（环境工程专业论文）水环境容量与畜禽养殖的关系研究——以梁滩河流域沙坪坝段为例.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 水环境容量是环境科学的一个基本理论，它反映污染物在水体环境中的迁移转 化和积存规律，也反映在特定功能条件下水体环境对污染物的承受能力。 本文主要是从水环境容量的角度研究畜禽养殖容量，提出水环境畜禽养殖容量 的概念，一定区域在某一历史发展阶段的技术、经济和社会发展水平下，满足区域 水环境功能区水质要求，在除去人类生活及工业、农业等非畜禽养殖活动所产生的 水污染物后，区域水环境的纳污能力所能支撑的畜禽的最大养殖规模。简单地说， 是指水环境所能容纳的最大的畜禽养殖量。同时从理论上对水环境畜禽养殖容量的 概念、特点进行了探讨总结。在此基础上总结研究影响水环境畜禽养殖容量的相关 影响因素，建立指标体系，确定不同影响因素对水环境畜禽养殖容量的影响程度。 并从实践应用的角度出发，收集有关监测资料、踏勘资料和水文资料，对梁滩河沙 坪坝段河流水环境畜禽养殖容量进行了初步研究。 通过对梁潍河沙坪坝段的自然社会环境调查分析，得出梁潍河沙坪坝段水环境 污染严重，最主要的污染源就是畜禽养殖污染，在调查的各项污染物中，畜禽污染 占据的分量最大。 通过对梁滩河沙坪坝段进行水功能区划，以水功能区划为基础，拟定水功能区 的水质目标，选择一维水质模型计算功能区纳污能力，得到梁滩河沙坪坝段在上游 来水为劣v 类的情况下，c o d 的水环境容量全为负值，t p 的水环境容量为1 1 3 t a , 梁滩河沙坪坝段畜禽养殖容量为0 。 因此，为保护梁滩河水质，应制定合理的区域发展战略，调整产业结构，同时 采取有效措施，减少污染物的排放，有助于增加水环境畜禽养殖容量。 关键词：水环境容量，水环境畜禽养殖容量，梁滩河 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 a b s t r a c t w a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t yi sab a s i ct h e o r yf o re n v i r o n m e n t a ls c i e n c e i tr e f l e c t s t h ep r o c e s so fp o l l u t a n t sm i g r a t i o na n dt r a n s f o r m a t i o ni nw a t e r , a n da l s oi n d i c a t e st h e w a t e rb e a r i n gc a p a c i t yt o w a r d sp o l l u t a n t so n ac e r t a i nc o n d i t i o n i n t h i sp a p e r , t h ea u t h o rm a i n l ys t u d i e sw a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t yf o rl i v e s t o c k a n dp o u l t r yf r o mt h ev i e wo fe n v i r o n m e n tc a p a c i t y , a n da l s op o i n t e so u tt h ec o n c e p to f l i v e s t o c ka n dp o u l t r yw a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t y , t h a ti s , 诵mac e r t a i nd e v e l o p m e n to f t e c h n o l o g y , e c o n o m ya n ds o c i e t y , t om e e tt h en e e d so fw a t e rq u a l i t y ( e x c e p tp o l l u t i o n f r o ma g r i c u l t u r e ，i n d u s t r ya n dd o m e s t i cw a s t ew a t e r ) ，t h em a x i m u mn u m b e ro fl i v e s t o c k a n dp o u l t r yc a nb ek e p ti na l la r e a m e a n w h i l e ，t h ea u t h o rs a m u n a r i e st h ec h a r a c t e r i s t i c so f l i v e s t o c ka n dp o u l t r yw a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t ya n dt h e nf i n do u ti t sa f f e c t i n gf a c t o r st o e s t a b l i s hr e l e v a n ti