（环境工程专业论文）鄱阳湖水环境承载力及污染管理机制研究.pdf

摘要 摘要 鄱阳湖是江西省的主要湖泊，也是长江中下游的第一大湖。鄱阳湖水环境 对鄱阳湖湖区乃至整个长江中下游生态安全都有着相当大的影响。本文以鄱阳 湖为研究对象，分析污染入湖途径，计算水环境容量，并以此确定湖泊水环境 对湖区污水排放的承载能力。通过分析鄱阳湖几个主要河口的污染承载情况， 出于水环境保护目的而削减污染物排放量，必然对“鄱阳湖生态经济区 的建 设，全省实现绿色崛起、绿色发展，乃至长江中下游沿江区域的可持续发展， 具有重要的战略意义。 本文主要研究内容如下： ( 1 ) 主要入湖污染物入湖途径，找出主要污染来源和重点污染区域。鄱阳 湖污染物入湖途径主要是地表径流，其次是底泥释放和降雨。地表径流中，五 河的携带为主要途径，占总入湖t p 和t n 总量的9 6 。而五河中，赣江、信江 和乐安河的携带量最大，修水最少。赣江排污量大是由于赣江流域的人口总数、 农业种植面积、工业产值大于其他流域，这也造成了赣江的污染断面较多，且 污染断面几乎都是由工业废水排放所致。饶河流域经济的迅速发展，致使部分 河段常年氨氮和t p 超标。信江的磷矿企业也使信江的磷入湖量增加。水土流失 也是污染物的一大来源，入湖泥沙也会携带大量的氮磷进入湖中。因此五河入 湖口应作为重点控制区域，且赣江、乐安河和信江应作为控制重点。 ( 2 ) 根据湖泊主要污染源分布和湖泊水环境特征，确定不同分区的水质扩 散模式，规划湖泊各分区水质均满足地表水功能区划水质目标时的湖泊最大纳 污值，即湖泊的水环境污染物承载能力。0 7 和0 8 年t p 水环境容量分别为 1 6 6 7 2 9 3 和1 5 5 7 9 8 1 t a ，0 7 年和0 8 年c o d c ，容量分别为4 3 3 6 4 2 0 6t a 和 6 4 8 4 0 1 4 8t a ，0 7 和0 8 年n h 3 - n 容量分别为1 5 7 1 8 2 4t a 和1 8 1 8 4 9t a 。t p 和 c o d c ，容量均为正值，但鄱阳湖全湖n h 3 - n 的容量较小，特别是0 7 年，已无 n i l 3 - n 容量。 ( 3 ) 分析鄱阳湖污染承载力，以水环境容量值为约束值，提出鄱阳湖污染 物削减区域和总量。鄱阳湖t p 的承载能力仍有很大空间，c o d c ，承载力接近饱 和，剩余环境容量不多，鄱阳湖n h 3 - n 承载能力远小于污染物的排放量，主要 是受赣江和乐安河负容量的影响，因此在赣江流域和乐安河流域进行n h 3 - n 已 i 摘要 削减刻不容缓。 ( 4 ) 为了控制鄱阳湖富营养化进程，改善水质，本文倡导完善鄱阳湖管理、 推行污染物总量控制、推行总量控制责任制、严格控制入河入湖排污口、开展 宣传教育和社会参与等健全政策法规和宣传教育措施，提出了地表径流污染控 制、水土保持和底泥释放控制等污染控制措施，建议加大科研投入和构建监测 体系等措施，为鄱阳湖走上绿色循环经济道路，保持“一湖清水的良好生态 美景奠定基础。 对鄱阳湖的污染物入湖途径分析和环境容量分析，为实现污染物总量控制 提出建议措施提供了依据，为实现维持鄱阳湖“一湖清水”和促进经济社会协 调快速发展的“共赢建立了坚实的基础。 关键词：鄱阳湖；入湖途径；水环境容量；湖泊水环境承载力；削减量； 控制措施 u a b s t r a c t a b s t r a c t p o y a n gl a k ei st h em a j o rl a k ei nj i a n g x ip r o v i n c e ，i ti sa l s ot h el a r g e s tl a k ei nt h e m i d d l ea n dl o w e rr e a c h e so ft h ey a n g t z er i v e nt h ew a t e re n v i r o n m e n to fp o y a n gl a k e h a sg r e a ti m p a c to ne c o l o g i c a ls e c u r i t yt ot h el a k ea r e aa n de v e nt h ew o h l em i d d l e a n dl o w e rr e a c h e so ft h ey a n g t z er i v e n t h i sa r t i c l es e tt h ep o y a n gl a k ea sr e s e a r c ho b j e c t ，b a s e do na n a l y z i n gt h ew a y o fp o l l u t i o ni n t ot h el a k ea n dc a c u l a t i n gt h ew a t e re n v i r o n m e n tv o l u m e ，t oc o n f i r m t h ec a r r y i n gc a p a c i t yo fl a k ew a t e re n v i r o n m e n tt ot h ep o l l u t i o ne m