（环境科学专业论文）涑水河生态基流保障与排污削减量研究.pdf

西安理工大学硕士论文 ( 4 ) 选用一维水环境容量模型，计算出涑水河c o d 水环境容量在特枯、枯、平各频率 年分别为1 2 5 7 8 9 7 t a 、1 2 8 4 0 5 9t a 、1 4 2 0 9 2 8t a ；n h 3 n 水环境容量在特枯、枯、平各频率 年分别为17 8 7 3t a 、19 18 2 t a 、2 6 0 2 5t a ；挥发酚水环境容量在特枯、枯、平各频率年分别 为1 7 5 0 t a 、1 9 3 0t a 、2 8 7 1t a 。 ( 5 ) 通过涑水河生态基流的保障措施和各个功能区段的污染物排放削减量的确定，对其 “节水减排“综合方案进行研究，在汛期和非汛期分别提出了涑水河生态功能的保证措施， 可以为缓解涑水河的缺水和污染现状提供理论基础。 关键词：涑水河；生态基流；调控；水环境容量；排污控制 a b st r a c t t i t l e ：s t u d yo nt h eg u a r a n t e eo ne c o l o g i c a lb a s i cf l o w a n ds e w a g er e d u c t i o no fs u s h u ir i v e r m a j o r ：e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e n a m e ：j i a n m i n gy a n g s u p e r v i s o r ：p r o f m i n q u a nf e n g a b s t r a c t s i g n a t u r e ：i 业丝缈j ! 坐! 冱妙矿 s i g n a t u r e ：坐b 蚧f s i n c em a n yy e a r sa g o p e o p l en e g l e c t e dt h ee c o - e n v i r o n m e n t a lw a t e rc o n s u m p t i o nw h i c h 1 s n e e df o rm a i n t e n a n c ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n to nd o w n s t r e a ma n df i s hs u r v i v a lw h e nt h e yw e r e u t i l i z i n gw a t e rr e s o u r c e s ，t h a tr e s u l t sf o rc a u s i n gw a t e rr e s o u r c e sg r a d u a l l yl o s ti t s e c o l o g i c a l e n v i r o m e n t 如n c t i o n a n da l s o ，s i n c et h er e f o r m ，w i t ht h e f a s td e v e l o p m e n to fe c o n o m y , e c o n o m i ca g g r e g a t ei m p r o v i n ga l w a y sc o m ew i t ht h ee n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o ni nw h i c hw a t e r p 0 1 1 u t i o ni so u t s t a n d i n g a tp r e s e n t ，“c l e a rw a t e r r e f l o wp h e n o m e n o n ”e n g i n e e r i n go fs o m er i v e r s h a ds h o w e dt h e r ee f f e c t s ，s o ，g u a r a n t e eo ft h ee c o l o g i c a lb a s i cf l o wa n dr e g u l a t i o no fw a t e r p o l l u t i o ni s ai m p o r t a n ti s s u ef o rp r o t e c t i n gr i v e re c o s y s t e m ，e f f e c t i v e l yi m p l e m e n to ft h e g u a r a n t e eo fe c o l o g i c a lb a s i cf l o wa n dc o n t r o