（环境科学专业论文）基于efdc模型的深圳湾水环境模拟与预测研究.pdf

a b s t r a c t a st h ef i n a ld e s t i n a t i o no ft h es u r f a c ew a t e rp o l l u t a n t s w a t e r p o l l u t i o no fr i v e r sa n db a y s a r ed i f j i c u l tt ob ec o n t r o l l e d b e c a u s e s h e n z h e n b a yb e l o n g s t os h e n z h e na n dh o n g k o n g ，t h ew a t e r e n v i r o n m e n tp o l l u t i o ni n c r e a s i n gi nt h eb a yb r i n g ss e r i o u sa d v e r s e e n v i r o n m e n t a li m p a c tt ot h et w oc i t i e s i th a sb e e nc o n c e r n e dw i d e l ya b o u t w a t e rp o l l u t i o n ，w a t e rq u a l i t yi m p r o v e m e n ta n de c o l o g i c a lp r o t e c t i o no f s h e n z h e nb a yb ys h e n z h e na n dh o n gk o n ga d m i n i s t r a t i o n s t h e r e f o r e ， t h en u m e r i c a lm o d e lo fw a t e re n v i r o n m e n ti ns h e n z h e nb a yw o u l d p l a ya n i m p o r t a n tr o l e i nt h ew a t e re n v i r o n m e n tm a n a g e m e n t ，w a t e rq u a l i t y a s s e s s m e n t ，t h ew a t e rp o l l u t i o nc o n t r o lm e a s u r e sa n ds u d d e nw a t e r p o l l u t i o na c c i d e n t so fe m e r g e n c yc o u n t e r m e a s u r e so fs h e n z h e na n dh o n g k o n g a c c o r d i n gt o t h ep a r t i c u l a rs i t u a t i o no fs h e n z h e nb a y , b a s e do n e f d c ( e n v i r o n m e n t a lf l u i dd y n a m i c sc o d e ) m o d e l ，w h i c hh a sb e e n r e c o m m e n d e db yu s e p a ，a n dt h er e s e a r c hr e s u l t so ft h ep o l l u t a n tl o a d so f s h e n z h e nb a y , t h en u m e r i c a lm o d e lo fw a t e re n v i r o n m e n ti ns h e n z h e nb a y h a db e e ne s t a b l i s h e di nt h i st h e s i s s p e c i f i c a l l ys p e a k i n g ，t h es t u d i e so n t h ew a t e re n v i r o n m e n ti ns h e n z h e nb a ya r ec a r r i e do u ta sf o l l o w s ： f i r s t l y , a c c o r d i n g t ot h em a n yp o l l u t i o ns o u r c e sa n d c o m p l e x b o u n d a r yc o n d i t i o n si ns h e n z h e nb a yb a