（环境科学专业论文）军山湖入湖污染负荷及水环境容量研究.pdf

a b s t r a c t a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l ys t u d i e st h ep o l l u t i o nl o a d sa n dw a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y o fj t m s h a nl a k e b a s e do nc a r r y i n go u tt h ev a l l e yi n v e s t i g a t i o n , t h i sp a p e re s t i m a t e s t h ep o l l u t i o nl o a d so fj u n s h a nl a k ea c c o r d i n gt os e v e na s p e c t s ( u r b a nl i f ep o l l u t i o n , i n d u s t r i a lp o l l u t i o n , l i v e s t o c ka n dp o u l t r yp o l l u t i o n , l o s so fa g r i c u l t u r a lc r o pf a r m i n g ， a q u a c u l t u r ep o l l u t i o n , r u r a ll i f ep o l l u t i o na n dw e td e p o s i t i o n ) ，c o m b i n i n gw i t ht h e p r o p o r t i o no ft h ev a l l e ya r e ao ft o w n s ，t h el o a d so fp o l l u t i o ns o u r c e s ，e m i s s i o nf a c t o r a n dl o s i n gc o e f f i c i e n t 1 1 1 em a i nc o n c l u s i o n so ft h i ss t u d yc a nb cs u m m e du pa sf o l l o w s ：a q u a c u l t u r e p o l l u t i o ni st h el a r g e s ts o u r c eo fc o d ，t na n dt p mp r o p o r t i o n sa r e5 2 8 9 ， 3 5 8 8 a n d6 0 5 5 t h e r e f o r e ，i tw i l lm a k eal a r g ei m p r o v e m e n to nj u n s h a nl a k e s w a t e rq u a l i t yc o n d i t i o nb yt a k i n ge f f e c t i v em e a s u r e so na q u a c u l t u r ep o l l u t i o n 耶1 e p o l l u t i o n so f l i v e s t o c ka n da g r i c u l t u r a lc r o pf a r m i n ga r et h es e c o n dl a r g e s ts o u r c eo f c o d ，t na n dt p t h e yr e s p e c t i v e l yt a k eu po ft h et o t a la m o u n to fc o di n t ot h el a k e 2 2 1 2 a n d1 6 1 8 ，t h et o t a la m o u n to ft ni n t ot h el a k e1 6 5 5 a n d1 7 9 5 ，a n d t h et o t a la m o u n to ft pi n t ot h el a k e21 35 a n d11 2 2 ，a st ow e td e p o s i t i o n p o l l u t i o n , i ti sa c c o u n t i n gf o r2 6 0 4 o ft h et o t 址t ni n t ot h el a k e ，i t sc o n t r i b u t i o nt o t pi sn o tc l e a r t h eo t h e rf o u rt a k eu pl e s sp r o p o r t i o n s n a n t a it o w nc o n t r i b u t e st h e m o s tt oc o da n d 豫t h ep r o p o r t i o n sa r e2 0 6 0 a n d2 3 6 7 f o l l o w e db y