（自然地理学专业论文）小清河济南段水环境容量研究.pdf

山东师范大学硕士学位论文 小清河济南段水环境容量研究 摘要 水是人类生活、经济发展和社会稳定必不可少、不可替代的自然资源，也是 生态环境的重要组成部分。水资源的匮乏和污染的只益严重，成为许多地区制约 社会经济发展的“瓶颈”。水污染事件的增多，影响地区的稳定和发展。每年因 水资源短缺和污染引发的问题，都会给经济造成巨大的损失。导致水体污染的重 要原因，是对水环境容量的不合理利用。 对一个区域的水质、环境容量，进行全面、系统、综合的分析，确定污染物 最大允许排放量，是实行水污染物总量控制的依据，也是有效保护、合理利用水 资源的依据。所以，开展水环境容量研究，确定流域水环境容量，是制定合理的 污染物排放总量控制目标以及促进水环境保护与经济同步发展的基础。 小清河是山东省泄洪、排涝、通航、灌溉、排污等综合性大型人工河道，也 是省内唯一河海通航、水陆联运的河道。它担负着济南市承泄洪水的重要任务， 是我国5 条重要的国防河道之一。小清河流域所辖地区工业发达，人口集中，是 山东省重要的工农业生产基地。近年来，随着工业发展，城市人口递增，工业废 水和生活污水排放量也同趋增多。大量未经处理的废水和污水直接排入小清河， 造成了河流水质污染，地表水环境恶化。 本文以济南市地表水环境功能区划为基础，对排入小清河的主要污染源进行 调查，采用等标污染负荷法，找到了主要的污染源和污染物( c o d 和氨氮) ；通 过对水环境质量评价方法的分析对比，采用综合污染指数法，根据1 9 9 7 2 0 0 6 年 十年小清河济南段水质监测资料，评价了水环境质量，并且分析了水质变化的趋 势。 本文将零维模型和考虑纵向扩散系数后的一维稳态模型i 、模型i i 等三种水 环境容量计算模型进行对比，确定了小清河济南段水环境容量的计算模型，即考 虑纵向扩散系数的一维稳态水质模型i ；依据小清河各水文站2 0 0 1 2 0 0 6 年实测 流量成果，建立流量与其他水文参数的经验关系式；依据河道比降的变化情况， 对不同河段的纵向扩散系数进行估值。在此基础上，选择小清河济南段历年最枯 月平均流量9 0 保证率、最枯月近1 5 年平均、最枯季近1 5 年平均、枯水期近 山东师范大学硕+ 学位论文 1 5 年平均四种情况作为水文设计条件，比较精确的计算了四种条件下的水环境 容量。把9 0 保证率下的水环境容量作为小清河济南段理想水环境容量的计算 结果。 本文依据水环境容量计算结果，制定了河道污染物削减目标，并提出一些水 质保障的措施。即应该实施工程措施、管理措施和生态措施，建立与现代城市发 展相适应的城市污水处理系统，截污分流，引水补源，疏浚底泥，规范沿岸排污 口，恢复河道的生态、景观、泄洪等综合功能，促进城市生态的良性循环。 关键词：小清河济南段；水质模型；水质评价；纵向扩散系数； 水环境容量 中图分类号：x 2 6 山尔师范人学硕+ 学位论文 r e s e a r c ho n 、v a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t yi nj i n a nr e a c ho f x i a o q i n g 础v e r a b s t r a c t w a t e ri sn o to n l yi n d i s p e n s a b l ea 1 1 di r r 印l a c e a b l en a t u r a lr e s o u r c c sf o rh 啪a i l l i f e ，c c o n o m i cd e v e l o p m e n t 锄ds t a b i l i t yo ft h es o c i e t y ，b u tt h ei m p o r t a l l tp a r to ft h e e n v i r o m n e i l t b e c a u s eo ft h es h o r t a g eo ft h ew a t e rr e s o u r c e sa i l di n c r e a s i n gw a t e r p o l l u t i o n ，i th a sb e c o m et h eb o t t l e n e c kf o re c o n o m i cg r o w t hi nm a i l ya r e a s n e s t a b i l i t ya 1 1 dd e v e l o p m e n to fm es o c i e t ya r ei n n u c n c e db yt h ei n c r e a s i n gw a t e r p o l l u t i o n t h er e a s o no fw a t e rp o l l u t i o nc a nl e a dt ot r e m e l l d o u sl o s s e st oe c o n o m yi n e v e r yy e a r t h eo n eo fi m p o r t a n tr e a s o n so fw a t e rp 0 1 1 