（环境工程专业论文）涪江遂宁段水环境容量研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 环境容量是环境科学的基本理论之一它反映了污染物在环境迁移转 化中的基本规律和特定环境功能条件下环境对污染物的承受能力。水环境 容量是水质模拟和水污染防治规划的基本依据。 本文调查了遂宁市涪江水环境功能区的水质情况和该功能区内污染 物的排放情况。污染源调查基准年为2 0 0 2 年，调查范围为涪江水环境功 能区范围内的工业污染源、城市生活源和非点源。在调查的基础上对涪江 水环境功能区的排污情况进行了分析评价。 在分析涪江遂宁段水环境现状的基础上，选择c o d e r 、n h 3 - n 二项指 标作为涪江遂宁段水污染排放总量控制指标。在水环境容量计算过程中， 根据地表水环境的实际情况，分别选用了零维模型和一维模型。 水环境容量的计算结果表明，涪江遂宁段水环境质量总体上较好，该 功能区水体污染物的含量尚未超出该功能区的环境容量。而蓬溪赤城镇 明月河入涪江口段、中江县界象山镇段、象山镇郢口镇段、 安岳县界东禅镇段的实际c o o 含量超出了环境容量。应对这些河段的 化学需氧量进行控制。 涪江水环境功能区为遂宁市的主要水环境功能区，该功能区水环境容 量的确定，可用于河流的水质模拟和预测，为实施涪江遂宁段污染物总量 控制提供基础资料，为涪江遂宁段水污染控制的管理和决策提供科学依 据。 关键词：遂宁涪江水环境容量水环境功能区 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yi so l l eo f ab a s i ct h e o r yo f e n v i r o n m e n t a ls c i e n c e i t r e f l e c t st h el a wo ft r a n s f e r e n c ea l lt r a n s l a t i o bo fc o n t a m i n a t i o na n da l s o r e f l e c t st h er e c e i v j n gc a p a c i t yu n d e rac e r t a i nk i n d0e o v i r o n m e n li ti st h e b a s i ct h e o r yf o rs i m u l a t i n gt h ew a t e rq u a l i t ya nm a p p i n go u tt h ep r e v e n t i o n a n dc o n t r o lp l a n n i n go f w a s t e w a t e rp o l l u t i o n t h i sp a p e rm v e s t i g a t e dt h ew a t e rq u a l i t ya n dt h ep o l l u t a n td i s c h a r g eo ft h e w a t e re n v i r o n m e n tf u n c t i o n a lr e g i o ni nf u j i a n gr i v e ro fs u i n i n gb o u n d a r y t h eb a s i c y e a rr e l a t i n g t o i n v e s t i g a t e t h er e s o u r c eo fp o l l u t a n ti s 2 0 0 2 i n v e s t i g a t i n gi n c l u d e si n d u s t r i a lp o l l u t a n tr e u r c 髓、c i t yl i v i n gr 懿o i l r c 鹤 a n d n o n - p o i n t e df e s o u r c o n t h eb a s i so fi n v e s t i g a t i n gt h ep o l l u t a n t d i s c h a r g ei sa n a l y z e da n da s s e s s e df o rt h ew a t e re n v i r o n m e n tf u n c t i o n a lr e g i o n i nf u j i a n gr i v e r b ya n a l y z i n gt h ec u r r e n ts i t u a t i o no f w a t e re n v i r o n m e n t c o d c r a n dn 1 3 - n a r cc h o s e na st h et w oi n d e x e so f t h et o t a lp o l l u t a n tc o n t r o li nf u j i a n gr i v e r o f s u i n i n gb o u n d a r y a c c o r d i n gt ot h er e a lc o n d i t i o no ft h eg r o u n dw a t e r ，t h e p a p e ra d