（环境工程专业论文）双溪水库水资源可利用量量质结合评价研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 水功能区划是水资源开发利用、保护的依据，水功能区水资源可利用量量质 结合评价分析可以提供水功能区不同的水量、水质、纳污能力、达标削减量等诸 多信息，便于水行政主管部门对不同水功能区水资源进行量质结合精细管理，明 确保护重点，提高水资源配置能力。 本论文以荣县双溪水库为例，在实地调研的基础上，对双溪水库流域的污染 源进行了调查和评价，通过对水质水量联合评价方法的研究，对双溪水库在不同 状态条件下的最大可用水量进行了计算，并提出了相应的污染防治措施，为进一 步改善水质，优化水源管理提供了科学依据。 论文的主要结果如下： ( 1 ) 双溪水库集水区内点源污染与面源污染同时存在，面源污染物入河( 库) 量( 9 1 8 ) 远大于城镇生活污染点源( 8 2 ) ，面源污染是双溪水库水环境的主 要影响因素。污染物中，t n 的排放量( 6 0 9 7 ) 最大；污染物等标排放量中， 等标排放量最大的是t p ( 7 9 5 6 ) 。由此可知，主要控制污染物为t n 、t p ，原 因是农村产生的污染物中t n 、t p 含量高所致。 ( 2 ) 双溪水库有一定程度的富营养化，双溪水库枯、平、丰三个水期总评 分值在2 0 - - , 4 0 之间，属于中营养状况；从枯、平、丰三个水期来看，双溪水库丰 水期评分值最高，平水期次之，枯水期最低，这是由于丰水期农业面源及农村生 活面源污染影响造成的结果，而平水期和枯水期的面源径流污染很少，水质更好。 ( 3 ) 把双溪水库及其下游旭水河纳入一个统一系统，分析建立水库水质水 量模型，从收集到的资料确定模型中各参数，计算得出双溪水库在不同状况下满 足自身水功能区划水质目标及下游旭水河冲污需水要求后，所能提供的最大可用 水量。 ( 4 ) 要想解决双溪水库的污染问题，需着重从以下几点开展防治工作：加 强对饮用水水源保护区污染防治管理；加强库区污染防治措施；加强库区生态恢 复措施；加强宣传教育，提高人民群众的环境保护意识等。 关键词：双溪水库；水质水量：联合评价；环境需水量；最大可用水量 西南交通大学硕士研究生学位论文第l | 页 a b s t r a c t w a t e rf u n c t i o n a lz o n ei st h eb a s i sf o rw a t e rr e s o u r c e s d e v e l o p m e n ta n d p r o t e c t i o n t h r o u g ht h ei n t e g r a t e dq u a n t i t y & q u a l i t ya s s e s s m e n to fa v a i l a b l ew a t e r r e s o u r c e si nw a t e rf u n c t i o n a lz o n e ，d i f f e r e n tw a t e rq u a n t i t y , q u a l i t y , p o l l u t a n tc a p a c i t y a n dt h eq u a n t i t yo fp o l l u t a n tr e d u c t i o ne t cc a nb ep r o v i d e d ，w h i c hi sb e n e f i c i a lf o r w a t e ra d m i n i s t r a t i o nt o f i n e l yc o n t r o lw a t e rq u a n t i t ya n dq u a l i t y , d e f i n ei m p o r t a n t p r o t e c t i o nz o n ea n di m p r o v et h ed i s t r i b u t i o no fw a t e rr e s o u r c e si nd i f f e r e n tw a t e r f u n c t i o n a lz o n e s ac a s es t u d yo fs h u a n g x ir e s e r v o i ri nr o n gc o u n t yw a ss t u d i e di nt h i sa r t i c l e i t i sb a s e do nt h ei n v e s t i g a t i n ga n dr e s e a r c h i n go nt h es p o t ，w ea s s e s st h ep o l l u t i o n s o u r c e ，t h em a x i m u ma v a i l a b l ec a p a c i t yo ft h es h u a n g x ir e s e r v o i ri nd i f f e r e n t c o n d i t i o nb yt h ei n t e g r a t e de v a l u a t i o ns t u d yo fw a t e rq u a