n d i c a t o rs y s t e m g i v e na c t u a lc o n d i t i o n so fd i f f e r e n ta r e a , i n f l u e n c e d e g r e eo fv a r i o u sa f f e c t i n gf a c t o r st o w a r d sl i v e s t o c ka n dp o u l t r yw a t e re n v i r o n m e n t c a p a c i t yc a nb ed e t e r m i n e d t op u tt h et h e o r yi n t op r a c t i c e ，s o m er e l e v a n tm a t e r i a l ss u c h a sh y d r o l o g ya n dm e t e o r o l o g ya b o u tl i a n g t a nr i v e ra r ec o l l e c t e d t h e r e f o r e , w a t e r e n v i r o n m e n tc a p a c i t yf o rl i v e s t o c ka n dp o u l t r yi nl i a n g t a nr i v e r ( w i t h i nt h er e g i o no f s h a p i n b ad i s t r i e t ) i sc a l c u l a t e d t h r o u g hi n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so fn a t u r ea n ds o c i e t yo fl i a n g t a l lr i v e r ( w i t h i n t h er e g i o no fs h a p i n b ad i s t r i c t ) i ti sf o u n dt h a tt h el i a n g t a nr i v e rh a sb e e ns e r i o u s l y p o l l u t e d ，a n dt h em a j o rp o l l u t i o ni sm a i n l yf r o ml i v e s t o c ka n dp o u l t r yb r e e d i n g b a s e do nt h ew a t e rf u n c t i o nr e g i o u a l i z a t i o ni nl i a n g t a nr i v e r ( w i t h i nt h er e g i o no f s h a p i n b ad i s t r i e t ) ，t h ew a t e rq u a l i t yt a r g e ti sd e t e r m i n e d o n e d i m e n s i o n a lw a t e rq u a l i t y m o d e li sa p p l i e df o rc a l c u l a t i o n w h e nt h ew a t e rq u a l i t yi so fc l a s svf r o mi t su p p e r s t r e a m ，t h ew a t e rc a p a c i t yo fc o di sm i n u s ，t h ew a t e rc a p a c i t yo ft pi s1 1 4 5t o n sp e r y e a r , w h i c hm e a n st h e r ei sn ow a t e rc a p a c i t yf o rl i v e s t o c ka n dp o u l t r yb r e e d i n gi nt h i s a r e a t h e r e f o r e ，p m p e rm e a s u r e ss h o u l db ea d o p t e dt or e d u c et h ep o l l u t a n t si nt h e l i a n g t a nr i v e r m e a n w h i l e p r o m o t i n gt h ei n d u s t r ya d j u s t m e n ti sa l s oi m p o r t a n tt oh e l p e n h a n c ot h ew a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t yf o rl i v e s t o c ka n dp o u l t r y k e yw o r d s ： w a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t y ；w a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t yf o r l i v e s t o c ka n dp o u l t r y ；l i a n g t a nr i v e r i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。