u t i o nc a nb ea t t r i b u t e dt ot h e m i s u s eo fw a t e re i l v i r o n m e n tc 印a c i 够 m a l ( i n gac o m p r e h e l l s i v e ，s y s t e i i l a t i ca 1 1 da l l r o u n d 锄a l y s i sf o rt h eq u a l i t yo f w a t e ra n de 1 1 m r o n m e n t c a p a c i t y ，d e c i d i n gt l l e m a ) 【i m u ml i m i t a t i o no fp o l l u t i o n d i s c h a 略ei st h eb a s i so ft h ei m p l 锄e 1 1 t a t i o no ft o t a ld i s c h a r g ec o n t r o lo fw a t e r p o l l u t i o na 1 1 dt h ep r o t e c t i o n 锄de x p l o i t a t i o no fw a t e rr e s o u r c e s s oc a r 咖n go u ta n d w o r k i n go u tt h ew a t e re 1 1 【v i r o i l m e n tc a p a c i t yi st h ef o u n d a t i o no fs e t t i n gu pm et a 唱e t f o rt o t a lp o l l u t i o nd i s c h a r g e 锄di m p r o v i n gt h ep r o t e c t i o no fw a t e re n v i r o n n l e n tt h a t c a nc o o r d i n a t e l ym a t c hw i t ht h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n t x i a o q i n g 砌v e ri sab i gm a i l m a d ec h 锄e l i ns h a n d o n gp r o v i n c e i ti su s e da s d r a i n i n go f rn o o d ，s a i l i n g ，i g a t i o n 锄ds e w a g ed r a i n a g e i ti su s e d 嬲d r a i n i n go f f n o o d ，s a i l i n g ，i r r i g a t i o na i l ds e w a g ed r a i n a g e ，嬲w e u 鹤，t h es o l ec o l l l l e c t i o nb e t 、e e n r i v e r 锄ds e aa 1 1 da l s oc a i lb eu s e d 嬲t h ec h a n l l e lo fs e a 一1 a 1 1 dt m s p o r t a t i o n t h e v a l l e y c o v e r e db y x i a o q i n gr i v e ri st h ea r e aw i md e v e l o p e di n d u s t 巧a 1 1 d c o n c e n t r a t e dr e s i d e n c e ，w h i c hi sav e 巧i m p o r t a n tf - o u n d a t i o no fi n d u s t r ) ra n d a 鲥c u l t u r ep r o d u c t i o ni i ls h 锄d o n gp r o v i n c et o o r e c e n t l yw i t ht h ed e v e l o p m e l l to f i n d u s t l 了a n da 研c u l t u r ep r o d u c t i o na 1 1 dm ei n c r e a l s i n go fp o p u l a t i o n ，a 伊e a td e a lo f w a s t ew a t c ra l l dd o m e s t i cs e w a g eh a l sb e e l lp r o d u c e d b u tam a s so ft h e md i r e c t l y d i s c h a 喀e di n t ox i a o q i n gr i v e ra i l dl e a di n t ot h ep 0 1 l u t i o na n dd e t “o r a t i o no fs u r f a c e w a t e re n v i r 0 1 