（环境工程专业论文）锦江流域水环境容量估算与总量分配研究.pdf

摘要 总污染贡献中各计算单元c o d 分配结果分别为：2 1 3 7 2t a ，3 6 6 4 2t a ，2 4 3 2 1t a ， 1 8 8 4 7t a ，氨氮分配结果分别为：5 6 9t a ，9 3 5t a ，6 2 1t a ，5 1 5t a 。 ( 5 ) 将流域环境容量与现状排放量进行比较，流域内各计算单元c o d 均 有剩余容量，氨氮的容量利用率分别为9 6 0 ，7 8 7 ，1 0 3 5 ，1 0 8 9 ，水中 的氨氮来源主要为生活污水中含氮有机物受微生物作用的分解产物，某些工业 废水，以及农田排水。不难看出，锦江流域的面源污染比较严重，应着重控制 高安市以及新建县和丰城市的畜禽养殖和城镇生活所带来的非点源污染。锦江 流域的产业结构类型是从“二、一、三一逐渐向“二、三、一”转换。应降低 第一产业的比例，为了加快流域内经济的发展，可以适当增加第二产业的比例。 关键词：锦江流域环境容量容量分配基尼系数产业结构调整 i i a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w a t e rp o l l u t i o np r o b l e mi sg e t t i n gw o r s e a n de v e na f f e c tp e o p l e s l i f ew i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y w a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yw a se s t i m a t e d 、析mc h o o s i n gc h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ( c o d ) a n dn h 3 - n ( a m m o n i an i t r o g e n ) a s t h em a i nf a c t o r si nj i n j i a n gr i v e r ( i n2 0 0 8 ) ，a n dt h ea l l o c m i o ne q u a l i t yo fi n i t i a lw a t e r e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yw a se v a l u a t e dw i t ho i n ic o e f f i c i e n t ，f i n a l l yt h ei n d u s t r i a l s t r u c t u r ea d j u s t m e n ts c h e m ew a sp r o p o u n d e da c c o r d i n gt ot h ea r e aw h i c he x c e e dt h e e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y , t h er e s e a r c hg e tt h ef o l l o w i n gr e s u l t s ： ( 1 ) a c c o r d i n gt ot h en a t i o n a l ”1l t hf i v e - y e a rp l a n s ”a n d ”1 2 t hf i v e - y e a rp l a n s ”， t o t a la m o u n to f j i n j i a n gr i v e rw a se s t i m a t e d 、析t l lc h o o s i n gc o da n dn h 3 - na st h e m a i nf a c t o r so nt h eb a s i so fo n e - d i m e n s i o n a lw a t e rq u a l i t ym o d e l d e s i g nf l o ww a s t h et r a d i t i o n a l3 0 q10 ( t h ew i t h e r e dm o n t h l ya v e r a g ef l o wi nn e a r l yt e ny e a r s ) ，w h e n t h ef l o ww a sz e r oo rr a r e l yi nd r ys e a s o n , t h ed e s i g nf l o ww a st h es e l e c t i o no ft h e d r i e s ts e a s o nw i t ht h ea v e r a g ef l o w , a n dt h ef l o wv e l o c i t yw a st h eo n ew h i c h c o r r e s p o n d e dw i t l lt h ed e s i g nf l o