（水利水电工程专业论文）基于水环境容量的污染总量预测和控制.pdf

摘要 摘要 本文了提出水环境容量为基础的控制方法容量总量控制。由污染排放 趋势和造成的经济损失，说明了水环境容量目标总量控制的紧迫性和必要性， 并通过各省市的近期水污染排放总量和水环境容量数据，分析了在目前的形势 下全面实现水环境容量目标的困难，提出了目前水环境容量目标应该基于城市 分类的控制方法。 以国家统计局每五年编制的投入产出表( i n p u t - - o u t p u tt a b l e ) 和投入产 出模型( i n p u t - - o u t p u tm o d e l ) 为基础技术和基础模型，利用国民经济各产业 部门实物产出和水污染物排放之间存在的直接或间接的联系，将水环境作为新 的行与列添加到原始投入产出表中，形成具有环境项( 加入行与列) 的投入产 出表格环境投入产出模型。利用这个投入产出模型，预测出我国工业水污 染物排放量，进而预测出我国水污染排放总量，本文主要预测了化学需氧量 ( c o d ) 和氨氮( n h 。- n ) 这两个国家重点治理的对象，比较得出污染排放总量 与水环境容量目标这个终极目标之间的差距，作为“十一五规划”的可行性指 导思想，并且依据预测的污染总量，制定出总量控制阶段性、可达性目标。 通过国家层次的投入产出预测方法，今后可以进一步形成了三种不同的污 染总量控制途径： l ，国家流域子流域城市( 地区) 2 国家子流域城市( 地区) 3 ，国家流域一城市( 地区) 确定各个省市的具体污染总量控制目标，实现环境污染治理的水环境容量 终极目标。 关键词：水环境容量；总量控制；污染排放总量：投入产出表：环境投入 产出模型 a b s t r a c t a b s t r a c t t h ea r t i c l ep u tt h en e wm e t h o di nw a t e rp o l l u t i o np r e v e n t i o na b o u tt h et o t a lo b j e c t c o n t r o lw h i c hb a s eo nw a t e re n v o r o m e n tc a p a c i t yt o t a lc o n t r o l 。a n a l y s i n gt h e e c o n o m i cl o s tw h i c hm a d eb yp o l l u t i o n ，i te x p r e s s e st h en e c e s s i t ya n dn e r v o u s n e s s o fw a t e re n v i r o m e n t a lc a p a c a i t yi ne n v i r o m e n tp r o t e c t i o n , t h ee o m p a r a t i o nb e t w e e n r e a lw a t e rd r a i np o l l u t i o n a n dw a t e re n v i r o m e n t a lc a p a c i t yi na l lp r o v i n c e sa n dr i v e r b a s i n s 。w e - k n o wd i f f i c u l t i e si na c h i e v i n gw a t e re n v i r o m e m a lc a p a c i t ya tp r e s e n t ，s o w eb r i n gaf l e wv i e w p o i mi nw a t e re n v i r o m e n t a lc a p a c i t yt h a tw a t e re n v i r o m e n t a l c a p a c i t ya i ms h o u l db a s eo nc i t yc l a s s i f i c a t i o n w el l s et h ei n p u t - - o u t p u tt a b l ew h i c hm a d ee v e r y5 y e n r sa n dt h ei n l 卜_ 0 u t p u t m o d e la sb a s e dt c c l m o l o g ya n dm o d e l ，a n du s er e l a t i o n sb e t w e e na l lk i n d sc i v i l e c o n o m yp r o d u c t i o n sa n dw a t e rt o t a ld r a i np o l l u t i n n 。s e t t i n gw a t e re n v i r o m e n ta s t h en e wl i n ea n dr a wa n dj o i n i n gi ti n t oo r g i n a li n p u u t l m tt a b l e ，t h e nw ec a l l m a k ean e wi 珥m 卜_ 0 u t p u tt a b l et h a te n v i r o m e n ti n p u t - - o u t p u tm o d e l ，w ec a n p r e d i c ti n d u s t r yw a t c ft o t a lp o l l u t i o n ，t h e nw ec a nk n o ww a t e rt