s a n y a n g i it o w n , t h ep r o p o r t i o n s a r e1 5 8 1 a n d1 9 3 1 n a n t a it o w na n d s a n y a n g i it o w n a l s oc o n t r i b u t et ot n ，t h ep r o p o r t i o n sa r e1 5 8 4 a n d1 3 8 8 w a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yo fj u n s h a nl a k ei sc o m p u t e da c c o r d i n gt o t h e f a c t o r s ，s u c ha s ：s t a t u so fp o l l u t i o nd i s c h a r g e ，w a t e rq u a l i t y , a n dt h er e f e r e n c eo f f u n c t i o n a lz o n i n go fs u r f a c ew a t e re n v i r o n m e n to fj i a n g x ip r o v i n c e o nt h ec o n d i t i o n t h a tt h ew a t e rq u a l i t y t a r g e ti s l e v e lw a t e rq u a l i t y , t h ew a t e re n v i r o n m e n t a l c a p a c i t yo f j u n s h a nl a k es h o u l db e ：c o di s2 1 5 7 1 0 0t 乜t ni s1 4 0 2 6 1t a , a n d1 p i s6 6 1 5t a w h i l e ，a tt h ep r e s e n tt i m e ，c o di s2 1 7 2 3 7 2t a , t ni s1 3 9 4 1 4t aa n d t pi s2 0 1 1 2f l a b yc o m p a r i n g , t h er e m a i n i n gc a p a c i t yo fc o di s - 1 5 2 7 2t aw h o s e e x c e e d i n gs t a n d a r dr a t ei s0 7 8 t h er e m a i n i n gc a p a c i t yo ft ni s 8 4 7t a t h e i i a b s t r a c t r e m a i n i n gc a p a c i t yo f t pi s 13 4 9 7t aw h o s ee x c e e d i n gs t a n d a r dr a t ei s2 0 4 0 4 a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so fw a t e rq u a l i t ys i t u a t i o n ，t h ea n a l y s i so fp o l l u t i o nl o a d s 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 yo fj u n s h a nl a k e ，t h i sp a p e rr e c o m m e n d st h e m e a s u r e m e m st op r o t e c tt h ep o l l u t i o no fj u n s h a nl a k e 功es c i e n t i f i ca n dr e a s o n a b l e i m p l e m e n t a t i o no ft h e s em e 龇e m e m sw i l lc o n t r i b u t et ot h ec o n s e r v a t i o na n d i m p r o v e m e n to fj u n s h a nl a k e k e y w o r d s ：j u n s h a nl a k e ；w a t e rq u a l i t ya p p r a i s a l ；l o a d s ；l o s s ；e s t i m a t e ；w a t e r e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y i i i 第一章引言 第一章引言 1 1 研究背景 近些年来，伴随着世界经济的飞速发展，环境问题也日益凸显，可持续发 展的问题也逐渐变成了世界共同关注的焦点。基于这个时代大背景，我国的环 境保护工作也随之进入了一个新的历史发展时期，向着构建和谐社会的方向不 断迈进。总体而言，我国的水环境污染状况比较严重，环境保护的当务之急是 控制水环境污染。