w 1 1 1 ea n a l o g ym e t h o dw a su s e df o rt h ed e g r a d a t i o n c o e f f i c i e n t ，t h ed e g r a d a t i o nc o c 伍c i e n to fc o d a n dn h 3 - nw e r eo 2 d 1 ，0 1d ( 2 ) t o t a la m o u n to fj i n j i i a n gr i v e rw e ne s t i m a t e d 谢t l lc h o o s i n gt h ef l o wo ft h e d r i e s tm o n t ha n dt h ed r i e s ts e a s o n ，m e a n w h i l ew i t hc h o o s i n gd i f f e r e n tf l o wa n df l o w v e l o c i t yo nt h ep r e m i s eo fo t h e rc o n d i t i o n sr e m a i n e dt h es a m e 硼1 ec o dc a p a c i t yo f t h ed r i e s tm o n t hw a s10 2 811t a , a n dt h ec a p a c i t yo fn h 3 - nw a s2 2 9 4t a , t h ec o d c a p a c i t yo f t h ed r i e s ts e a s o nw a s1 0 1 1 8 1t 乱t h ec a p a c i t yo f n h 3 - nw a s2 6 4 0t a t h e f l o wo ft h ed r i e s tm o n t hw a sl e s st h a nt h ef l o wi nt h ed r i e s ts e a s o n , b u tt h e r ew e r e s o m ed i f f e r e n c e sb e t w e e nt h e m ，t h ew a t e rc a p a c i t yo fc o di nt h ed r i e s tm o n t hw a s m o r et h a nt h ec a p a c i t yi nt h ed r i e s ts e a s o n a c c o r d i n gt ot h ef o r m u l ao fw a t e r e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yw i t ho n e d i m e n s i o n a lw a t e rq u a l i t ym o d e l ，t h ed e s i g no f h y d r o l o g i c a lc o n d i t i o nw a st h ek e yf a c t o rw h i c he f f e c t sw a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y , a n di te x p l a i n e dt h a tt h ef l o wa n dt h ef l o wv e l o c i t yh a da ni m p o r t a n tr o l e i nt h e e s t i m a t i o no fc o dc a p a c i t y ( 3 ) t h e r ew e r ed i f f e r e n c e si nd i f f e r e n ts e a s o na p p a r e n t l yi nt h ej i n j i a n gr i v e r i i i a b s t r a c t s ot h et o t a ll o a dw a sa l l o c a t e dw i t hu s i n gt h ed r i e s ts e a s o nc a p a c i t y , a n dt h e p o p u l a t i o n ，g d p , s e w a g ed i s c h a r g e ，a n dt h el a n da r e aw e r es e l e c t e df o rt h ee f f e c t f a c t o r so ft h ea l l o c a t i o n t h ed i s t r i b u t i o nm o d e lw a sc h o s ef o rt h ei n i t i a la l l o c a t i o no f c a p a c i t y , h o w e v e r , t h ew e i g h tc o e f f i c i e n tw a st h ek e yf a c t o r , a n