（环境工程专业论文）辽宁省鸭绿江流域水污染物总量监控技术与方法研究.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 目前鸭绿江流域已有的监控技术均是针对污染物浓度控制或目标总量控制建立 的，不仅体系和技术本身不健全，而且与容量总量控制的要求存在差距。本选题根据 鸭绿江流域自身特点，建立适合该流域的总量监控技术方法。提出了鸭绿江流域总量 监控对象的筛选原则和方法，做到在遵循排污量较大原则的同时，兼顾行业分布特征。 鸭绿江流域总量监控技术体系的建立，弥补了鸭绿江流域动态水环境管理上的不足， 为总量控制管理提供必要支持。研究内容主要包括：1 ) 鸭绿江流域重点污染源监控技 术研究；2 ) 重点入河排污口监控技术研究；3 ) 总量控制效果的水环境质量监控技术 研究；4 ) 水污染总量控制效果综合评价技术研究等四部分研究内容。从上述研究内容 看，污染源、入河排污口与地表水环境三者涵盖了流域水污染物总量监控的各个方面， 并充分考虑了入河排污口污染物监控技术，从而形成了系统的流域总量监控技术方法 体系。 关键词：鸭绿江流域；总量监控技术；总量监控方法；污染源；入河排污i = i ；地表 水环境 辽宁省鸭绿江流域水污染物总量监控技术与方法研究 t h er e s e a r c ho f w a t e r p o l l u t a n t s 。t o t a lc o n t r o lt e c h n o l o g ya n dm e t h o d si n y a l ur i v e r b a s i n , l i a o n i n gp r o v i n c e a b s t r a c t a tp r e s e n t ，c x j 缅g m o n i t o r i n gt e 蛐o l o g i e sa p p l i e d t oy a l ur i v e r b a s i na l eb u i l tb a s e d o np o l l u t a n tc o n c e n l r a t i o n sc o n t r o lo rt o t a lc o n 订o lo b j e c t i v e sc o n 臼0 1 t h e ya r cu n f i tf o r t e c h n o l o g i e st h e m s e l v e s ，a n dc a l ln o ta t t a i nt h ed e m a n d so ft o t a lc o n l r 0 1 i nt h i sp a p e r , a s u i t e dt o t a lm o n i t o r i n gt e c h n o l o g ys y s t e mi sb u i l ta c c o r d i n gt ot h ee h a r a z t e r i s t i co fy a l u r i v e r as e l e c t i n gr u l ea n dm e t h o do ft o t a lc o n t r o lo b j e c t sa l ep r e s e n t e d i tf o l l o w st h e p r i n c i p l eo fal a r g ea m o u n to fs e w a g ea n dg i v e sa t t e n t i o nt od i s t r i b u t i o no fi n d u s t r i e sa tt h e f 蛆n l et i m e t h ee s t a b l i s h m e n to ft o t a lm o n i t o r i n gm c h n o l o g y s y s t c h no fy a l ur i v e rs u p p l i e s ag a pf o rd y n a m i cw a t e rm a n a g e m e n t , a n dp r o v i d e se s s e n t i a le v i d e n c ef o rt o t a lc o n t r o l m a n a g e m e n t t h e r ea f ef o u rs e c t i o n si n c l u d e di nt h i sp a p e r ： 1 ) r e s e a r c h o n m o n i t o r i n g t e c h n o l o g y o f m a j o r p o l l u t i o ns o u r c e s o f y a l u r i v e r ；, r e s e a r c ho nm o n i t o r i n gt e c h n o l o g yo f m a j o ro u t l e t s ； 3 ) r e s e a r c ho nw a t e rq l l a l i t ym o n i t o r i n gm c h n o l o g ys a