1 n l e n t o nt h eb a s i so fw a t e re n v i r o m n e n t a lf h n c t i o n a lr e a c hc o m p a r t m e n t a l i z a t i o no f s u a c ew a t e ri nj i n a nc i t y ，t h et h e s i st a k e sar e s e a r c ho nt h em a i np o l l u t i o ns o u r c e s i i i d r a l n e di n t 0 ) ( i a o q i n g 础v e ra n d a d o p t se q u i v a l e i l tp o l l u t i o nl o a dm e m o d t oa n a l v z e a n d 1 d e i l “匆t h em a i ns o u r c e sa n dp o l l u t a n t ，n 锄e l y c o d ( c h e m i c a l0 x y g e n d e m a n d ) 、n h 3 n ，a sw e i i h la d d i t i o n a it h et h e s i sm a l ( e sa c o m p 撕s o no ne v a l u a t i o n m e t h o do nq u a j i t ) ，0 f 、硼t e re n v i r o 姗e n t a c c o r d i n gt 0t h e m o n i t o r i n gd a t aa b o u tt h e w a t e r q u a l l t yo fx i a o q i n g 砌v e ri nj i n a i lr e a c h 舶ml9 9 7 t o2 0 0 6 ，t h et h e s i st a l ( e sa n a s s e j s m e n o nq u a l i t yo ft h ew a t e re n v i r 0 啪e n to ft h er e a c hb yt h em e t h o do f c o m p r e h e n s l v ep 0 1 1 u t i o ni n d e xa n dt h e i l m a l ( e sa r e s e 鲫c ho n 仃e 1 1 do fw a t e rq u a l i t y c h a n g e o f t h er i v 盯 。 n et h e s i sm a k e sa c o m p 撕s o na m o n gt h r e ec o m p u t a t i 。n a lm 。d e l s ，r e s p e c t i v e l y 么e r o 。d 1 m e n s l o n a lm o d e l ，m o d i f i e do n e d i m e n s i o n a lm o d e l i a n dm o d e l i i ，w h i c h 1 sa b o u tw a t e re n v i r 0 1 1 l i l e n tc 印a c i t y a n dt h e n t h et h e s i sw o r k so u tt h ec o m p u t a t i o n a l m o d e io tw a t e re n v i r o i u l l e n tc a p a c i t yo f x i a o q i n g 砌v e ri nj i n a nr c a c h ，n 锄e l vt h e o n ed l m e n s l o ns t e a d y s t a t em o d e lo f w a t e rq u a l i t yw i t hl o n 百t l l d i n a l c o e 塌c i e n t0 f d 1 蜘s l o n a c c o r d i n gt ot h em o n i t o 曲gd a t a 2 0 0 1t 02 0 0 6o fe 唧h y d r o m e t r i c s t a t l o na l o n gx i a o q i n g r i v e r ，w ep r o p o s e dt h ec r n p i r i c a lf 0 册u l ab 鲍v e e nf l o wr a t e 刖o t h e rh y d r o 聊h i cp 觚i n l e t e r s c o n s i d 嘶n gt 1 1 e c h a n g eo fs t r e a m 删i e n t ，w e e s 1 m a t e dt h ep 猢e t e ro f l o n 百t l j d j n a lc o e 街c i e n to fd i f m s i o ni nd i 虢r e n