dt h ec o e f f i c i e n tw a s d e t e r m i n e do nt h eb a s i so fe q u a l l yd i s t r i b u t i o n 、析t l lr a i s i n gt h ep o p u l a t i o na n dt h e g d pw e i g h ta p p r o p r i a t e l y n l ed i s t r i b u t i o nr e s u l tw a se v a l u a t e d 、析t l lc h o o s i n gt h e g i n ic o e f f i c i e n tm e t h o df o rt h ef a i r n e s s i tw a se x p l a i n e dt h a tt h ed i s t r i b u t i o nw a s m o r ee q u i t a b l ew h e nt h eg i n ic o e f f i c i e n tw a ss m a l l e r o v e r a l l ，p l a nbw a st h eo p t i m a l s c h e m e ，n a m e l y , t h ea l l o c a t i o nw a sm o r ee q u i t a b l ew h e n t h em a i ni n f l u e n c i n gf a c t o r s w e r et h ep o p u l a t i o na n dg d en l er e s u l t ss h o w e dt h a t ，t h eg i n ic o e f f i c i e n to ft h e s c h e m ebi n t h ep o 硫s o r r c 宅p o l l u t i o nw e r es m a l l e rt h a n0 10 ，a n dt h eg i n i c o e f f i c i e n to ft h es c h e m ebi nt h et o t a ls o u r c ep o l l u t i o nw e r es m a l l e rt h a no 12 ( 4 ) mc o dd i s t r i b u t i o nr e s u l t so fe a c hu n i ti np o i n ts o u r c ep o l l u t i o nw e r e 2 0 1 7 1t a , 3 9 0 3 6t a , 2 4 1 4 9 魄1 7 8 2 5 魄a n dt h en h 3 - nw e r e5 2 0t a , 1 0 2 5t a , 6 2 6 t a , 4 6 9t a n l ec o dd i s t r i b u t i o nr e s u l t so fe a c hc a l c u l a t i o nu n i ti nt o t a lp o l l u t i o n w e r e2 1 3 7 2t a , 3 6 6 4 2t a , 2 4 3 2 1 魄j 8 8 4 7f l a 乃en h 3 - nd i s t r i b u t i o nr e s u l t so f e a c hc a l c u l a t i o nu n i ti nt o t a lp o l l u t i o nw e r e5 6 9t a , 9 3 5t a , 6 21t a , 515t a ( 5 ) c o m p a r e d 谢t l lt h ep o l l u t a n te m i s s i o n s ，t h e c o dc a p a c i t yo fe a c h c a l c u l a t i o nu n i ti nb a s i n sa l s oh a dr e m a i n i n gc a p a c i t y , a n dt h ec a p a c i t yu t i l i z a t i o no f n h 3 - nw e r e9 6 o 、7 8 7 、1 0 3 5 、1 0 8 9 r e s p e c t i v e l y t h en h 3 - nw e r em a i n l y f r o mt h eb r e a k d o w np r o d u c t so f m i c r o b e si ns e w a g e 、s o m ei n d u s t r i a lw a s t ew a t e ra n d d r a i n a g e i tw a so b s e r v e dt h a tn o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o no ft h ej i n j i a n gr i v e rw a s s e