t i s f i e dw i t ht o t a lc o n t r o l ； 钔r e s e a r c ho ng e n e r a le v a l u a t i o nm c h n o l o g yo f t o t a lc o n t r o le f f e c t f r o mt h ea b o v es t u d i e s ，p o h u t i o ns o u c e s ，o u t l e t sa n du p p e rw a t e ro n v i r o n m e n t a l c o v e r sa l la s p e c t so f t o t a lm o n i t o r i n g a n do u t l e t sm o n i t o r i n gt e c h n o l o g yi sc o n s i d e r e dv e r y w e l l t h u s , as y s t e m i ct o t a lm o n i t o r i n gu ，c h n o l o g yf o rr i w rb a s i ni sf o r m e d k e yw o r d s ：y a l ur i v e rb a s i n ；t o t a l 。m o n i t 0 i i n gt e c h n o l o g y ；t o t a lm o n i t o r i n gm e t h o c t ； p o l l u t i o ns o u r c 2 s ；o u t l e t s ；u p p e rw 蛔e n v i r o n m e n t a l 一 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加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的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：墨雪： 日期：竺亟! ! ：丝 辽宁省鸭绿江流域水污染物总量监控技术与方法研究 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交 学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可 采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名： z 垦至 导师签名：金丝 3 趔2 年! 兰月旦日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 绪论 污染物排放总量控制制度是我国环境管理的基本制度之一。本课题作为流域水污染 物总量控制技术研究的一个重要组成部分，将结合容量总量控制的要求，分别提出流域 重点污染源、入河排污口和水环境质量的监控技术方法以及总量控制效果定量评估技 术，为流域水环境的有效管理提供依据和监督技术。 健全的总量监控术是实施总量控制过程中每个环节都必需的技术后盾。进行总量控 制的首要工作是污染物总量的核算，这不仅需要系统、完善的污染源调查和科学的污染 负荷估算方法，同时还必须对污染源进行必要的监控，以保障总量核算的准确性和有效 性；在水环境功能区划和水环境容量的计算过程中，也需要通过一定的监控、监测手段 了解水环境质量的基本信息，从而划定各类环境功能区，并模拟计算出相应的环境容量； 在总量削减和分配方案的制订和实施过程中，更需要通过排污口的监控监督各项控制指 标的落实情况以及通过水环境质量监控来评定其实施效果。但从我国现有的监控体系和 监控技术来看，尚不能完全满足容量总量控制的要求，必须制订一套行之有效的总量监 控技术规范。 总量控制的实施是一个复杂的、动态的过程，污染源、环境容量都会随时间的变化 而改变，从而影响最终的总量分配。本论文通过重点污染源、入河排污口与水环境质量 监控技术、污染源变化与河流水质的响应关系、水环境功能区达标评价方法、水污染物 总量控制效果定量评估技术等一系列探索，研究适合鸭绿江流域的总量监控方法，从而 满足鸭绿江流域水环境动态管理的要求。一 一 ， 本论文第二章流域总量监控技术方法的部分内容，是作者与华南环境科学研究所陈 中颖博士、中山大学黎坤博士，依托国家。十五”科技攻关课题“流域水污染物总量控 制技术”第五子课题“辽河流域水污染物总量控制技术与示范”，共同合作完成。作者 在经合作完成人同意后，将共同编写内容写入本论文内，特此说明。 辽宁省鸭绿江流域水污染物总量监控技术与方法研究 1 鸭绿江流域现状及国内外流域监控管理体制与总量监控方法 1 1 鸭绿江流域现状 1 1 1 自然环境概况 辽宁鸭绿江流域位于我省东部山区，地处东经1 2 3 0 2 2 至1 2 5 。4 2 ，北纬3 9 0 4 37 至 4 1 0 3 0 之间，流域面积1 6 6 1 6 平方公里。 鸭绿江是中、朝两国的界河。发源于吉林省长自山主峰白头山南麓，系三江发源 地的南支( 北支图门江，西支松花江) 。鸭绿江全长7 9 6 k m ，流域面积6 8 0 0 0k i n 2 。