o p t s z e r od i m e n s i o n a lm o d e la n do n ed i m e n s i o n a lm o d e lf o r c a l c u l a t i n gw a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y t h er e s u l to f t h ec a l c u l a t i n gm a n i f e s t st h a tt h ew a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y i nf u j i a n gr i v e ro fs u i n i n gb o u n d a r ya r eg o o di nt o t a l ，a n dt h ep o l l u t a n t m e a s u r ea r en o to u to ft h ew a l c fe n v i r o n m e n t a lq u a l i t y b u ti nf u j i n go f f e n g x i c h i c h e n gt o w n - t h em i n g y u er i v e re s t u a r yb o u n d a r y 、z h o n g j i a n g c o u n t y - x i a n g s h a nt o w nb o u n d a r y 、x i a n g s h a nt o w n - q i k o ut o w nb o u n d a r y a n da n y u ec o u n t y - d o n g c h a nt o w nb o u n d a r y , t h er e a lc o d e ri sh i g l l e rt h a n t h es t a n d a r do f e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y , w h i c hs h o u l db ec o n t r o l l e d w a t e re n v i r o n m e n tf u n c t i o n a lr e g i o ni nf u j i a n gr i v e ri sm a j o ri ns u i n i n g 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 li 页 m a k i n gt h ew a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yc l e a rc a l lf o r e c a s ta n dm o n i t o r f u j i a n g sw a t e rq u a l i t y , g i v eb a s i cd a t at om a k e t h es t a n d a r do f t h et o t a lw a t e r p o l l u t a n tc o n t r o l ，a n dp r o v i d et h es c i e n t i f i cg r o u n do ft h em a n a g e m e n ta n d d e c i s i o ni nf u j i a n gr i v e ro f s u i n i n gb o u n d a r y k e yw o r d s ：s u i n i n g ，f u j i a n gr i v e r ，w a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y ，w a t e r e n v i r o n m e n tf u n c t i o n a lr e g i o n 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第一章绪论 1 1 问题的提出 环境容量是环境科学的基本理论之一。它反映了污染物在环境迁移转 化中的基本规律和特定环境功能条件下环境对污染物的承受能力。水环境 容量是水质模拟和水污染防治规划的基本依据。当今用水量的迅速增加使 水危机在许多国家接踵而至，同时工业废水和生活污水排放量在急剧增 加，污染了水源，进一步造成水源短缺。 我国是一个水资源短缺的国家，人均水资源仅为世界平均水平的四分 之一。随着工业生产的发展，城市化进程的加快和人民生活水平的提高， 我国的水污染问题也日益严重，迸一步造成了水源短缺。据统计，2 0 0 2 年我国c o d 排放量超过环境容量的7 0 ，江河湖泊普遍遭受污染。全国 七大江河水系7 4 1 个监测断面中，4 1 的监测断面水质劣于五类标准：全 国7 5 的湖泊出现不同程度的富营养化：生态用水缺乏，水环境恶化加剧。 辽河、淮河、黄河地表水资源利用率己远远超过国际上公认的4 0 的河流 开发利用率上限，海河水资源开发利用率更接近9 0 一些北方河流呈现 出“有水皆污、有河皆于”的局箍，生态功能几近丧失合理利用水资源、 切实改善水环境是一项长期、艰巨和复杂的任务改善水环境质量是我国 环境保护的主要任务之一实施水污染物总量控制是改善水环境质量的重 要措施。 