r i o u s ，t h en o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ns h o u l db ec o n t r o l l e d ，t h es o u r c eo fp o l l u t i o n w a st h el i v e s t o c ka n dp o u l t r yb r e e d i n ga n du r b a nl i f ei nt h ec i t yo fg a o a n ，t h ec o u n t y o fx i n j i a na n dt h ee i t yo f f e n g c h e n g 1 1 l ei n d u s t r i a ls t r u c t u r et y p ew a sc h a n g e df r o m ”t w o ，o n e ，t h r e e ”t o t w o ，t h r g e ，o n e ”i nj i n j i a n gr i v e r , t h ep r o p o r t i o no ft h ef i r s t i n d u s t r ys h o u l db er e d u c e d ，a n dt h ep r o p o r t i o no ft h es e c o n di n d u s t r yc a nb e i n c r e a s e da p p r o p r i a t e l yf o ra c c e l e r a t i n gt h ed e v e l o p m e n to ft h ee c o n o m yi nt h eb a s i n k e yw o r d s ：j i i l j i a n gr i v e r ；w a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y ；c a p a c i t ya l l o c a t i o n ；g i n i c o e f f i c i e n t ；i n d u s t r i a lr e s t r u c t u r i n g i v 第1 章引言 第1 章引言 1 1 研究背景及意义 流域水污染是流域社会经济发展、污染排放、气候及水资源循环系统变化 等多因素共同作用的结果。随着我国经济的快速发展，资源的不合理利用以及 能源的过度消耗，从而使得污染物排放负荷增加，同时不合理的经济社会活动、 水土资源的过度开发以及全球气候变化，加剧流域生态状况的恶化，从而形成 主要污染物负荷远超过流域生态承载力的不利局面，成为制约社会经济可持续 发展的重大瓶颈【l j 。 水是生命之源，是关系到人类生存发展必不可少的基本物质条件之一，是 实现可持续发展的重要物质基础【2 】。人们的日常生活、工农业生产、水力发电、 航运等方方面面都离不开水，可以说没有水，人类将无法生存。但在过去的一 个世纪，伴随着经济的增长以及人民生活水平的提高，一系列的环境问题也油 然而生。地球上水的总储量中海水占9 7 3 ，淡水只占2 7 ，加上冰川的冰冻， 使得少有的淡水资源更加难被利用。由于人口增长和经济发展导致人均用水量 逐年增加，加上人类的不合理利用，水质的不断恶化，排入河流的废水日益增 加，使得世界上许多地区面临着严重的水资源危机。淡水资源紧缺、水环境污 染以及生态环境恶化等一系列的环境问题，不但使得国民经济遭受到了损失， 而且严重影响人们的生存环境，不得不引起人们的热切关注。但人们很快意识 到单对资源和环境的关注并不足以解决当前社会发展所遇到的危机，而是应该 从系统生态和可持续发展的角度看待问题解决问题，不仅要解决污染和环境问 题，更重要的是谋求人与自然、社会经济发展相协调的可持续发展，而“承载 力 是“可持续”的一种可量化的表现形式，因此水生态承载力是在人类因水 资源短缺而严重影响到人们生存以及经济发展的前提下而产生的【3 1 。 赣江是江西省第一大河流，居鄱阳湖水系五大河流之首，长江八大支流之 一【4 】。赣江流域总人口占到整个江西省的4 6 以上，流域内g d p 占江西全省g d p 的5 9 。锦江作为赣江第二大一级支流，流域内的水资源以及水环境问题在一 定程度上对赣江有着较大的影响。虽然锦江的水质尚属较好，但随着流域内社 会经济的快速发展，工业化和城市化加剧，用水量持续增加，工业废水、生活 第1 章引言 污水和农业排水量随之不断增加，水体污染、水质恶化、水资源短缺的问题日 益突出。 因此，为维持流域水生态系统健康，根据流域自然属性与社会属性，开展 锦江流域水环境质量现状分析、水环境容量与总量分配等研究，可为科学合理 开发锦江流域提供科学依据，为进一步保护赣江流域水生态环境提供科技支撑。 本文来源于国家水体污染控制与治理科技重大专项“流域水生态功能评 价与分区技术课题赣江流域水生态承载力研究”( 2 0 0 8 及0 7 5 2 6 0 0 8 0 3 ) 。 1 2 水环境容量研究进展 1 2 1 国内外水环境容量研究进展 1 2 1 1 国外研究进展 环境容量的概念最早是在1 9 6 8 年由日本学者提出的，1 9 7 5 年【5 1 ，环境容量 在日本得到广泛应用。