中 国一侧面积3 2 5 0 0k i n 2 。上游在吉林省境内。河长5 6 8k m ，流域流域面积1 5 8 8 4k i n 2 。 向西南流经我省的桓仁县、宽甸县、丹东市，于东港市大东镇附近的枢岛注入黄海， 河长2 2 8 k m ，流域面积1 6 6 1 6 k m 2 。主要支流有浑江、瑷河，蒲石河。水系分布见图1 1 。 图1 i 鸭绿江水系分布图 f i g l 1d i s t r i b u t i o no f t h ey a l ur i v e rw a l g a 一2 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 鸭绿江流域生态环境状况良好，森林覆盖率达6 0 以上，森林蓄积量达4 0 1 0 万 m 3 。至2 0 0 3 年底已建各级自然保护区8 个，面积1 5 1 l 万公顷。生态示范区工程6 项， 总面积6 5 5 l 万公顷。宽甸县已建国家级生态示范区，桓仁县已列为国家级生态示范区。 鸭绿江流域自然条件情况见表1 1 。 表1 i 鸭绿江流域自然条件情况 t a b 1 1 n a t u r a lc o n d i t i o n s i n t h e y 酊u r i v e r b a s i n 1 1 2 社会经济概况 鸭绿江流域按行政区划分包括丹东市、宽甸县、桓仁县、凤城市和东港市铁甲水 库汇水区的5 个乡( 镇) 。土地总面积为1 5 1 万k i n 2 ，约占全省1 0 2 ，耕地面积2 0 9 5 万公顷，占全省5 o 。 流域内总人口2 7 1 4 5 万人，占全省人口的7 9 。城镇人口1 0 5 7 5 万人，占流域总 人口的3 8 9 6 。鸭绿江流域社会经济状况见表1 2 。 2 0 0 3 年鸭绿江流域国内生产总值4 5 2 1 4 亿元，占全省的6 9 ；工业总产值8 0 2 8 3 亿元，占全省的7 2 ；流域内共有各类工业企业2 4 6 7 个。鸭绿江流域经济发展情况见 表1 3 。 表1 2 鸭绿江流域社会经济情况 t a b 1 2s o c i oe c o n o m i cs i t u a t i o n o f t h e y a l u r i v e r b a s i n 辽宁省鸭绿江流域水污染物总量监控技术与方法研究 表1 3 鸭绿江流域社会经济发展情况 t a b 1 2s o c i oe c o n o m i cd e v e l o p m e n to f t h ey a l ur i v e rb a s i n 1 1 3 水质现状分析与评价 饮用水源水质：流域内饮用水源地水质良好，达到地表水i i 类水质标准。 河流水质：鸭绿江上游支流水质较好，浑江、瑷河、蒲石河三条支流水质全部符 合类水质标准。干流城市段污染严重。从“九五”时期的监测结果可以看出，干流 除荒沟断面一直保持类水质标准外，江桥、文安和厦子沟3 个断面水质类别在一 之间。因鸭绿江天然径流量减少，枯水期文安和厦子沟断面曾出现劣v 类水质。城 市段不能满足环境功能区要求。浑江辽宁段水质较好，但上游吉林省入界水质污染较 重，浑江吉林段水质一般在一之间。浑江入桓仁水库后，出水水质情况明显改善， 浑江辽宁段达到类水质标准。水质现状及监控断面见图1 2 。 图1 2 鸭绿江流域监测断面图 f i g 1 2f i g u r em o m u m i n g s e c t i o no f t h ey a l ur i v e r b a s i n 一4 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 2 流域水环境管理与监控体制 1 2 1 国内外流域水环境管理模式 以流域为单元的水管理模式被世界各国政府普遍接受，并纷纷建立起流域管理机 构，以促进流域水资源的统一开发、利用与保护。根据国外的经验，这种流域管理机 构大体可分为3 种类型【1 1 。 ( 1 ) 流域管理局 以1 9 3 3 年美国建立酶田纳西流域管理局为典型。由国家通过立法赋予其统一规划、 开发、利用和保护流域内各种自然资源的广泛权限，以河流的综合开发为先导，通过 控制洪水、开发航运、生产电力、完善基础设施、合理利用土地资源等，促进流域农 业生产和社会经济的繁荣发展。除此之外，法令还赋予它为高度自治，财务独立的法 人机构，“既拥有政府机关的特有权力，又具有私人企业的灵活性和主动性”，由国会 拨给专用经费，直接对总统负责。由此看来，这种流域机构的任务已大大超出水资源 管理的范围，其目的是要“推进自然经济和社会经济的有序发展”。 流域管理局水资源管理模式的成功，使这种形式的流域管理成为落后地区取得经 济发展的一种模式。这种模式在发展中国家受到欢迎，印度、墨西哥、斯里兰卡、阿 富汗、巴西、哥伦比亚等国相继建立起类似的以改善流域经济为目标的流域管理局。 其共同特征是：对经济和社会发展具有广泛的权力；属政府的一个机构，直接对中央 政府负责；法律授予高度的自治权；有专门经费，滚动开发。然而，由于这类机构集 中很大的权力，它们在协调与地方政府、各有关部门对水资源开发利用的利益方面逐 渐遇到相当大的阻力。目前在发展中国家尚无取得明显成功的范例。