水环境容量核算可以为制定总量分配方案提供强而有力的理 论依据，在此基础上，才能够进一步研究并制定出科学合理的水污染物总量分 配方案，从而实现水环境污染物的总量控制目标。 2 0 世纪8 0 年代以来，我国经济在得到了飞速迅猛发展的同时也带来了一系 列的环境问题，其中工农业生产与生活产生的大量污染物质的排放所造成的水 环境污染影响最大，是直接导致我国整体水环境质量降低的主要因素。虽然经 过长期不懈的工业点源治理，水环境污染状况有所好转，但是总体形势仍不容 乐观。据发达国家水污染防治的相关经验表明，仅注重点源污染的控制是远远 不够的，非点源污染也是水环境污染防治工作中一个不可忽视的重要方面。有 研究表明，全世界约有3 0 5 0 的地表水体受到不同程度的非点源污染的影响 1 1 】。如美国水体污染物中8 7 的t p ，5 8 的t n ，5 7 的b o d ，9 8 的总悬浮固 体颗粒物均来自农业面源污染1 2 ；丹麦的2 7 0 条河流9 4 的氮负荷和5 2 的磷负 荷也是由非点源污染引起的【3 】；荷兰农业非点源提供的t n 及t p 分别占到水环 境污染物总量的6 0 和4 0 5 0 【4 】。同样地在我国，非点源污染也是日趋严重 不容小觑，尤其是在环太湖流域、黄河流域以及大部分湖泊与部分一级水资源 区，非点源污染产生的污染物已接近甚至超过了其他类型的污染源产生的污染 物量【5 罐】。故而，如何采取有效措施防治非点源污染对水体环境的危害，己是刻 不容缓的当务之急。 水是生命的源泉，是人类赖以生活和经济发展所必需的、不可替代的重要 资源之一，也是社会经济建设的命脉。我国江河湖泊众多，水资源总量相对较 大，但同时我国人口总量也大，因而人均水资源量不多，仅为世界人均占有量 的1 4 。伴随着工农业的高速发展及城镇化水平的不断提高，经济总量增加的同 第一章引言 时，也随之带来了环境污染，其中水污染问题首当其冲。水环境污染会造成水 体功能的丧失，使得水资源危机的态势日益严重，据统计全世界每年排入河流 与湖泊中的废水可使全球水资源总量1 4 以上的水体受到不同程度的污染。我 国的水环境污染形势较为严峻，据2 0 l o 年中国环境状况公报【9 】相关资料表 明，2 0 1 0 年我国七大水系总体为轻度污染，2 0 4 条河流4 0 9 个国控断面中，劣v 类水质所占的断面比例为1 6 4 ，在监测营养状态的2 6 个湖泊中，有1 1 个处于 富营养化状态，占4 2 3 。水资源的恶化使得诸多动物、植物的数量大大减少， 而一些珍稀物种也将濒临灭绝；与此同时各地区之间的水污染纠纷增多，在一 定程度上也会影响社会的安定与正常秩序。除此以外，还有许多距离城镇等人 口密集区较近的湖泊已退化成为所在流域的污水库，尤其是农村水塘、溪沟等 污浊不堪，状况相当令人担忧【1 0 1 。 合理规划河流的污染负荷，并控制河流污染物的总量尤其是城市内河的污 染物总量是现在环境工作者急需解决的重要问题【i 。在实践工作中，水环境容 量不仅是水环境目标管理的重要依据及环境规划的主要约束条件，同时也是污 染物总量控制的关键技术支持【l 到。我国环境界从2 0 世纪7 0 年代后期便引入了 环境容量的概念，并开始了水环境容量的相关研究【1 3 1 。经过2 0 世纪7 0 年代后 期和“六五“七五 两次科技攻关研究，对部分污染物在水环境中的物理、化 学行为和水污染物总量控制等方面所取得的重要成果【l4 。，对我国水环境管理工 作的科学化与环境容量研究的发展，起到了积极的推动作用i l 引。 水环境容量的概念虽已提出多年，但由于水环境容量的计算涉及诸多复杂 因素与不确定因素，从而导致常规的水环境容量测算模型在应用中，往往和实 际系统存在一定的偏差，因此有必要对水环境容量的计算方法进行更加深入的 研究与探讨，使其更加科学合理。水环境容量是进行河流污染总量控制、削减 污染源和实现水功能目标的重要依据，测算出水体的环境容量后，如何在此基 础上制定出有效的排污控制方案，则是水环境保护与水资源可持续发展战略是 否能落到实处的关键。 1 2 水环境容量研究进展 1 2 1 水环境容量的概念 环境容量的概念是根据环境管理的需要而提出的，1 9 6 8 年日本学者首先采 2 第一章引言 用这一概念来研究污染物排放总量的控制【l6 1 。日本学者矢野雄幸提出，环境容 量是依据环境质量标准确定的一定范围内环境所能承纳的最大污染物负荷总量 【1 7 1 。我国最初对环境容量概念的解释是从国外引进的，如中国大百科全书环 境科学卷把环境容量定义为：在人类生存与自然生态不致受迫害的前提下， 某一环境所能容纳的污染物的最大负荷量【l8 】；又如辞海中定义环境容量为： 自然环境或者环境组成要素对污染物质的承受量与负荷量【l 。 水环境容量的定义比较多 2 0 2 1 2 2 1 ，国内学者张永良认为水环境容量是“水体 环境在规定的环境目标下所能够容纳的污染物总量 ，具体是指在保证某一水体 环境水质符合规定标准的前提条件下，单位时间内能够承纳的某种污染物的最 大允许负荷量。它的大小由水体的自然特性、要求达到的水质标准和污染物本 身的特性等决定 2 3 2 4 ，这是目前我国学术界比较公认的一种说法【2 5 1 。