i s s i o no ft h el a k e a r e a t h r o u g ha n a l y z i n gt h ep o l l u t i o nc a r r y i n gc a p a c i t yo fm a j o re s t u a r yi np o y a n g l a k e ，t or e d u c ep o l l u t i o ne m i s s i o nf o r t h ep u r p o s eo fp r o t e c t i n gw a t e re n v i r o n m e n t ， w h i c hw i l lc e r t a i n l yh a v eg r e a ts t r a t e g i cs i g n i f i c a n c eo na c h i e v i n gt h eg r e e nr i s e ， g r e e nd e v e l o p m e n to ft h ep r o v i n c e ，e v e no nt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fm i d d l e a n dl o w e rr e a c h e so ft h ey a n g t z ed v e n t h em a j o rr e s e a r c hc o n t e n to f t h i sa r t i c l ei s ： ( 1 ) b a s e do nt h em a j o rw a yf o r t h ep o l l u t i o ni n t ot h el a k e ，t of i n do u tt h em a j o r p o l l u t i o ns o u r c e sa n dp o l l u t e da r e a s t h em a j o rw a yf o rt h ep o l l u t i o ni n t ot h el a k ei s s u r f a c er u n o f f , s e d i m e n tr e l e a s ea n dr a i n f a l l a m o n gt h es u r f a c er u n o f f , t h ef i v em a i n r i v e r sa r et h em a j o rm e a n s ，w h i c hc a r r y9 6 o ft h et o t a lt na n dt pi n t ot h el a k e t h e g a n r i v e r ，x i nr i v e ra n dl e a nr i v e r , c a r r yt h eam a j o r i t yo fp o l l u t a n t si nt h ef i v e r m a i nr i v e r s ，a n dc a r r y i n ga m o u n to fx i ur i v e ri st h el e a s t g a nf i v e rb a s i ni st h em o s t b r o a db a s i n ，w i t hl a r g ep o p u l a t i o n ，a g r i c u l t u r ea n di n d u s t r ya r ew e l ld e v e l o p e d ，w h i c h m a k et h eg a nr i v e ri st h el a r g e s tp o l l u t i o ne m i s s i o ns o u r c e ，a n dr e s u l ti nt h em o s t p o l l u t e dc r o s s - s e c t i o n si ng a n r i v e r i nf a c t ，a l m o s ta l lt h ep o l l u t e dc r o s s s e c t i o n sa r e c a u s e db yi n d u s t r i a lw a s t e w a t e rd i s c h a r g e s o m es e r i o u s l yn i t r o g e na n dp h o s p h o r u s p o l l u t e ds e c t i o n si nr a or i v e rc a nb ea s c r i b et ot h er a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n ti n r a or i v e rv a l l e y x i nr i v e r sh i g ht pc o n c e n t r a t i o na s l oc a nb ea s r i b et ot h e p h o s p h a t ec