而在美国再建立 类似流域管理机构的建议( 如成立哥伦比亚流域管理局) 都因遭到强烈反对而未能实 现。 ( 2 ) 流域协调委员会 流域协调委员会是由国家立法或由河流流经的地区( 州或省) 政府和有关部门， 通过协议建立的河流协调组织。委员会由联邦有关机构和流域内各州政府代表共同组 成，遵循协调一致或多数同意的原则。流域协调委员会的主要职责是根据协议对流域 协调委员会的流域内各州的水资源开发利用进行规划和协调 2 1 。这类机构间的权力差别 很大，大致可分为两类：一类是作用仅限于协调州际矛盾、制定流域规划并提出规划 实施建议、促进流域资料的搜集和研究、向政府和用户提供咨询，在美国，根据州际 协议而产生的委员会多属此类；另一类是除上述权限之外，还有权制定计划和管理政 策、修建和管理水工程、负责用水调配等。此类委员会往往是联邦的州际协议组织， 如澳大利亚的墨累河流域委员会、美国的特拉华河流域委员会和萨斯奎那河流域管理 委员会等。 辽宁省鸭绿江流域水污染物总量监控技术与方法研究 ( 3 ) 综合性流域管理机构 它的职权不像流域管理局那样广泛，也不像流域协调委员会那样狭窄或单一。国 外典型的综合性流域管理机构是1 9 7 4 年英国成立的泰晤士河水务局。依照1 9 7 3 年英 国颁布的水法，它负责流域统一治理和水资源统一管理，包括水文站网建设、水文水 情监测预报系统的管理、城市生活和工业供水、下水道、污水处理、农田排水、防洪、 水产、水上娱乐等河流管理所有方面的内容，并有权确定流域水质标准，颁发取水和 排污许可证，制定流域管理规章制度，是一个拥有部分行政职能的非盈利性的经济实 体。 目前，在欧共体各国及东欧一些国家己普遍实行这种综合性流域管理方式。尽管 在职能上不尽一致，但其管理的基本特征都是着眼于水循环，对流域内地表水与地下 水、水量与水质实行统一规划、统一管理和统一经营，具有广泛的水管理职责，并且 都具有控制水污染和管理水生态环境的职责f 3 】。在水污染受到普遍关注的今天，这类流 域管理机构得到广泛建立。 1 2 2 国外水环境监控体制 美国的环境保护管理体制主要分为联邦环保局( u s e p a ) 、1 0 个区域办公室( 按地 区而并非按流域或水系设立) 和州环保局3 个层次1 4 - 7 1 。u s e p a 是负责环境保护的综合 协调管理机构，其主要职责是进行宏观管理，负责制定有关环境保护的法规、政策、 标准与方法，并监督执行。诸如在“清洁水法案”( c l e a nw a t e ra c t ) 的授权下，制定 地表水监测导则，提出水质分析包括应包括的内容，并指导和检查各州的执行情况； 区域办公室负责监督辖区内环境执法情况，进行工业企业和市政污水处理设施的监督 性监测，会同u s e p a 总部提出和指导特殊目的的的监测计划；各州环保局是水环境监 测工作的组织者，在u s e p a 的授权和指导下制定地方水环境监测导致、实施办法和监 测计划，并按u s e p a 的要求提交监测报告。尽管各州的水环境监测计划不完全一样， 但是都要满足u s e 队的要求。 但u s e p a 并没有建立本系统的国家级水环境监测站网，也没有建立本系统的水环 境监测队伍，环境信息主要来自于其他部门、社会团体( 诸如大学、环保组织、工业 企业等) 以及市民志愿者。各州环保局也会根据具体的监测计划委托合同实验室进行 水环境监测工作，而由u s e p a 按合同给予经费补助。u s e p a 也进行一些少量的监测 工作，诸如为提供典型生态系统水质状态和变化趋势信息的“环境监测与评估计划 e n v i r o n m e n t a lm o n i t o r i n ga n d a s s e s s m e n tp r o g r a m ，e m a p ”。 联邦地理调查( u sg e o l o g i c a ls u r v e y , u s g s ) 是美国内政部下属的专门负责收集 自然界信息的技术机构，其中水资源部有4 0 0 0 余名工作人员，下设东南、中部及西部 3 个区域办公室，其主要经费来源与u s e p a 相同，即由国会拨款。与u s e p a 不同的 一6 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 是，u s g s 有自己完整的国家监测站网，包括水质和水文监铡站网，以及采样、样品处 理、保存与分析技术规范与规定，有相应的专业监测队伍，负责美国全国的地表，地 下水体及大气降水的水质与水量的监铡。u s g s 在全美设有1 5 0 万个监测站点，其重有 8 5 万个地表水站点，这些监测站点有很大一部分是实时监测，反映美国水资源质量状 况报告均由u s g s 负责提出，因此u s g s 是美国地表水与地下水水质监测的权威单位。 其水质和水量方面的监测成果及时转入数据库，由政府各部门和社会共享。而u s e p a 由于缺乏统一的流域监测站网规划与监测技术，在掌握全美地表与地下水环境质量方 面主要依靠u s g s t “。 大学、环保组织、工业企业等社会团体也根据自身的目的进行水质监测，并将数 据结果同政府决策者共享。一些市民志愿监测者也定期采集和分析水样、进行物理条 件的感观评价和生物健康测定。