lp l a no fw a t e rp o l l u t i o ni s au r g e n tm a t t e ro f e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o nm a n a g e m e n t ，a n dw h i c hh a v eag r e a tp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e a tp r e s e n t ，t h es t u d yo nt h em e t h o do fe c o l o g i c a lb a s i cf l o wr e g u l a t i o na n ds e w a g ec o n t r o li s al o t ，a n di nt h i sp a p e r , b a s e do nt h ea n a l y s i sa n dc a l c u l a t i o no fw a t e rq u a n t i t ya n dq u a l i t yo f s u s h u ir i v e rw h i c hh a db e e nc o l l e c t e d ，t h e nt h et e n n a n ta n dt h em i n i m u mm o n t h l ya v e r a g ef l o w m e t h o d sh a v eb e e nu s e dt oq u a n t i t a t i v e l yr e s e a r c ht h ee c o l o g i c a lb a s i cf l o wo nl v z h u a n ga n d z h a n gl i u z h u a n gs e c t i o no fs u s h u ir i v e r , a c c o r d i n g t oc o m p a r a t i v ea n a l y s i s ，t h ee c o l o g i c a lb a s i c f l o wo fs u s h u ir i v e rc a nb eg o t t h e ni n f l u e n c i n gf a c t o r so fs u r p l u s d e f i c i to ft h ee c o l o g i c a lb a s i c f l o wh a db e e nf u r t h e rs t u d i e d a tl a s t ，t h em e a s u r e so fg u a r a n t e eo ne c o l o g i c a lb a s i cf l o wa n d s e w a g ec o n t r o lh a db e e nr e s p e c t i v e l yg o tb ye s t a b l i s h i n ge c o l o g i c a lb a s i cf l o wr e g u l a t i o nm o d e l a n dw a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ya n ds e w a g ec u r t a i l m e n tm o d e l ，t h e nc o m p r e h e n s i v em e a s u r e so f “w a t e rs a v i n ga n dd i s c h a r g ec o n t r o l ”c o u l db eg o tt og u a r a n t e et h er i v e re c o l o g i c a lf u n c t i o n t h e f o l l o w i n gc o n c l u s i o n sa n dm a i nr e s e a r c hr e s u l t sh a d b e e ng o t ： ( 1 ) a c c o r d i n gt o t h e2 9y e a r s d a t ao fo b s e r v e df l o wo nl v z h u a n gr e s e r v o i ra n dz h a n g l i u z h u a n gs e c t i o no fs u s h u ir i v e ro n19 8 0 2 0 0 8 ，c o m p a r e dw i t ht h ea v e r a g eo fa n n u a ln a t u r a l r u n o f f , t h ea v e r a g eo fn a t u r a la n n u a lr u n o f fo n19 9 0 sr e s p e c t i v e l yr e d u c ea b o u t10 a n d13 2 西安理工大学硕士论文 a n dw h e nt h eo b s e r v e da n n u a lr u n o f f r e s p e c t i v e l yr e d u c ea b o u t2 2 8 a n d2 3 1 。