 ) 、人口和耕地 辽阳市辖l 县1 市5 区：辽阳县、灯塔市、白塔区、文圣区、宏伟区、 弓长岭区、太子河区，是一个多民族地区，全市共有2 7 个民族，其中汉族 占9 3 。千人以上少数民族有满、回、朝鲜、蒙古、锡伯族，有3 个少数 民族乡、1 9 个少数民族村。总人口1 8 0 f 3 6 万人，其中市区人口7 6 4 0 万人， 占总人口的4 2 4 。 ( 2 ) 、农业与工业 流域内粮食作物以水稻为主，其次为玉米等。“九五”期间，辽阳市粮食总 产量稳定在7 0 万t 左右，其中1 9 9 8 年和1 9 9 9 年超过8 0 万t 。2 0 0 0 年，辽 阳市农业总产值4 3 2 亿元，递增1 3 5 。农业产业化“龙头”企业和农产 品基地建设取得较大进展，农业基地设施建设得到加强。乡镇企业持续发 展，2 0 0 0 年，乡镇企业产值达到2 2 5 亿元，递增1 2 8 ；乡镇工业总产值 1 8 5 亿元，递增1 3 3 ：乡镇企业实缴税金3 亿元，增长“3 ，递增1 4 9 。以化学工业为主体，电力、蒸汽供应业、冶炼业、采选业、造纸工业、 建材业等行业实力也很雄厚。2 0 0 0 年，全市工业总产值完成3 5 0 亿元，增 长2 3 ，递增9 2 。其中国有、国有控股及销售额5 0 0 万元以上企业总 产值1 9 4 亿元，增长1 2 8 。 3 、水系概况 辽阳市境内有大中小河流2 9 条，分布在平原地区的有2 0 条，分布在 东部山区的有9 条，属辽河流域浑河、太子河水系。其中：浑河、太子河 为大型河流，北沙河为中型河流，其余为小河流( 河长l o k m 以上) 。太子 河发源于抚顺市新宾县平顶山乡鸿雁沟，于本溪县马家崴子与南支汇合后， 流经本溪县、本溪市，在灯塔市鸡冠山乡瓦子峪村流入辽阳市境内。从辽 阳县唐马寨镇出境，进入鞍山海城市境内，经三岔河入辽河后注入勃海。 太子河全长4 6 4 k m ，流域面积1 3 8 8 3 k m 2 。太子河在辽阳境内的流程约 1 4 3 1 k m ，流域面积约为4 0 0 0 k m 2 ，占全市面积的8 4 5 5 。左岸从辽阳市 孤榆树以下，右岸从哈大铁路桥以下筑有防洪堤防，两岸堤防累积长度 1 6 1 k m 。堤距宽在8 0 01 8 0 0 m 之间。左岸堤防从孤榆树至哈大铁路桥段的 抗洪能力为1 0 0 0 0 m 3 s ，防洪标准为2 0 0 年一遇。哈大铁路桥以下左右岸的 堤防抗洪能力为5 0 5 0m 3 s ，防洪标准为5 0 年一遇。境内自然河流多为太子 河支流，从北、东、南三面汇入其中，形成向心水系。浑河是市区西部与 沈阳农业大学硕士学位论文 辽中县的分界河，境内流程为8 5 k i n ，流域面积约为6 0 0 k m 2 。 辽阳市境内河流特点：多季节性河流，雨季河床有水，秋冬季大多数 少水或无水；河流多分布于山区，落差较大，流水较急，因此河床内存水 少。 ( 二) 、水体功能区划分 1 、水体功能区划分的目的和意义 水是重要的自然资源，水功能是水资源对人类生存和经济社会发展所 具有的价值和作用的体现。随着我国经济社会的迅速发展、人口的增长、 人民生活水平和城市化水平的提高，对水的需求愈来愈多，水资源短缺和 水污染日益严重，已成为经济社会可持续发展的制约因素。水资源的保护 必须从以往孤立的、被动的防治，转为综合的、主动的控制，在注重水资 源开发利用的同时，更要重视水资源的节约和保护，通过水资源优化配置 提高用水的效率，实现水资源的综合治理，合理开发；优化配置，高效利 用；全面节约，有效保护。 