s i n t h es h e n z h e nb a yw a t e r e n v i r o n m e n ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mh a sb e e ne s t a b l i s h e d ，w h i c h b a s e do ne f d cm o d e l t h es i m u l a t i o nr e s u l t so fh y d r o d y n a m i cp r o c e s s a n dw a t e rq u a l i t yi n d e x e sh a v eb e e nc e r t i f i e dt ob ec o n s i s t e n tw i t ht h e o b s e r v a t i o nd a t a s ot h em o d e lc a nb e u s e df o rt h ea n a l y s i sa n dp r e d i c t i o n o ft h ew a t e re n v i r o n m e n t a lc h a n g ei ns h e n z h e nb a y t h i ss y s t e mc a nn o t o n l yb eu s e dt os i m u l a t ea n da n a l y z et h eh y d r o d y n a m i cp r o c e s sa n d m i g r a t i o na n dd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fm a i np o l l u t a n t si ns h e n z h e n b a yb a s i n ，b u ta l s ob eu 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 t ，s u c ha s v i s u a l i z i n gf o rp o l l u t i o nd i s t r i b u t i o n ( t h e r ea r e5 2p o i n tp o l l u t i o ns o u r c e s i ns h e n z h e nb a yb a s i n ) a n dt h ec h a r a c t e r i s t i c so fp o l l u t a n t sc o n c e n t r a t i o n ， e t c 1 1 1 s e c o n d l y , t h ew a t e rq u a l i t y p r e d i c t e db yt h em o d e l ，i n c l u d i n g i n c i d e n tc o n d i t i o n i ns h e n z h e nb a yi nf u t u r eh a sb e e n n o r m a lc o n d i t i o na n ds u d d e np o l l u t i o n a c c o r d i n gt ot h ef o r e c a s to u t c o m eo fp o l l u t i o nl o a di ns h e n z h e nb a y i nf u t u r e t h er e s u l t so fs i m u l a t i o na n dp r e d i c t i o na b o u tt h ew a t e rq u a l i t y i nn o r m a lc o n d i t i o ns h o wt h a tt h ew a t e rq u a l i t yo fi n n e rs h e n z h e nb a y w i l lb eg r a d u a l l yi m p r o v e d ，w h e nt h ep o l l u t i o nc o n t r o lm e a s u r e sa n d r e d u c t i o np l a n sw o u l db e e nt a k e n e s p e c i a l l yi n2 0 0 5t o2 010 ，t h ea v e r a g e c o n c e n t r a t i o no fb o d sa n dn h 4 nw i l lr e d u c e3 7 5 3 4 