欧美国家 的学者却较少使用水环境容量这一术语，而是用最大容许纳污量、同化容量及 水体容许排污水平等概念来表达【2 6 。 1 2 2 水环境容量的分类 在水环境容量的理论研究进程中，我国不少学者依据不同的应用目的，对 水环境容量的分类进行了深层次的研究与探讨，并提出了多种相应分类体系1 2 列。 如按照污染物的降解机理可分为稀释容量和自净容量两类；按照污染物的类型 分为有机物水环境容量及重金属水环境容量，而有机物水环境容量又分为易降 解有机物环境容量和难降解的有机物环境容量；按照排污方式可分为实际环境 容量和理想环境容量；按照水环境保护目标分为自然水环境容量和管理水环境 容量【2 8 】；按照是否可分配性分为可分配容量与不可分配容量等。详见图1 1 所示。 1 2 3 水环境容量的影响因素 环境容量的大小既取决于环境自身的特征，同时也与污水的特性和排放方 式等有关。具体概括为以下四个方面， 环境资源的利用方式和环境质量目标， 相互制约【2 9 1 。 即受纳水体的特性、污染物质的特点、 在实际的水环境单元里它们相互影响、 不同的排放方式会对河流的水质产生不同的影响。在所有的污染物排放方 式中，污染物的完全分散排放方式可以使水体环境获得最大的纳污量，其所对 应的污染物允许排放量即为环境容量，而与其他排放方式相对应的纳污量均称 3 第一章引言 之为允许排放量，由此可见环境容量是允许排放量的极限值。在环境规划与管 理工作中，确定了水质控制标准后，污染物的排放方式就成为水体环境纳污量 的关键因素，因而排污方式是研究水环境容量的一个重要因素。 ，厂自然环境容量 按限制浓度 il 管理环境容量 l lr 稀释环境容量 i 按降解机理 l 自净环境容量 ir 易降解有机物环境容量 水环境容量 j厂有机物环境容量 按污染物类型 l 难降解有机物环境容量 l 重金属环境容量 l lr 实际环境容量 i 按排污方式 il 理想环境容量 l l厂可分配环境容量 按分配性 、 l 不可分配环境容量 图1 i 水环境容量分类示意图 f i g 1 1w a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yc l a s s i f i c a t i o ns c h e m e s 1 2 4 水环境容量的基本特征 概括来讲水环境容量具有下述三个基本特征【3 0 】： ( 1 ) 资源性 水环境容量是一种自然资源，其价值体现在对排入水体环境的污染物的缓 冲作用，即容纳一定量的污染物的同时也能够满足人类生产、生活及生态系统 的需要；但水域的环境容量是有一定限度的可再生自然资源，一旦污染负荷超 过了水环境容量，其恢复是十分缓慢与艰难的。 ( 2 ) 地域性 地域性的不同规律，制约着水体环境对污染物的迁移转化能力，同时也影 4 第一章引言 响着污染物的毒性作用。故而，不同的环境单元对水体污染物的容纳量各异。 ( 3 ) 系统性 河流、湖泊等水域一般都处在大的流域系统中，水域与陆域、上游与下游、 左岸与右岸构成了不同尺度的空间生态系统，因此在确定局部水域水环境容量 时，应从流域的角度出发，合理协调流域内不同水域的水环境容量。 1 2 5 国内水环境容量研究进展 我国环境界早在2 0 世纪7 0 年代后期便引入了环境容量这一概念，开始了 水环境容量的研究工作。虽然对于水环境容量这一理论的理解当时还存在相当 大的分歧，但是我国学者对水环境容量的研究很快就超越了理论概念的探索和 争论，而着重在水环境容量实际方面来开展工作【2 1 1 。我国对水环境容量的研究 从七十年代开始，大致经历了以下五个发展阶段： ( 1 ) 七十年代末八十年代初期，我国已陆续在许多河流上开展了水环境容 量的研究工作，并且取得了不少应用成果。环境科学方面的学者在北京东南部、 黄河兰州段、第一、二松花江、漓江、图门江和渤、黄海环境质量评价等项目 中分别探讨研究了水体中污染物的自净规律、水质模型、水质排放标准制定的 数学方法等，从不同的角度提出并应用了水环境容量概念1 3 。这一阶段的研究 所应用的水质数学模型多数相对均较简单，如t h o m a s 模型、s t r e e t e r p h e l p s 模 型、c a m p d o b b i n s 模型和0 ，c o n n o r 模型【3 2 。3 4 】等；采用的模型状态大多数为稳 态与准动态；模型的解法也较多采用解析解；水环境容量的研究内容大都局限 在耗氧有机物和部分重金属的环境容量上；研究的空间也多数是小河或者大河 的局部河段。 ( 2 ) 在理论研究与科技攻关方面，我国于八十年代中期进行了“六五 国 家科技攻关课题及“主要污染物水环境容量研究”的相关研究工作，并在此期 间把科技攻关成果应用在了湘江、沱江、深圳河湾有关水域的水污染防治方案 的制定及水质管理规划的工作上。“六五 期间，国内学者根据我国水体环境的 水文特征及沿岸的经济发展特点，选择了典型的河流与河口海湾区，研究了不 同污染物的水环境容量研究，并把水环境容量的理论与水污染控制规划相结合， 对污染物在水体环境中的物理及化学行为进行了较为系统和深入的探讨。