l i t y & q u a n t i t y a n d p r e s e n t s t h er e l e v a n tc o u n t e r m e a s u r e sf o rc o n t r o l l i n gp o l l u t i o ni no r d e rt op r o t e c t d r i n k i n g w a t e rs o u r c e ，f u r t h e ri m p r o v ew a t e rq u a l i t ya n dp r o v i d es c i e n t i f i cf o u n d a t i o nf o r o p t i m i z i n gw a t e rr e s o u r c e sm a n a g e m e n t t h em a i nr e s u l t sw e r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ep o i n t s o u r c e s p o l l u t i o n a n d n o n p o i n t s o u r c ep o l l u t i o na r ee x i s t s y n c h r o n o u s l yi nt h ec a t c h m e n ta r e ao fs h u a n g x ir e s e r v o i lt h en o n p o i n ts o u r c ei s l a r g e rt h a nl i f e p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni nc i t i e sa n dt o w n sa n dn o n p o i n ts o u r c ei sm a i n a f f e c t i n gf a c t o rf o rt h ew a t e re n v i r o n m e n to fs h u a n g x ir e s e r v o i r t nt a k e st h ef i r s t p l a c ea m o n gt h ep o l l u t a n t s ；t pt a k e st h ef i r s tp l a c ea m o n gt h ep o l l u t a n t sd i s c h a r g ei n e q u i v a l e n ts t a n d a r d ，a c c o u n t i n gf o r7 9 5 6 ，s ot h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t yo ft h e r e s e a r c ha r e ai sc o n t r o l l e db yt na n dt p , t h er e a s o ni st h a tt h en o n p o i n tp o l l u t a n t s f r o mt h ec o u n t r y s i d ec o n t a i n sl a r g ea m o u n to ft na n dt e ( 2 ) t h er e s e r v o i rh a sac e r t a i nd e g r e eo fe u t r o p h i c a t i o na n dt h ee u t r o p h i c a t i o n v a l u eb e t w e e n2 0a n d4 0 ，b e l o n g i n gt om o d e r a t ee u t r o p h i c a t i o n t h ee u t r o p h i c a t i o n v a l u ei nt h ef l u s hw a t e rp e r i o di sm a x i m a l ，t h es l a c kw a t e rp e r i o dn e x t ，t h el o ww a t e r p e r i o d i sm i n i m u m ，t h er e a s o ni st h a t l a r g ea m o u n to fa g r i c u l t u r a ln o n p o i n t p o l l u t a n t se n t e rr e s e r v o i ri nt h ef l u s hw a t e rp e r i o d ，a g r i c u l t u r a ln o n p o i n tp o l l u t a n t s d e c r e a s ei nt h es l a c kw a t e rp e r i o do rt h el o ww a t e rp e r i o d ，s ow a t e rq u a l i t yi n t h e s l a c kw a t e rp e r i o do rt h el o ww