目前志愿者的队伍正快速增长，他们为水环境管理提 供了越来越重要的环境信息。u s e p a 为此还专门制定了“志愿者监铡质量保证技术导 则( t h e v o l u n t e e r m o n i t o r s g u i d e t o q u a l i t y a s s u r a n c e p r o j e c t p l a n s ) ”。 在日本，环境省( m i n i s t r yo f t h ee n v i r o n m e n t ) 是国家的环境行政主管部门，既实 施必要的环境监测，也协助地方自治体实施环境调查、购置自动监测仪器，开展法定 的调查和研究等工作，并通过发布告示等方式统一监测方法。日本4 7 个地方自治体的 都道府县都设有环境监测部门，并全部开展水质连续监测，其监测数据上报环境省。 在日本，各个省、厅的监测报告和有关数据都公开在网页上。 环境省一直资助执行公共水域调查监测计划所需的经费，这些经费被提供给地方 行政长宫和指定城市的市长，用于水污染控制法要求实施的水质调查和监督性监 测。环境省也资助地方政府和指定城市安装自动水质监测系统，截至1 9 9 6 年底，这样 的监测系统己建成1 6 3 处。建设省( m i n i s t r yo fc o a s t r u c f i o n ) 从河道管理的角度，在 一级河流上也执行同样的计划。至1 9 9 6 年底，建设省已在6 7 个流域建立了1 4 8 个自 动水质监测系统。在当地志愿者的合作下，环境省和建设省也进行有关生物指标的水 质监测l l 】。 在废水监测方面，地方行政长官和指定城市的市长经法律授权，对工厂和企业提 供的达标排放状况报告进行检查和监督。通过这些检查或报告，地方行政长官和指定 城市的市长可以采取必要的行政措施，诸如要求企业改善处理设施的运行状况等等。 在水污染控制法要求实施总量控制的区域内，排污企业必须监测并记录他们的污 染负荷排放总量。 1 2 3 我国水环境监控体系 我国的水环境监测工作主要由水利和环保两个部门承担，前者基于水资源管理的 角度开展水文与水质监测，后者主要从生态环境保护的角度主要开展污染源的监督性 辽宁省鸭绿江流域水污染物总量监控技术与方法研究 监测以及水环境的水质与生态监测f 1 2 1 。但由于两部门之间缺乏必要的协调机制、数据 共享性差，导致了水环境的分割管理，大量重复监测工作造成了极大的浪费。 ( 1 ) 水利系统监控网络建设 水利部门的水质监测工作开始于上个世纪5 0 年代中期，大致经历了三个发展阶段。 第一阶段为1 9 5 6 - 1 9 7 0 年，主要任务是收集江河天然水质资料，监测的内容为天然水化 学成分；第二阶段为1 9 7 0 1 9 8 5 年，水利部门水质监测工作步人全面发展阶段。1 9 7 1 年北京官厅水库发生死鱼现象j 北京市水利局立即在官厅水库管理处建立了水化室， 开展了水质污染项目的监测。同时，长委、黄委、湖南、吉林等1 2 个省和流域机构的 水文部门也开展了污染项目的监测。1 9 7 4 年，全国水文工作和水源保护会议强调“各 省水利部门和流域机构，要逐步建立水化室，经常检验水系水质变化情况”。随后，在 水文部门内增设了水质监测单位，水质监测工作在全国水利部门相继开展起来；第三 阶段为1 9 8 5 年至今，水利部门的环境监测工作得到快速发展。1 9 8 5 年，编制了全国水 质站网规划，拟在全国建立3 0 1 5 个水质站。目前已建成了覆盖全国的水环境监测网络， 其中包括2 6 0 0 多个水质站、2 8 0 0 多个水质监测断面、2 0 0 多个水系水质本底站、1 0 0 多个入海河口水质站。同时为了保证众多监测网点数据的科学性和公证性，从1 9 8 5 年 开始对水质监测实施了实验室质量控制；从1 9 9 3 年开始对全国2 4 0 多个水环境监测中 心及分中心组织申请计量认证，截止1 9 9 7 年底，水利部门的水环境监测机构全部通过 国家级计量认证考核，推进了水利部门水环境监测系统的能力建设f 1 3 】。 ( 2 ) 环保系统监控网络建设 从1 9 7 3 年第一次全国环境保护工作会议以来，环保部门已建成由国家、省、地市、 区县四级环境保护系统监测站2 3 0 0 多个，与各专业部门和企业的2 6 0 0 多个监测站一 起构成了相对完善的环境监测网络体系【1 4 l 。各监测站依据各自的职能，分别针对各环 境要素开展排污和环境质量的监测和监督工作。环境保护系统监测站负责对本区域内 的排污单位进行定期或不定期的监测，建立污染源档案，监督和检查各单位执行各类 环境法规和标准的情况旧；对本区域内各种环境要素的质量状况进行经常性的监测； 收集、汇总全国或本区域的环境监测数据，综合分析全国或本区域的环境质量状况； 参加制订和修订国家或地方各类环境标准和技术规范；专业部门监测站负责对所辖方 面和范围内的环境质量进行监测；汇总环境质量监测和污染物排放的数据资料，建立 污染源档案；参加制订和修订本部门或地区的各项环境标准和技术规范：企业监测站 负责对本单位的排污情况进行定期监测，及时掌握本单位的排污状况和变化趋势。 上述的环境监测体系从组成结构上已相当完备，但由于各级监测站均是以行政区 划为基础设立的，其职能受到行政区界的限制，加之监测技术手段相对落后，只能满 足以浓度控制或目标总量控制为基础的环境管理工作的需要，而难以适应以流域管理 为基础的容量总量控制工作的要求。