以此 为基础，提出了较为科学的水环境容量定义，即水环境容量是水体环境在规定 的环境目标下所能容纳的污染物的量【3 5 1 。在溶解氧模型的应用和0 c o n n o r 模型 5 第一章引言 的改进，氮转化模型应用与增长曲线法确定降解系数，混合输移参数的计算方 法，重金属化学平衡模型，重金属迁移转化机理及相关参数的测定和识别，河 口海湾流场与污染物浓度场模拟等方面均获得了重大进展。这一阶段比较注重 水环境容量与水污染控制规划的相结合，涌现出了一些有效且实用的研究成果。 例如：夏青、韩伟等人【3 6 】建立了沱江水质管理模型，有力地证明了模型模拟的 方法是进行水质管理的一种重要科学途径；金相灿、张玉清等 3 7 1 建立了重金属 河流污染带水质模型，并探讨了模型计算的边界条件及六个参数的确定方法； 黄铬荣、秦大立等【3 3 】对深圳市的污水排放进行了优化规划，使入海口的水质达 到了中国国家海水标准的要求。 ( 3 ) “七五 国家环保科技攻关课题“水环境容量开发与利用 研究，取 得了一系列的重大学术突破，自此把水环境容量理论推向了系统化、实用化的 新阶段。1 9 8 5 年以来，我国一些重点城市相继制定了综合整治规划、水环境功 能区划、水污染综合防治规划及污染物总量控制规划，为环境容量的理论研究 和实际应用提供了更加广阔的天地。主要研究进展如下： a 水环境容量的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 优化规划模型等【3 9 , 4 0 】。 b 水环境容量的研究广度也有了新的发展。污染物的研究对象从一般耗氧 有机物与重金属，扩展到氮、磷负荷及油污染；研究空间也从一般的小河流扩 展到珠江、长江、淮河等大水系的研究，从枝状河流扩展到湖泊、河口海湾和 河网化地区的研究【4 l , 4 2 1 ；模型状态也从稳态或者准动态发展为动态模型。 c 水环境容量理论的应用取得了巨大的进展，已成为国内水质目标管理的 科学基础，同时也是实行排污许可证制度与制定水环境综合整治规划及差别功 能区标准可达性分析的重要依据与技术方法。 ( 4 ) “八五 时期是水环境容量研究进一步深化的阶段，这一期间的工作 标志着我国总量控制工作的正式开展，这一时期国家环保总局组织修订了中 华人民共和国水污染防治法，对在国家和地方的排放标准中如何体现污染物总 量控制进行了初步探索，并编写了淮河流域水污染防治规划和“九五 计划。 ( 5 ) “九五 、“十五 时期是全面深化的阶段。在理论研究方面，“流域水 污染物总量控制 被列为了“十五 科技攻关课题。此课题的研究，进一步完 善和规范了已有的水污染总量核定、分配与监控技术，并对水环境容量的计算 6 第一章引言 模型及参数选取技术进行了研究( 以三峡库区和辽河流域为实例进行了具体分 析) ，从而为“十一五 我国全面实施容量总量控制创造了条件，也对水环境容 量与总量控制理论进行了一些探索性研究，为我国流域水环境管理的国家战略 提供了指导【4 3 l 。在应用实践方面，“九五 期间，我国正式把污染物排放总量 控制指标列为环境保护的考核目标，并且在“十五 期间，将氨氮列入了总量 控制目标。 1 2 6 国外水环境容量研究进展 在水环境容量控制研究与水资源保护研究方面，国外开展的相对较早，特 别是美国和日本 4 4 , 4 5 】。 环境容量的概念最初是由日本学者提出的。2 0 世纪6 0 年代末期，日本为了 改善水和大气的环境质量状况，提出了污染物排放容量控制问题。日本由于国 土面积相对较小，人口与工业过分集中，在发达国家里，其水污染问题是最严 重的，并且遍及全国各个河流与沿海水域，曾多次发生不同程度的人、畜中毒 死亡事件。1 9 5 5 年日本开始对全国各水系的水质状况进行定点、定期的监测； 1 9 5 8 年制定了“水质保全法”、新“下水道法及“工厂排水法 三项法规； 1 9 7 0 年制定了“水污染防治法与“海洋污染防治法”，上述法规及措施的制定 和实施成效显著。从2 0 世纪7 0 年代起，日本国内各类水体污染物均能够达标 排放，地表水污染状况得到明显改善【拍】。 英国从2 0 世纪6 0 年代便开始采取有效措施保护水资源：首先在议会通过 了防污染法案，根据此法案成立了泰晤士河水务管理局，在泰晤士河流域修建 了污水处理厂、建立了地下排污管道等，逐步形成了一个相对完整的污水处理 体系，并且引入了数学模型对泰晤士河水资源进行更加科学的管理。到2 0 世纪 7 0 年代末期，泰晤士河河水已经转清，鱼虾纷纷重返j 。 美国从1 9 8 3 年1 2 月8 日正式立法起，便开始实施以水质限制为基点的排 污控制路线。为了使水体环境既能满足环境标准的要求，同时又能充分利用其 自净容量，美国采用了季节总量控制的方法，它是为了适应水体在不同季节对 水质不同的要求和不同水体环境对水质的不同要求标准；与此同时，美国部分 地方还实行着一种“变量总量控制 方法，它是以河流实测的同化能力来变更 允许排污量，不同于根据历史资料界定条件而得出的固定排污限量，这使水环 境容量能够得到更加充分的利用【4 1 7 1 。 