a t e rp e r i o di sb e t t e rc o m p a r a t i v e l y ( 3 ) t h i sp a p e ra n a l y s e sa n de s t a b l i s h e st h ew a t e rq u a l i t y q u a n t i t ym o d e l a f t e r b r i n g ss h u a n g x ir e s e r v o i ra n d x u s h u ir i v e ri n t oau n i f i e ds y s t e m t h e nw e a s c e r t a i n e v c r yp a r a m e t e ro ft h em o d e lf r o mt h ed a t aw ec o l l e c t e d t h e nw ec a l c u l a t e d t h e m a x i m u mw a t e ra v a i l a b l ec a p a c i t yo ft h es h u a n g x ir e s e r v o i ri nd i f f e r e n tc o n d i t i o n f 4 ) w es h o u l db ef o c u s0 1 1t h ef o l l o w i n gp o i n t s t oc a r r yo u tp r e v e n t i o na n d c o n t r o lw o r kt os o l v et h ep o l l u t i o np r o b l e m si nr e s e r v o i r s t r e n g t h e nt h em a n a g e m e n t o fp o l l u t i o np r e v e n t i o na n dc o n t r o l f o rt h ed r i n k i n gw a t e rs o u r c e s ；p o l l u t i o n p r e v e n t i o na n dc o n t r o lm e a s u r e si nt h er e s e r v o i ra r e a ；e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o nm e a s u r e i nt h er e s e r v o i ra r e a ；s t r e n g t h e np u b l i c i t ya n de d u c a t i o n ，a n dr a i s e t h ep e o p l e s a w a r e n e s st op r o t e c tt h ee n v i r o n m e n t k e yw o r d s ：s h u a n g x ir e s e r v o i r ；w a t e rq u a l i t y q u a n t i t y ；i n t e g r a t e de v a l u a t i o n ；t h e m a x i m u mw a t e ra v a i l a b l ec a p a c i t y 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密日，使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：挖哥 日期：更伊i 岁罗 烈v j ，l 艚柳签名：予扳 日期：h 奶g - 、；l 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得 的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作 了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 ? o 。7 1 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 问题的提出 第1 章绪论 水，是生命之源，是人类及一切生物赖以生存的种不可缺少的宝贵资源。 从水的基本属性来看，水环境系统是客观存在于自然界的天然系统。然而，它与 人类社会经济发展有着千丝万缕的联系。人类发展依赖水资源，又对水环境有越 来越大的影响，特别是随着社会经济的发展，出现的水问题( 如干旱、洪水、水 污染等问题) 日益突出。 水资源是水资源量与水质的高度统一，在一个特定的区域内，可用水资源的 多少并不完全取决于水资源数量，而是取决于水资源质量【l 】。质量的好坏直接关 系到水资源功能，决定着水资源的用途。因此，在研究水资源时，水质是非常重 要的，是决不能忽略的，只考虑水量或者水质的作法都是不科学的。水质与水资 源的功能是紧密地联系在一起，水资源功能不同，单位水资源量所创造的价值是 不同的【2 j 。一般地说，水质决定了水资源功能，好的水质功能多样，而水质差则 功能单一，甚至失去原有功能成为废水【3 】。 