我国对水污染物排放总量控制先后经过了浓度控制和目标控制两阶 段，现已进入容量总量控制阶段。浓度控制和目标总量控制阶段没有建立 水污染物排放量和水体水质之间的对应关系，也没有解决水污染物排放量 的分配问题。这两个问题的解决，必须在水环境容量核定的前提下，进行 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 容量总量控制。 遂宁市位于四川盆地中部，涪江中游，根据遂宁市地表水环境的状况， 全市共划分出2 个水环境功能区，即涪江( 遂宁段) 水环境功能区和麻子 滩水库水环境功能区其中涪江水环境功能区覆盖面积大，涵盖了境内的 涪江、郊江、明月河和琼江，管理好涪江水环境功能区对遂宁的社会和经 济发展具有及其重要的作用。本文在充分调研有关水环境容量研究资料和 收集、测定有关数据的基础上，对遂宁市涪江水环境功能区的水环境容量 进行了研究。 1 2 国内外研究进展 1 2 1 环境容量概念 环境容量是环境科学的一个基本理论，它是表达环境自净能力的物理 量。它反映了污染物在环境迁移转化中的基本规律和特定环境功能条件下 环境污染物的承受能力1 2 1 环境容量的概念是日本学者首先提出来。6 0 年代末，日本首先提出 在一定区域内的大气或水体的污染物总量控制在一定允许限度内。日本环 境厅委托日本卫生工学小组提出 1 9 7 5 年环境容量计算化调查报告环 境容量应用逐渐推广。而欧美国家学者一般使用同化容量、最大容许纳污 量和水体容许排污水平等概念1 2 1 我国对环境容量的研究始于7 0 年代8 0 年代初，研究集中在水体 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上，从不 同的角度提出和应用水环境容量概念。六五国家环保科技公关项目的确 定，有力的推动了我国水环境容量的研究。根据我国的水文和沿岸经济发 展特点，选择典型河流和河口海湾区，进行不同污染物的水环境容量研究， 并把水环境容量理论基础和水污染控制规划结合起来。在此之上，我国提 出了科学、全面、简明水环境容量定义：水环境容量是水体环境在规定环 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 境目标下所能容纳污染物质的量2 。 对于环境容量的共识可以表述如下【3 】：一个环境单元在满足环境目标 的前提下，所能接受的最大污染物量。根据这个共识可以判断，环境容量 的大小既决定于环境自身的特征，亦与污水的特性及排放方式有关。具体 体现为： 受体环境自身的特点。环境稀释、迁移、扩散能力是环境特点的 重要表征。一般来说，环境单元的稀释能力取决于环境对象的容积，环境 单元容积越大，稀释能力越高；污染物在环境中的迁移能力是环境介质运 动特征( 例如速度) 的函数，环境介质运动速度越高，迁移能力越强；污染 物在环境介质中的扩散，既决定于介质运动状态，也与污染物自身的性质 有关，通常，湍流条件下的扩散条件要比层流条件好。 污染物质的特点。同样一个环境单元对于不同的污染物具有不同 的容纳能力，主要取决于污染物的扩散特性与降解特性。在自然状态下不 能降解且具有累积效应的污染物的环境容量远小于可降解的污染物。 人们对环境的利用方式。环境容量可以认为是一种潜在的资源。 可用于净化污染物质与其他资源一样，环境资源的利用也存在效率问题， 污水深海排放的扩散管、烟气排放的高架烟囱就是提高环境资源利用效率 的例证。 环境质量耳标。接纳污染物的环境单元存在一定的使用功能，功 能目标是人为确定的，不同的环境目标对应不同的环境标准。所采用的环 境标准不同，环境容量也不同。一般说来，环境目标越严格，环境容量越 低。 上述4 个因素在一个实际的环境单元里相互影响、相互制约。在环境 规划和环境管理中，一旦确定了环境功能，人们能够控制的因素仅仅是污 染物的排放方式不同的排放方式对河流水质产生不同的影响。在各种污 染物排放方式中，污染物的完全分散排放( 即污染物与河水完全混合) 可 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 以获得最大的水体污染物容纳量。也就是说，完全分散排放方式所对应的 污染物容纳量就是水体的环境容量；与其他排放方式相对应的污染物容纳 量都称之为允许排放量。环境容量是允许排放量的极限值 1 2 2 水环境容量分类 根据不同的应用机制，水环境容量分类如下： 1 2 2 1 按水环境目标分类 ( 1 ) 自然水环境容量：以污染物在水体中的基准值为水质目标，则 水体的允许纳污量称为自然环境容量。其概念模型为： e = f ( c 墓一c p y 式中，e _ 一水环境容量 cr 污染物在水体中的基准值 c 一污染物在水体中的浓度 v _ 一水的体积 k 。表征水体对污染物稀释和自净能力的自然规律参数 自然环境容量反映水体和污染物的客观性质，即反映水体以不造成对 水生生态和人体健康不良影响为前提的污染物容纳能力，它与人们的意愿 无关，不受人为社会因素影响，反映着水环境容量的客观性。 ( 2 ) 管理环境容量：以污染物在水体中的标准值为水质目标，则水 体的允许纳污量称为管理环境容量，其概念模型为： 层= f “仅- c 弦v = f 蚝k 社气一c ) a y 管理环境容量反映以满足人为规定的水质标准为约束条件，它不仅与 自然属性有关，而且与技术上能达到的治理水平及经济上能承受的支付能 力有关。管理环境容量是水环境的自然规律参数与社会效益参数等两类参 数的多变量函数。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 在管理环境容量中，当以水污染损害费用与水污染治理费用之和最少 为约束条件所规划的允许向水体中排放污染物的量，又称为规划环境容 量。规划环境容量在环境管理中具有重要的实际应用价值。 1 2 2 2 按污染物性质分类 ( 1 ) 耗氧有机物( 或易降解有机物) 水环境容量：耗氧有机物系指 能被水中的氧、氧化剂或微生物氧化分解变成简单的无毒物质的那些有机 物，即能够比较容易被水体自净同化的有机物。显然，这类有机物有较大 的水环境容量。我们通常所说的水环境容量，主要指的就是这一部分容量。 耗氧有机物水环境容量的计算，一般采用耗氧有机物在水中稀释或转化降 解水质模型，用水质目标及控制范围做为约束条件即可求季导。 ( 2 ) 有毒有机物( 或难降解有机物) 水环境容量；这类有机物系指 人工合成的毒性大、难降解有机物其特点是同化容量甚微，一般只考虑 稀释作用作为水体容量的基本因素。这类污染物主要应消除在污染源，开 发利用水环境容量时要慎之又慎 ( 3 ) 重金属水环境容量：重金属可被水体稀释到或指阈值以下。从 这个角度讲，重金属有环境容量但是，重金属是保守性污染物，只存在 形态变化与相的转移，不能被分解。所以，重金属没有同化容量。这类污 染物更要严格控制在污染源。重金属环境容量的开发利用更要慎之又慎。 1 2 2 3 按污染物降解机理分类 ( 1 ) 稀释容量：污水与天然水体混合过程中，污染物浓度由高到低， 显示天然水体对污染物有一定的稀释纳污能力。一般认为：当污水与净水 比例达到1 ：2 0 以上时，污染物在水环境中的同化自净过程显得微弱，主 要是物理稀释过程起作用。当水体通过物理稀释作用使污染物达到规定的 水质目标时，所能容纳污染物的量称为稀释容量 a 、定常稀释容量：即在设计条件( 含水体流量、污水排放量及排放 浓度等) 常定条件下求得的稀释容量 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 b 、随机稀释容量：即考虑水体流量、排污量及排污浓度随机波动条 件下，求得达到某一达标概率的环境容量。随机容量比较真实地反映水文 条件及污染源排放的随机情况，比较科学地给出不同达标排放率的水体纳 污能力和允许排放量；随机稀释容量系用一系列连续数值表示，可以克服 试图用一个( 或有限个) 数值来表示环境容量的弊端，真实地反映出环境 容量时空不均匀特性。 ( 2 ) 自净容量：除稀释作用之外，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，即表征为自净容量。自 净容量反映水体对污染物的自净能力。或污染物主要为易降解有机物，则 自净容量又称为同化容量。 自净容量是水环境容量中最重要的组成部份。计算河流的自净容量， 应给出反映水体自净能力的综合系数一自净系数、水质目标及水体的时 空范围。 1 2 2 4 按容量的可再生性分类 可再生性系指水体对污染物的同化能力，非指水体对污染物的稀释、 迁移、扩散能力。 ( 1 ) 可更新容量：即表征为水体对污染物的降解自净容量或无害化 容量。如前述的耗氧有机物水环境容量即是可更新容量，是可以不断再生 的容量。如果控制和利用得当，又是可以永续利用的水环境容量。因此， 也是最具有实际开发利用价值的环境容量。我们通称所说利用水体自净能 力，就是指这部分可更新环境容量。但是，可更新容量的超负荷开发利用， 同样会造成水环境污染因此要合理利用这一部分水环境容量。 ( 2 ) 不可更新容量：在自然条件下，水体对不可降解或长时间只能 微量降解的污染物所具有的容量，称为不可更新容量。这部分容量的恢复， 只表现在污染物的迁移、吸附、沉积和相的转移。在大环境水体中的总数 量和性质不变例如，前面讲的重金属和很多人工合成有毒有机物，其水 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 环境容量均可称为不可更新容量。对这部分容量应立足于保护，污染物应 在污染源得到控制，不宜强调不可更新容量的开发利用 1 2 2 5 按容量的可分配性分类 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”，都要占用相应的环境容量 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 用的环境容量也就不可再分配。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 用点污染源实际上也不是全部都能控制改变的。因而实际可控制的污染 物主要是点污染源中的工业污染源和部分生活污染源。 当不可控污染物所占用的环境容量小于管理环境容量，其差值即为可 分配环境容量，还可再分配使用。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要求，必须降低功能要求，或者采取工程 措施来加大管理环境容量。 总量控制负荷分配中实际可使用的容量是可分配环境容量。