据我所知，除了文中特另, l m 以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得重庞太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本 研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名吃玢旌 签字日期川年多月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解重鏖塞堂有关保留、使用学位论文的 规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许 论文被查阅和借阅。本人授权重庆太堂可以将学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 保密() ，在年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密( v ) 。 ( 请只在上述一个括号内打“4 ”) 学位论文作者签名嚆印砭 签字日期：乙衫年6 , e l 日 导师签名： 签字嗍坤6 月日 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 研究的背景与意义 水是世界上最宝贵的一种资源。目前全世界的淡水资源仅占其总水量的2 5 ， 其中7 0 以上被冻结在南极和北极的冰盖中，加上难以利用的高山冰川和永冻积雪， 有8 7 的淡水资源难以利用，可供人类生活使用的淡水资源仅占地球总储水量的 0 0 1 4 ，而这些有限的水资源在时空分布上不均衡，增加了开发利用的难度，水资 源危机已成为世界上一个十分尖锐而又难以解决的社会问题。随着各国经济发展及 人们生活水平的提高，地球上水体不断遭到严重污染，导致水体水质下降。因此， 水资源正面临两大问题：水环境污染及水资源短缺。据联合国环境署的资料显示： 2 0 1 0 年全球缺水人口预计将达到1 0 亿，这预示着水资源危机也将成为各国经济与 发展的严重制约因素。 我国水资源的特点可以概括为：水资源短缺、污染加剧、灾害频繁。我国水资 源总量居世界第六位，人均水资源占有量仅相当于世界人均水资源占有量的1 4 ，位 列世界第1 2 1 位，是联合国认定的“水资源紧缺”国家。目前我国6 6 0 多个城市中有 4 0 0 多个缺水，其中1 0 0 多个严重缺水。全国城市日缺水量1 6 0 0 万立方米，影响4 0 0 0 万城市人口的正常生活。全国每年因缺水影响工业产值2 3 0 0 亿元，粮食减少2 0 0 3 0 0 亿公斤。同时我国的水污染问题日益严重，全国许多城市水源受到污染，加上 地下水超采和用水效率低下，迸一步加剧了有限水资源的供需矛盾。2 0 0 5 年度，我 国七大水系的4 1 1 个地表水监测断面中，i i i i 类、v 类和劣v 类水质的断面 比例分别为4 1 、3 2 和2 7 。其中，辽河、淮河、黄河、松花江水质较差，海河 污染严重。七大水系的1 0 0 个国控省界断面中，i i i i 类、v 类和劣v 类水质 的断面比例分别为3 6 、4 0 和2 4 。珠江、长江水质虽较好，但局部地区已出现 类水质。 三峡工程建成蓄水成库后，库区将由流速快、流量大的河流变成流速缓、滞留 时间长、回水面积大的人工湖，水体稀释自净能力减弱，水环境容量降低。在相同 的排污负荷条件下，水中污染物浓度增加，水环境污染加重。目前库区水质总体为 i i i 类，与国家要求2 0 1 0 年达到类水质的目标差距很大，库区水体污染治理刻不 容缓。 畜牧业是重庆三峡库区农业和农村经济传统支柱产业。随着畜牧业的快速发展， 畜禽养殖污染问题日益突出。据2 0 0 3 年调查，重庆三峡库区畜禽养殖规模换算成生 猪当量约3 5 7 0 万头，年产畜禽粪便约7 5 0 0 万吨。畜禽粪便年产生有机质8 0 6 1 万 吨、总氮4 2 5 6 万吨、总磷2 1 4 8 万吨、c o d2 9 6 万吨、b o d2 0 7 万吨。按l o 排 重庆大学硕士学位论文1 绪论 入环境计算，畜禽粪便的c o d 污染负荷3 0 万吨，超过重庆市工业和生活废水c o d 排放总量，已成为重庆三峡库区的首要污染源，如何有效的控制畜禽养殖污染已成 为解决库区水体污染的重要课题。 梁滩河是嘉陵江次级河流之一，全长8 8 公里，流经九龙坡、沙坪坝和北碚三个 区的1 5 个乡镇，流域内总人口接近4 0 万。近年来，由于梁滩河沿岸的禽畜养殖和 城镇生活污染日益突出，造成梁滩河污染十分严重，水质已经到了劣五类。梁滩河 流域各乡镇均没有排污管网系统和污水处理厂( 白市驿一含谷污水处理厂及配套排 污管网等项目尚在建设中) ，污水主要散排入梁滩河，畜禽养殖所产生的畜禽粪便大 多直接排入梁滩河。随着城镇化进程的加快，如不及时的控制畜禽养殖业发展，畜 禽粪便处理设施的建设无法与之适应，梁滩河的水质将继续恶化，河水中的污染物 将排入嘉陵江然后进入长江，直接影响三峡库区水环境安全。 