tr e a c h e s w 1 2 h b e9 0 g u a 瑚t yr a t eo f a v e r a g em o n t h i yn 0 0m t ea tt h e1 0 w e s tw a t e ri nr e c o r d o fx l a o q m gr i v e ri nj i n a l ls e 州o n ，t h ea v e r a g en o w r a t ei nt h el o w e s tm o n t hw i t h i n r e c e m15 y e a r s ，t h e a v c i r a g ef l o wr a t ei nm el o w e s ts e a s o n sw i t h i nr e c e n t 15 y e a r s ，t h e j o ww a t e rp e “o do f r e c e n tl5 y e a r s ，w ec l a l s s i f i e df o u r c a t e g o d e so fc i r c u m s t 觚c e s 鹤 m ep r 锄1 s eo f h y d r o g r a p h i cd e s i 髓锄d 、r k c do u tt h ew a t e r 锄v i r o m n e n tc a p a c i t y q u l t ee x a c t l yw r er e g 莉t h ew a t e r c a p a c i t ) ，b e l o w9 0 g u a r a n t ym t e 嬲t l l et h e o r e t i c r c s u l t0 tw a t e re i l v i r o l l l l l e n tc a p a c i t yo f x i a o q i n gr i v e ri nj i n ar e a c h u 1b a s l so ft h er e s u l to nw a t e re i l v i r o n m e n tc a p a c i 劬廿l et h e s i s a l s os e tu pt h e t 鹕e tt or e d u c et h ep o l l u t i o ni nt h e v e r a n dg a v es o m e p r o p o s a l so nw a t e rq u a l i t y p r o t e c t l o na sw e l l b yt a k i n gm em e a s u r eo f c o n s t m c t i o n ，m a l l a g e m e l l t 柚de c 0 1 0 双 e s t a b l l s h m gt h ec i t y s e w a g ed i s c h a 唱es y s t 锄t h a tc a nb em a “咖e d w i t ht h e d e v e l o p m e l l to f m o d 锄c i t y ，c u t t i n gd o w nm ep o l l u t i o na i l dd i v i d en o w ，呻p l e l l l e n t 2 n es o u r c ew l t hn e w w a d r e d 酉n gu pt h em u d0 n v e rb e d ，r e g u l a t i n gt h es e w a g e d l s c n a 玛ea l o n g l e v e rb a n k s ，w ec a nr e c o v e rt h e e c o l o g y l a n d s c a p e ，f l o o d d l s c h a r g e 如n c i o n 柚ds oo n a n dw ea l s oc a n i m p r o v et 1 1 ee c 0 1 0 百c a lc y c l eo ft h e 山东师范人学硕士学位论文 k e yw o r d s ：j i n a l lr e a c ho f x i a o q i n g 砌v e r ； m o d e lo f w a t e rq u a l i t y ； e v a l u a t i o no f w a t e re n v i r o l l n l e n tq i u a l i t y ； l o n 百t u d i n a l c o e 伍c i e n to fd i m l s i o n ；w a t 打 e n v i r o 】【l n l e n tc a p a c i t y c l cn u m b e r ：x 2 6 v 独创声明 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( 注：如没有其他需要特别声 明的，本栏可空) 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。