c o d n h 3 - n a n dv o l a t i l ep h e n o lw h i c hw e r et h em a i np o l l u t a n t so fs u s h u ir i v e ro v e rs t a n d a r do nd i f f e r e n t d e g r e eo n2 0 0 1 2 0 0 8 ，a m o n gw h e nt h em o s to v e rs t a n d a r dc o n c e n t r a t e do n2 0 0 2 2 0 0 3 ，a n dt h e m o s to v e rs t a n d a r do fc o d ，n h 3 - na n dv o l a t i l er e s p e c t i v e l yw a s5 5t i m e s ，9 9 5t i m e sa n d6 2 1 t i m e s ( 2 ) t h et e n n a n ta n dm i n i m u mm o n t h l ya v e r a g ef l o wm e t h o d sh a v eb e e nu s e d t o q u a n t i t a t i v e l yr e s e a r c ht h ee c o l o g i c a lb a s i cf l o wo fs u s h u ir i v e r ，a n dt h a t i nd i f f e r e n tt y p i c a l y e a r sa n de v e ne v e r ym o n t hi nt h o s ey e a r sh a v eb e e nc o m p a r i s o na n a l y s i s t h er e s u l t ss h o wt h a t t h ee c o l o g i c a lb a s i cf l o wo fs u s h u ir i v e ri sb e t w e e n0 11a n d0 。12 5 t h er e s u l tf r o md i f f e r e n t m e t h o dh a sav e r ys m a l ld i f f e r e n c e w h e ni n f l u e n c i n gf a c t o r so fs u r p l u s - d e f i c i to ft h ee c o l o g i c a l b a s i cf l o ww e r es t u d i e d ，w ef o u n dt h a td i v e r s i o no fc h e n c u na n dw e n x is u s h u ii r r i g a t i o na r e a r e s t r i c t e dt h eg u a r a n t e eo ne c o l o g i c a lb a s i cf l o w ( 3 ) r e g u l a t i o nm o d e lo fe c o l o g i c a lb a s i cf l o wh a d b e e ne s t a b l i s h e da n dt h ef m i n c o nw h i c hi s a no p t i m i z a t i o na l g o r i t h mo fm a t l a bh a db e e nu s e dt or e a l i z et h eg u a r a n t e eo ne c o l o g i c a lb a s i c f l o wo nd i f f e r e n tc o n d i t i o n sa n dg u a r a n t e er a t e sb yp r o g r a m m i n g a c c o r d i n gt ot h er e