1 8 2 a n d 3 7 9 4 4 5 4 4 a tt h es a m et i m e t h ew a t e rq u a l i t yo fo u t e rs h e n z h e n b a yw i l lb ei n c o n s p i c u o u s l yi m p r o v e d t h er e s u l t so fs i m u l a t i o na n dp r e d i c t i o na b o u tt h ew a t e rq u a l i t yu n d e r s u d d e np o l l u t i o na c c i d e n tc o n d i t i o n a n da n a l y s i sa b o u tt h ei m p a c to ft h e a c c i d e n ta n de f f e c to fe m e r g e n c ym e a s u r e ss h o wt h a tt h em o d e lc o u l d p r o v i d ee f f e c t i v es c i e n t i f i cs u p p o r t f o rd e c i s i o nm a k e r s m a k i n gt h e o p t i m u me m e r g e n c ym e a s u r e sf o rs o c i a le c o n o m i c i tc o u l db et oa v o i d t h es u b je c t i v ef a c t o r so fd e c i s i o nm a k e r si nt h o s ea c c i d e n t s ，s ot h a tt h e a b i l i t vo fr e s p o n s et os u d d e np o l l u t i o ni n c i d e n ti ns h e n z h e nb a yc o u l db e i m p r o v e d t h i r d l y , b a s e d o nt h em a x i m u m d a i l yt o t a lm e t h o d ，t h et m d lp l a n s p e c i f i cr o u t eo fw a t e rq u a l i t yi m p r o v e m e n ti nt h es h e n z h e nb a yh a sb e e n d e s i g n e d i th a sc a l c u l a t e do u tt h ev a l u e so ft o t a lm a x i m u md a i l yl o a do f b o d 5 ( 18t d ) ，t p ( 1 3t d ) a n dt n ( 0 15t d ) w h e ni tm e e t su pw i t ht h ei i i s t a n d a r do fs e aw a t e rq u a l i t ys t a n d a r d s ( g b 3 0 9 7 - 19 9 7 ) ，a n dd e t e r m i n e d t h er e d u c er a t eo fp o l l u t i o nl o a do fr i v e r sb a s i n si ns h e n z h e nb a yb a s i n c o m p a r e dt ot h ec u r r e n tp o l l u t i o nl o a d so fw a t e rq u a l i t yi n d e x e si n t h es h e n z h e nb a y , w h e t h e ri nt h er a i n ys e a s o no rd r ys e a s o n ，n o n p o i n t s o u r c eo rp o i n ts o u r c e ，t h ea v e r a g eo fr e d u c t i o nr a t eo fp o l l u t i o nl o a d c o u l dc o m eu pt o7 0 i ts h o w st h a tt h et a s ko fp o l l u t i o nl o a d sr e d u c t i o n i sv e r yd i 伍c u l t i v s h e n z h e nb a y ；e f d c ；w a t e rq u a l i t ys i m u l a t i o n ；t m d l 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论l 1 1 研究背景与意义1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 水环境数学模型研究现状2 1 2 2e f d c 模型应用概况一4 1 2 3t m d l 研究进展及动态一6 1 2 4 深圳湾水环境研究进展7 1 3 主要研究内容与技术路线。