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：涛焉尔 导师签字： 学位论文版权使用授权书 乌丰釜 彳r 参 本学位论文作者完全了解堂撞有关保留、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。本人授权羔 丝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。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：搦争务夺 签字r 期：2 0 08 年5 月2 8 日 剔磁茕辑 签字日期：2 0 0 矿年惭 山东师范大学硕士学位论文 1绪论 1 1 选题的背景及意义 水是人类生活、经济发展和社会稳定必不可少、不可替代的自然资源，它还 是生态环境的重要组成部分。我国是一个缺水严重的国家。淡水资源总量为2 8 0 0 0 亿立方米，占全球水资源的6 ，居世界第四位，但人均只有2 3 0 0 立方米，仅为 世界平均水平的l 4 ，是全球1 3 个人均水资源最贫乏的国家之一，而且水资源存 在着地域上的差别，分配极不均匀。我国南方水资源量占全国总量的8 1 ，北方 水资源量只有全国总量的1 9 【1 1 。 根据2 0 0 6 年度中国环境状况公报，2 0 0 6 年全国地表水质属中度污染。 在国家环境监测网实际监测的7 4 5 个地表水监测断面中i i i i 类，类、v 类， 和劣v 类水质的断面比例分别是4 0 、3 2 和2 8 。国家环境监测控制网七大水 系1 9 7 条河流4 0 8 个监测断面中，i i i i 类，类、v 类，和劣v 类水质的断面 比例分别是4 6 、2 8 和2 6 。其中，松花江、淮河、黄河为中度污染，辽河、 海河为重度污染。2 0 0 6 年全国发生重、特大环境污染事件1 6 1 起，其中水污染 事件9 5 起。水污染事件增多，影响地区的稳定和发展。每年因水资源短缺或者 污染带来的问题都会给经济造成巨大损失。水资源匮乏和水体污染，己成为许多 地区制约经济发展的“瓶颈 。水危机成为制约我国可持续发展的重要因素。把 现代经济发展建立在水资源良性循环的基础上，是实现我国经济、社会可持续发 展的必由之路【2 1 。根据相关调查，导致水体污染的重要原因是对水环境容量不合 理的利用。 我国在上世纪7 0 年代初就着手水污染防治工作。在“六五 至“八五 期 间，全国水污染防治工作有了长足进步。特别是“九五”期间，水污染防治工作 为我国历史上第一次大规模的流域水污染防治，积累了大量宝贵经验，对于我国 解决水环境问题，开拓有中国特色的发展道路具有长远的战略意义。但是，从总 体上看，全国水污染防治工作进展还比较缓慢，取得的成果十分脆弱。在实践中 暴露出来的一些问题，充分说明我国当前和今后一个时期水污染防治仍面临严峻 挑战【3 】。 山东师范火学硕士学位论文 随着我国环保制度和体制的逐步完善和发展，我国对水污染防治工作先后经 历了浓度控制和目标总量控制两个阶段，现已逐渐进入容量总量控制阶段。浓度 控制是以实现点源主要污染物达标排放为主要目标；目标总量控制是在某一区域 点源主要污染物达标排放基础上，根据环境管理目标，进一步提出削减要求。浓 度控制和目标总量控制制度为我国污染控制工作的顺利丌展及污染物排放总量 的大幅削减做出了巨大贡献。 水环境容量作为一种资源既有一般资源的特点，也有其自身的特点，主要表 现为：有用性、可更新性、稀缺性、分布不均匀性、共享性【4 1 、对工业生产的 指导性【5 1 。对一个区域的水环境容量进行全面、系统、综合的分析，确定污染物 最大允许排放量，是排放水污染物总量控制的依据，是有效地保护和利用水资源 的依据。在这种形势下，开展水环境容量研究，确定流域水环境容量，从而可以 充分利用水坏境容量，制定合理的污染物排放总量控制目标及其在各行业和各地 区问的分配，使流域污染物的排放不超过城市水环境的承载能力，促进水环境保 护与经济协调发展，这无疑是一个具有重大现实意义的课题。 在某条河流系统中，要通过实地实验直接获得有关各种水质变化预测所需资 料，一般来说是不可能的。即使能获得有关数据，也要耗费大量的人力、财力和 物力。由于以上原因，人们往往采用建立数学模型模拟实际情况的方法，研究水 质变化的舰律和计算水环境容量。这种研究方法的优越性是任何其他模拟方法所 不能比拟的，因此不论国外还是国内，对水环境的数学模拟以及容量计算模型的 研究都给予了较高重视。 小清河是山东省泄洪、排涝、通航、灌溉、排污等综合性大型人工河道，是 省内唯一河海通航、水陆联运的河道。它担负着济南市承泄洪水的重要任务，是 我国5 条重要的国防河道之一。小清河流域所辖地工业发达，人口集中，是山东 省重要的工农业生产基地【6 】。近年来，随着工业生产的发展，城市人口的递增， 工业废水和生活污水排放量日趋增多。大量未经处理的污水直接排入小清河，造 成了河流水质污染，地表水环境恶化。 根据济南市“十一五 发展规划，济南市经济要经历一个高速发展的阶 段。而且，南水北调东线工程济南段对小清河水质有更高的要求。