水污染物排放总量控制是水环境管理的重要手段之一。随着可持续发展战略的 不断推进，总量控制制度由目标总量控制逐步过渡到容量总量控制阶段，而容量总 量控制实行的基础，除了核准水污染物负荷外，更重要的是搞清纳污水域的环境容 量。同时只有结合经济社会发展规划，合理的分配纳污水域的环境容量，再根据所 分配到的环境容量引导完善相应的发展规划及政策。梁滩河流域的畜禽养殖污染问 题不是单纯的环境污染治理问题，涉及到经济发展模式、产业的布局等各方面，应 对水环境所能容纳的畜禽污染物的能力进行研究，在此基础上对畜禽养殖量进行定 量，从而保证梁滩河流域水环境得到逐步的改善。本文的研究可为梁滩河流域综合 治理提供基础数据和排污总量削减方案，为梁滩河流域畜禽养殖规划提供依据。 1 。2 国内外研究动态和趋势 1 2 1 水环境容量的研究与进展 容量的概念早已为人们所应用。如物理学中的热容量，土壤学中的交换容量。 容量也是生态学上常用的术语，最初的容量来源于种群生态学的l o 西s t i c 方程，是 指种群瞬时增长率为0 时的平衡密度( 或环境容纳量) 。随着研究的不断拓展，不同 研究领域的学者对容量有不同的理解，于是就产生了容量在不同领域的应用与研究。 容量成了一个探讨可持续发展问题所不可回避的概念，目前已在环境、生态规划与 管理等多个领域得到广泛的应用。后来这一术语被应用于人口、土地、资源、环境 等各个领域，产生了不同的容量概念和相应的承载力理论。 环境容量的概念最早是由比利时数学家、生物学家弗胡斯特( e e f o r e s t ，1 8 3 8 ) 根据马尔萨斯的人口论提出的。他认为，生物种群在环境中可以利用的食量有一个 最大值，动植物的增加相应也有一个极限，这个极限数值在生态学中被定义为环境 容量”【i l 。生物资源利用的局限性和空间的固定性，决定了任何生物种群在不同时空 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 问生存当量的客观界定。 随着各国环境问题的发展，全球性的环境问题愈益突出。上个世纪六十年代末， 罗马俱乐部在“增长的限度”一书中曾提出了环境容量的问题。国际人口生态学界曾 给这样一个定义“世界对于人类的容量是指在不损害生物圈或不耗尽可合理利用的 不可更新资源的条件下，世界资源在长期稳定状态基础上供养的人口大小”。关于这 一问题，其后发展了许多研究，也出现了不同的观点。但有一个共同的认识，即环 境在一定条件下承受的能力是有限的，是有一定容量的，在人类社会的发展中要重 视这一问题。 污染控制中的环境容量于1 9 6 8 年由日本环境学界提出来，到1 9 7 5 年才从定性 的概念发展到定量化。水环境容量是容量概念与水环境领域的自然结合，其中按照 水体类型来分，包括河流、湖泊、和海洋环境容量等。如果按照污染物划分，可分 为有机污染物( 又包括易降解的和难降解的) 环境容量、重金属与非金属污染物环境 容量等。 我国对环境容量的研究始于七十年代，经过近三十年的研究和发展，在水环境 容量理论、研究方法和实践应用等方面，都取得了一大批重要的研究成果。国内的 研究可大致分为四个阶段： 二十世纪七十年代末至八十年代初，主要结合环境质量评价等项目进行研 究，研究内容集中在水污染自净规律、水质模型、水质排放标准制定的数学方法上， 从不同角度提出和应用了水环境容量的概念【2 1 。这一时期的研究对我国黄河兰州段、 松花江、淮河蚌埠段、漓江等水环境质量评价中，分别研究和探讨了水环境自净规 律、水质数学模型的数学处理方法，从不同角度提出和应用了水环境容量的概念。 “六五”期1 b j ，部分高校和科研机构联合攻关，提出了科学、全面、简明的水 环境容量定义和水环境容量的影响因素，同时把水环境容量研究与水污染控制规划 相结合，这一时期的研究对污染物在水体中的物理、化学行为进行了比较系统、深 入的探讨。如开展了主要污染物水环境容量研究，进行了“沱江有机物的水环境 容量研究”、“湘江重金属的水环境容量研究”等研究。 “七五“八五”期间，在水环境容量理论的研究深度、研究广度和应用都取得 重大进展，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，污染物研究对象也从一般耗 氧有机物和重金属，扩展到氮、磷负荷和油污染，并编制出水环境污染物总量控制 实用系列化计算方法。同时，容量理论推向系统化、实用化的阶段。 九十年代以来，环境容量研究已全面进行应用阶段。国家攻关项目支持了武 汉东湖、滇池、渭河等水域的污染综合防治，为环境容量理论的应用提供令人广阔 空问。其中，许多学者对我国的许多重要河流的水环境容量进行了研究，成果大量 重庆大学硕士学位论文1 绪论 涌现。此时，国内不少学者还对部分感潮河段和感潮河网的水环境容量进行了研究。 例如慕金波等对广利河感潮段水环境容量的研究【3 1 ，韩龙喜等对南通水系片水环境 容量的研究【4 】。2 0 世纪9 0 年代后期以来，国内不少学者对河流水环境容量的计算方 法进行了深入的探讨。如1 9 9 9 年，周孝德等提出了一维稳态条件下计算水环容量的 段首控制、段尾控制和功能区段尾控制3 种方法【”。2 0 0 1 年，孙卫红等讨论了基于 不均匀系数的水环境容量计算方法，提出不均匀系数求解思路，并应二维水量、水 质数学模型进行求解【5 1 。