近年来，为加强重点流域水污染防治工作，并逐 大连理工大学专业学位硕士学位论文 步实施容量总量控制，国家又建立了长江三峡生态环境监测网、近岸海域环境监测网 以及淮河、海河、辽河、太湖、巢湖、滇池等重点流域的环境监测网1 1 6 1 。在污染源监 测方面，目前已形成以城市为中心由环保系统的环境监测站牵头，各工业部门环境监 测站参加的城市污染源监测网络。 1 3 水污染物总量监控技术 1 3 1 污染源监控管理 在美国，任何排放污水的企业都必须向所在的州申请排污许可证( n a t i o n a lp o l l u t a n t d i s c h a r g ee l i m i n a t i o np e r m i t ，n p d e s ) 0 7 1 ，并对重点和非重点企业提出不同的处理要 求。州环保局负责制定实施细则，由各县级政府部门负责实施，州环保局进行监督。 超过排污许可证的现象被视为违法行为，该企业将会被州里起诉。排污许可证是全国 统一使用的一套系统，规定了排放污水量和水质方面的指标。颁证机构可要求点源的 所有者或操作者建立规定格式的监测记录，编制规定格式的报告，安装、使用并维护 监测设备，取得符合要求的样品，并提供颁证机构要求的其他资料。另外，在安装或 建设、改装任何污水处理设施之前，必须向州里申请安装许可证( p e r m i t t o 1 n s t a n ， p ) 。不管是美国环保局还是州里的环保局都必须把和地表水方面的情况对公众公开， 这是美国各政府部门的惯例，或者叫责任，要鼓励公众的参与，在网站上公开举报电 话，包括流域的水质分析和最后制定的监测计划，还有在正式下发排污许可证之前， 也要听公众的意见。 当排放许可证上包括排放总量时，企业必须安装精确的连续流量监测装置，只有 对那些流量比较小的非重点企业才允许安装精确度不高的流量监测设备。在美国，污 染源监铡的频率非常高，已保证监测的准确性和结果的权威性。通常，饿值每天监测， 而温度取决于对环境的影响，一般每月或每星期监测；污水处理厂的出水应该每天监 测水量、色度、臭味、浊度和余氯等。只有对一些取样和分析成本比较高的有机污染 物，在没有知道或怀疑有重大问题的前提下，一般每季度检测1 次。例如，俄亥俄州 环保局在其内部指导手册中规定了由废水排放量、净污比以及排放规律等因素决定的 工业污染源监测频率确定方法，见式( 1 1 ) 按照这一方法，污水排放量在1 0 0 0 t d 左 右的污染源差不多要每周监测1 次。 s f = a x b c( 1 1 ) 式中，s f 代表每月的监测频率；a 代表排放流量指数；b 代表排放流量和河流流量的 比率；c 代表变化性( v a r i a b i l i t y ) 指数。 一9 一 辽宁省鸭绿江流域水污染物总量监控技术与方法研究 表1 - 4 工业污染源监控频率确定指数 t a b 1 4 m o n i t o r i n gf r e q u e n c yd e t e r m i n e di n d e xo f i n d u s t r i a lp o l l u t i o ns o u r c e s 注：o m g d ：百万加仑每天，约等于3 7 8 0 立方米每天； 以上计算出的采样频率在针对氨氮、氯和些有毒有害物质的时候要乘以2 。 大型企业有自己的监测实验室，另外各州内还有一些独立实验室，承接监测工作， 所有的这些试验室都必须通过州环保局的认证。州环保局的实验室负责审查辖区内这 些实验室的资格，并且每年对所有重点排污企业和一部分非重点排污企业的监测实验 室进行评估。 1 3 2 地表水环境监控技术 地表水环境监控的主要目的在于监督污染物的排放总量、评价地表水体的污染状 况及变化趋势，因此，需要通过布设合理的监控断面或点位、选择适当的监控项目和 监控频率，以最低的代价获得具有空间代表性和时间代表性的监测数据结果嘲。国外 的研究者把水环境监控总结为w h y 、w h a t 、w h e r e 和w h e n 四个问题即监测的目的、监 测参数选择、监测点位布设以及采样频率。 1 3 2 1 监控断面与点位优化方法 对于流域范围内的监控断面与点位优化可以分为选择采样河段、确定采样断面、 布设采样点位三个步骤【2 3 1 。其中采样断面的确定主要是寻找如何排污口下游的均匀混 合位置，从而取得代表河流纵向浓度变化的断面位置，相应的方法有示踪剂法和s a y r e 、 f i s h e 、s a n d e r s 等经验公式估算法；采样点位的布设通常是根据水体的宽度和深度，在 横向和垂向布设若干点位；而采样河段的选择主要是决定域中需要监控的河段或一个 水域范围，直接关系到监测的工作量和监测结果的空间代表性，是至关重要的。选择 采样河段的方法主要有物理图形、统计分析、变量分区理论和水质模拟等方法鲫。 ( 1 ) 物理图形法 分别根据水系汇入的支流数求形心、受纳废水排放口数目求重心、河流纳污量求 重心，然后按排污量重心和流域形心结合起来设计各级站位的位置，可以取得比较客 一1 0 大连理工大学专业学位硕士学位论文 观反映水系水质的信息。