在荣县现代流域环境中，由于农业生产、城市化、水土保持和人工取、用、 耗、排水等人类活动规模和强度的提高，社会经济系统已相当深入地影响了自然 水水资源系统和生态系统。在驱动力上，现代环境下流域水循环已经由过去一元 自然驱动演变为“自然一人工”二元驱动；在水循环结构上，现代完整的水循环 由“大气一坡面一地下一河道 自然循环和“取水一输水一用水一排水 的社会 经济循环耦合而成；在循环参数上，现代环境下流域水循环对于降水输入的总体 响应不仅决定于自然的陆面、土壤和地下等水文与地质参数，还取决于受人类影 响而改变了的生态系统。伴随着流域水循环二元演变和生态系统改变，流域水资 源发生次生演变，其水资源量、水资源结构和水资源服务功效也发生了较大变化。 以往区域水资源评价中，虽然在评价水资源量时，也评价水资源的质量，但 是往往水量与水质分开单独分析，两者相互独立，互不联系。即先不管水质如何， 只对水量进行评价；然后在不考虑水量的情况下，对河流水质进行评价。这样的 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 评价使得应用这些成果的人无法知道某一区域不同水质类别( 或满足某种用途) 的水到底有多少数量，分布在什么地方。这给水资源的规划设计、开发利用、管 理与保护带来了极大的不便【4 】。应根据水资源的特点，对水资源的数量、质量评 价方法找到一个切合点，将两者有机联系起来，使水资源的评价结果属性完整， 更好地发挥水资源综合效益，指导水资源开发利用管理与保护工作。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内研究现状 水量水质是水资源不可分割的两方面属性，质以量为载体，量的多少又直接 影响其环境承载能力的大小。在客观评价流域或区域满足不同使用功能水资源量 的同时，也应能客观地评价其对应的水质状况。在实施水功能区管理、入河排污 口管理以及在水污染敏感区采取水利工程调控防污减灾和保证城镇饮水安全等 实际工作中，都需要有水资源质与量的综合评价结果提供技术支撑【5 】。因此，水 质水量综合评价方法研究，是水资源合理开发利用和保护的重要基础工作之一。 1 9 8 6 - 1 9 9 0 年，在“七五”国家重点科技攻关项目第5 7 项“华北地区及山西 能源基地水资源研究”的专题报告之一山西能源基地水资源供需现状、发 展趋势和战略研究( 7 5 5 7 0 2 0 2 ) 中，以1 9 8 7 年的实测水质结合天然河川径流 水量，以环境一、二、三、四、五级标准具体计算了各级水质的径流量。在该分 析案例中，所分析的山西省河川径流量为4 0 2 亿m 3 ，占当年全省天然年径流量的 8 4 。经分析，全省天然河川径流量中符合环境一、二、三、四级水质的水量分 别为1 2 亿m 3 、9 2 亿m 3 、6 6 亿m 3 和2 1 2 f l m 3 ，各占当年全省分析径流量的3 o 、 2 3 o 、1 6 3 , d 5 2 7 ；不可利用水量为2 0 亿r n 3 ，占总水量的5 o 。各河系中， 以汾河水系的水资源质量最差，不可利用水量占总水量的1 0 5 。 1 9 9 4 年4 月，由水利部颁布的水资源评价导则( s l t 2 3 8 1 9 9 9 ) 中，明 确提出了“应以水资源质量现状评价成果和同期水资源可供水量为基础，计算并 分析评价区内不同质量的地表水、地下水可供水量和适用性 ，但未提出任何方 法性意见。 2 0 0 0 年1 2 月，河北省水资源评价工作领导小组办公室编制的河北省水资源 评价工作大纲( 送审稿) 中，提出了“将地表水水质现状评价成果与地表水数 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 量评价成果相结合，分析地表水资源质量的时程变化及地区分布的特征，估算典 型年( 或基准年) 不同质量的全省各分区各河段的地表水资源量，并进行适用性 分析”，“将地下水的质量与数量评价结合，分析地下水资源量的时程变化与地 区分布特征，估算典型年( 或基准年) 不同质量的全省各分区的地下水资源量， 并进行适用性分析 。该大纲未提出分析计算方法。 2 0 0 1 年3 月，由水利部水利水电规划设计总院编制的全国水资源总体规划 技术大纲中，在论及地表水资源质量时，具体提到了“分析统计不同水质的河 段长度及湖库面积，按水质评价划分的标准，绘制以不同颜色代表不同水质的分 布图 ，“计算不同水质的河川径流量( 方法待定) ，分析污染物质的稀释能力 。 可以看出，关于水质与水量相结合的问题，提得十分原则，也没有述及具体的分 析计算方法。 2 0 0 1 年1 0 月，河南省水利厅编制的河南省水资源综合评价工作大纲中， 有“不同质量的水资源量和可利用量估算”一节，提出“根据各站低水位时流量 和水质的关系，采用适当的方法推求不同水质类别所对应的地表水资源量”，“根 据地下水( 浅层) 水质状况，分析不同质量的地下水资源量”，“估算不同质量 的地表水、地下水可利用水量”。但该大纲中亦未提及具体的分析及估算方法。 由上述各例，即可大致看出我国水量与水质相结合评价的现状。 1 2 。2 国外研究现状 2 0 世纪9 0 年代以来，由于水污染和水危机的加剧，传统的以供水量和经济 效益最大为水资源优化调度目标的模式已不能满足需要，国外开始在水资源优化 调度中注重水质约束、水资源环境效益以及水资源可持续利用研究【6 】。