o m p a n i e sl i e da l o n gt h eu p p e rr e a c h e so ft h ex i nr i v e r s o i le r o s i o ni s a n o t h e rm a j o rs o u r c eo fp o l l u t a n t s ，w h i c hc a u s e sal a r g ea m o t m t so fs e d i m e n t 淅t l l n i t r o g e na n dp h o s p h o r u si n t ot h el a k e t h e r e f o r e ，t h ee s t u a r yo ft h ef i v em a i nr i v e r s s h o u l db et r e a t e da sak e yc o n t r o la r e a s 。a n dt h eg a nr i v e r , l e a nr i v e ra n dx i n i i i a b s t r a c t r i v e rs h o u l db et h et o pp r i o r i t y ( 2 ) a c c o r d i n gt ot h e d i s t r i b u t i o no fm a j o rp o l l u t i o ns o u r c e sa n dw a t e r e n v i r o n m e n tf e a t u r e so ft h el a k e ，t oc o n f i r mt h ew a t e rd i f f u s i o nm o d e lo fd i f f e r e n t s u b a r e aa n dp l a nt h ep o l l u t i o nc a r r y i n gc a p a c i t yo fl a k ew a t e re n v i r o n m e n t i nt h e y e a r2 0 0 7a n d2 0 0 8 ，t h et p , c o d c ra n dn h 3 - nw a t e re n v i r o n m e n tc a r r y i n gc a p a c i t y w e r e1 6 6 7 2 9 3a n d 1 5 5 7 9 8 1 t a ，4 3 3 6 4 2 0 6a n d6 4 8 4 0 1 4 8t a ，- 1 5 7 1 8 2 4 a n d 1818 4 9t ar e s p e c t i v e l y t pa n dc o d c rc a p a c i t yv a l u e sw e r ea l lt h ep o s i t i v en u m b e r , b u tt h en h 3 - nc a p a c i t yo fp o y a n gl a k ew a sv e r ys m a l l ，e s p e c i a l l yi n2 0 0 7 ，i tw a s n e g a t i v e ，w h i c hm e a n s i tc a nb e a rn om o r en h 3 - ne m i s s i o n ( 3 ) t oa n a l y z et h ep o l l u t i o nc a r r y i n g c a p a c i t yo fp o y a n gl a k e ，s e tt h ew a t e r e n v i r o n m e n tv o l u m ea st h er e s t r i c t e dv a l u e ，b r o u g h tu pt h et h ep o l l u t i o na b a t e m e n t a r e aa n dt o t a la m o u n to fp o y a n gl a k e t h e r ei sp l e n t yo fr o o mf o rt pc a r r y i n g c a p a c i t yo fp o y a n gl a k e ，t h ec o d c fc a r r y i n gc a p a c i t yi sc l o s e dt os a t u r a t i o n ，t h e r e m a i n i n gc a p a c i t yo f t h ee n v i r o n m e n ti sn o tt o om u c h t h en i - 1 3 - nc a r r y i n gc a p a c i t y o fp o y a n gl a k ei sf a rl e s st h a nt h ep o l l u t i o ne m i s s i o n , w h i c hi sa f f e c t e db yt h e n e g a t i v ec a p a c i t