在欧美发达国家，环境问题早期就被人们重视，而且基 本上都是建立在水环境数学模型的基础上进行环境问题的探讨【6 】，因此环境工作 者的研究起步较早，在环境容量方面的技术也较成熟，处于世界领先水平，国 外早期环境容量研究进展见表1 1 。 表1 1 国外早期环境容量研究进展 研究者时间研究内容 日本学者【7 1 1 9 6 8 年 首先提出了环境容量的概念，并提出总量控制，q = k c 1 自然界对污染物的自我净化能力 2 居民合意的环境容量，既包括自然净化能力，也包括人 日本学者【8 l 类的处理能力 3 人类活动的地域容量 r e v e l l 和 s o b e l 【9 - 1 0 1 2 0 世纪6 0 年代流量等水文参数为确定性变量 e e k e r 、 流量等水文参数为变量，在此基础上建立适合的数学模型， l i e b m a n 、2 0 世纪6 0 7 0 年代 l o u k s t n - 1 3 1 并由此模型进住超标水体的污染负荷研究 正式立法，以水质达标为控制基准进行水体污染控制方案的 美国【1 4 】1 9 8 3 年 制定与实施 d o n a l d 和 e d w a r d t l 5 】 1 9 8 5 年 方法：一阶不确定性分析 概率约束模型进行污染负荷以及分配的研究，其中，流量等 f u j i w a r r a 0 6 1 等 1 9 8 6 年 水文参数为已知概率分布的随机变量 2 第1 章引言 1 2 1 2 国内研究进展 我国的水环境容量与总量控制技术研究始于2 0 世纪7 0 年代【l 刀，并逐步应 用于环境管理之中，形成了涵盖总量控制、排污许可证等的环境管理基本制度。 从2 0 世纪7 0 至8 0 年代初期，环境工作者应用了不同的水质模拟等数学方法进 行水质分析，研究污染物的自净规律、扩散模型等，并提出了水环境容量的概 念。近些年，学术界提出在给定水域范围、水质目标、设计水文条件下，水域 的最大容许纳污量称作水环境容量【l 引。 “六五期间，水环境容量研究被列入国家环保科技攻关项目，选择典型 河流、河口海湾区、区域，进行不同污染物的环境容量研究【1 9 】。对于污染物在 水体中的物理以及化学反应有着更深入的了解，容量计算涉及的流量、降解系 数等的水文参数的研究都有较大的进展。此阶段金相灿1 2 0 j 选择沱江、湘江、深 圳河等进行重金属、有机物在环境容量上的研究，温灼如【2 l j 等人对苏州水网黑 臭警报方案的研究，清华大学环境工程研究所f 2 2 j 等人进行鸭绿江污染防治研究， 更加明确了环境容量的定义，将水环境容量与水污染控制进行有机结合，标志 着容量实用阶段的起步。 “七五 期间，水环境容量的研究继续被高度关注，大批科研机构参与到 研究的队伍中，意味着我国容量发展已迈入从理论化向系统化、实用化转变的 新阶段。随着环境容量概念的进一步发展以及对其深入的研究，环境容量可分 为：天然、管理以及可分配环境容量瞄】。“七五”计划实施以来，污染因子不再 局限于有机物、重金属，湖泊的富营养化以及河流、海湾的废热等都涉及到了 环境容量的研究；水质模型从最初的稳态模型向准动态模型发展，最后落实到 动态模型，实现水质模型的全面发展；不确定性因素在环境容量的研究中有着 至关重要的作用，利用灰色、模糊、g i s 模型等预测未知与不确定性的方法进行 环境容量研究 2 4 3 1 1 ，环境工作者利用理论知识在实际中的应用见表1 2 。在此期 间，无论是在广度还是深度上，较“六五”而言，都有着很大的研究进展。随 着控制因子的扩展以及污染问题的复杂化，一系列有关容量计算以及污染物控 制的方法得到应用，如：张永良【3 2 】等编制的水环境容量手册，国家环境保护 局【3 3 】编制的总量控制技术手册，夏青【蚓等编著的水环境容量开发与利用， 为进一步实施污染物总量控制奠定基础。 3 第1 章引言 表1 2 “七五”期间环境容量研究与应用 研究者研究方法 研究成果 刘兰芬、张祥伟、灰色系统、一维水质预测模型、 探索出了一种在流域范围内求径流污 夏军【3 5 】环境容量预测模型等 染负荷量的新方法 构成了模糊线性数学规划( e l m p ) 模 陈治谏【3 6 j模糊集合理论 型，并提出了模糊决策( f d m ) 模型 周孝德、郭瑾珑、提出了段首控制、段尾控制和功能区 程文等【3 7 】 一维稳态托马斯( t h o m a s ) 模型 末段控制的计算方法 孙卫红等【3 3 1二维数学模型提出了不均匀系数问题 建立了相应于水质模型的水环境容量 郑孝宇等f 2 6 i 河网数学模型 的“节点一河道一节点”计算模式 叶常r a t 3 9 1热力学第二定律 提出思想：w = v * q “八五 期间，是水环境容量深化的阶段，中华人民共和国水污染防治法 进一步修订，在此基础上，大部分水污染控制研究工作得以进行。如陈新庚m 】 于1 9 9 2 年进行的“汕头经济特区环境保护规划研究 ，陈虹【4 l 】于1 9 9 5 年进行的 “松花江吉林江段b o d 环境容量的研究，李树斌等1 4 2 1 对河南省的洪河进行土 壤重金属和矿物油环境容量研究。