9 第2 章深圳湾水系污染负荷与水环境现状1 1 2 1 深圳湾自然地理概况1 l 2 1 1 自然地理及气象潮流条件l l 2 1 2 集水区内河流概况1 2 2 2 深圳湾污染负荷分析及估算1 5 2 2 1 污染负荷来源分析1 5 2 2 2 现有污染负荷估算1 6 2 3 深圳湾流域水系水质现状。1 7 2 3 1 主要河流水质现状1 7 2 3 2 深圳湾水环境现状l8 第3 章e f d c 水动力及水质模型2 0 3 1 控制方程2 0 3 1 1 垂向坐标系2 0 3 1 2 水动力模块控制方程21 3 1 3 水质模块中主要质量守恒方程2 2 3 2 模型的离散求解2 3 3 2 1 水动力方程的求解2 3 3 2 2 水质方程的求解2 7 3 3e f d c 模型中主要水质指标及其源汇3 0 3 3 1 主要水质指标3 0 3 3 2 主要水质指标的源汇3l 第4 章深圳湾水动力过程模拟与验证3 3 4 1 计算区域网格剖分3 3 4 1 1 贴体坐标网格3 3 4 1 2 计算域网格剖分3 4 4 2 水动力模型初边值条件和计算参数3 9 4 2 1 水动力模型开边界条件3 9 4 2 2 水动力模型初边值条件4 0 4 2 3 水动力模型相关计算参数设定一4 0 4 3 水动力过程模拟验证和分析4 1 4 3 1 潮位验证及潮汐特征4 1 4 3 2 流速验证及潮流特征4 3 4 3 3 断面流量验证4 9 4 3 4 深圳湾水动力过程模拟分析。4 9 第5 章深圳湾主要水质指标模拟与验证5 3 5 1 水质模型初边值条件和计算参数5 3 5 1 1 水质模型开边界条件5 3 5 1 2 水质模型初边值条件5 3 5 13 水质模型相关参数率定5 4 5 2 深圳湾水环境自净能力分析5 4 5 2 1 计算方法5 4 5 2 2 计算结果5 5 5 3 水环境质量模拟结果与分析5 8 5 3 1 水质指标浓度验证5 8 5 3 2 水质指标浓度分布特征分析6 5 第6 章深圳湾未来水环境预测与水质改善t m d l 计划。6 9 6 1 深圳湾未来水质预测6 9 6 1 1 深圳湾未来规划年水质预测一6 9 6 1 2 深圳湾未来突发性水环境污染事故的应急预测。7 6 6 2 基于t m d l 计划的深圳湾水质改善策略81 6 2 1t m d l 计划方法及主要内容8l 6 2 2 基于e f d c 模型的深圳湾t m d l 计划8 5 第7 章结论9 2 7 1 全文小结9 2 7 2 创新之处9 3 7 3 不足之处及发展方向9 4 参考文献。9 5 攻读学位期间发表的学术论文目录1 0 1 j l i 【谢1 0 2 中央民族大学研究生学位论文作者声明1 0 3 2 中央民族人学硕士学位论文 1 1 研究背景与意义 第1 章绪论 2 1 世纪初，是我国社会经济快速发展和工业现代化发展起步阶段，受工业基 础和生产工艺水平的限制，高污染、高能耗以及污染物低处理率是当前这一阶段 的特征，由此带来的水环境污染问题日益严峻。目前，我国河流湖泊恶性污染事 件频发，给社会发展带来了严重的经济损失。 与国外水环境管理技术体系相比，我国目前以行政区域为基本单位的水环境 管理体系多打破了河流湖泊等流域的整体性，无法解决日益严重的行政跨界污染 纠纷问题，因此亟需在借鉴国外先进经验的基础上，开展符合我国国情的水环境 管理技术研究，由目标总量控制转到基于流域控制单元水质目标的总量控制，实 现由治标到治本的转变。目前，国家环保部已经将流域环境管理作为“十二五 环境管理的主要手段。结合我国目前的水环境管理现状，开展水环境信息管理技 术研究将是我国未来流域水质改善及治理的重点方向。 深圳市虽属南方多雨地区，但因地理条件和气候特征等因素影响，却属于严 重缺水城市，人均水资源量仅为4 7 6m 3 a ，约为广东省人均占有量的1 6 ，不足全 国人均占有量的1 4 ，属于全国严重缺水的七大城市之一【l 】。在过去近3 0 年的时 间里，深圳市迅速完成了从传统的农业地区向新兴的高速城市化地区转化的过 程，深圳市的城市化水平、人口数量和工业产值等均出现了急剧增长、土地利用 格局发生变化。