可分配使 用的环境容量不是抽象的不变量，其值随分配原则的交化而变化，是和允 许污染负荷分配原则向联系的可变量 允许污染负荷分配涉及经济、技术、资源、管理等各方面的因素，有 各种各样的分配原则，概括起来主要是三条原则： ( 1 ) 经济优化原则，即费用最小分配原则； ( 2 ) 公平合理原则，即按贡献率削减污染负荷原则； ( 3 ) 等比例分配原则、或因地制宜分配污染负荷。 1 2 ，3 水环境容量的基本特征； 水环境容量具有以下基本特征： 1 2 3 1 水环境容量的地带性特征 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 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、 气象条件下运动，决定了不同地带的水体对污染物有着不同的物理自净、 化学自净和生物自净能力，从而决定了水环境容量具有明显的地带性特 征。 另外，人类社会环境的改变对河流水环境容量的影响也不可忽视受 人类生产、生活影响较小的城市河流，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，河流 水环境容量的开发强度已经接近或超过河流水体总的纳污能力，应立足于 保护。 1 2 3 2 水环境容量的资源特征咖 自然资源指为满足人类的生活和生产需要可被利用的一切自然物质 和能量。水环境容量也是资源。因为，水体具有降解水中污染物的动能“ 化学能和生物能这种具有降解污染物能力的水环境容量资源，与作为物 质而直接用于生产和生活的水资源，是不同性质的两个概念。 既然是资源就具有价值。水环境容量的价值表现在：通过容量所包含 对污染物缓冲作用的潜能，水体中可维持一定的污染物仍能适应人类生产 和生活活动的需求，可以部分代替污水的人工净化，从而节约水污染治理 投资。 水环境容量具有以下特征： ( 1 ) 水环境容量资源是有限的，是可以被耗尽的所以必须弄清水 体对污染物的承受能力，确定容量保护和利用的界限； ( 2 ) 水环境容量资源中的一部分是可更新的，只要控制在一定的开 发强度以内，是可以永续利用的： ( 3 ) 水环境容量资源的恢复与更新，主要依靠自然力，其人工可调 性是很微弱的；容量资源开发一旦超过容许界限，使其恢复是十分困难的。 所以，必须用保护、珍惜和永续利用的观点，适度开发利用水环境容量资 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 源。 1 2 3 3 水环境容量对污染物的不均衡特征 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河流 中的迁移和转化方式多种多样，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。 1 2 4 影响要素 影响水域水环境容量的要素很多，概况起来主要有以下四个方面： 水域特性水域特性是确定水环境容量的基础，主要包括：几何特 征( 岸边形状、水底地形、水深或体积) ；水文特征( 流量，流速、降雨、 径流等) ；化学性质( p h 值，硬度等) ；物理自净能力( 挥发、扩散、稀 释、沉降、吸附) ；化学自净能力( 氧化、水解等) ；生物降解( 光合作用、 呼吸作用) 。 环境功能要求。到且前为止，我国各类水域一般都划分了水环境功 能区不同的水环境功能区提出不同的水质功能要求。不同的功能区划， 对水环境容量的影响很大：水质要求高的水域，水环境容量小；水质要求 低的水域，水环境容量大。例如对于c o d 环境容量，要求达m 类水域的 环境容量仅为要求达v 类水域环境容量的1 2 。 污染物质。不同污染物本身具有不同的物理化学特性和生物反应规 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。因此，不 同的污染物具有不同的环境容量，但具有一定的相互联系和影响，提高某 种污染物的环境容量可能会降低另一种污染物的环境容量。因此，对单因 子计算出的环境容量应作一定的综合影响分析，较好的方式是联立约束条 件同时求解各类需要控制的污染物质的环境容量。 排污方式水域的环境容量与污染物的排放位置与排放方式有关 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 一般来说。在其他条件相同的情况下，集中排放的环境容量比分散排放小。 瞬时排放比连续排放的环境容量小，岸边排放比河心排放的环境容量小 因此，限定的排污方式是确定环境容量的一个重要确定因素。 1 2 5 水环境容量研究现状 水环境容量计算模式在理论上，从最初的质量平衡原理发展到现在的 随机理论、灰色理论和模糊理论：在实际应用上，从一般河流水体发展到 潮汐河网、湖泊( 水库) 和海湾等水体；在计算方法上，也从解析公式算法、 模型试错法发展到系统最优化分析方法 1 2 5 1 国外研究概况 f u j i w a r a 等t 4 1l o g 血i 等b 1 把流量作为为已知概率分布的随机量。 用概率约束模型对超标风险下的污染负荷分配进行了研究d o n a l d 和 e d w a r d1 6 1 用一阶不断定性分析方法将水质随机变量转化为等价确定性变 量，计算排污量。