g u l a t i o n r e s u l t ，t h ef o l l o w i n gh a db e e ng o t ，t h a ti no r d e rt om e e tt h en e e do fe c o l o g i c a lb a s i cf l o w ，u n d e r a l lt h eg u a r a n t e er a t e se x c e p t2 0 ，d i v e r s i o no fc h e n c u na n dw e n x is u s h u ii r r i g a t i o na r e ao nt h e t h r e ec o n d i t i o n sn e e dt ob er e s p e c t i v e l yr e d u c e d0 - 3 2 a n do 8 ( 4 ) t h e1 - ds t e a d y s t a t ew a t e rq u a l i t ym o d e lh a db e e nc h o s e nt og e tt h ea n n u 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 yo fc o d ，n h s - na n dv o l a t i l ep h e n o l ，a n di ns p e c i a ld r ys e a s o n ，d r y s e a s o na n dn o r m a l w a t e rp e r i o d ，t h ew a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yo fc o d i ns u s h u ir i v e ri s 1 2 5 7 8 9 7 t a 1 2 8 4 0 5 9t aa n d1 4 2 0 9 2 8t ai nt u r n ；t h a to f n h 3 一ni s1 7 8 7 3t a ，1 9 1 8 2 t a2 6 0 2 5 t ai nt u r n ，t h a to f v o l a t i l ep h e n o li s1 7 5 0 t a ，1 9 3 0t a ，2 8 71t ai nt u m ( 5 ) t h eg u a r a n t e em e a s u r eo fe c o l o g i c a lb a s i cf l o wa n dp o l l u t a n t sr e d u c t i o n o ne a c hf u n c t i o n a r e ah a db e e nd e t e r m i n e d ，a n dt h e nc o m p r e h e n s i v em e a s u r e so f “w a t e rs a v i n ga n dd i s c h a r g e c o n t r o l ”c o u l db eg o t t h eg u a r a n t e em e a s u r eo fe c o l o g i c a lf u n c t i o no fs u s h u ir i v e rh a db e e n d r o p o s e db o t ho nf l o o da n dn o n f l o o ds e a s o n ，w h i c hc a l lh i g h l yr e m i tt h es t a t u so f w a t e rs h o r t a g e a n dp o l l u t i o n k e y w o r d s ：s u s h u ir i v e r ；e c o l o g i c a lb a s i cf l o w ；g u a r a n t e e ；w a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y ； s e w a g ec o n t r 0 1 i i 目录 目录 1 绪 仑1 1 1 论文的研究背景及意义1 1 2 国内外研究现状及分析3 1 2 1 生态基流及其保障的研究进展3 1 2 2 水环境容量的研究进展4 1 3 论文的研究内容及研究思路6 1 3 1 研究内容6 1 3 2 研究思路7 2 涑水河概况9 2 1 涑水河水量状况l o 2 1 1 降水特征及分析1 0 2 1 2 径流状况及分析1 0 2 2 涑水河水质状况1 4 3 河道生态基流量计算及其盈缺分析1 6 3 1 河道生态基流量计算1 6 3 1 1 