因此，这就要 求尽早以高标准对济南市的水环境污染物排放总量进行控制。在此期问，济南市 对其地表水环境进行了重新区划，某些河流、水库被赋予更合理的功能。所以研 2 山东师范人学硕+ 学位论文 究小清河济南段水环境容量，既可为该区域水污染物总量控制提供依据，又可以 对其他区域提供借鉴。 根据以上分析，水环境容量理论研究、水质模拟和计算模型的研究不仅具有 科学意义，同时也具有重要的现实意义。 1 2 水环境容量研究进展 1 2 1 水环境容量的概念 1 2 1 1 水环境容量的一般定义 目前国内对环境容量的概念仍未统一，认识和理解尚不一致。对某一水污染 物，下面的各种定义从不同的侧面反映了水环境容量的部分含义，这些定义大致 可以分为以下几类【7 】： l 、水环境容量就是环境质量标准与环境单元内总体积的乘积； 2 、水环境容量等于环境质量标准与本底的差值乘以总体积； 3 、水环境容量是最大允许排污总量的增量与控制浓度的增量的比值； 4 、水环境容量为环境自净能力的度量，它是自净系数与总体积的乘积； 5 、水环境容量是环境介质容纳各种污染物的多少； 6 、水环境容量是指一源地释放某种有害物质于环境中，由于环境作用而不 造成环境危害的最大允许释放频率； 7 、水环境容量是指某环境单元所允许承纳的污染物质的最大数量。 水环境容量课题组把水环境容量定义为：水体环境在规定的环境目标下所能 容纳的污染物量们。水环境目标、水体环境特性、污染物特性是水坏境容量的 三类影响因素，同时水环境容量还与污染物的排放方式及排放的空间分布有密切 的关系【l l - 12 1 。 1 2 1 2 本文对水环境容量的解释 理想环境容量是指在水资源利用水域内，在给定的水质目标、设计流量和水 质条件的情况下，水体所能容纳的污染物的最大数量。当考虑排污口位黄以及排 山东师范大学硕士学位论文 污方式时，也称为水体纳污能力。理想环境容量是以工业点源、生活点源作为模 型的正向输入条件，模拟计算后的结果。 我们所说的水环境容量是指理想环境容量扣除了非点源入河量后的可利用 的环境管理水环境容量，简称环境容量。由于扣除了面源负荷，因此这罩所谓的 环境容量实际上是点源环境容量。 1 2 2 国外水环境容量研究进展 环境容量这一概念最初是日本学者在1 9 6 8 年提出来的。最初环境控制的思 想是指浓度控制，但是随着经济的发展，虽然点源排放的污水浓度达到了排放标 准，然而由于污染物总量的不断增加，仍然导致了水环境的持续恶化。上世纪六 十年代末，r 本为了改善水和大气环境质量状况，提出了污染物排放总量控制的 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。 这个“一定限度”就是以r 本学者1 9 6 8 年提出的环境容量为依据的。之后，同 本环境厅委托同本卫生工学小组提出1 9 7 5 年环境容量计算量化调查研究报 告，环境容量的应用逐渐推广，成为污染物总量控制的理论基础【l3 1 。 欧美发达国家一直很少使用环境容量的概念，而是多采用同化容量【l4 1 、最大 允许纳污型15 1 、水体容许排污水平【1 6 1 等来表达环境容量的含义。国外学者对环 境容量概念的描述大致经历了如下过程： 、 1 、环境容量的概念，最初来源于类比电工学中的电容量。认为环境容量是 污染物允许排放总量与环境中污染物浓度的比值。 2 、环境容量是环境对污染物的自净同化能力。即环境容量( 自净能力) 是 污染物允许排放总量与该污染物在环境中降解速率的比值； 以上给出的两种环境容量的概念，都仅限于自然环境对污染物所具有的环境 容量，没有考虑人为活动及环境功能对环境容量的影响。 3 、环境容量是最大允许纳污量。日本学者吉川博在环境工学的系统化 中提出：“环境容量是由自然还原能力、人工处理设施和人们对环境的意见等所 规定的整个生活圈所允许的活动容量”；日本学者矢野雄幸还提出：“环境容量是 按环境质量标准准确定的一定范围的环境所能承纳的最大污染物负荷量”。 第三种已经加入了环境容量的人为因素，较为接近现代环境容量的概念。 4 山东师范大学硕士学位论文 对于允许排污量的计算，国外一般是用随机理论和系统理论进行研究。 e c 娩一17 1 、f e 6 m 册【1 8 】、d w 砖将流量等参数作为确定性变量并建立模型对超标 风险下的污染负荷进行研究。1 9 8 3 年1 2 月8 日，美国正式立法，实施以水质限 制为基点的排污控制路线后，世界各国都陆续对以排放限制为基点的排污控制路 线作了调整，逐渐形成世界潮流【2 0 】。 1 2 3 国内水环境容量研究进展 我国环境界在上世纪七十年代后期引入了环境容量的概念，并开始了相关研 究工作。经过三十余年的研究和发展，水环境容量理论在深度和广度上都得到了 很大的发展，其应用也同益广泛。其研究应用大致经历了如下几个阶段： 2 0 世纪7 0 年代至8 0 年代初，我国黄河兰州段、松花江、淮河蚌埠段和漓 江段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 处理方法，从不同角度提出和应用了水环境容量的概念【8 l 。这一时期所用的数学 模型较为简单，大多采用舭p 绍h e 枷模型或刀l d 聊础模型，研究内容一般局 限在耗氧有机物及部分金属的环境容量上，研究对象多为小河或大河的局部河 段。 