随着水资 源研究中新技术的不断出现和水资源的水量与水质联合调度的管理理论研究的 不断深入，水资源的水量与水质联合调度的评价方法的研究也有了较大发展。尤 其是决策支持技术、模拟优化的模型技术和资源价值的定量方法等的应用使得水 资源的水量与水质评价方法的研究产生了更大的活力。 7 0 年代以来，伴随数学规划和模拟技术的发展及其在水资源领域的应用， 水资源水质水量评价的研究成果不断增多。g y e h ( 1 9 8 5 ) 对系统分析方法在水 库水质水量评价的研究和应用曾作了全面综述，他把系统分析在水资源领域的应 用分为线性规划、动态规划、非线性规划和模拟技术等【7 】。p e a r s o n 8 】等( 1 9 8 2 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 利用多个水库的控制曲线，以产值最大为目标，输水能力和预测的需求值作为约 束条件，用二次规划方法对英国n a w w a 区域的水质水量优化分配问题进行了研 究。荷兰学者e r o m i j n m t a m i n g a 考虑了水的多功能性和多种利益的关系，强调 决策者和决策分析者间的合作，建立了g e l d e r l a n d t d o e n t h e 的水资源量质分配问 题的多层次模型，体现了水资源水质水量的多目标和层次结构的特点。w i l l i s 9 j ( 1 9 8 7 ) 应用线性规划方法求解了1 个地表水库与4 个地下水含水单元构成的地 表水、地下水运行管理问题，地下水运动用基本方程的有限差分式表达，目标为 供水费用最小或当供水不足情况下缺水损失最小。 9 0 年代以来，国外开始在水资源优化调度中注重水质约束、水资源环境效 益以及水资源可持续利用研究。进入8 0 年代后期，随着水资源研究中新技术的 不断出现和水资源水质水量统一管理理论研究的不断深入，水资源水质水量统一 管理方法的研究也有了较大发展。尤其是决策支持技术、模拟优化的模型技术和 资源价值的定量方法等的应用使得水资源水质水量管理方法的研究产生了更大 的活力 1 0 1 5 1 。以色列水法【1 6 】( 1 9 9 1 年修订版) 对水资源的水质和水量的管理做 出了明确规定，防止水资源污染，保证供水的质量。a f z a l ，j a v a i d 等【l7 j ( 1 9 9 2 ) 针对p a k i s t a n 的某个地区的灌溉系统建立了线性规划模型，对不同水质的水量使 用问题进行优化。在劣质地下水和有限运河水可供使用的条件下，模型能得到一 定时期内最优的作物耕种面积和地下水开采量等成果，在一定程度上体现了水质 水量联合评价的思想。w a t k i n s ，d a v i d w j r ( 1 9 9 5 ) 介绍了一种伴随风险和不确 定性的可持续水资源规划模型框架，建立了有代表性的水资源联合调度模型【l 引。 r o l a n d og v a d a s ，l u i s a g a r c i a 等【l 刿( 1 9 9 5 ) 提出湿地发展的水质水量联合评价 的方法，修复和管理大范围的湿地。t i m o t h yk g a t e s 2 0 等( 2 0 0 0 ) 建立在战略上 的水质水量联合规划模型，强调给出模拟为基础的评价，通过联合用水量分配模 型( m o d s i m ) 和水质流程安排模型( q u a c 2 e u n c a s ) 选择战略规划，不确 定的时空变量和不充分的数据联系模型的限定要素作标注，做有效的水资源管 理，不仅考虑水在总量上满足各种需求还考虑了水资源的多样性、可持续性，提 出六种管理措施可供选择，复合用不同水平的废水处理释放到不同的水库的政 策，通过系统模拟净化到一个最终的规划，最后推荐最优方案。s h a r o n g c a m p b e l l ， r b l a i rh a n n a ，m a r s h a l lf l u g ，m e m b e r ，a s c ea n dj o h nes c o r t ， m e m b e r , a s c e 2 1 】( 2 0 0 1 ) 建立河流水库系统水量水质综合计算机模拟运作模型， 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 选择以克拉马斯河( 美国俄勒冈州南部) 主流中的一段为水管理研究对象，用水量 模型( m o d s i m ) 和水质模型( h e c 5 q ) 模拟评价，通过对比和比较诸多模型 模拟结果，确定一些可以提高水质的水资源运作策略，水量水质综合模型证明可 提高水资源系统的模拟和预测能力，为水资源的管理建立决策和支持系统。t e w e i d a i ，j o h nw l a b a d i e ，m e m b e r ，a s c e 2 2 j ( 2 0 01 ，u s a ) 建立流域水质水量综合 管理的网络模型，m o d s i m 扩展模型m o d s i m q 是联系美国环境保护署的 q u a l 2 e 河流水质模型和一个预测灌溉回流的水质模型的综合模型，模型的迭代 程序基于f r a n k - w o l f e 非线性规划计算程序，当尝试去获得最小水质需要，联系 m o d s i m q 和水质模型来确定集中解决满足水优先权。 