采用最小月平均流量法计算1 6 3 1 2 采用t e n n a n t 法计算1 7 3 1 3 生态基流计算结果讨论2 0 3 2 河流生态基流盈缺分析2 1 3 3 河道生态基流盈缺影响因素分析2 4 3 3 1 陈村灌区引水对生态基流盈缺的影响2 5 3 3 2 闻喜涑水灌区引水对生态基流盈缺的影响2 8 3 4 本章小结3 0 4 生态基流调控模型的建立与应用31 4 1 生态基流调控模型的建立3 1 4 2 调控模型的应用3 2 4 2 1 数据资料及模型参数的预处理3 3 4 2 2 模型的简化3 5 4 2 3 模型结果的输出一3 6 4 3 调控结果分析及讨论3 7 4 4 本章小结3 8 5 涑水河水环境容量计算4 0 5 1 水环境容量模型的建立4 0 5 2 计算条件的确定4 1 5 2 1 涑水河水功能区划一4 1 5 2 2 评价因子及其水环境质量标准4 3 5 2 3 各计算参数的选择4 3 5 3 模型的应用及结果分析4 4 5 4 本章小结4 6 西安理工大学硕士论文 6 生态基流保障与排污控制综合方案及其解决措施4 8 6 1 生态基流保障方案4 8 6 2 污染物排放控制方案5 0 6 3 “节水减排”综合方案及其解决措施5 3 6 3 1 汛期“节水”方案及其解决措施5 3 6 3 2 非汛期“减排 方案及其解决措施5 5 6 4 本章小结5 7 7 结论和展望5 8 7 1 结论5 8 7 2 展望5 9 致谢6 l 参考文献6 2 附蜀之6 6 绪论 1 绪论 我国的水资源总量丰富，但是由于人口基数大，人均水资源量远低于世界平均水平。 然而经济的增长又伴随着水污染，由于水质型缺水的日益突出，使得我国的水资源短缺形 势更为严峻。据不完全统计，目前在我国主要河流中，已有5 4 条河流受到不同程度的污染， 全国河流中符合饮用水、渔业用水标准的仅占1 4 1 【2 】。由于水资源的充裕与否直接关系到 我国经济社会的发展，而我国的水资源严重缺乏，加之水质型缺水程度的目益增加，所以 对水资源进行保护是我国经济发展的重要保耐引。 山西省地处我国干旱半干旱地区，水资源缺乏非常严重，其水资源总量位居全国倒数第 二，由于水资源充裕与否直接关系到社会经济的发展状况，因此水资源缺乏对山西省的经 济发展起到了制约作用【4 j 。上世纪8 0 年代后期，由于自然和人为因素的影响，全省水资源 总量严重减少，据1 9 5 5 1 9 9 0 年系列资料分析，山西省平均水资源量仅为1 0 3 1 0 1 0 m 3 引。 与日益衰减的水资源量相比，用水量却在急剧增加。 运城市政府所在地盐湖区位于涑水河流域，运城古称河东，人杰地灵，是中华民族的 发祥地，大禹治水成功后建都蒲坂，相传就在此地。这里气候温和，土地肥沃，资源丰富， 历史悠久。运城是山西人口密集、经济发达的区域。流域里共有1 0 6 个乡镇，1 7 9 6 个行政 村，2 3 0 1 万人口。涑水河流域是山西省重要的商品粮棉基地，农作物以小麦、棉花和水果 为主。改革开放以来流域内的经济快速发展，形成了盐化工、钢铁、有色金属、电力、机 械制造等新兴支柱产业，涌现出很多的大型骨干企业。 1 1 论文的研究背景及意义 人类在开发利用河流水资源时，完全不考虑河流的生态环境用水，河流丧失其生态环 境功能成为了必然结果，河流的生态环境功能又直接影响到河流生态系统的保障和河流中 生物的生存。近些年来，国家对生态环境保护投入了大量的人力和物力，人们的环境保护 意识也逐渐增强。在河流水资源开发利用过程中，在河道中预留一定的流量是保障河流生 态系统的关键，研究河流生态基流随之成为了一个重要问题 6 1 。 与此同时，随着改革开放进程的不断推进，我国经济突飞猛进，经济总量提高伴随着环 境污染，而首要问题就是水污染问题。 西安理工大学硕士论文 图1 12 0 0 5 年全国七大江i 司水系污染状况 f i g 1 1p o l l u t i o no f7b i gr i v e ri nc h i n ao n2 0 0 5 由图1 1 可以看出，全国的河流污染情况已非常严重，目前，中国面临的最大挑战是健 康安全问题，而水污染又直接关系到人体的健康。由上述可知，整治水污染是社会平稳发 展的坚实基础，是当6 ，j - 环保工作的重中之重【7j 。 进入2 1 世纪，党中央提出了以人为本、全面、协调、可持续的科学发展观，党的十七 大提出要建设生态文明。水利部提出了“从传统水利向现代水利、可持续发展水利转变， 以水资源的可持续利用支持经济社会可持续发展”的治水新思路。2 0 0 7 年山西省委、省政 府做出了实施“兴水战略”和“蓝天碧水”工程的重要决定。就目前人与a 然的关系而言， 实现人与水的和谐发展还任重道远。特别是由于气候的变化、水资源的衰减、人口增长的 压力，导致河流生态修复的难度越来越大。