在此过程中，深圳近岸海域及河流的水环境也发生了重大变化， 物理性污染、无机物污染和有机物污染以及盐水入侵的危害使得人们对水质的关 注度日益提高。由此造成深圳市水源性缺水与水质性缺水问题日益严重，水供需 矛盾不断增加，给深圳市居民生活和工农业生产带来了严重影响，己经成为制约 深圳市社会经济良性发展的瓶颈。 作为深圳市最重要的海域，深圳湾在深圳市的社会经济发展、生态环境自净 过程中具有十分重要的作用。深圳湾的深圳河口湿地生态系统行政上可划分为两 部分：北部是深圳的福田保护区，南部是香港的米埔自然保护区。目前，由于都 市的快速发展所伴随的污染问题，已经使湿地的红树林受到严重的破坏。作为深 圳和香港共辖的深圳湾，深圳和香港双方对其水质指标都有各自的标准与要求。 因而，深圳湾的水污染、水环境治理与生态保护等问题倍受深港两地的关注【2 】。 在社会经济已有一定积累的基础上，有必要对深圳湾水环境进行深入研究，使之 基于e f d c 模型的深圳湾水环境模拟与预测研究 成为一个环境保护与治理中的“特区”，为其他城市的发展树立水环境质量改善 的榜样，对寻找社会经济与自然环境和谐发展的道路具有典型的示范意义。 1 2 国内外研究现状 我国流域水质管理技术研究可以追溯到2 0 世纪7 0 年代。多年来我国相继开 展了有关水环境容量、水功能区划、水质模型、流域水污染防治综合规划以及排 污许可证管理制度等的研究，将总量控制技术与水污染防治规划相结合，逐步形 成了以污染物目标总量控制技术为主，容量总量控制和行业总量控制为辅的水质 管理技术体系，为我国水环境管理基本规范的建立奠定了基础【3 锕。 目前，无论是在制定区域水污染物排放标准或确定水体各排污口的容许排污 量和应削减率，还是对突发性或连续性排污行为进行评价或对开发建设工程项目 的环境影响进行预测，都将涉及到水质的时空变化问题，也即需要解决水质的定 量预测问题，因此水质模拟预测已经成为广受环境工作者关注的重要课题。而在 诸多水质模型中，e f d c 模型因具有适用范围广、功能完善及代码公开适于二次 开发等优点，已成为国内外水环境模拟和预测研究中应用最广的模型之一。 本节就水质模型的发展历程、e f d c 模型、t m d l 的应用情况及深圳湾流域 的相关研究现状进行简要的回顾。 1 2 1 水环境数学模型研究现状 水质模型是对地表水体的动力学特性及水体中污染物随空间和时间迁移转 化规律的描述，是一组用于描述物质在水环境中混合、迁移、转化过程的数学方 程，即描述水体中污染物浓度与时间、空间的定量关系。水质模型可定量反映水 质状况与污染物排放之间的响应关系，从而为水质评价与预测、污染控制方案比 较以及水质标准制定和污染排放规定提供可靠的依据。因此，水质模拟预测是水 资源规划和管理、水环境影响评价以及水污染综合防治等工作中的有效工具和不 可缺少的基础工作，并在水环境管理中扮演着非常重要的角色。 从2 0 世纪2 0 年代中期开始，国内外学者就开始研究污染物输移扩散规律的 数学模型，经过近百年的探索和研究，取得了显著的进展，相继出现了一大批功 能强大、通用性好、准确可靠的综合水环境数学模型6 1 。 根据水质模型发展的历程可分为5 个阶段：1 9 2 5 1 9 6 0 年为水质模型发展的 第一阶段，以s t r e e t e r - p h d p s ( s p ) 水质模型为代表，后来科学家在其基础上成功地 发展了b o d d o 耦合模型【7 1 ，并应用于水质预测等方面；1 9 6 0 - 一1 9 6 5 年，在s p 2 中央民族大学硕士学位论文 模型的基础上又有了新的发展，引进了空间变量、动力学系数，温度作为状态变 量也被引入到一维河流和水库( 湖泊) 模型，水库( 湖泊) 模型同时考虑了空气和水表 面的热交换，并将其用于比较复杂的系统；1 9 6 5 1 9 7 0 年为水质模型发展的第三 阶段，期间不连续的一维模型附加了一系列的源和汇，这些源和汇包括氮化合物 好氧作用、光合作用、藻类的呼吸以及沉降、再悬浮等，计算机的成功应用使水 质模型的研究取得了突破性的进展；1 9 7 0 - 1 9 7 5 年，水质模型已发展成相互作用 的线性化体系，生态水质模型的研究初见端倪，有限元技术用于二维体系，有限 差分技术应用于水质模型的计算【8 】。 在最近的2 0 多年中，科学家的注意力已逐渐地转移到改善模型的可行性和 评价能力的研究上【9 】。目前水质模型的研究范围日益扩大、状态变量不断增多、 网格量几何增长【l o 】，水质模型出现向以下几个方面发展的趋判1 1 m 】：基于人工神 经网络的研究、包括水生食物链在内的多介质环境生态综合模型、模拟预测不确 定性的研究、模糊数学在水质模型中的应用、水质模型与“3 s ”技术的结合、以水 质为中心的流域管理模型的产生。 