我国自1 9 8 3 年以来，开展了关于水环境容量研究的“六五 、“七五”攻关 项卧2 l - 2 2 】。 “六五 期间的工作，为水环境容量的应用奠定了良好的理论基础。研究重 点在水环境容量概念及污染物自净规律。在中后期，容量研究被列为“六五”科 技攻关课题，研究突飞猛进，数学模型扩大到包括溶解氧、氮转化的各类模型， 算法也加入数值解等，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。同时也根据实际情况提出了许多河流、湖泊水质模型的改进型，并 且由二维水质模型向更精确的二维水质模型探索【8 1 。 “七五 期间的工作构建了中国水污染物总量控制的初步框架，总结成果出 版了一系列影响深远的专著。相比“六五期间，应用模型从单纯描述自然过程 的物理模型，发展到结合自然与人工调控过程的“水质一规划一管理模型体系”。 并且涌现出了多目标综合评价水质模型、潮汐河网地区多组分水质模型、非点源 模型、富营养化生态模型和大规模系统优化模型等【2 3 - 2 6 】；研究内容也从一般耗氧 山东师范大学硕+ 学位论文 有机物和重金属扩展到氮、磷负荷和油污染；研究范围更是从某段或者单条一般 河流扩大到湖泊、河口海湾及河网河流，甚至长江等大水系层面；提出了容量总 量控制、目标总量控制、行业总量控制的概念【2 7 】。 原国家环保总局为落实“九五 环保计划，特编制了“九五 期间全国主 要污染物排放总量控制计划【2 8 1 。在其后的一年时间内，我国的污染物排放总量 控制思路落实成为了一项具体的国家级环保政策。 关于水环境容量的计算方法，综合有关研究成果和文献资料2 9 。3 3 1 ，可将其分 为试错法、解析法和系统分析法等。 1 3 本文的主要工作 1 3 1 污染源调查分析及水环境现状评价 为了研究小清河济南段水环境各组成要素及整体的组成、性质和变化规律， 十j i 为了深入了解水环境各组成要素对人类生产、生活及生存的影响，进而更好的 保护、控制、利用、改造该河段水环境质量，使之与人类的生存和发展相适应， 必须对小清河济南段污染源进行调查、分析。根据1 9 9 7 2 0 0 6 年十年小清河济 南段水质监测资料，对其现状水环境进行评价。使用印鲫删口以秩相关系数衡量 污染物在统计学上有无显著性，分析了其水质变化的趋势。 1 3 2 水环境容量计算模型的选取 当污染物进入水域后，在一定范围内经过平流输移、纵向离散和横向混合后 达到充分混合，或假定在水体中达到完全混合状态，无论水体为江、河、湖、库， 都可作为一维问题概化处理。当污染物的浓度是稳定的，即不随时间变化，可认 为是稳态的。很多时候，为了简便计算，不考虑河流的纵向扩散，用简化后的数 学模型来计算水环境容量。这种抽象和简化，既是必要的也是在一定条件下允许 的，它能够反映河流水质系统的基本问题和基本特性。但是，简化后的模型必然 相对孤立地分析某些因素，忽略了其它内容的因素和条件。对于大区域如全国、 全省水环境容量核定工作是可以的，但是对于某一条河流或者某一条河流的一个 或几个河段来说，这种简化和抽象不近乎合理，很可能抓不住主要矛盾，使计算 6 山东师范人学硕士学位论文 结果失真。故本文在计算小清河济南段水环境容量时，采用一维稳态且考虑纵向 扩散的模型，比较精确的计算了其水环境容量。 1 3 3 模型参数设计值的确定 设计条件。通常在枯水期河流水体中污染物浓度最高，且此时水体中天然流 量较少，自净能力最小，故设计时期为枯水期。一般选定最枯月9 0 保证率、近 1 5 年最枯月、最枯季( 月平均流量最小的3 个月) 和枯水期( 月平均流量最小 的4 个月) 的平均流量作为设计条件。 水质目标值。河流各河段水质目标值。由该河段的水环境功能区划确定。 水环境功能越高，水质目标值就越小，水环境容量也就越小。 水文参数。从河流水文站历年l 1 2 月各月平均流量中，找出最枯月发生月 及流量，然后从大到小进行排频计算，求出9 0 保证率下流量，即为该水文站 的设计流量。从水系图上量取断面控制流域面积和断面间距。根据上、下水文站 的设计流量，采用断面控制面积线性内插法( 或河段长度内插法) 求出各断面设 计流量。建立流量与其他水文参数的经验关系式。 污染物降解参数。污染物降解参数的设计方法有现场观测法和文献设计法。 依据现场观测法的测定结果，再参考有关文献，考虑到小清河济南段各河段流动 状况、地貌类型以及水质目标，确定河流污染物的降解系数。 纵向扩散系数。纵向扩散系数反映了河流纵向混合特性，天然河流中断面流 速分布不均匀是引起水流纵向扩散的主要因素。根据小清河实际情况并参考有关 文献估算小清河济南段的纵向扩散系数。 1 3 4 水环境容量的计算 将水环境容量数学模型参数的设计值代入选定的数学模型中，计算可得小清 河济南段各河段的理想环境容量，扣除面源污梨3 4 】后得到可利用的水环境容量。 1 3 5 最大允许排污量的计算与污染物的削减 污染物的环境容量除以功能区的污染物综合入河系数即可得到功能区的最 大允许排污量。若功能区所属点源排放量大于最大允许排污量，则该功能区点源 7 山东师范大学硕士学位论文 排放量必须削减。