2 0 0 0 年，司全印等探讨了水环境容量的价值问题【“。 总体上看，尽管国内外许多学者和研究机构对水环境容量进行了多方面的研究， 但一般偏重于应用和量化方法的研究，而对概念的系统探讨较少。到目前为止，关 于单项因素对水环境的影响研究较多，且计算方法大多采用常规的优化方法和模拟 技术，且大多仅对水质等单因子进行了分析，而对于区域或流域其他影响因素与水 环境容量问的关系，目前还未见有关这方面研究的报导。 1 2 3 水环境容量的研究趋势 根据上述分析，我国在水环境容量方面的研究取得了一定成果，但仍存在着不 足，在结合水环境现状及经济社会发展的趋势来看，水环境容量研究应在以下方面 有所突破： 加强学科交叉融合的研究 水环境容量研究涵盖了从理论到实证；从水一生态社会经济复合系统下的等 宏观领域到污染物净化机理等微观领域；从水文水资源科学到社会经济科学、规划 科学等不同层次、不同学科的研究范围，遥感与地理信息系统方法等作为技术手段， 属于典型的交叉学科研究领域。迫切需要加强学科交叉融合的研究。 技术方法的创新 目前制约水环境容量研究的一个重要因素就是数据的获取与分析处理。g i s 在 支持与水文和水环境有关的地理空间数据的获取、管理、分析、模拟和显示，以解 决复杂的水资源、水环境规划和管理问题方面显示了其强大的功能。水环境容量研 究必须突破陈旧的数据获取与分析手段，充分利用现代先进技术，将地面水文观测 与空中遥感信息相结合，利用地理信息系统进行数值计算和模拟，并将现有水环境 容量数学模型方法与g i s 集成，这是水环境容量研究取得突破性进展的一个关键所 在。 建立分析平台 研发人类活动影响下水环境容量变化分析方法，建立我国重要水域的水环境容 量综合分析技术平台。在流域的尺度范围内，集成研发受资源开发利用活动影响的 水环境演变分析技术，包括水污染物的陆面及水中迁移和转换过程，将水体与大气 及土壤、以及水体与植物和动物之间的过程关系综合起来，发展以数值模型为核心 4 重庆大学硕士学位论文1 绪论 的水环境系统综合模拟技术。依托已有的水文、水动力、水质、泥沙、生物等分学 科的研究基础和信息积累，结合地理信息系统技术逐步建立我国重要水域的水环境 容量综合分析技术平台，推进成熟技术向生产力的转化。 1 3 本文研究的主要内容 本文主要是从水环境容量的角度研究畜禽养殖容量。主要包括以下几方面研究 内容： 首先分析水环境容量与畜禽养殖的关系。通过阐述水环境容量与自然资源和经 济社会要素之间的关系，剖析各种资源和经济社会要素对水环境容量作用的大小。 通过分析影响水环境容量的各类因素，得出畜禽养殖与水环境容量之间的相互影响。 其次，阐述水环境畜禽养殖容量的概念及内涵，拟定水环境畜禽养殖容量的计 算方案，包括水环境纳污能力的计算方案，规划年排污量的预测以及畜禽养殖容量 的测算方案。 第三，梁滩河沙坪坝段水环境纳污能力计算。以水功能区划为基础，拟定水功 能区的水质目标，选择水质模型，计算功能区纳污能力。 第四，测算梁滩河沙坪坝段水环境畜禽养殖容量。在纳污能力计算的基础上， 根据现阶段梁滩河流域工业和生活排污量计算出现阶段梁滩河水环境的畜禽养殖容 最。 重庆大学硕士学位论文2 水环境备禽养殖容量理论研究 2 水环境畜禽养殖容量理论研究 水环境畜禽养殖容量研究属于水环境容量研究的范畴，因此在进行水环境畜禽 养殖容量基本理论的研究之前应先了解水环境容量的基本概念以及分类、特征等。 2 1 水环境容量的基本理论 2 1 1 水环境容量的基本概念 水体自净能力 水体自净是指在物理、化学和生物作用下，受污染的水体逐渐自然净化，水质 复原的过程。水体自净大致分为三类，即物理净化、化学净化和生物净化。它们同 时发生，相互影响，共同作用。 1 ) 物理净化：指污染物质由于稀释、扩散、混合和沉淀等过程而降低浓度。污 水进入水体后，可沉性固体在水流较弱的地方逐渐沉入水底，形成污泥。悬浮体、 胶体和溶解性污染物因混合、稀释，浓度逐渐降低。对河流来说，用参与混合的河 水流量与污水流量之比来表示污水的稀释程度。污水排入河流经相当长的距离才能 达到完全混合，因此这一比值是变化的。达到完全混合的距离受许多因素的影响， 主要有稀释比、河流水文情势、河道弯曲程度、污水排放口的位置和形式等。在湖 泊、水库和海洋中影响污水稀释的因素还有水流方向、风向和风力、水温和潮汐等。 2 1 化学净化：指水体的氧化还原、酸碱反应、分解化合和吸附凝聚等化学或物 理化学作用，使污染物的存在形态发生变化，浓度降低。流动水体从水面上大气中 溶入氧气，使污染物中铁、锰等重金属离子氧化，生成难溶物质析出沉降。在一定 酸性环境中，某些元素形成易溶性化合物，随水流输移并稀释。在中性或碱性条件 下，某些元素形成难溶化合物而沉降。天然水体中的胶体和悬浮物质微粒，吸附和 凝聚水中污物，随水流移动或逐渐沉降。 3 1 生物净化：指生物活动尤其是微生物对有机物的氧化分解使污染物质的存在 形态发生变化，污染物总量和浓度降低。工业有机废水和生活污水排入水域后，即 产生分解转化，并消耗水中溶解氧。水中一部分有机物消耗于腐生微生物的繁殖， 转化为细菌机体，另一部分转化为无机物。细菌又成为原生动物的食料。有机物逐 渐转化为无机物和高等生物，水质得到净化。如果有机物过多，氧气消耗量大于补 充量，水中溶解氧不断减少，最终因缺氧，有机物由好氧分解转为厌氧分解，于是 水体变黑发臭。 