yo fg a n r i v e ra n dl e a nr i v e r s oi ti su r g e n tt oc u td o w nt h en h a - n e m i s s i o n ( 4 ) i no r d e rt oc o n t r o lt h ee u t r o p h i c a t i o np r o c e s so fp o y a n gl a k e ，i m p r o v ew a t e r q u a l i t y , t h i sa r t i c l ea d v o c a t e st oi m p r o v et h em a n a g e m e n to fp o y a n gl a k e ，i m p l e m e n t t h et o t a la m o u n tc o n t r o lo fp o l l u t i o n , i m p l e m e n tt h e ht o t a lc o n t r o lr e s p o n s i b i l i t y , s t r i c t l yc o n t r o lt h es e w a g eo u t f a l li n t or i v e ra n dl a k e ，c a r r yo u tt h es o u n dp o l i c i e sa n d r e g u l a t i o n so np u b l i c i t y , e d u c a t i o na n ds o c i a lp a r t i c i p a t i o n , b r o u g h tu pt h ep o l l u t i o n c o n t r o lm e a s u r e ss u c ha ss u r f a c er u n o f fp o l l u t i o nc o n t r o l ，s o i la n dw a t e rc o n s e r v a t i o n a n ds e d i m e n tr e l e a s ec o n t r o l ，s u g g e s t st oi n c r e a s er & di n v e s t m e n t ，b u i l dm o n i t o r i n g s y s t e m ，l a yt h ef o u n d a t i o nf o ra c h i e v i n gg r e e nr e c y c l i n ge c o n o m ya n dag o o d e c o l o g i c a lb e a u t yo f ”al a k eo fc l e a rw a t e r ” t h ea n a l y s e so nt h em a j o rw a yf o r t h ep o l l u t i o ni n t ot h el a k ea n de n v i r o n m e n t v o l u m ep r o v i d e dt h eb a s i sf o ra c h i e v i n gt o t a lc o n t r o lo fp o l l u t a n t s ，e s t a b l i s h e das o l i d f o u n d a t i o nf o ra c h i v i n g ”al a k eo fc l e a rw a t e r a n dp r o m o t i n gt h er a p i da n d h a r m o n i o u sd e v e l o p m e n to fe c o n o m i ca n ds o c i a l k e yw o r d s ：t h ep o y a n gl a k e ，w a yi n t ot h el a k e ，w a t e re n v i r o n m e n te a r r i n g c a p a c i t y , l o a d i n ga b i l i t yi n d e x ，r e d u c e dq u a n t i t y , c o n t r o lm e a s u r e w 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 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过的研究成果，也不包含为获得直昌太堂或其他教育 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( 手写) ：谶签字日期： 加7 d 年月3 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解直昌太堂有关保留、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。