所以我们应该清醒地看到，实现人水和谐是一 个过程，是一个向着美好目标迈进的过程，是一个趋于至善的过程。在这一过程中，需要 峰持不懈的探索、扎扎实实的实践和艰苦的努力。要从基础工作做起，建立衡量河流生态 健康的指标体系；加强河流生态系统的监测，制定不同阶段的生态保护和修复目标；积极 探索建立有效的机制，并通过工程措施和非工程措施，保护或修复水生态系统，维护河流 生态健康。 由于涑水河常年多数时间内流量较小、丰水期短，加之过量集中丌采地下水，引起地 下水位大幅度下降，中下游河道| 白j 歇性断流，使得该河流部分河段己基本丧失其生态功能。 因此，如何改善涑水河水质就成为迫切需要解决的问题。由于保护涑水河水环境生态系统， 实现水资源的可持续利用，是关系到运城市经济建设发展的关键，因此，对涑水河的生态 基流进行分析计算，规范水资源丌发程度，从而使得丌发之余能够在其河道内预留一部分 生态用水量，能够为保护涑水河生态系统、促进涑水河及其流域的经济和社会发展提供坚 实的保障。同时通过对涑水河水环境容量的分析计算确定涑水河各功能区的排污限值，可 以为涑水河污染物排放总量控制提供科学依据。由此，开展生态基流保障及基于水环境容 量的排污削减量研究，对促进涑水河水环境生态系统保护具有重大的现实意义。本论文则 是同时从生态基流调控和排污控制的角度出发，将涑水河看成一个整体，对其生态基流保 绪论 障措施进行分析研究，并根据各水功能区的水质目标要求和污染物的排放现状，对涑水河 的水环境容量和污染物排放削减量等进行了研究，从而同时从“质 和“量”出发研究了 涑水河水质水量现状及保护措施，这将对改善整个涑水河的水环境起到极其重要的作用， 其研究成果将为涑水河水质恢复和生态系统保护提供科学依据。 1 2 国内外研究现状及分析 1 2 1 生态基流及其保障的研究进展 a 国外研究进展 从上世纪4 0 年代开始，美国提出了河流最小环境( 或生物) 流量的概念，并在之后1 9 7 8 年的全国水资源评价实际应用中对河道最小环境流量占天然径流量的百分比问题进行了确 定和研究阳】。 p e t e rhg l e i c k 1 0 1 于1 9 9 8 年提出基本生态需水( b a s i ce c o l o g i c a lw a t e rr e q u i r e m e n t ) 的概 念，即提供一定质量和一定数量的水给天然生境，并认为基本生态需水应是在一定范围内 可以变动的值，而不是一个固定的值。 河道生态基流的计算方法是从上世纪7 0 年代至8 0 年代末开始研究，先后出现了基于 水文学和水力学等的计算方法【1 2 】，详见表1 1 。 表1 1 生态基流计算方法 t a b l e1 1c a l c u l a t i o nm e t h o d so fe c o l o g i c a lb a s i cf l o w 方法依据方法列举 基于水文历史资料的水文学方法 7 q 1 0 法、t e n n a n t 法、最小月平均流量法等 基于河道断面参数的水力学方法湿周法、r 2 c r o s s 法等 基于生境适宜性评价和模拟的方法i f i m 法等 基于对河流生态系统整体考虑的新方法b b m 法、澳大利亚的整体法等 由于生态系统非常复杂，虽然国外对河道生态基流的计算方法数不胜数，但迄今为止 还没有一种通用的方法被大家公认，大多只能依赖于经验的和半经验的方法，但是这些经 验和半经验的方法又不一定适合我国的实际情况。由于我国监测力度和技术手段的薄弱， 生态资料相对比较缺乏，因此国外的一些河道生态基流的计算方法在我国由于资料限制而 无法使用。因此，研究适合我国河流生态特性和资料条件的计算方法成为河道生态基流研 究的重要问题。 b 国内研究进展 国内对河道生态基流的研究开始于上世纪7 0 年代末，大多数为研究河道生态基流的确 定方法；到上世纪8 0 年代，其研究集中在以水质目标为约束的河道内生态环境需水量的预 测方法，用于改善库区及其下游的水质和水产生态；1 9 8 9 年汤奇成针对黄河断流、海河超 西安理工大学硕士论文 标准开发以及水污染严重等问题首次提出生态用水概念【l3 1 。国内研究河道生态基流工作尚 处于起步阶段，目前河道生态基流的计算方法虽多，但在计算方法和标准上尚未统一。由 于各种方法的计算结果有较大的差异，而采用单一的方法又有可能误差较大，所以通常的 研究方法为采用多种方法对生态基流进行计算，然后对各种方法计算出的结果进行对比分 析，最终确定适合研究对象的生态基流。 国内学者对西北干旱和半干旱地区的河流、湖泊等的生态基流量进行了相应的的研究， 并已取得较大进展【1 4 。16 | 。 周林飞【l 。7 将生态环境需水量分为存量( 蓄水量) 与通量( 耗水量) 两个部分。提出了 基于生态水面法的湿地生态环境需水量计算模型。