e l l i s 盯采用嵌入概率约束条件的方式构建了一个新的 随机优化模型，在这个模型中河流的流量、起始断面的b o d 和d o 、废 水排放量、废水中的b o d 和d o 、耗氧系数、复氧系数等也作为随机变 量。c a r d w e u 和e l l i s 嵋1 还基于参数和模型的不确定性，对多点源的污染 负荷分配进行了研究工作。l i 9 】在考虑了河流横向混合不均匀性基础上用 优化模型确定各排污口在给定水质标准下的允许排放量d o n a l d 和 b a r b a r a 【1 0 i 基于水文、气象和污染负荷等不确定因子的多重组合，对污染 负荷进行计算和分配。国外他们大多将允许排放量的计算和负荷分配在同 一过程中，用随机理论和系统优化相结合方法研究。 1 2 5 2 国内研究概况 作为水污染物总量控制的理论基础，水环境容量的研究在我国也得到 较快活展。8 0 年代初期，在北京东南郊环境质量评价、黄河兰州段、图 们江、松花江、漓江等环境质量评价项目中分别探讨了水污染自净规律、 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 水质模型、水质排放衣准制定等数学方法，从不同角度提出和应用了水环 境容量的概念“六五”国环境保护科学技术攻关项目开展了主要污 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”和“深圳河有扫物的水环境容量研究”这一时期 的研究与水污染控制规划相结合，成果显著“七五”国家环境保护科学技 术攻关项目在水环境容量理论的研究深度、研究广度和应用研究都取得重 大进展，出现了多目标综合评价模型、潮汐河网地区聋组分水质模型、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n 2 1 ，并正式出版了水环 境容叠综合手册3 1 这一标志性成果。至此，我国对水环境容量理论研 究深度有了一分的发展，水环境容量研究广度也有新的发展，水环境容量 理论的应用同样也取得了重大进展。依据水环境容量研究的攻关成果，已 经编制出我国水污染物总量招制实用系列化计算方法，并在几十个城市中 试行的排污许可证制度中推广应用；水环境容量攻关成果在水环境功能区 划中，作为功能区标准可达性分析容量判另法，已在部分地区推广应用： 水环境容量系列化分析与计算程序，已成为我国布定水环境综合整治规划 的重要技术方法。逐步实现了从污染源管理到水质管理；从浓度管理到总 量管理：从目标总量到容量总量” 为了实行容量总量控制和排污许可，国家环保总局于2 0 0 3 年4 月召 开的二国污染防治工作会议上，提出了全国水环境容量核定和总量分配 工作方案、环渤海十三市主要污染物总量核定和分配实施工作方案及 排污许可证工们指南等文件，为在全国全面推行容量总量控制提供了 技术指南“1 1 2 5 3 存在的问题和可能的发展方向 综上所述，有关水环境容量研究取得了不少研究成果，有些已在水环 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 境管理中得到了很好的应用。仅就一般河流水环境容量计算模式而言。但 是还存在很多不足。 对于确定性的计算模式，在理论研究和实际应用上，通常采用某一设 计保证率( 9 0 ) 的设计流量来计算，它能保证在较少的流量下，河流水质 达到标准。这种计算结果是偏安全的，但对平、丰水期的水环境容量资源 未能给予合理的开发、利用。 对于不确定性的理论模式，我国大多数河流水系，往往缺乏足够的统 计数据来推断各参数的统计量。灰色理论、模糊理论、未确知理论引入河 流水环境容量计算研究中，但都处于尝试阶段。所以水环境容量问题还需 做进一步的研究和探讨。 1 2 6 水质模拟 污染物进入水体中后，在水体的平流输移、纵向离散和横向混合作用， 同时与水体发生物理、化学和生物作用，使水体中污染物浓度逐渐降低。 为了客观的描述水体污染物降解规律，可以采用一定的数学模型来描述。 科学家们己研究了各种类型的水体并提出了各种类型的水质模型【1 7 瑚， 主要有零维模型、一维模型、二维模型、三维模型等。对河流，零维模型 常见的表现形式为河流稀释模型在国内，环境容量计算一般采用一维水 质模型。对有重要保护意义的水环境功能区、断面水质横向交化显著的区 域，可考虑采用二维模型。 自第一个水质数学模型s i r e e t c r - p h e l p s 应用于环境问题的研究以来， 己经经过了7 0 多年2 0 世纪6 0 年代以后，人们开始从确定性角度转向 研究水环境系统中的不确定性，建立了各种类型的随机水质模型。这些模 型大致分为三类，离散随机过程、实时估计和微分方程1 1 9 - 2 4 1 + 大部分随 机模型能部分考虑水质参数的不确定性，但是还存在有待改进的地方。例 如，m o n t ec a r l o 模拟技术，当随机变量增多时，计算不经济并且难以掌 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 握精度。另外，水力参数的不确定性也是河流的随机模型中需要研究和探 讨的闯题。 国内对水环境问题的研究起步较晚，在水质模型的不确定性研究中， 从水文参数、水利参数或水质参数的不确定性角度出发。近年来，灰色系 统理论和模糊数学理论也用于水质模型中，也取得了一定的成果。