影响因素 目前，水环境容量较为统一的定义是：对给定水域，在特定的水文条件、污染 6 重庆大学硕士学位论文 2 水环境畜禽养殖容量理论研究 源布局和结构条件下，为达到水环境目标值，所允许的单位时间内某种( 类) 污染 物的最大排放量。水体环境特征、水质1 7 1 标、污染物特征是水环境容量的三大影响 因素。 1 ) 水体环境特征与水环境容量 水体特征包含一系列自然参数，如：几何参数( 形状，大小) 、水文参数( 流量、 流速、水温等) 、地球化学背景参数( 水的p h 值、硬度、污染物背景水平) 、水体 物理自净( 挥发、稀释、扩散沉降、分子吸附等) 、物理化学自净( 离子态吸附) 、 化学自净( 水解、氧化、光化学等) 、生物降解( 水解、氧化还原、光合作用等) 。 这些自然参数决定着水体对污染物的自净能力，从而决定着水环境容量的大小。水 环境容量是自然规律参数的函数。 2 ) 水质目标与水环境容量 水体的纳污能力是相对于水体满足一定的用途和功能而言的。我国各类水域一 般都划分了水环境功能区。不同功能区的水质标准要求不同，水环境容量亦不同。 水质要求高的水域，环境容量小；水质要求低的水域，容量大。另外，国家允许各 地方根据自身的自然条件和经济技术条件，建立自己的实际可行的水质目标。水质 标准的建立与水质目标的确定均带有鲜明的社会性，因此，水环境容量也是社会效 益参数的函数。目前人们多以水域主要控制断面水质达标来代表整个功能区达标。 3 ) 污染物特征与水环境容量 水体自然条件是影响水体自净能力的外因而污染物特性则是内因。不同污染物 本身具有不同的物理化学特性和生物反映规律，不同类型的污染物对水生生物和人 体健康的影响程度不同，具有不同的水环境容量。另外，水环境容量还与污染物的 排放方式及排放的时空分布有着密切的关系。 重要概念 实际应用中，环境工作者按不同的应用机制，对水环境容量的概念进行了细化 和扩展，如：按生产机制分为稀释容量与自净容量；按污染物性质分为耗氧有机物 ( 或易降解有机物) 水环境容量、有毒有机物( 或难降解有机物) 水环境容量和重 金属水环境容量；按容量的可再生性分为可更新容量和不可更新容量；按水环境目 标分为自然环境容量和管理环境容量；按容量的可分配性分为可分配容量和不可分 配容量。 在此，介绍其中几个较为重要的概念及它们之间的关系。 1 ) 稀释容量与自净容量 稀释容量指当水体通过物理稀释作用使污染物达到规定的水质1 7 t 标时所能容纳 污染物的量。而水体通过物理、化学、物理化学、生物作用等对污染物所具有的降 解或无害化能力，称为自净容量。当污染物主要为易降解有机物时，自净容量又称 7 重庆大学硕士学位论文 2 水环境畜禽养殖容量理论研究 为同化容量。一般认为污水与净水比例达到l ：2 0 以上时，污染物在水环境中的同 化自净过程微弱，物理稀释过程起主要作用。 2 1 管理环境容量、可分配环境容量与允许排污量 管理环境容量是相应于一定规划设计条件下的最大允许纳污量，并随条件变化 而变化。应用上最重要的条件是水质标准、水文条件及污染源的布局结构。 在自然水体中，点污染源、面污染源、自然背景值( 源) 都对水体中的总污染 负荷有所“贡献，都要占有相应的环境容量。但自然背景值( 源) 一般是无法改变 的，非人为所能控制，因而其所占有的环境容量也就不可再分配使用。面污染源目 前要改变往往需要很大的财力和很长的时间，因而其所占用的环境容量实际上大部 分也是难以再分配使用的。点污染源实际上也不是全部能控制改变的。因而实际能 控制的污染物主要是点污染源中的工业污染源和部分生活污染源。可分配环境容量 即指管理环境容量扣除不可控污染物所占用的环境容量后的那部分。就区域而言， 实际能控制的污染物是有差异的。 不可控污染物所占用的环境容量小于管理环境容量时，其差值即为可分配环境 容量，还可以再分配使用；若大于管理环境容量，表示可控污染物全部削减也满足 不了水质标准，必须降低功能要求或采用工程措施来加大管理环境容量。若可分配 环境容量小于实际可控污染物量，表示已经过度利用环境容量，必须削减污染物量； 若大于或等于实际可控污染物量，表示环境容量的利用是适度的。 阡，不可控= 阡名源阡r 可控= w , r 一阡，不可控 可见，管理环境容量不能直接作为总量控制、负荷分配的依据。可分配环境容 量才是总量控制和负荷分配的直接依据，是应用上可实际使用的部分，其值随分配 原则的变化而变化。 管理环境容量、可分配环境容量是水域的入河量概念，反映了污染物入河量与 水体水质的输入相应关系。而最大允许排放量则是陆上排放量的概念。实际上，污 染物入河量与排放量存在一定的换算关系。从做实总量控制的角度出发，应将环境 容量成果落实到每个污染源的排放口处，可通过各类污染源入河系数，建立水环境 容量和最大允许排放量之间的关系。 2 1 2 水环境容量的特征 天然水体的水环境容量具有以下五个基本特征。 系统性 河流、湖泊等水体只是流域系统中的一部分，是一个连续系统，上游的水质污 染会直接流向下游，下游污染引起的生物变化会影响上游的生态系统状态，上游与 下游、左岸与右岸构成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，必须从流域的角度出发，合理协调流域内各水域的水环境容量。 