容量的研究扩展到河流、海洋、土壤等领域， 并就经济发展过程中可能出现的问题进行了预测和分析，提出了水污染控制和 综合防治规划方案，确保水资源的供需平衡。同时，污染物总量控制工作正式 开展【4 3 】，污染物总量控制的理论基础与排放标准及水环境质量标准相联系，研 究得到进一步深入。 “九五”与“十五”期间是全面深化阶段。“九五”期间，抓好1 2 个重点流域和 地区的环境保护，以“三河”、“三湖为首要保护对象m 】。1 9 9 6 年针对淮河 流域的污染状况，将淮河流域列入“九五”期间的重点治理流域，并提出该时期 的总目标，即于1 9 9 7 年实现流域内工业污染排放达标，于2 0 0 0 年实现流域水 体清洁【4 5 】。实施“九五 期间全国主要污染物排放总量控制计划，把主要污 染物排放量控制在国家计划指标之内 4 6 1 ，总目标的提出同时也标志着我国环境管 理工作与总量控制研究已经进入有效实施的轨道。“九五 期间，c o d 被正式列 为总量控制的考核指标，“十五 期间，氨氮也被列入总量控制考核指标，与此 同时，流域水环境容量研究被列入了国家重点攻关项目，水环境容量与总量控 制更加强调实践与应用，以便于为管理部门服务。2 0 0 3 年，全国水环境功能区 4 第1 章引言 划完成，以环境容量为基础的污染控制工作在全国范围内开始推行【4 7 1 。全面深 化阶段，环境容量的研究技术不断得到改进与深化，技术逐渐成熟，模型的开 发与应用，使得环境容量研究在全国范围内全面实施【4 8 】。 我国现阶段水环境容量的估算是建立在模型和大量数据的基础上，模型运 算所需的参数对模拟以及验证都有着至关重要的影响。目前，对水环境容量的 计算主要是采用一维水质模型，尚未建立适合于不同类型水体的容量计算模型 以及参数体系，因此，很难满足不同流域水污染总量控制的要求。 1 2 2 水环境容量计算方法 水环境容量的计算方法分为试错法、系统分析法、解析法等【3 2 1 ，各种方法 的优缺点见表1 3 。 表1 3 容量计算方法 研究方法概念优缺点 以水质模型为基础，在满足研究区域 机器计算，但需人工调试 试错法水质达标的前提f ，利用计算机求解 花费人工较多 出的污染物排放量即为环境容量 通过规划方法，将系统允许排放量最 系统分析法【4 9 】大作为目标函数建立优化模型，即为效率高 容量 选择水质模型，在一定水质目标的要 解析法【5 0 】适用性强，需要大量数据支持 求下，污染物所能承载的负荷量 在上述计算方法中，解析法的应用最为普及，其中水质模型按照空间可分 为零维水质模型，一维水质模型以及二维水质模型【5 1 】。 1 2 2 1 零维模型 按照污染物降解机理，环境容量分为自净容量和稀释容量，前者是通过沉 降、吸附等生化作用使得水质达标，水体所能承载的污染物量；后者是依靠稀 释作用使得水质达标，水体能承载的污染物量。零维模型视水体水质为完全均 匀混合类型，故不考虑污染物在空间方向上的浓度梯度，通常该模型下水环境 容量的表达式【5 2 】为： 彬= 8 6 4 q f ( c j f g f ) + 0 0 0 0 1 k ，巧c f ( 1 1 ) 5 第1 章引言 式中 8 6 4 、o 0 0 1 为换算系数； 形为第i 河段水环境容量( k g d ) ； q l 为第i 河段设计流量( r n 3 s ) ； k 为第i 河段设计水体体积( i n 3 ) ； k 为第i 河段污染物降解系数( d - 1 ) ； e ，为第i 河段所在功能区水质目标值( m g l ) ； c 0 ，为第i 河段上方河段所在功能区水质目标值( m g l ) 。 若所研究功能区被划分为n 个河段，则该功能区的水环境容量w 是n 个河 段水环境容量的迭加。当水流量与污水流量之比大于1 0 - 2 0 ，可选用零维模型 进行容量计算，湖库的容量计算主要采用该模型。 李劢【5 3 1 等人选用c o d 、n h 3 - n 为控制因子研究黄河三角洲河流水环境容量； 李岩【5 2 】等人选用c o d 、n h 3 - n 研究山东省沂沭河流域水环境容量；欧阳球林， 【5 4 1 等人研究瑶湖水环境容量，确定主要污染物为c o d 、t p 、t n ，研究表明，瑶 湖已无剩余环境容量。赵显波【5 5 】等人研究蘑菇湖水库水环境容量总量控制，将 整个年度以月为时段划分为3 个不同时段，确定主要污染物是c o d 、n h 3 - n 、 t p 、t n ，依据建立的零维模型，将三个时期水环境总容量依次增加即为水库全 年的水环境容量。 1 2 2 2 一维模型 污水排入后横向混合长度远小于河道的计算流程长，污染物在较短的时间 内基本能混合均匀；横向和垂向的污染物浓度梯度可以忽略时【5 6 】，仅考虑纵向 的浓度变化，可采用一维水质模型，其表达式5 刀为： 厂f 茎：墨： 1 形f = 8 6 4 i qf c p l 8 6 4 0 0 “j cof q f l ( 1 2 ) l - j 式中 形| 广第f 河段水环境容量( k g d ) ； q 卜第f 河段设计流量( m a s ) ； u - 第f 河段设计平均流速( 州s ) ； 厶第f 河段长度( m ) ； 尺l 第f 河段污染物降解系数( d d ) ； 6 第1 章引言 g 广第f 河段水质目标值( m g l ) ： c i d 厂一第f 河段来水浓度( m g l ) 。 