1 3 目前存在的问题 水体对人类来说有各种使用功能，各种使用功能对水质的要求不同，因此应 当按功能的要求改善水环境，治理水污染，使有限的水资源发挥最大的效益。水 功能区正是为满足水资源合理开发和有效保护的需求，在相应水域按其主导功能 划定并执行相应质量标准的特定区域 2 3 1 。水利部水功能区管理办法明确指出 水功能区划是水资源开发、利用和保护的依据，水资源管理工作应该纳入流域水 功能区管理范畴，以水功能区为基本单元进行管理。“十一五 期间的工作重点 之一就是“要解决水功能区管理和水质水量结合评价的方法问题，充分发挥水利 部门水质水量统一管理的优势”。要做到这一点，管理者需要掌握水功能区的水 资源量、水质状况、水质目标、纳污能力，需要知道该功能区的现状纳污量、应 削减的污染物量、水资源可利用量以及通过采取什么措施、削减什么污染物质、 在哪个功能区进行削减等等陋j 。 以往的水量评价方法没有水功能区的概念，不考虑水的用途是什么，无法反 映不同水功能区( 如保护区和开发利用区) 水资源状况的不同特点，不考虑水体 纳污能力，只给出流域或行政区的水资源量，评价内容单一，不利于对水资源进 行精细管理f 2 5 1 。在全国水资源综合规划中，运用了水功能区的概念，但只是 统计了水功能区达标情况，没有给出满足不同水体功能要求的水资源可利用量。 并且污染物质削减量是用该水功能区的入河口排污量与纳污能力之差来确定的， 与该区水质实际状况有较大出入，存在定弊划2 6 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 因此，探讨一种水质水量结合的、能反映不同水功能区特点的水资源评价体 系和评价成果，对加强水功能区水资源保护和开发利用管理，提高水资源利用效 率，促进水资源优化配置是非常必要的【2 7 。1 1 。 1 4 本文研究的主要内容 本课题以自贡市荣县双溪水库为研究案例，双溪水库是自贡市境内最大的水 库，于1 9 9 3 年建成并投入使用。坝高5 l 米，坝长4 0 0 米，库面积达2 5 平方公 里，能蓄水5 8 0 0 万立方米。双溪水库作为自贡市最大的饮用水水源地，担负着 荣县县城和自贡城区生活和生产供水任务，保障着自贡市近1 0 0 万群众饮用水安 全。论文研究揭示了双溪水库供水与天然来水及人类活动排污的关联，研究成果 可用于双溪水库供水规划管理。 主要步骤如下： ( 1 ) 对荣县双溪水库进行实地考察，详细了解双溪水库的自然、社会环境 以及水库的各种参数与基本情况。 ( 2 ) 实地勘察了解双溪水库的范围、集雨面积、常年降雨径流量以及污染 物浓度，了解进入水库的各种污染物、种类和废水的排放量，以及水库附近流域 内存在的污染源的分布、种类和分布，收集双溪水库的水质监测报告，估算出双 溪水库的各种污染物排放量，确定的双溪水库的主要污染物及其来源。 ( 3 ) 实地勘察了解双溪水库下游旭水河的范围、集雨面积、常年降雨径流 量以及污染物浓度，了解进入旭水河的各种污染物、种类和废水的排放量，以及 旭水河流域内存在的污染源的分布、种类和分布。 ( 4 ) 通过水量平衡和污染物质的质量平衡原理，把水库及下游河道建立系 统统一考虑，建立双溪水库水量和水质模型，在双溪水库水功能区划水质目标以 及双溪水库生态需水量、水量平衡的约束条件下，计算得出双溪水库在现状条件 下不同时期的最大的可用水量。同时，计算得出双溪水库在改变来水水质的条件 下的最大可用水量。 ( 5 ) 结语与展望。对双溪水库的水质提高提供建议，对论文取得的主要成 果进行总结，并指出今后需要进一步加强研究的内容。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 1 5 研究的技术路线 论文的研究技术路线如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章水库水资源可利用量量质结合评价 2 1 基本概念 2 1 1 水库水资源可利用量 在扣除维持水库内生态环境用水和水资源总量中部分不能利用或难以控制 的水资源量后，人类可利用的最大水量。水资源可利用量计算模型如下f 3 2 。3 4 】： 水资源可利用量= 潜在水库水资源可利用量+ 地下水可利用部分一m a x ( 水 库内生态用水量，满足水库水功能区划水质水位) 一出境水量。 2 1 2 水库可用水资源量 水库可用水资源量指统筹考虑生产、生活和生态用水基础上，满足水库水功 能区划水质目标的水库水资源可利用量中可资一次性利用的最大水资源量【3 5 】。相 对水资源可利用量的定义，它考虑了水质问题。本文提出的“可用水资源量 的 概念是目前“水资源可利用量概念的一种拓广。 2 1 3 水库最大可用水量 水库的最大可用水量是指在满足水库水功能区划水质目标以及保证往下游 输水的河道最小流量( 如河流环境流量、生态需水、下游基本用水) 的要求条件 下，水库能够提供的最大可用水量【3 6 】。 2 1 4 现状条件下水库的最大可用水量 常规做法是按水库的库容( 按来水条件) 确定取用水数量。