水功能区划的目的是根据我省水域水资源开发利用现状及规划，结合 我省经济和社会发展对水功能的需求，科学合理地在相应水域划定具有特 定功能满足水资源合理开发利用和保护要求并能够发挥最佳效益的区域 ( 即水功能区) ：确定各水域的主导功能及功能顺序，确定水域功能不遭破 坏的水资源保护目标；通过各功能区水资源保护目标的实现，保障水资源 的可持续利用。因此，水功能区划是全面贯彻水法、加强水资源保护、履 行水利部“三定”规定的重要举措，是水资源保护措旌实施和监督管理的 依据对实现以水资源的可持续利用保障经济社会可持续发展的战略目标 具有重要意义。 2 、水体功能区划分的指导思想及原则 ( 1 ) 、水体功能区划分的指导思想 结合区域水资源开发利用规划及经济社会发展规划，根据水瓷源的可 再生能力和自然环境的可承受能力，科学、合理地开发和保护水资源，既 能满足当代和本区域对水资源的需求，又不损害后代和其它区域对水资源 的需求。保护当代和后代赖以生存的水环境，保障人体健康及生态环境的 结构和功能，促进经济、社会和生态的协调发展。实现水资源可持续利用， 以水资源的可持续利用保障经济社会的可持续发展。 二、研究区域概况与水体功能区划分 ( 2 ) 、水体功能区划分的原则 水环境容量及总量控制的确定，需依赖于水质目标的确定。水环境容 量研究的目的之一，在于有效地进行水体功能区划分。这是实现水环境综 合开发和合理利用、积极保护、科学管理水资源的基础。功能区划分，一 般基于以下考虑，即：统筹安排专业用水区，优先保护饮用水源地；宏观 控制地表水环境质量，保持现状使用功能：台理利用水环境容量，突出引 导经济合理布局，考虑技术、经济约束进行综合规划；以利于管理，实用 可行。为突出重点区段，体现高功能水域高标准保护，低功能水域低标准 要求的指导思想，划分方法上由以定性划分、行政划分为主，逐步发展为 与科学的、半定量乃至定量划分相结合的综合性划分。 在进行水体功能区划分时，一般应考虑以下原则( 辽宁省水资源保护 规划报告，2 0 0 2 ；辽宁省水功能区划报告，2 0 0 0 ；中国永功能区划，2 0 0 1 ) ： 1 ) 前瞻性原则：水功能区划应具有前瞻性，要体现社会发展的超前意 识，结合未来社会发展需求，引入本领域和相关领域研究的最新成果，为 将来高新技术的引进和社会发展需求留有余地。 2 ) 统筹兼顾，突出重点的原则：水功能区划应从水资源的流域性和区 域性特点出发，将流域作为一个系统，充分考虑上下游、左右岸、近远期 以及社会发展需求对水域功能的要求：与流域、区域水资源综合开发利用 和国民经济发展规划相协调，统筹兼顾，达到水资源的开发利用与保护相 协调。建立区划体系和选取区划指标时既要把握和考虑全省水资源的总体 情况，区划指标的取值又要符合不同水资源分区的具体特点。重点问题重 点处理，在划定水功能区的类型和范围时，以饮用水源地为优先保护对象。 3 1 分级与分类相结合的原则：突破以往在一个层面上划分水功能区的 局限性，建立功能区之间横向的并列关系和纵向的层次关系。首先，通过 水功能区划分在宏观上对流域水资源的利用进行总体控制，协调地区问的 用水关系：在整体功能布局确定的前提下。再在重点开发利用水域内详细 划分各种用途的功能类别和水域界线，协调行业间的用水关系。 4 ) 便于管理、实用可行的原则：贯彻保护资源，为经济社会可持续发 展服务的指导思想，水功能区划应成为实埯水资源综合管理、协调水资源 保护和开发利用的重要依据。为便于管理，水功能的分区界限尽可能与行 政区界一致：类型划分中选用目前实际使用的、易于获取和测定的指标， 定量和定性指标相结合。区划方案的确定既要反应实际需求，又要考虑技 沈阳农业大学硕士学位论文 术经济现状和发展，力求实用可行。 