我国大 多数河流的水文、水质和水力资料不全，在这方面的研究还需做进一步的 探讨 从水质模型的发展史可以看出水质模型研究的发展趋势1 2 9 j 。以欧美 为代表，水质模型研究的发展趋势可以归结为三个增长和三项技术：研究 的范围、变量、时空网格不断增长，g i s ，g p s ，r s 为代表的高新技术 的应用不断深入 1 3 本文研究的内容及技术路线 1 3 1 研究内容 ( 1 ) 在通过对涪江遂宁段水环境功能区的自然、经济、社会、水环境 开发利用现状详细调查的基础上，进行水资源及水环境现状评价，确定水 环境容量研究的主要参数； ( 2 ) 对涪江遂宁段水环境功能区范围的主要产生水污染物的排放源进 行全面调查，并对排污总量进行核定： ( 3 ) 根据河流自然条件和功能区划将河流划分为若干河段，确定控制 断面： 【4 ) 分析河流水环境容量的影响因素，建立计算水环境容量的数学模 型并进行讨论，找到最优化模型，求出考虑不均匀系数的水环境容量值； ( 5 ) 在水环境容量计算结论的基础上，针对污染物排放量，确定控制 路线，初步提出总量控制的方案，最后对涪江遂宁段的水环境综合整治规 划提出建议。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 采用的主要研究方法有：选择合适的水质模型，确定相应的参数，进 行河流的水环境容量的计算。 1 3 2 技术路线 图1 - - 1 技术路线图 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 第二章涪江遂宁段水质现状 2 1 区域自然环境 遂宁市位于四川盆地中部，涪江中游。介于东经1 0 5 9 0 3 2 6 ”一 1 0 6 45 9 4 9 ”。北纬3 0 。l o 7 5 0 ”- - 3 1 。1 0 5 0 ”之间。东西宽9 0 3 公 里，南北长1 0 8 9 公里，总面积5 3 0 0 平方公里属丘陵低山地区，地质 构造简单，褶皱平缓。地貌类型单一，属中生代侏罗纪岩层，经流水侵蚀、 切割、堆积形成的侵蚀丘陵地貌。全境的岩层，下部以石灰岩为主，上部 以紫红色沙土、泥岩为主。遂宁市属四川盆地亚热带湿润季风气候区，气 候温和，雨量充沛，四季分明，无霜期长，云雾多，日照少。年平均温度； 1 7 4 c ；年平均相对湿度：8 0 ；年平均降雨量：1 0 0 6 9 毫米；年平均风 速：0 6 米秒；主导风向：北风( 1 9 ) ，多年静风频率6 8 ；全年日照 时数为：4 4 2 6 7 小时。 遂宁市境内大小溪河4 6 条，纵横交错，遍布全境。主要河流为涪江。 涪江系嘉陵江一级支流，发源于阿坝州松潘县境内岷山雪宝顶北坡，自西 北流向东南，过平武县城，于江油武都镇进入丘陵区，经绵阳、三台、射 洪，至遂宁市三新乡出川，向东南流经重庆市潼南县境，至合川市汇入嘉 陵江由北而东南纵贯市境，全长6 7 0 公里，遂宁市境内流程1 7 6 公里，流 域面积5 1 3 4 平方公里，河道平均比降0 5 4 。市境内河宽8 0 2 0 0 米， 最窄处4 0 多米，多年平均流量4 2 2 立方米秒，最枯流量1 2 8 5 立方米 秒。涪江支流呈树枝状分布，境内流域面积5 1 2 7 4 平方公里，占全市面 积的9 6 2 9 。 郊江全长1 4 5 公里，市境内流程6 5 公里，流域面积6 2 4 平方公里， 多年平均流量1 5 8 立方米秒，最枯流量1 8 3 立方米秒。琼江全长2 9 7 公里，市境内流程3 9 3 公里。流域面积1 0 0 8 平方公里，多年平均流量 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 3 9 立方米秒，最枯流量1 0 立方米秒。明月河全长7 1 公里，市境内流 程6 8 公里，流域面积6 8 6 3 平方公里，多年平均流量5 1 立方米秒。 表2 - - 1 遂宁市河流基本情况统计表 河流名称本市流域面积总长本市长度平均流量最大流量最小流量 ( i a n 2 )( 1 d n )( k i n )( m 3 s )( m 3 s )( n m 、 涪江 3 9 5 36 7 02 1 84 5 22 6 6 6 9 21 2 8 琼江 1 0 0 8 2 3 73 9 33 9 7 32 3 7 0 5 9 5 瓤江 6 2 4 1 4 56 51 5 86 3 5l _ 8 3 联盟河 1 1 82 82 80 7 2 开善寺河 1 2 4 3 63 6o 3 5 磨溪河 1 7 83 52 71 1 3 会龙河 1 4 72 62 60 8 6 白马河 1 0 0 92 52 50 6 9 梓江 1 8 3 53 4 03 54 9 18 5 8 01 3 5 青岗河 3 8 7 9 9 5 02 t 41 1 5 0o 太乙河 1 3 33 13 10 8 4 明月河 6 8 6 37 16 8 5 1 小潼溪 1 8 42 82 8l ，5 任隆河 2 2 44 14 11 7 6 小溪河 1 7 7 3 2 3 2 o 7 古柏溪 4 0 1 5 81 5 8o 3 2 2 水质监测 水质评价是总量分配的基础，它须在与水环境容量相结合的基础之上才能 进行总量分配。而水质监测又是水质评价的基础，是完成水质评价的数据 支撑。涪江水环境功能区涵盖了遂宁境内的涪江、郊江、明月河和琼江。 