运用该模型进行水环境容量计算的有：于乃利【5 8 】等人进行小河流水环境容 量测算与容量总量控制时，确定主要污染物为c o d 、n h 3 - n ，结果表明，氨氮 已无剩余环境容量；黄峻桢【5 9 】研究洛阳江水环境容量与污染物总量控制方案 时，将功能区划分为5 个控制单元，4 个参与水环境容量的计算，确定主要污染 物为c o d 、n h 3 - n ，结果表明，部分单元已无剩余环境容量；戴本林【删等人进 行四川省某河流水环境容量模型及测算分析时，确定主要污染物为c o d 、 n h 3 - n ，结果表明，环境容量大于排污量；向艳【6 l 】等人分析成都市城区“三河”水 环境容量，确定主要污染物为b o d 5 ，结果表明污染物应削减率8 l ；陈丁扩1 - - 1 6 2 1 等人研究河流水环境容量的估算和分配时，确定主要污染物为c o d m i l 和n h a - n ， 结果表明，氨氮已无剩余环境容量；关卉【6 3 】研究九洲江广东段水环境容量时， 根据水环境功能区划分，分别对2 0 0 1 年、2 0 0 5 年、2 0 1 0 年三个不同时段各控 制断面的水环境容量进行估算与预测，最终得出，除个别功能区有可能超出限 制外，其它河段的纳污量没有超过水环境容量限值。朱杰晔】等人研究河渠水环 境容量以成都市为例中，分别按2 0 0 5 年、2 0 1 0 年两个时间段进行计算，确定 了其水环境容量值和水体能达到的相应水质标准，并且进一步确定污染源的主 要来源即为城市建成区城市污水；单丽【6 5 】在研究大凌河流域水环境容量时，分 别选用9 0 ，7 5 ，5 0 的保证率( 不同的设计流量) 对c o d 和氨氮进行水环 境容量的计算。 1 2 2 3 二维模型 当水中污染物浓度在一个方向上是均匀的，而在其余两个方向是变化的情 况下，一维模型不再适用，应采用二维模型。对重点保护的水环境功能区、断 面水质横向变化显著的有条件的区域，可采用二维水质模型计算。当污染物质 进入水体以后，污染物浓度随水流方向逐渐降低，当浓度下降到水环境功能区 水质目标时，其相应的位置与排放口之间形成的空间称为混合区【6 0 】。二维模型 水环境容量的计算公式1 6 6 j 为： 7 第1 章引言 形= m = l g ，y ) - c 。弘j 菘了 唧( 啬 + 唧警 唧 r 七三、 l“ 式中。 肛水环境容量，t a ； c 伍纠一控制点( 混合区下边界) 的水质标准，m g , l ； 舒排污口上游污染物浓度，r a g l ； 缸污染物衰减系数，即耗氧系数，l d ； h - - 设计流量下污染带起始断面平均水深，m ； 弘沿河长方向变量，m ； 弘沿河宽方向变量，m ； u - - 设计流量下污染带内的纵向平均流速，m s , b y 横向混合系数，n 1 2 s ；采用实测数据。 赵红梅【明等人选用该模型分析松花江佳木斯段水环境容量。 ( 1 3 ) 1 3 总量控制与分配研究进展 总量控制是针对环境受到严重污染所提出的一种环境管理手段，随着经济 的发展，水资源的短缺，水体污染等环境问题不得不受到人们的关注，目前， 污染物排放总量控制是改善区域流域环境质量的重要举措和途径。全面提高污 染治理技术水平，实施污染物排放总量控制，提高人们的环境保护意识，协调 人与自然、环境的关系，使得现有资源得到充分利用，同时也将促进资源节约， 产业结构优化，在满足经济发展的前提下改善环境质量【5 引，促使水资源的循环 利用、社会经济与环境的协调发展引。 1 3 1 国外总量控制研究进展 1 3 1 1 日本总量控制发展 2 0 世纪6 0 年代，日本为改善水气环境质量，提出污染物总量控制的问题【6 9 1 。 首先实施的总量控制是针对于些密集的工业地区为大气改善而提出的【彻，如： s o x ，随着经济的发展以及污染日渐严重，总量控制越来越受到重视。1 9 7 3 年， 日本相关部门就其最大内海一濑户内海( 化学工业比重高) 提出了环境保护法， 8 第1 章引言 并得以批准。其中，提出了化学需氧量总量的概念【7 1 1 ，同时提出了制定污染负 荷削减的指导方针，必要时以行政干预的方式进行总量污染负荷的削减。1 9 7 8 年6 月，日本国会通过了以水质总量控制为部分内容的水污染防治法，并开始 实施部分流域的总量控制计划，以东京湾等为例【3 2 1 ，此时，污染控制因子已扩 展到s o x ，n o x ，c o d 等项目。为彻底贯彻总量控制实施，此次控制计划分三 步进行，首先，以行政干预的形式确定区域污染负荷应削减项目，其次，确定 实施计划的受污染较重的流域和区域，最后，相关部门针对性地提出削减项目 应达到的削减量。首次总量控制计划的实施在日本并未取得太大的成效，虽然 污染物排放总量呈现削减的趋势，但是流域内的水质并未得到真正的改善，总 结第一次总量控制的经验，以人口，经济，自然社会为基础，提高污水以及大 气排放物的治理水平，完善下水道设备以及规范生活污染系统，以整体公平性 为基准，提出更加合理以及全面的环境保护措施，以1 9 8 9 年为目标年，日本第 二次提出了总量控制。