本人授权直昌态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、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名( 手写) ：娥 导师签名( 手写) ： 1 + ，j 签字日期：2 刀i 口年 1 月j3 日 签字日期：护j 口年7 月) 了日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 研究背景 鄱阳湖，位于长江中、下游交接处的南侧、江西省北部，是我国第一大淡 水湖。鄱阳湖是个季节性、吞吐型的湖泊，上承赣、抚、信、饶、修五大河， 下接浩浩长江，是长江中下游仪存的两个通江大湖之一，在调节长江径流、维 护生态平衡、保持生物多样性、发展区域生态经济等方面有着举足轻重的作用。 鄱阳湖流域面积1 6 2 万k m 2 ( 其中1 5 7 万k m 2 在江西境内) ，占江西省国土面 积9 7 2 左右，生态安全的范围包括长江下游沪、苏、浙及皖等省的部分地区。 鄱阳湖具有独特的湿地资源、生物资源、生态资源。鄱阳湖出露的洲滩湿 地面积达2 7 8 7 平方公里，为中国其它湖泊所罕见，是国家级自然保护区，是中 国首批入选7 块国际重要湿地之一，也是东北亚鹤类保护网络的成员，2 0 0 2 年 鄱阳湖还被世界生命湖泊网络吸纳为成员，吸引了联合国有关机构和许多国际 组织来此开展诸多方面的合作与研究。 鄱阳湖是江西的代名词，鄱阳湖的保护治理和鄱阳湖的经济开发关系江西 未来的发展，关系全省人民子孙后代的福祉。因此建立鄱阳湖生态经济区，应 坚持以科学发展观为统领，从保护生态入手，争取鄱阳湖生态经济区纳入国家 的主体功能规划中，上升为国家的区域发展战略，既保住“一湖清水，又促 进经济社会协调快速发展，努力把鄱阳湖保护开发推向新的阶段，使之成为生 态优美、经济快速发展、产业层次较高、城乡协调发展的功能区。 当前，中央政府对生态文明建设和中部崛起高度蕈视，在政策、资金、管 理、人才等多方面予以扶持，江西省委、省政府也对鄱阳湖生态经济的开发和 保护都非常重视，在深入贯彻落实科学发展观、构建和谐社会的过程中，据鄱 阳湖区的资源禀赋、环境容量、生态状况、人口数量，为了更加科学地利用生 态环境资源，提出建设“鄱阳湖生态经济区 的宏伟战略。鄱阳湖生态经济区 的建设，将区域经济规划和生态环境保护有机地结合起来，不仅要加快发展和 崛起，更重要的是通过保护生态环境，实现绿色崛起、绿色发展，实现保护持 续发展的协调，实现经济结构调整和经济增长方式的根本性转变，实现鄱阳湖 区域的保护和区域经济发展的“共赢 。这对于鄱阳湖流域乃至长江中下游沿 第一章绪论 江区域的可持续发展，具有重要的战略意义。 政府方面高度重视鄱阳湖的保护，科研院校也加强了对鄱阳湖的研究力度， 江西师大和南昌大学联合申报的“鄱阳湖湖泊生态和生物资源利用”重点实验 室，经教育部批准，确定为教育部立项建设的省部共建重点实验室。旨在对鄱 阳湖流域水资源与水环境进行更深入的了解，但这些都还处于起步阶段。随着 全球淡水资源的日益匮乏，对鄱阳湖的保护与治理将会越来越受到重视，对其 水资源与水环境的研究力度也将会逐步加大。 1 2 问题的提出 湖泊作为一种重要的自然资源，具有蓄洪、供水、养殖、航运、旅游和维 护生物多样性等多种功能，在整个经济社会持续发展中起到重要作用l l j 。人们在 开发利用湖泊资源时，忽视对湖泊资源有效的保护和管理，致使湖泊功能效益 不断下降，影响了湖泊区域的水资源可持续发展。鄱阳湖面临着这样的问题。 人类活动改变了鄱阳湖及其主要支流的水化学特征1 2 j ，也增加了水体中的营养物 质浓度，破坏鄱阳湖生态平衡，促进湖泊老化进程。 吕兰军( 1 9 9 4 年，1 9 9 6 年) 通过分析1 9 8 7 - 1 9 9 0 年的资料，认为鄱阳湖 营养物质的输入，6 5 以上米自五大水系，尤其是赣江，其次是湖区地表径流携 带的尚未被作物吸收的农药、化肥。全省废水排放量的增加，可能导致鄱阳湖 水中污染物的增加。万金保( 2 0 0 7 年) 认为，鄱阳湖总磷、总氮、营养盐浓度 普遍较高，这与5 大水系的主要营养盐年均输入浓度都比较高密切相关，这也 为鄱阳湖可能发生大规模的富营养化创造了条件。鄱阳湖及其支流严重的水土 流失也成为了污染物质进入鄱阳湖的渠道之一。江西省水利年鉴的数据表明， 鄱阳湖的德安县、余干县、进贤县、鄱阳县、星子县、庐山区六个地区，水土 流失面积有增长趋势，这将直接威胁鄱阳湖水质和水生态安全。但是，当前在 湖区干流未普遍发生富营养化现象，其原因主要是鄱阳湖为一个季节性吞吐型 湖泊，没有完全形成富营养化发生所需的缓流条件。 当前鄱阳湖水环境污染的一个明显特征是水污染物排放量超过水环境容 量，造成排入水体的污染物远远超过水体自净能力。因此，开发利用水环境容 量资源仍占有举足轻重的地位。研究分析鄱阳湖水环境容量，制定科学的改善 策略，合理分配环境容量，实施总量控制，根据确定的总量目标进行污染物削 2 第一章绪论 减，在鄱阳湖水质管理中具有一定的前瞻性和可操作性，不仅可以改善水环境， 还可以节约人力、物力和财力，对实现人与自然和谐相处和经济与环境的协调 发展具有深远的研究意义。 