重庆大学硕士学位论文 2 水环境备禽养殖容量理论研究 地域性 天然水体分布在不同的地理环境和地球化学环境中，在不同的水文气象、气象 条件下运动，使得不同地域的水体对污染物的物理净化、化学净化和生物净化能力 存在明显差异，从而决定了水环境容量具有明显的地域性特征。 另外，人类社会环境的改变对水环境容量的影响也不容忽视。受人类生产、生 活影响程度较小的河流，水体基本保持在背景浓度水平，水环境容量较大，而受人 为活动影响较大的城市河流，污染较为严重，水环境的开发强度己经接近或超过河 流水体总的纳污能力，应立足于保护。 资源性 水环境容量是一种自然资源，其价值表现在通过水环境容量对排放到水体中的 污染物所具有的缓冲作用，水环境能容纳一定量的污染物而仍能满足人类生产和生 活活动的需要，它可以部分代替污水的人工处理，从而节约水污染治理投资。 水环境容量是一种有限的自然资源，只有其中一部分是可以再生的，而且其恢 复和更新主要依靠水环境本身的调节能力，人为调节能力对水环境容量的影响是非 常有限的。一旦水环境容量的开发利用超过允许界限，其恢复十分困难，因此，必 须从可持续发展的战略角度出发，适度开发利用有限的水环境容量资源。 不均衡性 水环境容量总是针对某一类特定的污染物来说的。由于污染物在水环境中的迁 移转化方式多种多样，如化学、生物、物理转化等，不同性质的污染物对各种迁移 转化的响应程度差异很大，这就决定了水环境容量对各种污染物具有不均衡性的特 征。 发展需要性 水环境容量不但反映水环境的自然属性( 水文特性) ，同时也反映人类对环境的 需求( 水质目标) 。因此，水环境容量将随着水资源情况的不断变化和人们环境需求 的不断提高而不断发生变化。 2 1 3 水环境容量的计算方法 水环境容量既反映水域的自然属性( 水体的自然净化能力) ，也反映人类对环境 的需求( 水质目标) 。故水环境容量计算首先要建立污染物入河量与水体水质问的输 入响应关系，其次要与水环境规划管理相结合。这一过程包括了三个相互联系的模 型：水质模型、水环境容量模型和水污染防治对策模型。 水质模型 水质模型是描述污染物在水体中运动变化规律及其影响因素相互关系的数学表 达式。水质模型按描述水质变化的空间分布特性，可分为零维、一维、二维、三维 模型；按水质随时间变化的特性，可分为稳态模型和动态模型；按模拟的污染源特 9 重庆大学硕士学位论文2 水环境畜禽养殖容量理论研究 性，分为点源污染模型和面源污染模型；按包含作用因素的多少可分为单一水质模 型和综合水质模型。近年来，不确定性分析方法、人工神经网络、地理信息系统以 及虚拟现实等方法技术与水质模型的结合，极大地促进了水质模拟和水环境管理技 术的发展。 水环境容量模型 水质模型的计算结果往往以污染物浓度表示，而现行的水环境质量标准也采用 浓度限值作为要求，两者是相符的。但我们需要建立浓度与量的关系，以满足水质 目标与污染源总量控制的要求。这是水环境容量模型所要解决的问题。 目前主要采用正向计算获得水环境容量，即在设计条件下，以污染源位置、排 污量作为模型的输入条件，得到水体水质的输出结果。通过调节概化排污口位置和 排污量大小来改变控制断面的水质。当控制断面水质达到水质目标时，各个排污口 的排污量之和，即为计算单元的水环境容量。正向计算也是一般所说的“试错法”。 水污染防治对策模型 这里所说的水污染防治对策模型主要指水环境容量的优化分配模型。水环境容 量的大小与其分配方法密切相关。通常，调整设计条件可得到多个水环境容量值， 通过分析各个排污口污染负荷削减的技术经济可行性，从一组水环境容量结果中确 定合理的水环境容量。同时，环境容量在各污染源间亦得到公平有效的分配。关于 环境容量分配涉及经济、技术、资源、管理等方面的因素，可行性是环境容量分配 的首要原则。 2 2 水环境畜禽养殖容量研究 2 2 - 1 畜禽养殖与水环境环境影响关系研究 畜禽粪水主要来自尿液、部分粪便和畜舍冲洗水，溶入水中的粪便量和冲洗水 量直接影响到污水中各类污染物的浓度。畜禽养殖场未经处理的污水含有大量的污 染物质，排入江河湖泊中，造成水质不断恶化，导致水体富营养化、使水体溶解养 含量降低、有毒成分增多，严重时水体发黑变臭，形成有机污染，丧失水体功能。 水环境作为接纳畜禽养殖污染物的自然环境资源，其自身环境质量影响着对畜 禽养殖污水的接纳。水环境质量好，意味着可以承载更多的社会活动。养殖活动是 通过利用各种资源为人类提供产品的产业，从资源需求的角度来看养殖活动与水环 境资源之间存在着紧密的需求关系。养殖产业的发展需要对养殖本身的外环境排放 污染物，需要外环境提供必须的排污场所。养殖活动排污的需求主要是接纳污染物 的水环境。 按照环境容量的理论研究脉络，上述需求关系决定了发展畜禽养殖必须在充足 水环境资源的制约下发展，这种制约向我们提出了一个新的问题，水环境对畜禽养 1 0 重庆大学硕士学位论文2 水环境畜禽养殖容量理论研究 殖这一社会活动的容量。 2 2 ，2 水环境畜禽养殖容量研究 从养殖活动排污对水环境的需求，本人尝试进行水环境畜禽养殖容量研究。水 环境畜禽养殖容量是环境容量这一研究的一个新的概念，从环境容量界定水环境对 畜禽养殖的容量问题。运用环境容量基本理论对水环境对畜禽养殖的容量分析，水 环境畜禽养殖容量具有如下性质： 区域针对性 水环境畜禽养殖容量属于水环境容量研究的范畴，顾名思义，所谓水环境畜禽 养殖容量指的是在指其水环境使用功能不受破坏的条件下，水体的最大允许纳污量 所能支持的畜禽养殖规模。