对扎龙湿地长序列水面面积数据进行了 频率分析，再与湿地生态系统健康状况对照分析，得出湿地生态环境需水量安全阈值； 杨志峰【l8 】通过分析城市河流的特点，并选取过水断面面积河流断面面积为指标，确定 城市河道生态基流量的等级划分标准，并在分析中考虑了汛期和非汛期的差别； 刘静玲等 19 】通过改进生态环境需水量的计算方法，分析河流的空间结构特征、各河段 的相互关系以及流域的水文特征，提出了整合计算模型，并有杨志掣2 0 】等以海河流域为对 象，对河流生态基流量整合计算模型进行了实例研究，提出了海河流域生态基流量的整合 计算的基本原则； 苏飞等【2 l 】选取辽河不同河道的控制断面，计算了其河道的最小生态流量百分率，并通 过对其特点的分析建立了辽河河道最小生态流量的控制标准； 倪晋仁等【2 2 】根据河流生态环境需水量的概念，针对黄河河流系统的主要功能目标，利 用1 9 5 0 年以来的观测资料，分析了黄河下游河流各类最小生态环境需水量； 李捷等【2 3 】提出了逐月频率计算法，这是一种新的河流生态径流计算方法，并将其应用 于伊河的栗川站和龙门镇站的生态径流计算； 郑志宏等 2 4 为完善水库对生态补偿效益计算，提出河流径流生态积分概念和计算公式 来度量河流径流生态效益大小，在此基础上，给出量化计算水库生态基流补偿效益计算方 法和步骤；而杨丽虎等 25 】则是对水资源管理软件w a t e r w a r e 中的子模块w r m 中的水库模 型进行了改进，分析了梯级水库对生态系统基流的累积影响。 1 2 2 水环境容量的研究进展 水环境容量是指一定水体在规定的水环境目标下所能容纳的污染物最大负荷或纳污 能力，研究对象是水体的自净能力和稀释能力。 水环境容量确定需要遵循的基本原则 2 6 1 ： ( 1 ) 保持环境资源的可持续利用。 ( 2 ) 维持流域各段水域环境容量的相对平衡。 a 国外研究进展 1 9 6 8 年，日本学者率先提出了环境容量的概念，并在改善日本水和大气环境质量状况 4 绪论 的过程中，相继提出了污染物总量控制的问题，即把一定区域内的大气或水体中的污染物 总量控制在一定的允许限度内【2 训。关于水环境容量的名称术语，欧美学者通常用同化容量 和最大允许排污量等术语，而且对其研究方法通常基于随机和系统理论。 其中，对污染负荷的研究经历了从将流量等参数作为确定性变量到已知概率分布的随机 变量，再到不确定性变量的过程，这些方法相继由e c k e r 等【2 8 】、f u j i w a r r a 等例和d n o a l d 等 p o j 提出，并由其通过建立模型实现了对污染负荷及其分配和排污量的研究。 k o u t s e r i s ，e t m 研究了希腊某海滨对旅游的承载能力，并同时对其水环境容量进行了分析 计算； b o r g e se c l 等【3 2 】对某流域上五个水库的不同环境因子间的关系进行了研究，并对其综 合水环境容量进行了分析计算。 c h o 等【3 3 】利用线性规划方法对污染负荷进行分配，并将其应用于污染严重的河流的水质 管理中； k a r a m o u z 等【3 4 采用遗传算法对季节性河流的污染负荷分配进行了研究。 b 国内研究进展 我国对环境容量的研究起步较晚，环境容量的概念于上世纪7 0 年代才被引入并随后开 始对其进行研究。2 0 世纪8 0 年代初期，我国提出了水环境容量的概念并将其进行了应用。 如，王华东等人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，其中后者亦即同化容量【3 5 】。而在 此期间研究中采用的水质数学模型相对较为简单并存在很多局限，其研究的对象也较为局 限，大多为部分重金属和好氧有机物的水环境容量；研究空间较小，多数是小型河流或大 河的局部区域；模型状态较为单一，多数为稳态和准稳态；解法多数采用解析法 3 6 。8 1 。 近年来，我国环保人士纷纷对水环境容量的计算方法进行研究，并相继取得了一定的 成果。 环境容量的表达式最早是由汤鸿霄等【3 9 给出的，但理论上还存在不足，后来的学者对 其做出了改进，由原来的从定义出发改为由水质模型出发的模式。 陈丁江等【4 0 j 在水污染物综合降解系数率定、分析和验证的基础上，估算了不同设计条 件下曹娥江上游主要支流的水环境容量，并给出了综合体现社会性、经济性和历史性的水 环境容量分配方案； 韩龙喜等【4 l 】基于南通河网水文地理特性，建立了感潮地区河网水量水质模型，对南通 河网进行水量水质模拟及水环境容量计算，在此基础上提出水污染综合治理方案； 蒲迅赤等【4 2 】研究了污染物及其浓度在河流中的扩散混合和不均匀性，并提出较为精确 的水环境容量的计算方法。 韩进能【4 3 j 以断面平均的一维动态c o d 水质模型为基础，采用近代紊流动力学大涡体模 拟理论求出紊动扩散系数e x ，并用此模型验证计算了南方某一河段的c o d 浓度分布和c o d 容量。 