7 第一章引言 在流域水环境管理研究方面，美国的流域管理机构对流域水环境数据进行 统一汇集，并鉴别污染物及其来源，制定管理目标和管理条例，拟定保护对策， 对流域点源和非点源进行管理，实行流域污染物总量控铝l j 4 5 , 4 s , 4 9 。 在水环境容量应用研究方面，国外许多学者的研究多集中在采用随机理论 与系统理论进行允许排放量的计算及环境容量分配方面【5 3 1 。如e c k c r 、l i e b m a n 和l o u c k 5 4 5 6 j 等人用线性规划方法计算治理投资最低条件下的水体允许排污水 平。r e v e l l e 、t h o m a n n 和s o b e l 5 7 ，5 8 】用确定性方法把目标函数线性化后用优化模 型求得污染物允许排放量。f u l i w a r a 、e h c a r t 与l o h a n i 5 蛐l 】等把流量作为己知概 率分布的随机变量，应用概率约束模型对超标风险企业的污染负荷分配进行了 深入研究。d o n a l d 及e d w a r d 6 2 , 6 3 考虑了水质现象等的随机波动性，并采用一阶 不确定分析方法将随机变量转化为等价的确定性变量，通过所构建的优化模型， 计算得到排污口的允许排放量。c a r d w e l l 和e l l i s 6 2 , “ 还从模型的不确定性角度， 对多点源情形下的污染负荷分配问题进行了研究。 在水质模型研究方面，国外学者尤其是美国学者做出了卓越的贡献。1 9 2 5 年美国的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( s p 模型) 瞄j 。之后t h o m a s 、d o b b i n s 及0 c o n n o r 等人在此基础上分别 提出了t h o m a s 模型、d o b b i n s c a m p 模型和0 c o n n o r 模型。2 0 世纪世纪8 0 年 代，随着计算机技术的日渐成熟，应用计算机建立起来的水质模型通用软件与 河流系统的动态模型软件被诸多的学者应用于水环境容量的计算。1 9 8 3 年美国 环境保护局的d i t o r o 等开发出了w a s p ( w a t e rq u a l i t ya n a l y s i ss i m u l a t i o n p r o g r a m ) 软件系纠6 6 】，用来分析研究一般污染物和模拟有毒物质的污染及预测 与暴雨径流有关的水质。而在1 9 8 9 年，美国的e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o na g e n c y ( e p a ) 又推出了q u a l z e 模型。此一维水质模型全面考虑了河流的自净机理， 可预测多种污染物在水体环境中的衰减变化情况【6 7 朋】。 1 3 水环境污染负荷估算研究进展 点源污染和非点源污染一直都是影响水环境质量的两大问题。点源污染主 要包括城市生活污水和工业污水两个方面，通常在排污口集中统一排放，而非 点源污染则与此不同，没有固定的排放点。水环境非点源污染主要是指降雨( 尤 其是暴雨) 过程产生的径流，冲刷地表的污染物，通过地表漫流等水文循环过程 8 第一章引言 进入不同种水体，引起包含水层、河流、湖泊、水库、海湾和滨岸生态系统等 的污染【6 9 】。 目前，世界上普遍存在的非点源，即面源污染已经成为一个相当严重的环 境问题，非点源污染是导致水环境恶化水质变差的主要原因。世界上许多国家 和地区的研究结果均证实，农业非点源污染在所有非点源污染中占有最大的比 例【7 0 , 7 1 】。例如，美国农业非点源污染分别占所有湖泊与河流营养物质负荷总量的 5 7 和6 4 。由此可见，非点源污染已成为水体环境的首要污染源。 1 3 1 国内研究进展 中国的水环境，长期以来都面临着相当严峻的挑战，突出表现为：水环境 质量不断下降，水资源相对短缺，用水浪费、用水过度，水土流失和河道淤积， 地下水大量超采，山区水体环境恶化，洪涝灾害以及土壤盐渍化等。其中最直 接、最主要的表现是水体环境质量的严重降低。这已成为目前制约我国国民经 济持续、快速、健康发展的首要因素。 从2 0 世纪8 0 年代以来，我国也逐渐意识到了非点源污染的存在和危害性， 自此开始了非点源污染的控制研究工作的开展。 1 9 8 5 年中国科学院王听皓提出的单元坡面模型，以水文学、水力学的基本 原理为基础，经过理论推导，计算暴雨径流发生过程中污染物流失量与径流量 间的关系，并计算其负荷量。刘枫等在天津于桥水库建立了一套对非点源污染 物负荷量的量化识别方法与计算模型，用于了解非点源污染的发生规律。李怀 恩、沈晋等提出了暴雨径流污染负荷计算的响应函数模型，不仅综合了一些机 理研究性模型，同时也采用了一些经验性的模型，使该模型对洪水、泥沙和多 种污染物的产生与迁移有较好的适应性1 72 1 。夏青等人提出了一包含降雨径流、 汇流出流、出流水量和水质相关三个子模型的流域非点源污染负荷模型，并用 其模拟了沱江流域c o d 、b o d 及s s 的过程线，其中水质相关子模型中运用数 学统计法，而汇流子模型中则采用瞬时单位线法。