这样有两种情况 发生 3 7 】： ( 1 ) 由于不考虑水库下游河段下泄环境流量，取用水数量可能大于水库最 大的可用水资源量； ( 2 ) 由于不考虑水库集水区点源和面源的削减，为保持一定的稀释库容， 取用水数量可能小于水库最大的可用水资源量。 “可用水资源量 的水量水质联合评价需要回答两个问题【3 8 】： ( 1 ) 水库的最大可用水量 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 水库的最大可用水量是指在满足水库水功能区划水质目标以及保证往下游 输水的河道最小流量( 如河流环境流量、生态需水、下游基本用水) 的要求条件 下，水库能够提供的最大可用水量。 ( 2 ) 允许进入水库的最大排污负荷 水库的控制最大排污负荷是指在来水和取用水不变的情况下，达到水功能区 划水质目标时的系统允许最大排污负荷量【3 9 1 。据此，进一步计算水库排污负荷削 减量。 2 1 5 改变来水水质条件下水库最大可用水量的评价 从水库及下游河道水系统水资源合理配置出发，若控制污染并改变来水水 质，在满足水功能区划水质目标的条件及下游河道冲污环境需水量的条件下，计 算水库能够取用的最大可用水资源量【4 0 1 。需要回答两个问题： ( 1 ) 水库满足水功能区划要求需削减的污染排放量。 ( 2 ) 水库下游河道满足水功能区划要求需削减的污染排放量。 水库消减进库污染物排放量后，水库满足水功能区划水质目标的水位降低， 从而获得水库新增可用水量；下游河道削减污染排放量后，水库往下游输水的河 道最小流量将减小，从而获得水库新增可用水量；两部分新增可用水量加上现状 条件下水库的最大可用水量，即为水库理想状况下的最大可用水量【4 。 2 2 水库水量和水质模型 2 2 1 水库水量与水质概念模型 对于一个水库 4 2 - 4 9 】，其水量与水质平衡关系如图l 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 r 上上q v 1 ，l 1v ，l 图1水库的水量与水质平衡关系 依据质量守衡原理，水库的水量平衡方程如下： a v = q l + r q q ( 2 - 1 ) 式中，v 为水库的蓄水变化量，m 3 i s ：q l 、q 分别为水库的输入与输出水量， m 3 s ；q 为人类活动的取用水量，m 3 s ；r 为水库的区间产水量，m 3 s 。 水库的水质模型为： d c ：g ! 竺! 里坠竺垦 d tv qc+avc+cq k c( 2 2 )二二， y 式中，k 是水库的污染物降解系数；c r 是区间产流中的污染物浓度，其值取 决于面源污染；c l 、c 为水库输入与输出的水质浓度；w 是水库接纳的点源污染 负荷总和。 在实际工作中，水量与水质联合评价的时间尺度一般为月( 或年) ，在研究 的时段内可以近似认为水质变化是稳定的【50 1 ，d c ：0 ，则有： d t c ：g ! 里l 坠墨里( 2 3 ) q + a v - i - q + k v 通常，一个河流( 或水库) 的蓄泄关系可以近似为： v = a q ( 2 4 ) 将式( 2 3 ) 和式( 2 4 ) 联立，建立水量q 与水质c 的关系。 c ：g ! 竺! 堕垦翌= g ! 竺! 坠i g 垦翌( 2 - 5 ) q + a v + q - t - a k qq + a v + q o + a k ) i_ w 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 令= 1 + 旅，其中，口是调蓄系数， c ：g ! 竺! 堕墨里 q + a v + q p 定义为综合参数，则 ( 2 6 ) 式( 2 6 ) 便是水库水量与水质概念模型，其中只有一个参数。 2 2 。2 模型参数的确定与识别方法 已知水库的输入与输出，根据( 2 6 ) 可推求模型参数 - - q t c l + r c r + w - q c - a v c ( 2 7 ) q c 当c r = c 时，可得： 口：1 + g ! 坚! 二坐里 ( 2 8 ) 。 q c 在实际应用时，往往缺少面源( 或点源) 污染观测资料，这时需要识别面源 污染负荷c r ( 或点源污染负荷w ) 。面源污染c r 可以假定为输出水质浓度的 倍数 5 l 】，即c r = 秘。 在评价c o d m n 、t p 、n h 3 n 等水质浓度时，面源污染浓度一般要大于常规 观测浓度，此时，7 大于1 。7 7 的值需要用最优化方法进行识别。点源污染负荷w 的估算，首先假定水库每个月的点源污染负荷相同：模型参数在年内恒定。然 后，依据式( 2 6 ) 利用观测资料，通过最优化方法确定参数、r l 。最后，分别 采用汛期和非汛期的污染物质平衡关系，推求汛期和非汛期的点源污染负荷w ， 得到年度的总污染负荷 5 2 1 。 2 3 水库的最大可用水量 2 3 1 水库满足水功能区划要求的需水量 要求水库的水质达到水库水功能区化的i i 类水质目标，即要求c = c s ，根据 式( 2 2 ) ，可以推算如下： c 。：q t c l + r c r + w ( 2 - 9 ) 5 q + a v + q p p = q + a v ( 2 1 0 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 式中，q 一满足水库水功能区i i 类水质目标的水库需水量，m 3 s 。 