西安理工大学硕士论文 近年来还有叶碎高等【4 4 】分析了影响水环境容量的主要因子及常见问题。提出在满足水 质目标的前提下，应允许地方政府对排放流量作动态调整，以适应河道流量的变化。提出 环境容量是有价值的环境资源，必须合理配置，并可以通过市场手段进行有偿转让。指出 了水环境容量配置原则、转让补偿机制、标准等需要进一步研究的问题； 黄真理等【4 5 】利用建立的三峡水库一维水流水质数学模型、库区排污口混合区平面二维 和水平分层的三维紊流模型，计算了三峡水库建库前后c o d m 。和n h 3 - n 总体环境和岸边环 境容量及其沿江分配。根据岸边环境容量计算结果，提出了三峡水库污染混合区的控制标 准； 逢勇等【4 6 j 建立了鹤地水库文官至石角段的河网区水量、水质计算模型，根据水环境容 量计算公式，计算了鹤地水库文官至石角段的水环境容量，并利用上述河网区水量、水质 模型，以及规划期的污染源排污预测值，对2 0 1 0 年文官至石角段的水质进行预测； 徐贵泉等1 47 】对感潮河网水环境容量和污染物允许排放量的概念进行了分析，考虑了感 潮河网水环境容量的时空动态变化及其影响因素，提出了基于感潮河网水质模型的水环境 容量数值计算方法； 王华等【4 8 】针对滨江水体感潮特性明显、水流运动复杂等特点，考虑污染物质输运过程 平面分布的不均匀性，提出了基于非均匀分布系数的水环境容量计算方法，并以镇江内江 为研究区域，建立了二维水流水质耦合数学模型，通过对内江2 0 0 4 年4 月及8 月两个典型 全日潮流场特征及相应污染物迁移扩散过程的数值模拟，建立了排污量与污染带响应关系 曲线，对内江不同水位条件及不同典型年水环境容量进行计算。 1 3 论文的研究内容及研究思路 1 3 1 研究内容 ( 1 ) 涑水河水环境现状分析与评价研究 利用已有的径流和降雨数据资料，对涑水河的水量状况进行分析；通过水质监测数据 和实地调查的污染源分布情况确定了涑水河的水质现状，从而清晰的认识到涑水河存在的 水环境问题，结合涑水河不同功能区的水质目标确定了水环境容量模型和排污控制过程中 的主要评价因子。 ( 2 ) 涑水河生态基流及其保障措施研究 利用最小月平均流量法和t e n n a n t 法对涑水河生态基流进行计算，并对生态基流盈缺状 况及其影响因素进行分析，从而确定涑水河生态基流调控模型、方案，通过合理配置上游 灌区引水等实现对涑水河的生态基流保障。 ( 3 ) 涑水河水环境容量分析计算及排污削减量研究 采用一维稳态河流水质模拟对不同污染负荷及不同水文条件下的涑水河水质进行模 拟，并采用一维河流水环境容量模型分析计算各河段在不同水期的水环境容量。根据水环 6 绪论 境容量的分析结果，通过限制涑水河沿河各企业和单位等的污染物排放量来实现涑水河污 染物总量控制规划。 ( 4 ) 涑水河“节水减排”综合措施研究 通过综合考虑生态基流保障与污染控制等提出维持涑水河生态系统健康的、同时保证 水量和水质要求的综合防治措施。 1 3 2 研究思路 采用理论分析和数学模型相结合的技术路线。以现场调查的资料数据为出发点，根据 涑水河水质水量实测数据率定参数和验证数学模型。具体分析如下：( 见图1 2 ) 。 ( 1 ) 调查并收集涑水河的水文、水质资料。 ( 2 ) 进行河道生态基流计算，并分析其生态基流盈缺状况，根据涑水河实际情况对 生态基流保障进行研究。 ( 3 ) 运用实测资料和水质模型对涑水河的水环境容量进行预测，并根据其水环境容量 分析确定各功能区段的排污削减量。 ( 4 ) 结合生态基流保障与污染控制，提出同时保证涑水河水量和水质要求的综合防治 措施。 西安理工大学硕士论文 8 图1 - 2 技术路线图 f i g 1 - 2t e c h n o l o g yr o a d m a p 涑水河概况 2 涑水河概况 涑水河古称涑川，为黄河一级支流，位于山西省南部的运城盆地，发源于运城市绛县陈 村峪，向西南流经闻喜、夏县、盐湖、临猗、永济5 县( 市、区) ，入伍姓湖后于永济市独 头村附近注入黄河，流域总面积5 5 6 5 2 。北部及西部是从弧峰山与稷王山向南及向西延 伸的峨嵋岭，东部及南部环绕着中条山。 图2 - 1 涑水河流域水系概化图 f i g 2 1w a t e r s h e ds y s t e mg e n e r a l i z a b i l i t yg r a p ho f s u s h u ir i v e r 涑水河干流总长1 9 6 6 k m ，纵坡1 4 0 0 ，糙率0 0 3 3 。根据河道特性可分为四个河段：吕 庄水库以上河段长5 4 k m ，河型为“v ”字形，纵坡1 7 0 。吕庄水库到上马水库段长4 1 k m ， 为复式断面，复槽最宽处达1 6 0 0 m ，主槽1 0