陈西平则提出了包括降雨产 流与径流水质相关子模型、用于计算农田径流污染负荷的三峡库区模型，根据 蓄水容量曲线确定了产流子模型，依据次雨径流确定了污染物的输出总量，并 计算了库区b o d 5 、c o d 、t n 、t p 等污染物的输出量。王宏等人将改进的q u a l i if u 水质模型和一非点源污染模型有机的结合起来，建立了用于流域优化管理 的综合水质模型，采用曲线数法计算径流，用统计模型计算污染物负荷【7 3 1 。这 9 第一章引言 些模型所采用的方法主要为分散模型，即将流域或者实验场分成若干个自然概 况( 植被、土壤、地质地貌、坡度基本) 均匀的单元，利用产流汇流模型和污染物 输出模型进行非点源污染物的负荷计算，探讨非点源污染物的流失规律。 中国对城市径流污染基本上均以建立暴雨径流的概念模型及统计相关型为 主，是以降雨为输入、径流与污染物为输出的确定性集总模型，其响应函数为 线性的水量单位线及污染负荷单位线，从而实现从净雨量转换为流量和污染物 负荷量的计算。统计相关模型是直接对暴雨径流污染的输出过程，研究输入的 径流模数与输出污染径流模数的相关关系【7 2 1 。 1 3 2 国外研究进展 国际上对非点源污染的研究始于2 0 世纪6 0 年代，8 0 年代以后迅速发展。 研究工作从概念、理论、研究方法到管理手段乃至新技术应用逐步发展。采用 的研究手段包括野外调查与监测、土地利用方式分析、数学模型、遥感与地理 信息系统等，近年来也开始趋向于控制方法及管理政策的研究【7 引。 ( 1 ) 数学模型 利用数学模型来模拟非点源污染的形成是研究非点源污染来源与扩散的有 效方法及手段。西方国家经过数十年的研究，提出了大量的机理模型、统计模 型、和管理与规划模型，其中典型的几种非点源污染模型详见表1 1 【7 5 】。这些数 学模型不仅可用来模拟不同类型非点源的形成、迁移转化与负荷，同时还可以 为非点源的控制与管理的定量化提供依据和有效的技术手段，在制定防治与管 理措施方面起到了极其重要的作用。 ( 2 ) 土地利用方式剖析 土地利用方式是影响非点源污染的关键性因素，其影响着化学物质的输入 输出、土壤、植被类型、地形地貌、径流、耕作方式等诸多因素，即影响着非 点源污染的排放等，因此土地利用方式是建立非点源污染模型的重要参数。剖 析非点源污染和土地利用方式之间的关系是非点源污染研究的又一重要途径， 主要是对流域与城市区域进行非点源污染可能性评价【7 6 1 。 ( 3 ) 径流研究 非点源污染和径流关系紧密，对径流的量化研究作为水文学的重要组成部 分发展比较早，理论与模型也较成熟。常用的水质模型有：暴雨水管理模型 ( s w m m ) 、城市污染模拟模型( u p s m ) 和储存处理与漫流模型( s t o r m ) 等。近年 1 0 第一章引言 来，非点源污染模型呈向集成系统发展的趋势。模型系统描述多种水文过程与 污染物泥沙的迁移转化，并且结合图形编辑、可视化和动态显示等多项功斛7 7 1 。 表i i 几种常见典型非点源污染模型 t a b i is e v e r a lt y p i c a lm o d e lo fn o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n 模型名称模型特点 美国通用流失方程，属6 参数乘法计算式。包括降雨侵蚀径 u s l e 或( r u s l e ，方程季，纛麓雾鬈龋髫茹、髫冀粱 文模型结合计算污染负荷，适用于n 、p 等各种非点源污染物。 a r m 模型 c r e a m s 模型 a g n p s 模型 s w a t 模型 最早开发于1 9 7 6 年，模型包括s h p 水文模型、泥沙、农药等 污染物吸附解析模型等，其显著的优点就是能够对降雨径流 的主要环节和过程有详细的描述，用于河道和转化可以忽略 的小流域的n 的迁移。 美国农业部开发于1 9 7 9 年，属于集中式物理模型，包括c s c 水文模型、g r e e n - a m p t 入渗模型。适用于农田小区污染物的 流失，可以用于小流域内计算n 、p 及简单污染物平衡。 开发于1 9 8 7 年，属于场次分散模型，包括s c s 模型、u s l e 模型，适用于2 0 0 9 3 0 0 h m 2 流域内n 、p 等物质估算。 最早开发于1 9 9 6 年，属于集中参数流域模型。包括c s c 水文 模型、r u s l e 方程，适用于人流域内n 、p 等复杂污染物的 平衡。 1 4 研究目的及内容 1 4 1 研究目的 本文以军山湖水环境保护研究为例，将水环境保护的基本理论运用于军山 湖的实际环境，探讨保护湖区水环境的方法及措施。运用水质评价模型、纳污 能力分析模型，对军山湖进行研究，为军山湖水环境规划、水污染控制和综合 防治提供科学依据与可靠手段。在实践上，可以使军山湖水资源满足社会经济 可持续发展的要求；同时为政府保护军山湖水资源、防治水污染、制定区域社 第一章引言 会经济发展规划提供决策依据，促进军山湖水资源的可持续利用，使军山湖最 大限度地发挥其效益、促进区域经济的发展。因此，本研究具有理论价值与现 实意义。 