2 3 2 水库下游河道满足水功能区划要求的冲污环境需水量 水库下游河道在一定时段内，向河道排放污染因子总量采用生活污水中污染 因子总量和降雨期由雨水带入河道内但尚未及时排走的污染因子总量叠加得出。 生活污水排放污染物总量采用城市规划预测的生活污水总量乘以污染物质量浓 度得出 5 3 1 。 qy = qe + q d ( 2 - 11 ) 式中，q 厂冲污环境需水量，r n 3 s ；q 广下游河道环境需水量，m 3 s ； q e = 1 1 6 x l o 一8 e a ( 2 1 2 ) 式中，q e 一河道水面蒸发损失量，m m ：e 为蒸发量，m m ；a 为河道水面面 积，m 2 。 q d - - o y q e + c ，q ，+ c q ：一c s q ： ( c 。一c y ) ( 2 1 3 ) 式中，q 2 一排入区间河段生活污水与工业污水量，m 3 s ；q 一排入区间河段 降雨径流量，m 3 s ；c 生活污水与工业污水污染物浓度，m g l ；c 。一水质标 准，m g l ；q r 降雨径流中污染物浓度，m g l ；c 广引出水污染物浓度，m g l 。 2 3 3 现状条件下水库的最大可用水量 水库生态需水是指一定时期内最大程度防止库区自然生态不退化，以及满足 水库下游河段生态功能不退化，并达到相应功能区水体质量要求所需的一定质量 的水量【5 4 】。 现状用水条件下水库的最大可用水量是指，满足河流水功能区划的水质目标 以及保证往下游输水的河道最小流量( 如河流环境流量、生态需水、下游基本用 水) 的要求，水库能够提供给人类生产生活的最大可用水量。 由于水库满足水功能区划的水质目标需水量和水库生态需水的水量不尽相 同，因此计算时取两者最大值。从实际情况看，水库满足水功能区划的水质目标 需水量往往大于水库生态需水的水量【5 5 | 。 在水库未取水之前，水库的全部蓄水量为： q “= r + q l q d ( 2 1 4 ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 q m , x = r + a l q d m a x q 4 = 态，q 】 ( 2 1 5 ) 式中，q 。1 1 为现在条件下在未取水之前水库的全部蓄水量，1 1 1 3 s ；q m 瓠为现 状条件下水库的最大可用水量，m 3 s ；q 生态为水库生态需水的水量，m 3 s 。 2 4 改变来水水质条件下水库的最大可用水量 从流域系统水资源合理配置出发， 在满足水功能区划水质目标的条件下， 计算步骤如下： 若不改变现行取用水方式，只控制污染， 计算流域能够取用的最大可用水资源量。 ( 1 ) 若要使现状下的各河段都满足水功能区划要求，必需削减各河段的污 染排放量。确定削减量的准则是用最小的污染削减量使所有河段都满足水功能区 划要求。 ( 2 ) 改善现状来水水质，在满足水功能区划水质目标和河道生态需水量要 求的条件下，推求流域最大的可用水资源量 5 6 - 6 0 】。 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 第3 章双溪水库环境概况与污染源调查评价 3 1 自然环境概况 3 1 1 地理位置 荣县位于四川盆地的西南部，南起北纬2 9 。1 l 3 9 ”，北至北纬2 9 。3 8 2 6 ，东 起东经1 0 4 0 0 3 3 8 ”，西至东经1 0 4 0 4 0 1 5 ”，县城位于北纬2 9 0 2 7 ，东经1 0 4 0 2 6 ， 全县幅员面积1 5 9 7 k m 2 。规划区在荣县东北部，北与威远县相邻，东与高山镇， 西与铁厂镇、双古镇接壤，涉及东兴镇全境、旭阳镇部分、墨林乡大部分地区， 总集雨面积1 2 1 6 5 k m 2 。双溪水库库区位于荣县县城北部1 5 k m ，水库水面东西 长1 5 k m ，南北宽1 2 k m ，水面面积2 2 k m 2 ，最大蓄水高程3 9 2 6 4 m ，总库容5 8 0 0 万m 3 ，正常蓄水高程3 9 1 6 1 m ，正常库容5 5 0 0 万m 3 ，最枯库容1 1 2 0 万m 3 ，相 应水面面积1 1 5k m 2 ，多年平均径流量4 3 2 0 万m 3 ( 含双河水库引水1 0 3 0 万m 3 ) ， 设计年出库量3 9 6 0 万m 3 。双溪水库水位一水域面积一水库库容三者对应关系见 表3 1 ，双溪水库近年来最低最高库水位情况见表3 2 。 表3 1双溪水库库容曲线成果表 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 表3 2双溪水库近年来最低最高库水位统计表 根据四川省饮用水源保护管理条例和自贡市饮用水源保护实施办法 的规定，将荣县双溪水库水源保护区划分为三级：以荣县起水站为中心，半径 5 0 0 m 范围( 含水域和陆域) 的区域为一级保护区，其水域界点库区东面至大坪 山，西面至花果山；以库区东面自大坪山至黑林沟的水域及其两岸纵深各2 0 0 m 的陆域，库区西面自花果山至原同兴乡场镇的水域及其两岸纵深各2 0 0 m 的陆域 为二级保护区；从同兴沟、黑林沟、双河口水库上溯5 0 0 0 m 的水域及其河岸两 侧