到1 9 8 4 年，日本正式将总量控制法推广，并禁止污染物 无证排放。在上述方法的指导下，实施总量控制的东京湾等流域8 0 以上的污 染大户受到控制，水环境状况得到改善【7 2 】。 1 3 1 2 美国总量控制发展 美国总量控制大致经历三个阶段：前期是以技术为基础，中期为全面推广 阶段，是以水质限制为基础，第三阶段是深入发展阶段，即以生态系统健康， 可持续发展为终期目标的总量控制，发展概要见表1 4 。 t m d l ( t o t a lm a x i m u md a _ i l yl o a d ) 是指最大日负荷量，它是指在满足水质标 准的前提下，水体能够承受的某种污染物的最大日负荷量1 7 3 1 。其中包括点源负 荷、非点源负荷以及安全余量( m a r g i no f s a f e t y , m o s ) 。即 删观= w l a + l a + m o s ( 1 4 ) 在美国，现在是基于技术和基于水质的总量控制技术共同实施，在水环境 污染控制上取得了较好的绩效。总体来说，国外学者在进行水污染物总量分配 技术研究多是基于经济优化原则建立的最优化数学模型【7 3 1 。苏联等国家相继采 取以污染物排放总量控制为核心的水环境管理手段进行污染物的削减与治理， 事实证明，总量控制是有效的环境管理手段 7 4 1 。 9 第1 章引言 表1 4 美国总量控制发展 时期 总量控制发展概况 1 u s e p a 提出以技术为基础的总量控制，实行点源污染的控制。 2 1 9 7 2 年开始推行排污许可证，改进技术和方法。 2 0 世纪 3 1 9 7 2 至1 9 7 6 年，首轮实行排污许可证制度，在有大量数据支持的前提下，采用 最佳专业判断方法确定污染物削减量，且使用率达到7 5 ；之后，在技术支撑下 7 0 年代 针对工业行业颁布了行业排放限制准则，逐渐取代最佳专业判断方法，并同时提 出t m d l ，为全面推广总量控制提供基础。单纯采取基于技术的总量控制至今， 美国的水体污染控制取得了显著的成效川。 1 1 9 8 3 年，正式立法，在水质达标的基础上进行总量控制，并制定t m d l 的相关 1 9 8 3 年 立法。 2 1 9 8 4 年，u s e p a 推出总量分配技术指南，相关水质计算软件也并得到推广。 1 9 9 6 年 3 1 9 9 2 年，u s e p a 提出了总量分配的规则【7 5 1 ，为各地的总量分配工作提供了实质 性的技术指导，期间主要污染控制因子为b o d ，d o 以及氨氮等。 1 u s e p a 于1 9 9 7 年对t m d l 进行了全面的说明并对实施过程中遇到的问题做了详 细的分析。 1 9 9 7 年 2 1 9 9 9 年，e p a 广泛征求专家及政府意见，于8 月起草t m d l 新法则，并于2 0 0 0 年7 月1 3 日颁布，实施t m d l 计划。 至今 3 实施总量控制的因子逐渐增多，如重金属，p c b s ，粪大肠菌群等指标【7 6 - 7 7 1 。此阶 段，控制因子发展到以富营养化防治以及生态系统健康的n ，p ，生物指标，使得 总量控制工作在以生态系统健康的前提下进行。 1 3 2 国内总量控制研究进展 近年来，随着经济的发展，流域内水污染问题与水资源短缺及环境保护的 矛盾日益突出，在大部分地区环境的恶化已严重影响到人们的生活。合理划分 河流水功能区，控制污染物排放总量已成为环境工作者亟需解决的重要问题【7 8 】。 总量控制技术最初只是针对水质未达标的水体，对实现水污染物排放不能符合 标准的水体，应重点实施总量控制，使得水体达标排放。之后的总量控制不仅 适用于未达标的水体，而且也适用于达标的水体，对于已经达标的水体，总量 控制的要求是采取一定的措施保证水体不恶化，而对于未达标的水体，总量控 制目标即为水质达标，针对污染严重的地区实施污染物排放削减，确保水质达 标，在水质达标的基础上再实行环境容量的进一步约束。“十五 期间，太湖、 辽河、滇池等重点流域制定了水污染防治计划，c o d 和氨氮被列为流域的总量 控制因子，而对于湖泊的总量控制因子则为c o d 、n 、p 。污染物总量控制工作， 从环保管理角度上大致分为三个阶段，总量控制大致发展见表1 5 。 1 0 第1 章引言 表1 5 国内总量控制发展概况 总量控制研究概况与发展 1 7 0 年代初，开始污染物浓度控制 2 1 9 7 3 年颁布“工业三废”排放试行标准【】 浓度控制 3 8 0 年代，在“工业三废”排放标准的基础上，提出排污许可证，着 重进行浓度控制 4 浓度控制不能在根本上改善环境质量，逐渐向总量控制转变f 8 1 】 控制投入与产出，选择先进工艺与实用技术控制污染物浓度，实现总量控 行业总量控制 制【8 2 删，为实现向目标总量控制奠定基础。 t 九五，期间实现“一控双达标，删：将主要污染物排放总量控制在规定范围 目标总量控制内；实现所有工业污染源排放达到相应标准：重点城市的大气以及水环境 质量应该在环境功能区达到标准。 2 0 0 5 2 0 1 0 年，实现目标总量控制向容量总量控制转变。污染控制从化学 容量总量控制 污染转变为生态系统健康保护1 8 5 渤1 ，是以容量为基础。 总量是基于满足水质要求