水环境畜禽养殖容量是针对一个区域而言，判断这个地 区的水体是否还有剩余的容量分配给畜禽养殖，而这个区域可能是准备发展畜禽养 殖业，也可能是已经发展了养殖业但需要铡算是否还能继续发展，还能发展多少。 因此，并不是所有区域都有需要进行水环境畜禽养殖容量的研究，水环境畜禽养殖 容量研究具有很强的区域针对性。 水污染物因子特殊性 由于水环境畜禽养殖容量是指水体的纳污量所能支持的畜禽养殖规模，因此所 研究的污染物因子是与畜禽养殖污染相关的。 畜禽养殖场粪便中含有大量的污染物质，动物将饲料养分转化为畜产品的效率 只有1 5 - - 2 0 ，约有8 0 一8 5 的养分排入环境中，对土壤、空气、水体造成巨 大污染。其中畜禽粪便主要的污染物是有机物、总氮、总磷和钾。此外，不同种类 的畜禽产生的粪便所含污染物的比例是不同的。根据国内外对畜禽粪便成分的测定， 猪粪中总氮的含量约为0 5 6 棚。9 7 ，家禽粪便中总氮的含量约为1 ，0 3 一1 7 6 ， 因此畜禽养殖种类的差异也会造成水污染物的差异。 流失系数动态性 进行水环境畜禽养殖容量的研究时，除了按照常规的研究以污水排放口的形式 排入水体中的污染物外，根据畜禽污染物的特点，应更多的考虑以面源方式进入水 体的污染物，主要考虑畜禽养殖场分布以及农田的地域分布。而畜禽粪便的产生量、 排放量以及最后进入水体的具体量是不相等的，在不同的条件下粪便流失系数是不 一样的，随着经济技术的发展，畜禽污染物的利用率的提高，其流失系数就会随之 降低，流失系数的变化将会直接影响到水环境畜禽养殖容量的大小。 2 2 - 3 水环境畜禽养殖容量的构成要素 水环境畜禽养殖容量由水环境容量引申而来，由于水环境问题不仅仅是个生态 环境问题，还是一个复杂的社会经济现象，水环境畜禽养殖容量的研究必须充分考 虑到环境、社会、经济等方面因素的相互作用、相互影响，作为一个概念体系加以 重庆大学硕士学位论文 2 水环境畜禽养殖容量理论研究 研究。水环境畜禽养殖容量实质是对水环境容纳畜禽污染物的能力进行研究，研究 就必须分清容纳体和容纳对象，并计算出容纳率。容纳体、容纳对象、容纳率是进 行研究的三要素。 容纳体 自然环境容纳体包括空气、水、土壤等，本文研究的容纳体是水。个区域的 水环境容量主要取决于水环境对于污染物的净化与吸收能力，此外科学技术水平、 人类活动方式等也会影响到水环境容量。 容纳对象 容纳对象主要指畜禽污染物，指的是进入容纳体水环境的畜禽粪便污染物， 畜禽粪便污染物因子很多，但主要包括b o d 、c o d 、氨氮、总氮和总磷等。同时， 对于一个区域来说，畜禽养殖排放污染物不同污染因子占污染物总排放的比例是有 差异的，也就是污染物的排放分担率不同。因此，水环境畜禽养殖容量的大小，遵 循“最低因子定律”，即决定水环境畜禽养殖容量大小的不是其中的容量最大因子， 而是其中的“瓶颈”因子，这个因子即为具体的容纳物。 容纳率 水环境容纳率( w e a r ) = 水环境容纳量( w e a q ) 水环境容纳力( w e a c ) ，水环境 容纳率( w e a r ) 是客观和科学地反映一定时期内区域水环境系统对水环境污染物容 纳能力的实际情况的指标。其中：水环境容纳量是指某一时期水环境系统实际承受 的人类社会系统的作用量值，用已纳污量来表达。由于容纳量是一个涉及利用者数 量和每个利用者排放污染物的强度的二维概念。这两个特征互相制约，随着每个利 用者( 个体) 影响强度的增加，某一资源可供支持的个体数量减少，因此，水环境容 纳量也可用利用者的个体数量来表示。水环境容纳力是指水体在一定环境质量的要 求下的对容纳对象的最大可容纳量。 水环境畜禽养殖容量是对畜禽养殖所产生的水环境污染物对水环境容纳量的影 响进行研究。水环境对于畜禽污染物的容纳能力是水环境对污染物容纳能力的一部 分。 2 2 4 水环境畜禽养殖容量的概念与内涵 水环境畜禽养殖容量，是基于水环境容量的派生研究。根据前述章节中对水环 境容量的定义以及对水环境畜禽养殖容量的特征与构成要素的分析，我们将水环境 畜禽养殖容量定义为；一定区域在某一历史发展阶段的技术、经济和社会发展水平 下，满足区域水环境功能区水质要求，在除去人类生活及工业、农业等非畜禽养殖 活动所产生的水污染物后，区域水环境的纳污能力所能支撑的畜禽的最大养殖规模。 在水环境畜禽养殖容量中，水环境系统是作为主体，客体是畜禽养殖业的生存和发 展对于社会经济系统和资源环境系统的需求。我们所研究的基础就是水环境系统对 重庆大学硕士学位论文2 水环境畜禽养殖容量理论研究 某类污染物的容纳能力，而这类污染物就是畜禽排入水环境的主要污染物。 根据本文对水环境畜禽养殖容量的定义，其内涵至少包括4 个方面： 在一定技术、经济和社会发展水平下的水环境容量，反映在环境方面就是要 求满足一定的水环境质量标准。 水体纳污能力，反映在环境方面即为相应的污染物容量，它是水体的客观评 价指标，与河流、湖泊的自身特性密切相关 但同时也受到人类对水功能区的划分 影响，人类对水功能区划分愈严格，对水体的质量要求愈高，则水体的纳污能力愈 低。 在满足前2 个条件的前提下，从水体的环境容量中除去人类生活及工业、农 业等非畜禽养殖活动所产生的水污染物，而这又与自然生态环境以及人们的生产方 式、生活方式有关。 水环境容量是相对于承载力而言的，水体自我维持、自我调节能力和纳污能 力是水环境畜禽养殖容量系统中的支撑部分，社会发展过程中所形成