1 3 环境容量研究的现状与发展动态 1 3 1 环境容量的国内外研究现状 ( 1 ) 环境容量概念 环境容量的概念是日本学者首先提出来的。1 9 6 8 年，日本为了改善水和大 气环境质量状况，提出污染排放总量控制问题，即把一定区域内的大气或水体 中的污染物总量控制在一定的允许限度内。日本学者矢野雄幸提出，环境容量 是按环境质量标准确定的一定范围的环境所能承纳的最大污染物负荷总型引。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，成为污染物总量控制的理论基础。而欧美学者较少使用 环境容量，而用同化容型4 5 j 、最大允许纳污量、水体容许排污水平等概念。目 前，一般将水环境容量被定义为：一定水体在规定环境目标下所能容纳的污染 物的量。据此定义，环境容量是一个与环境介质的特征、污染物特性和环境目 标有关的一个变量。水环境容量一般包括稀释容量，贮存容量，输移容量，自 净容量。2 0 0 3 年，国家环保总局组织在全国范围内开展水环境容量研究，在国 环发 2 0 0 3 1 1 4 1 号文全国地表水环境容量计算方法中，对水环境容量的定义 是：在给定水域范围和水文条件，规定排污方式和目标水质的前提下，单位时 间内该水域最大允许纳污量。本文将采用这一定义。 环境容量中的自净容量是可再生的，是研究的蕈点，它的计算方法的研究 关键在于水质模型的确定和选择。 ( 2 ) 国外水环境容量研究进展 国外在水环境容量模型方面做了不少研究，逐渐从确定性模型发展到采用 随机理论和系统优化相结合的模型研究。如e c k e r 、l i e b m a n 和l o u c k s 6 。8 j 等人将 流量等参数作为确定性变量处理，然后由线性规划方法计算治理投资最低情况 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 l 9 , 1 0 用确定性方法把目标函数 线性化后用优化模型求污染物允许排放量，但模型没有考虑河流水文水质的随 机波动性，从而无法模拟河流同化能力的随机不确定性。之后逐渐发展起了随 3 第一章绪论 机优化理论模型。f u j i w a r a 、e h e a r t 和l o h a n i 1 1 。3 j 等把流量作为己知概率分布的 随机变量，用概率约束模型对超标风险厂的污染负荷分配进行了研究。d o n a l d 和e d w a r d 1 4 , 1 5 】考虑了水质现象等的随机波动性，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，从而可计算出较为准 确的排污1 ：3 允许排放量。除考虑参数不确定性外，c a r d w e l l 和e l l i s t l 4 。16 j 还从模 型不确定性角度，对多点源情形下污染负荷分配问题进行了研究。 对模型的研究取得了较大的进步，使容量的计算更加准确，在此基础上， 美国环保署( u s e p a ) 对环境容量的概念做了一些变动，提出了最大日负荷总 量( 加l ) 概念，并一直沿用至今。t m d l 的概念是在满足水质标准的条件下， 水体能够接受的某种污染物的最大日负荷量。t m d l 可将水质模拟与污染物负 荷分配相结合，提出在满足水质标准条件下，解决污染物负荷在点源和非点源 之间分配的问题的方案【i7 。 ( 3 ) 国内水环境容量研究进展 我国对环境容量的研究开始于7 0 年代，其发展大体上经历了三个阶段： 8 0 年代初，研究主要集中在水体污染物的自净规律、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i l 圳。 “六五”国家环保科技攻关项目的确定，有力地推动了我国水环境容量 的研究。根据我国水体的水文特征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和水污染控 制规划结合起来，对污染物在水体中的物理、化学行为进行了比较深入系统的 探讨。以此为基础，提出了科学、全面、简明的水环境容量定义：水环境容量 是水体环境在规定环境目标下所能容纳的污染物质的型2 0 j 。 “七五 期间，国家环保科技攻关研究把水环境容量理论推向系统化、 实用化的新阶段。一些重点城市先后提出制定科学的城市综合规划、水污染综 合防治规划、水污染物总量控制规划以及水环境功能区划，为水环境容量的理 论研究和实践应用的结合提供了广阔的发展前景。这期间，一是水环境容量模 型出现了多样化：出现了多目标综合评价模型、潮汐河网地区水质模型、农业 面源模型、富营养化生态模型、大流域水环境系统优化模型、自然生态模型以 及模拟社会、经济、环境人工调控过程的水质一管理一规划模型系统i z 卜z 引。二 是水环境容量研究目标物也出现了多样化：研究对象从一般耗氧有机物和重金 属，扩展到氮、磷负荷和油污染，空间分布上从一般的中小河流的水环境容量 4 第一章绪论 研究扩展到长江、珠江、淮河等大水系的环境容量研究，从枝状河流的水环境 容量研究扩展到湖泊、河1 2 1 、海湾及河网化地区的水环境容量研刭2 4 2 5 j 。