用形心法设计的站位分布较均匀，而用纳污量法设计的站位 比较集中在下游。河流监测断面的位置亦可置于短心系数o 5 和黄金分割系数0 6 所划 定的河段上。 ( 2 ) 统计分析法 统计分析法是常用的一种调整现有监测网的方法。应用该方法的条件是：已掌握 足够的现有各个点位的多年监测数据；假设今后污染源分布无重大变化，污染源排污 量在流域范围内大体按比例增减：假设水体水文条件与过去类似。如果要监测的水体 不满足上述三方面条件，则调整的结果是不可靠的。国内有些地方监测站运用统计分 析方法调整监测网时往往忽略这些条件。统计分析调整监测网的方法主要包括方差分 析法、聚类分析法、物元分析法、最优分割法、r 型因子分析法等 2 s l 。 方差分析法：在分析监测网内各站位所监测的各项水质指标数据方差和均值差 异显著性基础上将差异不显著的站位适当合并，减少冗余站位，节约人力和物力。国 家环保局1 9 9 3 年1 9 9 4 年组织的地面水国控监测点位认证工作主要采用了此类分析方 法。 聚类分析法：是一种非指导性的模式识别技术，它在不做任何前提架设的情况 下，根据数据系统的相似性将其划分成不同的类或组群，以揭示数据系统的内在结构 或潜在行为。分级聚类一种不断地形成数据组群的最常用方法，它首先由最相似的一 对数据组群开始，经不断细分而形成更高级的组群。通常采用欧几里得距离表示两个 样本之间的相似性，这一“距离”代表了两个样本分析值的“差异”。应用聚类分析首 先需要采用w a r d 方法对数据系统进行归一化处理，然后通过偏差分析方法评估两个组 群之间的“距离”，即最小化每次聚类形成的两个数据组群的平方和。聚类分析法应用 于河流监测点位优化时，可由划分两类相似的监测点位开始，并通过逐步聚类拓展至 整个河流系统，最终形成树状图。 物元分析法：包括p c a ( p r i n c i p a lc o m p o n e n t a n a l y s i s ) 和p f a ( p r i n c i p a lf a c t o r a n a l y s i s ) 两种方法。p c a 主要是从原始变量的协方差矩阵中抽取特征值和特征向量。 p c s 是通过将初始相关的变量乘以特征向量而获得的一组非相关( 或正交) 变量，而 这一特征向量往往是与污染负荷有关的权重系数。这样，p c s 便成为原始变量的权重 线性组合。p c 提供的最有意义的信息是描述了整个数据系统在最小信息损失条件下的 数据削减量。p c a 是一种将内部相关的庞大数据系统转化为不相关数据系统的有效模 式识别技术。p f a 通过可变因素识别，进一步减少了p c a 分析结果或新变量组群中的 无意义变量。p f a 能够分析不可测的、假设的以及潜在的变量，而p c a 仅是建立观测 水质变量的线性组合。 ， 最优分割法：河流水质监测是一列有序样本，各河段水质成分交化的分段，可 以用最优分割法处理；在现有监测点的基础上，也可用最优分割法来决定河流最优监 辽宁省鸭绿江流域水污染物总量监控技术与方法研究 测点的距离。应用最优分割法，可以在现有监测点位密度基础上，通过计算决定最优 监测点位距离，去除不必要测站，达到经济而最优的监测效果。 ( 3 ) 变量分区理论 变量分区理论又称k _ r i g i n g 理论，是由k r i g e 提出的一种统计技术，8 0 年代就应用 于监测网设计和优化。设n 个测点n l ，n 2 ，n i ，相应测定值为x 1 ，x 2 ，x i ， 如果n 1 ，n 2 ，n i 位于同一区域或子区域，则区域v 上m i g i n g 估值的水质平均值x 为： ；= ( 1 l v l ) f x ，出( 1 - 2 ) 式中，l v l 分别表示区域v 上一维、二维、三维空间上的长度、面积和体积。平均 值z 的估计值x 设定为n 个数值的计权均值： z = 一 ( 1 3 ) 式中，村为权重因子或称k r i g i n g 系数。k r i g i n g 方法的出发点是由x 精确估计x 。 i c r i g i n g 线性估值应满足两个主要条件：估计量应是无偏的，即x 和x 的数学期望值应 1 f a ，x 。= l 一 相等。事实上，只要智 ，即可保证实现无偏；方差应尽可能小，即e m i n ( x ，z ) 2 】。 因此，目标函数为e m i n ( x * - 。) 2 】，约束方程为a ，一= 1 。对于非线性规划可用l a g r a n g e j i l 乘数法求解r a i g i n g 方程。 ( 4 ) 水质模拟法 当一个水体经长期研究后建立了准确的水质模型，就可以利用模型在不同水文和 排污条件下进行模拟，从而将监测站位设在能满足监测目的要求的位置上这种方法 在美国应用的较多，在制定每一个流域的水质监测计划之前，首先要进行整个流域的 水质分析( b i o l o g i c a l a n d w a t e r q u a l i t y s t u d y ) ，然后再利用不同的模型计算每日最大负 荷，进而确定并优化监测点位【l9 】。 湖泊、水库水质监测优化布点方法，原理上类似河流，但同河流相比，湖泊、水 库处于相对停滞状态，污染物的扩散自净规律有其自身的特点。