遂宁市环境检测站于2 0 0 2 、2 0 0 3 、2 0 0 4 年在金华，大安、老池等三个监 测断面的监测数据如表2 2 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 表2 - 2 水质监测数据统计表( 单位：m g l ) 监测 断面年份 p h d oc o d b o d 5 氨氮挥发酚总氮总磷 2 0 0 48 1 06 1 6 5 0 7 3 0 5 3 2o 0 t ) 2 l1 3 10 0 7 6 金华 2 0 0 38 2 27 3 92 3 3 1 5 6 0 3 9 5o 0 0 2 l 1 4 1 o 0 5 5 2 0 0 48 2 65 8 02 3 l 1 4 l 0 4 0 9o 0 0 31 3 40 0 3 2 老池 2 0 0 3 8 3 l7 1 9 3 3 41 5 7 o 4 5 3o 0 0 31 2 7o 0 6 2 2 0 0 2 8 2 76 9 53 5 6 1 9 7 n d 0 4 30 1 1 2 0 0 _ 48 5 65 0 03 0 52 9 50 4 4 3o 0 0 31 3o 0 2 6 大安 2 0 0 38 嬲6 6 45 6 32 3 9o 4 7 3o 0 0 2 l1 3 4 0o 0 7 5 2 0 0 28 1 57 舶3 7 32 4 3 n d 0 3 9 60 0 8 1 注：p h 无量纲 2 3 水质评价 2 3 1 评价因子 根据各断面的监测资料，确定以p l i 、高锰酸钾指数、溶解氧、生化 需氧量、挥发酚、氨氮、总磷、总氮为评价因子 2 3 2 评价标准 评价标准以地表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 - - 2 0 0 2 ) 做为标准。地 表水环境质量标准( g b 3 8 3 8 - - 2 0 0 2 ) 的相关标准值见表2 3 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 表2 3 地表水环境质量标准( 单位：m g l ) 序号 分类 i i l li vv 项目 1 p h 值( 无量纲) 6 9 2 溶解氧 7 56532 3 高锰酸钾指数 24 61 01 5 4 生化需氧量 33461 0 5 挥发酚 o 0 0 2 0 o d 2 0 0 0 50 o l0 1 6 氨氮 o 1 50 51 o1 52 7 总氮 o 2o 51 o1 52 0 8 总磷 o 0 20 1o 2o 3o 。4 2 3 3 评价方法 式： 对监测平均值运用单因子指数法进行评价单因子指数p i 计算表达 p i = c i c o i 式中：p i 一种污染物标准指数值； c h 种污染物实测浓度值，r a g l ： c o i i 种污染物标准浓度值，m g l 。 p h 的标准指数为： p i = 佃h i - 7 o ) ，( p h s - 7 o )当p h 7 0 时 p i = ( 7 0 - p h i ) ( 7 0 - p h s )当p h i 7 0 时 式中：p i 为p h 因子的标准质量指数值： p h i 为p h 的实测p h 值； p h s 为p h 的评价标准上限值或下限值。 西南交通大学硕士研究生学位论文第19 页 当p i 值大于1 0 时，表明地表水体己受到该项评价因子所表征的污染 物的污染，p i 值越大，水体受污染程度越重；当p i 值小于1 0 时，表明 地表水体不受到该项评价因子所表征的污染物的污染，p i 值越小，表明水 体中这种污染物浓度越小。 2 3 4 评价结果 表2 4 地表水环境评价结果统计表 监测断面年份 p hd o c o d m _b o d s 氨氨挥发酚总氮总磷 2 0 0 4iiiiii vi i 金华 2 0 0 3 i i i i v 2 0 0 4i 1 1 i ii i ii v i i 老池 2 0 0 3iii i ii v 2 0 0 2i nl i h i 2 0 0 4i m ii 1 大安 2 0 0 3i r l l iii v 2 0 0 2 i ii 通过利用单因子指数法对涪江水环境功能区水质进行评价，并将分别 满足的地表水环境质量标准进行统计，评价结果统计表见表2 4 。通过 表2 4 我们可以看出，该功能区水质各项指标除总氮外均能够达到地表 水类水域标准。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 0 页 第三章现有污染源调查 对于水环境容量计算，需要通过污染源调查得到进入某一河流的各个 功能区划河段的废水量以及水污染物排放量，并结合功能区划和排污口位 置等基本信息，通过模型计算得到相应的水环境容量。 本文污染源调查基准年为2 0 0 2 年，调查的范围为涪江水环境功能区 范围内的：( 1 ) 工业污染源；( 2 ) 城市生活源( 包括社会单位) ；( 3 ) 非 点源。包括农村生活源( 包括畜禽养殖散养源和乡镇企业污染源) ，农田 径流污染源、畜禽养殖污染源、城市径流和矿山径流等7 类 3 1 入河排污口 根据实际调查，对污染源入河排污口情况进行了调查，调查结果见 表3 1 表3 - 1 入河排污口情况统计表 入河排污口 控制单元 所属河流 名称序号 金华 a a 射洪县 柳