三是水 环境容量的概念深化，从单纯地反映水体对污染物的稀释、自净能力扩展到广 义的总量控制、负荷优化分配的水体纳污能力，进而提出了可分配水环境容量 的概念u 6 1 。 1 9 9 5 年后，随着国家对水资源综合合理利用的逐渐重视，我国科委在发布 的环境保护技术政策中就明确指出：“区域的开发建设，要进行经济、社 会发展、资源、环境承载能力的综合平衡，并按三同步的原则加以实施。 在编制区域规划和城市总体规划时，必须编制环境规划。”2 0 0 3 年，国家环保 总局颁发了关于加强环境容量测算工作的通知( 环发 2 0 0 3 1 11 6 号) 和全 国地表水环境容量核定和总量分配工作方案( 环发 2 0 0 3 】1 4 1 号) ，从8 月开 始，在全国范围内，开展水环境容量核定工作，从而促进了水环境承载力研究 的繁荣。 目前有关研究主要集中在我国，国外针对此的系统研究较少。模型研究方 面，在水动力学模型和动态水质模型的基础上，建立河段排污口污染物排放量 和控制断面水质浓度之间的动态响应关系，以该河段可容纳污染物最大排放量 为目标函数，约束集为各河段都满足规定水质目标；求解河流水质浓度满足给 定水质目标的最大污染负荷1 2 7 - 2 9 1 。在应用范围上，目前对水环境承载力的研究 大多是针对河流和城市的水环境，对湖泊水库的研究较少，且整个水环境承载 力领域的研究还尚未达到一个全面、系统的理论体系层面。 1 3 2 存在的问题 虽然有关水环境容量研究取得了不少研究成果，并且有些己应用到了水环 境管理实践中。但水环境容量研究涉及水环境科学的许多基本理论问题和水污 染控制，因此其研究还存在许多实际问题。一些水环境容量计算理论模式还受 水环境科学发展水平和数学手段在环境科学领域应用程度的限制。 ( 1 ) 确定性理论模式。根据确定性的计算模式求得的河流水环境容量，仅 是某一确定性设计条件( 如流量、流速、水位等) 对应的河流允许纳污能力值， 它随设计条件的改变而改变。在理论研究和实际应用上，通常采用枯水期某一 设计保证率( 如9 0 ) 的设计流量来计算，此时设计流量小，允许排污量也小， 不能完全表示河流或湖泊的真实纳污能力值。而且也不能对平、丰水期的水环 5 第一章绪论 境容量合理计算，从而无法做到合理地开发、利用水环境容量，给水质管理带 来一定的限制。 ( 2 ) 不确定性理论模式。河流水环境系统具有水文、水质和水力特征随机 性的特征，因此，运用随机理论进行的河流水环境容最理论研究和实际应用成 为了模型的发展趋势。但运用随机理论确定各参数的均值、方差等统计量时， 需要以大量的实际监测数据为基础的，而对大多数河流水系，人们又往往缺乏 足够的统计数据来推断各参数的统计量，这就给随机理论在这一领域的应用带 来了困难。 对于鄱阳湖的水环境容量计算而言，目前的环境容量计算主要集中在湖流 和5 0k m 2 以下的小型湖库上，大型湖泊容量计算的研究相对较少，且计算模型 不够准确。鄱阳湖属于大型通江湖泊，丰、枯、平水期湖容变化大，水流方式、 速度等特征变化大，目前的湖泊计算模型难以体现鄱阳湖的水面、水流特征， 给鄱阳湖容量计算造成一定的困难。目前对鄱阳湖已有主要的容量研究中，姜 哲对鄱阳湖容量的计算时仅以枯水期水位进行计算，此外也没考虑到不同水功 能区划的特点，山江湖办对水环境容量计算粗略的将全湖水体定为同一水质目 标，并将全年分为两个时期( 丰水期和枯水期) ，这两个计算存在着计算时期 不全、数据不准等问题，导致容量计算结果偏差大。 1 3 3 水环境容量的研究趋势 我国的水环境容量研究还没有形成成熟的理论、内容和方法体系。为使容 量模型和水质模型更全面化、系统化和实用化，使水环境容量研究进一步深入， 并能在发展循环经济、和谐社会中发挥其作用，水环境容量的研究趋势主要表 现在以下几个方面： ( 1 ) 拓展研究范围 随着对非点源污染的关注愈加突出，模型研究也发展出许多非点源污染模 型，但是大多数模型只能适应于很小的流域面积，不便于推广应用，且无资料 地区的非点源污染模型或估算方法研究得很少，满足不了控制与治理非点源污 染工作的实际需要【3 0 】。因此将来的发展趋势是将开发出适用于较大流域和便于 推广应用的非点源污染负荷模型；无资料地区非点源污染负荷的估算方法与模 型研究。同时也将由目前对城市、河流的点线型研究扩展到面型研究上去，进 一步完善水环境容量的研究范围。 6 第一章绪论 ( 2 ) 耦合多种污染物质 目前国内外水环境容量的研究，还主要侧晕于研究水体的单独污染物质的 水环境容量计算，如何对多种污染物质加以耦合，对具有多种污染物质水体的 水环境容量加以评价，将单一水环境容量向耦合多种污染物的水环境容量方向 发展将是今后水环境容量的一个研究重点。 ( 3 ) 创新技术方法 目前制约水环境容量研究的一个重要因素就是模型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。r o s t r o b l l 3 l j 等通过水质监测网获取水资源的时空性资料，并利用地理信息 系统( g i s ) 、水文模拟模型和模糊逻辑对水资源进行分析管理，取得了较大的成 功。将现有水环境承载力数学模型方法与g i s 集成，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，将是水环境承载力研 究取得突破性进展的一个关键所在。 