5 ) 水质水量并重的原则：水功能区划分，既要考虑对水量的需求，又 要考虑对水质的要求。 6 ) 水体功能和水质保护标准。不得低于现状功畿和现状水质。 划分方案应切合实际，有利于强化目标管理，杜绝行政区之间可能产生 纠纷。并有利于行政区域内管理和跨行政区之间的相互监督。 3 、太子河流域( 辽阳段) 水体功能区划分 ( 】) 、水体功能区划分种类 水体功能区划分一般有七种类型的功能区，这七种类型的功能区与国 家地面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 有如下对应关系：第一类：相 当于标准中的i 类水，这类水为源头水，未受污染：第二类：相当于标准 中的1 i 类水，满足于饮用水及特殊鱼类养殖；第三类：相当于标准中的i i i l i 类水，满足于生活用水水源及一般渔业用水、旅游用水等，属于缓冲区 水体；第四类：相当于标准中的i i i 类水，满足于公共用水水源，一般渔业 用水及特殊娱乐用水；第五类：相当于标准中的类水，满足于一般 工业及娱乐用水，属于缓冲区水体；第六类：相当于标准中的类水， 般工业及非直接接触的娱乐用水；第七类：相当于标准中豹v 类水， 主要满足农业用水等。 ( 2 ) 、太子河流域( 辽阳段) 水体功能区划分结果 太子河流域( 辽阳段) 水体功能区划分结果见表2 2 。 表2 , 2 太子河流域( 辽阳段) 水体功能区划分表 t a b l e 2 2w a t e rb o d i e sd o m a i np l o t t i n gf r u i t so f t a i z ir i v e rd r a i n a g ea r e a li nl i a o y a n g 二、研究区域概况与水体功能区划分 续表2 2 太子河流域( 辽阳段) 水体功能区划分表 c o n t i n u a t i v et a b l e2 2w a t e rb o d i e sd o m a i np l o t t i n gf r u i t so f t a i z ir i v e rd r a i n a g e - m - i nl i a o y a n g 沈阳农业大学硕士学位论文 续表2 2 太子河流域( 辽阳段) 水体功能区划分表 c o n t i n u a t i v et a b l e2 2w a t e rb o d i e sd o m a i np l o t t i n gf r u i bo f t a i z ir i v e rd r a i n a g ea r e ai nl i a o y a n g 9 二、研究区域概况与水体功能区划分 续表2 2 太子河流域( 辽阳段) 水体功能区划分表 c o n t i n u a t i v et a b l e2 2w a t e rb o d i e sd o m a i np l o t t i n gf r u i t so f t a i z ir i v e rd r a i n a g ea r e ai nl i a o y a n g 沈网农业丈学硬士学位论文 三、水环境评价及污染负荷预测 ( 一) 、污染源现状调查与评价 要保护利用好水资源，有效地控制水污染，实现环境目标，必须搞清 楚水体的现状使用功能和潜在功能，搞清水体的污染类型及其污染米源， 掌握对环境目标造成影响的污染源排放规律、污染物的时空分布特征，以 及污染源的有效控制途径。只有在明确环境目标、掌握足够的水质和污染 源资料，科学地计算水体环境容量之后，才有可能组成各种可能的水污染 物排放总量消减方案，从而进行优化决策，制订出水资源保护规划，为环