随着水环境污染日趋严重，人们逐渐认识到水环境治理的重要性，且随着数 值计算技术的发展和对水质变化规律认识的深入，国内学者在水质模型方面做出 了大量卓有成效的工作【1 3 1 。 王惠中【1 4 】在k o u t i t a s 等建立的准三维数学模型的基础上，考虑垂向涡黏系数 沿深度变化，对其计算模式进行修改，针对太湖特点建立了三维水质模型，对太 湖水体的主要污染指标进行模拟和分析，并提出了控制太湖水污染的方法。 申满斌掣”】针对三峡库区主要污染物，建立了考虑泥沙吸附污染物和泥沙冲 淤对污染物输移扩散影响的岸边排放污染物浓度场计算的三维浑水水质模型，并 模拟了三峡库区涪陵磷肥厂排污口附近的总磷浓度分布。通过与传统清水水质模 型的计算值及实测值之间的对比发现，浑水水质模型的计算结果比传统清水水质 模型更接近实测值，更准确地反映了污染物浓度沿水深方向的分布特征。 朴香花等【l6 】应用三维水质模型对大连湾中n h 4 - n 的行为进行了模拟，对 n h 4 n 浓度的时空变化规律及其影响因素进行了研究，并对主要的模型参数进行 了灵敏度分析。浓度分布显示，在大连湾，n h 4 n 浓度高值区主要集中在排污口 附近区域；灵敏度分析显示，在排污口区水体的扩散能力对n h 4 - n 浓度的影响较 大。由季节变化模拟结果可知，在湾顶部的排污口区n h 4 - n 浓度表现出明显的季 节变化趋势。在湾中部和朝海边界的湾口区n h 4 n 浓度较低，变化平缓。 郭磊等【1 7 】建立了水动力、水体污染物输运及底泥污染物输运数值模型，采用 有限差分与有限体积相结合的方法，对北大港水库氯离子进行数值模拟，模拟水 库在不同蓄供水方案下的流场及水体和底泥氯离子浓度动态变化，分析了流速、 水体氯离子浓度与底泥氯离子浓度差对底泥氯离子释放速度及释放总量的影响。 3 基于e f d c 模型的深圳湾水环境模拟与预测研究 国峰等【l8 】采用数值模拟的方法，研究了杭州湾金山嘴污水排海工程对纳污海 域水质的影响，对无污水排放、放流管深海正常排放、岸边紧急排放和直接深海 排放4 种不同排放方式时污染物输运扩散情况进行了模拟分析。 从百年前的简单氧平衡模型逐渐发展到今天的多介质环境综合生态模型，水 质模型在河流海湾水环境污染模拟及水质改善中扮演着越来越重要的角色。目前 河流海湾水质模拟研究主要集中于水动力作用下污染物分布特征的再现，河流海 湾内物理自净能力如水体半更新期等的研究采用的方法相对简单，而且关于我国 海湾突发性水环境污染事故应急研究较少，因此对这方面的进一步研究具有迫切 的现实意义。 1 2 2e f d c 模型应用概况 水环境数学模型主要分为两类，即源代码经过封装的商业软件和开放源代码 的绿色软件。二者相较而言，商业软件的界面友好，经过培训后一般人员即可掌 握和使用，但是其功能比较固定，不易进行二次开发，使用中出现问题难以解决。 而开放源代码的模型界面虽不够友好，且使用人员需要具备一定的专业知识，但 是方便调试和进行二次开发。鉴于本文中数学模型需要进行二次开发，本文基于 美国环保署推荐使用的源代码开放的e f d c 模型研发深圳湾水环境数学模型。 e f d c 由美国国家环保署资助开发，适用于湖泊、水库、海湾、湿地和河口 等多种水域。该模型由水动力学模块、水质模块组成，能够计算各种平面和垂向 空间尺度下的流速、水位、盐度、温度、泥沙、污染物、生物量的分布，可以模 拟水体污染物和泥沙的相互作用、水体富营养化进程、近场浮羽流等现象，如图 1 1 和图1 2 所示。 4 图1 - 1 水动力学模块结构 中央民族大学硕士学位论文 图l - 2 水质模块结构 e f d c 由于其先进性和可靠性，已被美国及其他国家和地区广泛应用于数百 个不同水域的水动力学、水质、泥沙和污染物研究，如北美的c h e s a p e a k e 湾，佛 罗里达e v e r g l a d e s 湿地等【1 9 - 2 6 】。 近年来，国内对于e f d c 模型的应用研究正逐步开展。中国水利水电科学研 究院水力学所应用该模型对全国范围内水电建设中的水库进行了水质预测及富 营养化分析，对火、核电站冷却水工程在河道、水库、河口、海岸等受纳水体的 温排放和低放射性废液排放等水环境问题进行了二维、三维模拟研究。 陈异晖【2 7 】对滇池水动力及水质进行了模拟研究，结果表明，模型的水动力模 块模拟结果与实际情况较接近，水质模块的模拟结果尚可接受，模型实用程度的 提高有赖于基础数据的积累。齐瑁等【2 8 】为考察长江水系武汉段河床的冲淤变化， 利用该模型对长江水系武汉段水动力过程进行了三维数值模拟，并得出较好模拟 结果。