1 4 本文研究意义和内容 目前人们对鄱阳湖流域水资源和水环境的研究仍主要集中在鄱阳湖湖区的 研究，与全国其它蕈要湖泊流域相比，研究程度相对较低，而且研究也主要集 中在鄱阳湖的水质变化和一些主要的面源上，而从污染物入湖途径米分析的研 究很少，特别是缺少对湖泊船只、水产养殖和底泥等内源的全面系统分析，而 且在污染控制与防治措施方面，鲜有操作性强的意见和建议。对鄱阳湖的水环 境容量方面，研究较少，且不够全面。因此本文对鄱阳湖展开全面的污染物入 湖途径分析，通过更确切的分时期和分功能区划进一步完善鄱阳湖的容量研究， 并提出可行的容量分配建议，为鄱阳湖污染物总量控制和改善鄱阳湖水质奠定 基础。 结合目前鄱阳湖流域实际，本课题的主要研究目标是：分析鄱阳湖污染物 入湖途径，找出主要入湖污染物来源；计算鄱阳湖丰、枯、平水期的水环境容 量，估算入湖污染物总量，评价鄱阳湖各类污染物的承载能力，提出各功能区 各典型污染物年允许负荷量与削减量，为湖泊水质管理提供依据。 因此本文的主要研究内容是： 7 第一章绪论 ( 1 ) 主要入湖污染物入湖途径，找出主要污染来源和重点污染区域； ( 2 ) 在满足所有功能区划水质要求的前提下，计算鄱阳湖2 0 0 7 年和2 0 0 8 年水环境容量； ( 3 ) 统计入湖污染物，评价鄱阳湖污染承载力，提出污染物削减量； ( 4 ) 根据各重污染区域及其容量超标情况，提出污染控制措施。 8 第二章污染物入湖途径及总量分析 第二章污染物入湖途径及总量分析 2 1 污染物来源 2 0 0 8 年江西省废污水排放总量2 8 6 8 亿吨，其中城镇居民生活污水7 8 9 亿 吨，占总排放量的2 7 5 ，第二产业废水1 8 9 3 亿吨，占总排放量的6 6 o ，第 三产业废水1 8 6 亿吨，占总排放量的6 5 。与2 0 0 7 年比较，废水排放量有所 增加，全省废污水排放量增加4 2 ，其中城镇居民生活污水、第二产业废水和 第三产业废水分别增加5 2 、3 4 和8 1 。江西省入河废污水量为2 2 9 4 亿吨。 农村生活污水和农业排水没有固定的排放口，其排放量难以统计，其入湖量也 相应难以估算。 ( 1 ) 农业 农业非点源是鄱阳湖污染物的最重要的来源之一，其产生的氮磷对鄱阳湖 富营养化影响重大。农田废水中的污染物有主要来自农业生产中应用的化肥、 禽畜水产养殖粪便和废水排放。2 0 0 8 年全省化肥施用量1 3 3 0 万吨( 折纯量) ， 每公顷耕地施用量为4 7 0 4 k g 。过量施用的化肥有约5 0 - - 6 5 未被有效利用，这 部分化肥一部分残留在土壤中，一部分随地表径流带走并进入五河，最终进入 鄱阳湖中。2 0 0 8 年全省禽畜水产养殖q k 在国家政策的扶持下得到了较大的发展， 生猪出栏达1 5 3 0 6 万头，牛年末存栏3 0 9 4 万头，禽类超过1 7 6 亿羽，水产养 殖面积4 0 2 万公顷，禽畜排污量和养殖废水排放量明显增加。禽畜粪便大部分 没有得到有效利用而是直接排放。江西省农村人口比例大，农村生活污水排放 量也相当大。 赣江流域耕地面积历年来都占到了江西省总耕地面积的4 6 以上，成为江 西省主要的粮食产区( 主要作物以水稻为主) ，同时也是江西最大的油类作物、 糖料作物、烟叶、水果产量最大的流域，因此对农药化肥的施用量也最大，其 次是鄱阳湖区，之后依次是抚河流域、信江流域、饶河流域、修水流域。肉类 产品的产量为赣江流域最大，而禽蛋类产量最大的是鄱阳湖流域。若从农业面 源污染产生量来看，大小顺序应为：赣江流域 鄱阳湖区 抚河流域 信江流域 饶河流域 修水流域。但是在江西现有的3 7 个全国商品粮基地中，湖区就占了 1 2 个，将近1 3 ，可见湖区的耕地面积也相对较大，同时湖区水系发达，湖区耕 9 第章污染物入湖途径及总量分析 地施用的化肥农药等物质就近流入鄱阳湖中的几率较大。另外，湖区周边居民 利用湖区的有利地形发展水产养殖业，其投加的大量饵料对鄱阳湖水质的影响 远大于其他区域的水产养殖业，例如军山湖等地，大规模地养殖螃蟹，已使湖 泊退化，草型湖泊向藻型湖泊转化。因此，从产生的污染物对鄱阳湖的影响来 看，湖区的农业面源影响大于赣江流域的农业面源影响。 鄱阳湖的污染地段主要分布在五河入湖处和沿湖岸带，特别是靠近较大城 镇的地带，如星子、都昌和九江市附近水域n h 3 - n 浓度值超标，可见湖区的生 活污水和农业污水对鄱阳湖存在着一定的影响。 ( 2 ) 工业 工业污染物主要是c o d 、磷、难降解有机物、酸性物质和重金属，大量的 处理未达标的废水排入地表径流中，造成河流水质下降，导致断面污染严重超 标。根据江西省统计年鉴各流域g d p 情况，发展规模最大的是赣江流域，其次 是鄱阳湖区、信江流域、饶河流域、抚河流域、修水流域。第三产业方面，规 模最大的流域也是赣江流域，第三产业增加值为8 3 1 3 亿元。各流域的发展规模 大小顺序与工业大小顺序基本一致。由此可知，工业废水排放量和污染物排放 量最大的两个流域是赣江流域和鄱阳湖区。 赣江的赣州江段和南昌江段污染最为严重。南昌市的电力、纺织、造纸、 化肥、钢铁等行业的工业废水排污口大多沿赣江南支排列，南昌市8 0 以上污 水由青山闸排污口排入赣江南支叶