将功能区点源排放量减去功能区最大允许排污量，即得功能区 的污染物削减量。汇总后可得小清河济南段的污染物削减量。 1 4 技术路线 根据研究区域特点、基础资料以及本文的研究内容，确定本文的技术路线如 图1 1 所示。 图1 1 研究技术路线图 山东师范人学硕士学位论文 2 小清河济南段概况 小清河发源于山东济南诸泉，由趵突泉、黑虎泉、珍珠泉、五龙潭四大泉群 所汇成的东西泺河是小清河的正源。它具有排水、灌溉、养殖等多种功能，其所 辖地区是山东省境内重要的工农业产区。 2 1 自然地理概况 2 1 1 地理位置 小清河流域位于山东省鲁北平原南部，南依泰沂山峦，北临黄河，西以玉符 河为界，东濒渤海莱州湾。 小清河济南段( 见图2 1 ) 起于睦里庄，自西向东与黄河平行横贯济南，流 经济南市( 槐荫区、天桥区、市中区、历下区、历城区、章丘市) ，沿途经马鞍 山、五柳闸、还乡店、大码头、鸭旺口、从辛丰庄出济南界。全长7 0 3 h ，流 域面积2 8 0 3 k m 2 。 9 山东师范大学硕士学位论文 2 1 2 地质地貌 图2 1 小清河济南段范围图 小清河地质南部以古生界狄岩为主，北部以新生界黄土以及沙砾沉土为主， 岩层呈向北倾的单斜构造。 1 ( ) 山尔师范大学硕士学位论文 小清河济南市区段在区域上跨越华北台坳( i i1 ) 和鲁西中台隆( 1 1 2 ) 两大 级构造单元，齐河广饶断裂为其分界线。从西至东穿过鲁西拱断束( i i l 8 ) 泰沂 穹断束( 2 5 ) 北部，滨州台陷( i i l 4 ) 广饶台凹( 1 6 ) 西北部，次一级地质 构造单元。 河道所经地段主要构造断裂为齐河广饶断裂带：为鲁西隆起区和济阳坳陷 之间的构造断裂，走向n e 6 5 0 8 5 。，倾向n w ，压扭性，延伸长度约3 0 0 k m ， 具有多期活动的特点。 小清河济南市区段所属地貌为山前倾斜平原区，北部黄河自西向东流入渤 海。沿线平原广阔，地势舒缓低平，属山前平原交接洼地，济南市区段河道附 近地面高程一般在2 6 o 1 8 0 0 m 范围内，微向东北倾斜。 2 1 3 气象气候 小清河济南段各市、区同照时数约为2 6 4 0 2 2 7 3 7 3 h ( 见表2 1 ) ，年同照百 分率为5 8 6 2 。春、夏季日照时数最长，冬季日照时数最短，为年日照时数 的2 0 4 络。2 0 8 。 该河段年平均气温在1 2 9 1 4 2 之间。四季平均温度为：冬季( 1 2 2 月) 寒冷、干燥、少雨雪，季平均气温在o 3 2 4 之间；1 月份最冷，月平均温度在 1 4 3 7 之间。春季( 3 5 月) 温度回升较快，多干燥少降水，蒸发量大而多 春旱，季平均气温在1 1 9 1 4 9 之间，为小清河的枯水期。夏季( 6 8 月) 天 气炎热，湿润多雨，季平均气温在2 4 9 2 6 6 之间；7 月最热，月平均气温在 2 6 啦2 7 4 之间。秋季( 9 1 1 月) 为夏冬过渡季节，降水锐减，天气稳定，时 有冷空气南下，温度迅速下降，季平均气温在1 3 3 1 5 1 之间。 该河段无霜期在1 9 0 2 1 5 天之间。平均初霜期在l o 月1 9 同至3 0 日，最晚 终霜期在3 月2 4 日至4 月1 8 日。 该河段属于亚季风气候区的华北暖温带半湿润大陆性气候，风向具有地方性 特点，盛行西南风和东北风，少东南风和西北风。西南风、东北风风频分别为 1 7 和1 4 ，静风频率为1 5 。年均风速3 1 3 7 m s ，最大风速为3 3 2 i s 。 河段内气象灾害有旱、涝、冰雹等，其中以干旱较为严重，春旱发生频率最 高。 山东师范大学硕十学位论文 表2 1 小清河济南段气象条件 注：表中数据米源丁济南市气象局统计资料 2 1 4 土壤植被 小清河济南段所辖地区土壤根据成土母质以及土壤特性可分为棕壤、褐土、 潮土、沙姜黑土、水稻土、风沙土6 个土类、1 4 个亚类、2 7 个土属、1 0 7 个土 种。 该地区以华北植物区系成分占绝对优势。树种以侧柏、杨、柳、榆、槐最为 常见，还有臭椿、枣树等，车前、牛筋草等分布较广；野生经济作物资源按其用 途可分7 类：脂肪油类植物有苍耳、播娘蒿、黄须菜等l o 余种；纤维类植物有 罗布麻、灯心草、紫穗槐、席草等；淀粉糖类植物有莲、芦苇、茭白、菖蒲等； 芳香油植物主要有野花椒、野薄荷、野菊等；鞣质植物有萎陵菜、酸枣等；药用 植物有车前子、益母草、野菊花、败酱草等2 0 0 余种；土农药类植物有半夏、银 杏、菖蒲、臭椿等3 0 多种。 2 2 社会经济概况 小清河济南段汇水区域包括济南市区和章丘市。市区面积3 2 5 7 k m 2 ，现辖5 8 个街道办事处、2 7 个乡、6 1 个镇。2 0 0 6 年，全市2 0 0 6 年末户籍总人口6 0 3 3 5 万人，其中非农业人口3 0 9 万人，占5 1 7 ，人口自然增长率为3 8 。共4 2 个 民族居住，其中汉族人口占9 8 3 l ，回族占1 6 2 ，其他少数民族人口较少。 济南市经济总量增长不断加大。2 0 0 6 年，全市实现地区生产总值2 1 8 5 1 亿 元，比上年增长1 5 7 。其中，第一产业1 4 5 1 亿元，增长6 o ，对经济增长贡 献率为3 5 ，拉动g d p 增长