陈景秋等【2 9 】以e f d c 水动力模型为基础，建立了重庆两江汇流水动力模型， 就汇流比对流场影响和滨江路对流场影响等进行模拟，结果证明了该模型可用于 模拟和分析天然河流水动力场的分布以及变化结果，对于预测洪水、城市建设、 航道管理等有重要意义。王建平等【3 0 】通过e f d c 模型与w a s p 模型及g i s 系统结 合，对密云水库及其流域营养物进行了研究，为密云水库运行管理、富营养化防 治以及流域生态系统保护提供了决策支持。严以新掣3 l 】对长江口南港c o d 动力 学模型进行了研究，得出其c o d 分布趋势。 由于e f d c 模型自身具有应用范围广、功能完善、代码公开适于二次开发及 同g i s 联合应用的可操作性强等优点，近年来其已成为国内外水环境模拟和预测 研究中应用最广的模型之一。因此本文选择e f d c 模型，对深圳湾水体中的污染 物迁移、转化等环境行为进行模拟与预测。 5 基于e f d c 模型的深圳湾水环境模拟与预测研究 1 2 3t m d l 研究进展及动态 面对严重威胁人体健康和经济社会发展的水环境污染，世界各国纷纷采取了 多种减轻污染、改善水质的措施。如欧盟莱茵河总量控制管理【3 2 1 ，日本东京湾、 伊势湾及濑户内海等流域的总量控制计划【3 3 1 ，以及美国最大日负荷总量( t o t a l m a x i m u md a i l yl o a d ，简称t m d l ) 计划【3 4 】等。其中以美国t m d l 计划最具代 表性，该计划经过近3 0 年的改进和发展，逐步形成了一套系统完整的总量控制 策略和技术方法体系，成为美国确保地表水达到水质标准的关键手段。 美国环保局( u s e p a ) 最早于1 9 7 2 年的清洁水法中提出t m d l 计划。为 了进一步提高国家的水体质量，美国环保局不断地努力改善该计划，迄今为止， 美国许多州已对各自行政区域内的水质受限水体实施了t m d l 计划，其总数量在 2 0 0 6 年己达到2 2 0 0 0 多个。诸多应用案例表明，实施t m d l 计划对改善水体质 量的效果非常明显【”御】。这些成功案例为后来的研究者提供了宝贵的经验，其本 身也促进了各种水质模型以及污染负荷分配方法的研究和发展。此外，u s e p a 及 相关的研究机构就如何更好的进行t m d l 以及如何提高t m d l 的水平进行了大 量研究，并提供了一系列建议和资料支持【3 9 枷l 。 自“九五 以来，我国污染物排放总量控制的理论及应用技术不断得到深化 与拓展，对于我国水污染物排放控制和缓解水质急剧恶化的趋势发挥了积极有效 的作用。但是，由于实施的技术基础是一种基于目标总量控制的水质管理方法， 没有在真正意义上将水质目标与污染物控制紧密联系起来，因此难以满足我国未 来水环境管理的需求【4 1 4 2 】。在实践中我国的总量控制暴露出一些问题，如：污染 物排放总量仍以点源排放情况作为关注重点，忽视了面源对水环境污染的贡献， 对于那些面源贡献率高的地区，该措施对水质改善无法起到立竿见影的效果；污 染物排放总量分配缺乏合理性、公平性【4 3 1 。 由于t m d l 计划近年才为中国学者所认识和了解，目前尚未有在典型流域污 染综合整治中应用的案例，因此研究尚处于起步阶段。 敖良桂m 】摘译自t m d l 设计指南的文章详细说明了t m d l 的构成及步骤， 但仅限于对e p a 所采用实施方式的描述，而未对t m d l 的研究作深入的探讨。 梁博【4 5 】等通过参考t m d l 水污染控制计划方案中可以借鉴的内容，对我国的面源 污染控制提出了建议。邢乃春和陈捍华【4 6 】对t m d l 计划的背景、发展进程及组成 框架作了较为详细的解释，说明了t m d l 水污染控制计划方案与我国总量控制的 差异并给出了一定的参考意见，但是研究内容仅仅限于根据相关的报告及规定对 t m d l 一些相关内容的解释。谢刚【4 7 】以完善小流域污染综合治理思路为目的，通 过介绍t m d l 水污染控制计划方案的关键步骤，从治理思路、总量分配方法及总 量分配公平性、合理性等多个方面与小流域污染综合治理思路进行了比较分析， 6 中央民族大学硕士学位论文 指出两者的差异，并以吸收t m d l 水污染控制计划方案中有益的思路及措施为基 础对小流域综合改善治理提出了诸多合理的建议。同时也指出目前的t m d l 水污 染控制计划方案在实施过程中对点源进行总量分配的方法上，普遍采用易于被管 理者接受的简单的按贡献率分配可能存在一定的不公平、不合理性因素。刘赣明 【4 8 】针对t m d l 水污染控制模式下污染负荷分配领域的新理论、新方法作了一些探 索性的研究，提出基于博弈论及改进的层次分析法两种新的负荷分配法在t m d l 中的应用，给出了较为系统的理论。 