通过对军山湖水文情势( 径流量、水位及变化、水体交换情况) 、流域经济 社会概况、入湖污染负荷( 重点是氮、磷) 等调查析，以及水环境的监测分析， 了解人工控制状况下的军山湖水环境现状( 主要是富营养化水平) 及年内水质 变化情况，并与天然状况的鄱阳湖湖水环境进行对比，研究影响其水质变化的 主要因素和驱动力，估算负荷、计算容量，了解水质及富营养化现状与风险。 1 4 2 研究内容 本研究以军山湖中主要污染物为研究对象，以军山湖水为研究介质，从环 境化学角度展开研究，具体内容包括： ( 1 ) 军山湖水域水质现场监测，对污染源的空间分布和污染物在研究水域 内的时空分布和水质现状进行分析评价； ( 2 ) 针对军山湖水域水体的环境特性，确定研究污染因子及水平； ( 3 ) 根据确定的污染因子进行水环境容量计算； ( 4 ) 基于计算得到的环境容量，结合军山湖目前的入湖负荷情况及生态规划 和水环境功能定位确定军山湖流域的污染物控制对策。 1 4 3 技术路线 首先，进行基础资料的调查，主要包括当地的自然、社会及环境方面的相 关资料，了解研究区域水污染物排放现状、其所属行业，摸清主要生产工艺、 污染物产生情况、污染治理措施和治理效果等，结合军山湖的水体功能和其自 身特点对水环境现状进行评价，并依据收集的相关资料分析污染物的入湖负荷； 其次，筛选和确定特征污染物指标，结合军山湖评价生态经济区水环境污染现 状，明确军山湖水体存在的主要环境问题、变化趋势及成因，计算得到军山湖 的水环境容量值；最后结合军山湖水环境功能区划及水质保护目标的要求，以 优先保护水环境为前提，同时兼顾技术经济可行性，制定出具有针对性的、切 实可行的军山湖环境保护措施及污染物削减对策。具体的研究路线如图1 2 所 示。 1 2 第一章引言 一一 分析进贤县总体规 研究区域自然环境 现场勘察、现状监测、污染源 划及社会发展规划 和社会环境调查 调查、统计和相关资料收集 1 r r 1 r 明确军山湖 分析区域内水文气象 识别主要环境影响因子 的功能定位 特征，拟定研究范围 现状和污染负荷分析 r r 结合江西省地表水环 l模型确定 境功能区划 l参数确定 l 上t 模型验证1 参数验证 1 1 r r r 确定水质目标1水环境容量计算 1 r 1 r rl i 外缆粹重分1 丌 1r l i i 1l m 军山湖流域污染物控制对策 r 结论与展望 图1 2 军山湖研究技术路线 f i 9 1 2r e s e a r c ht e c h n o l o g yr o u t eo f 1 u n s h a nl a k e 1 3 第二章研究区域概况 第二章研究区域概况 2 1 区域自然地理概况 军山湖地处江西省进贤县西北部、鄱阳湖南岸，地处南昌、鹰潭、抚州、 丰城等市交接的中心位置，具有得天独厚的地理区位优势，是鄱阳湖的一个子 湖泊。 进贤县属亚热带湿润气候，气候温和，雨量充沛，日照充足，无霜期长。 年平均气温1 7 5 。c ，全年最冷时为1 月份，平均气温为5 ，极端气温为一1 2 1 ，最热时期为7 月份，平均气温2 9 ，极端最高气温4 0 c 。无霜期，每年平 均为2 8 2 天，最长3 0 7 天，最短2 5 0 天。日照时数平均1 9 0 0 至2 0 0 0 小时。全年 平均雨量为1 5 8 7 毫米，多雨年可达2 3 2 6 毫米，少雨年仅有1 0 7 9 毫米，降雨时 间集中在4 - 7 月，而初夏5 至6 月最多，隆冬1 2 月最少。 进贤地处杨子准台江南地轴二级构造单元，地势由东南向西北倾斜，境内 有1 6 个海拔1 0 0 米以上的低丘；最高处为金山岭海拔2 5 6 9 米，最低处在北部 湖洲，海拔仅1 4 米。其为滨湖丘陵地区，境内地势东南高西北低，东部与南部 丘陵起伏，多小山岭；森林覆盖率达2 0 8 ，境内望夫岭、香炉峰、栖贤山、金 山、罗岭等山峰耸立；西北部与北部湖泊众多，军山湖、青岚湖、杨坊湖、润 溪湖、金溪湖、抚河、信江等水系将北半县分割成若干个小半岛，水面面积占 全县总面积的3 0 ；西南沿抚河一带地势平坦，境内最高点金山岭海拔2 6 5 9 m 。 全县土地主要为第四纪红色粘土。 2 2 区域社会经济概况 进贤县位于江西省中部、鄱阳湖南岸，是省会英雄城南昌的东大门，为南 昌市管辖，面积1 9 7 1 平方公里。区位交通优越，进贤自古被誉为“东南之藩蔽， 闽浙之门户”，是长珠闽三个经济三角洲的共同腹地，已经融入了东南沿海经济 发达地区“八小时经济圈 ，距南昌市仅6 0 公里，具有承东启西、沟通南北的 战略地位。铁路交通便利快捷，浙赣铁路复线横穿全境；公路交通四通八达， 梨温高速、温厚高速、京福高速、昌厦高速以及3 2 0 、3 1 6 国道，在县域南部的 温圳境内交错连结，构成了全省乃至全国的交通枢纽：昌万公路横穿北部乡镇， 1 4 第二章研究区域概况 不仅成为连接省会南昌和赣东北地区的大动脉，而且为进贤全面对接和融入南 昌提供了难得的机遇；乡乡通油路、村村通水泥路，为推动全民创业，促进加 速崛起打好了基础、夯实了后劲；水路交通潜力巨大，南部乡镇可由抚河经赣 江直达长江，北部乡镇可通过鄱阳湖直达长江；空中交通较为方便，县境内的 温圳至乐化的高速公路直达昌北机场。优越的区位，便利的交通，使进贤成为 了人流、物流、资金流和