应注意在湖泊、水库 的出入河口处、湖泊水库中心处、滞流区、鱼类回游产卵区、生物经济区设置监测断 面，并注意沿湖泊、水库水的流向设置监测断面。潮汐河流的对照断面宣设在潮区界 以上，消减断面宣设在近入海口处。 此外，s k a l s k i 提出在趋势监测中，每年用部分新测点替换原测点的轮流监测方法。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 固定点位提供了趋势的精确信息，连续更换的新钡l 站位提供地区内的最新资料，使大 污染事件缺失的可能性减至极小洲。 1 3 1 2 2 监控项目与监控频率 监测站点位置主要决定监测数据的空间代表性，而监测频率主要决定监测数据的 时间代表性。因此，应该力求以最低的采样频数，取得最有时间代表性的样品。决定 监测频率的方法有经验法、统计分析法及利用流域特征和流量来选择监测频率的方法 2 7 1 。由于水质变化是一个具有复杂时空变化的随机过程，水质随时间进程变化愈大， 取样频率应愈高。 统计分析方法确定监测频率，建立在过去监测数据统计分析基础上，并且假定未 来情况与过去相比无显著变化，各次监测数据近似看作独立的随机变量，则监测值应 位于置信区间内： x - u 。仃4 n i z x + u 。t r 4 n ( 1 - 4 ) 式中，p 为被监测水体某水质参数的总体均值；，为样本某参数测定值的算术平均 值：u a 为选定置信水平为1 吨时的临界值；n 为显著性水平；o 为总体标准差；n 为观 测样本数，即采样频率，次年。 由式( 1 - 4 ) 则可求得： 疗：f 迎丫( 1 - 5 ) ， l 卢一工j 在数据样本较少时以样本标准差s 代表a ，则需用t 分布的统计量t a ( o 代替u a 。 置信水平反映监测的代表性，置信水平降低，所需监测频率也大幅度下降。 对于多站多水质变量情况下采样频率的选择，国内外尚无统一方法，目前已有的 各种方法都有其片面性和不合理性，且计算结果相差甚大。采用较多的是计权方法圆： m=嘞(1-6) j - i 式中，n i 为第i 站位年采样频率；删为第i 站位第j 种水质变量的权重系数；n i j 为第i 站位第j 种水质变量的年采样频率；k 为第i 站位监测的水质变量数目。其约束 方程： “ k 。 。 o j # = 1 ( i - 7 ) j = l 萄的确定应综合考虑水质变量的超标情况、对环境及生态危害性大小、监测费用 等多方面因素。 辽宁省鸭绿江流域水污染物总量监控技术与方法研究 如果某水系有1 个站位，因经费限制，每年总共只能监测n 次，则在各站位间的 分配应为： i ：娶慨+ 娶岫雾竺慨+ 。o j n v j m s ， = ：卜帆。+ ：卜m ，2 + 号一挑， l 1 ” 勃研( 1 7 勺) 式中，n i 为第i 站位年采样频率；m 为监测网监测的水质变量数目，如第i 站位第 j 个水质变量未监测，则其对应的确、s 面、嘶为零；x i j 、s i j 和c i j 分别为第i 站位第j 个水质变量的均值，标准差和监测费用；面为第i 个站位重要性权重因子；v i l ，v i 2 、 v i 3 、v i 4 为权重因子。 。 约束条件为； 篓二：。 ( 1 - 9 ) 荷兰运用l e t t e n m a i e r 技术对国控水质监测网进行了优化【2 9 】。l e t t e n m a i e r 技术是基 于水质变量的一阶自回归模型。由于实际上水质时间序列不满足一阶自回归模型，因 此l e t t e n m a i e r 概念扩展n - 阶自回归模型。扩展的a i e r 技术在荷兰的应用表明， 采样站位数应减少而采样频率需要增加。结果采样站位从4 0 0 个削减到2 6 0 个；采样 频率与水体类型有关，湖泊、运河、近海水域等滞流水体每年采样1 2 1 3 次，河流、 海湾等流动水体每年采样2 42 6 次。 美国河川水质监测网( n a s q a n ) 对o h i o 水系3 0 个监测站位的空间代表性作了 研究，发现5 3 个水质参数中半数以上在三分之一以上站位上无显著性差异。研究表明， 所有监测项目的采样频率应从两个月或三个月一次提高到每月一次；并应削减高峰流 量时采样次数，因为高峰流量时采样会导致某些参数产生极值，大大增加了数据方差。 台湾北部基隆河水质监测网设计中，采用k r i g i n g 理论进行优化选点，结果表明需 要在下游河段增设采样点，基隆河的监测站位应为2 1 个，采样频率约需每月两次或3 次。 地面水监测网设计是多目标决策问题，近年来信息理论中的熵原理也被引入监测 网设计，以评价监测网效率及费用效益。熵是水质随机过程不确定性的量度，由监测 带来的不确定性的减少等价于信息量的获得，熵间接表示一系列数据的信息量，其基 本点在于获得足够量的信息，既不缺失也不重复。水质监测项目应结合监测目标选取。 不同采样站位监测项目可不必完全相同。各监测项目的采样频率可不同。 。 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 4 目前水环境监控体系存在的问题 我国实行流域与行政区划相结合的水环境管理体制，流域管理职能分散于多个行 政部门，环境监测体系受到行政区界的限制，在缺乏必要的协调机制、监管机制和数 据共享机制的情况下，各