近年来，部分学者也侧重于对t m d l 水质管理评估方法开展相关研究。c h a n g 等【4 9 】采用灰色系统理论的方法评价t m d l 水质管理效果，认识到由于采用有限的 监测资料评估水质，所采用的方法不同，将导致决策过程中由于频率差异所引起 的水质标准的模糊不清，因此建立了灰色系统理论评估水质模式，改进了t m d l 水质管理方式。 随着社会经济的迅速发展，我国诸多流域的水环境问题日趋严重，逐渐成为 流域水管理的新问题。相对于我国的污染物总量控制方法，t m d l 作为国际上先 进的流域水环境管理技术方法，以流域为整体研究对象，综合考虑了点源与面源 的污染负荷，并在预留一定的污染负荷值的基础上，对污染负荷在点源与面源之 间的分配作了详细的研究。面对我国未来流域水质改善及治理中所面临的难题， t m d l 具有很大的应用意义。 1 2 4 深圳湾水环境研究进展 由于深圳湾属深圳与香港共辖水域，且作为两大都市重要的污染受纳水体， 其在深港双方的社会经济发展、生态环境自净中具有十分重要的意义。目前已有 多位学者对深圳湾水体水质情况进行了研究，内容包括对深圳湾流场、盐度及不 同水质指标在深圳湾的时空分布及其对深圳河口生态系统的影响。并有学者通过 对深圳湾水环境水质改善进行研究，并提出了改善方案，如引海水补充河流流量 以冲污、雨污分流、污染物集中处理及湾外排放、增加水库库容以调蓄水量、深 圳河口生态系统优先考虑情况下的水质的改善方案掣5 0 。5 6 】。 陶清【5 7 】研究表明，深圳市污水排海工程的建成使用，会削减排往深圳河、深 圳湾的污染负荷，深圳湾的海水水质保持在i i 类海水水质标准内，且对珠江口海 域的水质影响甚微，因而具有显著的环境效益和经济效益。深圳市污水排海工程 对减轻该市对深圳河、深圳湾的污染程度具有重大的意义，而现有排海规模对珠 江口的环境影响并不明显，因此对区域总体环境质量的改善是十分有利的。 王琳和陈上群【5 8 】研究认为：深圳湾内的水沙特性与动力条件决定了深圳湾属 于缓慢淤积的浅水海湾，湾内槽道相对稳定，维持这种状态的主要因素是深圳湾 7 基于e f d c 模型的深圳湾水环境模拟与预测研究 的纳潮量。因此，深圳湾的治理必须重视作为主要动力的纳潮量的变化，这样才 能保持深圳湾航道的相对稳定，保证湾内水质、生态、环境不朝恶化方向发展。 深圳湾的治理要从传统的工程整治观念转变为现代的生态与环境的观念，保护好 湿地生态环境将是治理方案的主要衡量标准。 胡本雄【5 9 】从潮差保证率的角度，选择典型潮型作为边界条件，利用水深平均 的二维水流数学模型和多媒体技术，对典型断面的质点运动轨迹进行追踪，分析 不同流量与潮型组合时的冲污效果，通过不同流量与潮位过程的组合研究，达到 优化去污成本的目的。 张健君等唧】认为深圳河流域内未被截流的污水直接汇入自净能力较弱的深 圳河，从而造成了深圳河的严重污染。针对深圳河污染现状，从技术的角度，在 分析深圳河水污染机理的基础上，借鉴国内外成功的河流治理经验，结合深圳河 流的特征，对深圳河水污染控制对策进行了探讨。结果表明，在加强深圳河水污 染综合整治管理的前提下，采用全面截污、清淤、补水、支流设闸调蓄等措施， 深圳河水质将得到改善，可满足城市景观用水的要求。 丁坚等【6 l 】建立了深圳河非恒定流数学模型，模型考虑了过闸水头突变的计算 方法，采用拉格朗日法研究深圳河上游的罗芳污水处理厂和滨河污水处理厂所排 出污水沿深圳河的运动过程，计算分析了利用潮汐动力减轻深圳河污染的水力条 件。其结果表明，深圳河口建闸3 种不同调控方案下污水运移至深圳河口的总时 间有所增加，这对于减轻深圳河的污染情况不利；从大鹏湾抽调清水以增加上游 来水量则会大大缩短污水运移至深圳河口的时间，从而减轻深圳河的污染状况。 黄奕龙等【6 2 】以深圳市东西近岸海域2 0 0 2 , - , 2 0 0 3 年监测数据为例，综合评价了 其水体和沉积物质量状况，系统分析了水环境的主要污染来源。研究结果表明， 深圳市近海水体主要受到沿岸陆源污染和海上交通污染的影响，深圳湾海域水体 污染较为严重，为类标准，海域水体富营养化程度较高。 袁宝招等【6 3 】在对国内外城市对比分析的基础上，分析了深圳市现状用水及其 存在的问题，通过需求分析进一步揭示深圳市未来面临的水资源供需矛盾和水环 境压力，并就其资源环境的约束问题，提出了水资源需求的调控措施。研究结果 表明，深圳市面临水资源短缺和水污染双重压力，必须进行水需求控制。调整产 业结构、控制人口规模、提高用水效率等控制措施对抑制水需求过快增长具有明 显作用，到2 0 3 0 年可消减水量5 1 4 亿m 3 ，水环境可得到改善。 刘云华等畔】针对深圳市城市污水处理率达到9 5 的情况下河道依然存在着 黑臭现象，利用统计数据建立了3 套动态数学模型，进行不同污水处理率下和