o t a lp o l l u t i o n i n t h i sa r t i c l e , w es e t t h e c o d ( c h e m i s t r y o x y g e n d e m a n d ) a n db i l l 3 - na s t h e m a i n k i n d s o f w a t e rt o t a lp o l n i ，a n dw ec a nf i n dt h a tt h e r ei sab i gd i s t a n tb e t w e e nr e a lw a t e r t o t a lp o l l u t i o na n dw a t e re n v i r o m e n t a lc a p a c i t yw h i c hi saf i n a la i m ，d e p e n d i n g0 ni t w ec a n m a k e 。1 1 山5 y e a r sp l a n ”w h i c h i ss u i t a b l ea n d f i t e d t h e n w ec a n m a k e a a c h i 曲e da n ds t a g e dt o t a lc o n t r o lo b j e c tb yp r e d i c t e dw a t e rt o t a ld r a i np o l l u t i o n t h r e ed i f f e r e n tp o l l u t i o nt o t a lc o n t r o lm e t h o d sc a nb em a d eb yi n p u t - - o u t p u t p r e d i c t i o na b o u tt h ew h o l ec o u n t r y ： 1 c o u n t r y - r i v e rb a s i n - j u n i o rr i v e rb a s i n - c i t y ( d i s t r i c t ) 2 c o u n t r y - j u n i o r r i v e r b a s i n c i t y ( d i s t r i c t ) 3 c o u n t r y - r i v e rb a s i n - c i t y ( d i s t r i c t ) f i n a l l yw e ：咖m a k ea d e t a i l e dt o t a lp o l l u t i o nc o n t r o lf o ra l lp r o v i n c e sa n dc i t i e s ， a c h i e v i n gt h eu t t e ra i mo f w a t e re n v i r o m c n t a lc a p a c i t yi nw a t e rp r e v e n t a t i o n k e yw o r d s ：w a t e re n v i r o m e n t a lc a p a c i t y ：t o t a lc o n t r o l ：t o t a ld r a i np o l h i t i o n ； l u a p u t - o u t p u tt a b l e ：i n p u t - o u t p u te n v i r o n m e n t a lm o d e l k 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 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 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或 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了谢意。 签名： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保 留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名： 师签名：莛塑鲤焦日期：埋五互纾 第1 事绪论 第1 章绪论 1 1 课题背景和意义 我国在改革开放以后，年经济增长速度保持在9 左右，但在很大程度上以 牺牲环境和很多不可再生能源为代价，出现了很多“高消耗”、“高污染”、“低 产出”、“低效益”的企业，在消耗了大量的不可再生能源的同时，产生了很多 的污染物，造成了严重的环境污染，有些污染在相当长时间之内是无法逆转的。 当前，保护生态环境，实现人与自然和谐发展，已成为全党和全国人民的共 识，成为社会主义现代化建设进程中的迫切任务，今后一段时间，是我国生态 环境面临巨大压力的阶段，作为我国水环境保护工作中的重要组成部分，对水 污染物总量控制的技术和预测方法的展开研究具有重要的意义。 水污染物总量控制是我国环保部门进行水污染防治和水环境管理的重要举 措之一，我国从7 0 年代开始就提出控制污染物排放总量控制，经历了浓度总量 控制阶段和目标总量控制。近些年，我国的水污染总量控制方法一直沿用目标 总量控制，这些年，为治理我国水环境污染和消减污染物排放量，起到了关键 的作用。目标总量控制方法，在总体水环境仍处于恶化趋势的时期，这一方法 可以简化水污染治理工作的步骤，对于遏制我国总体水环境急剧恶化起到了重 要作用；但随着水环境保护工作的逐渐深入，以及环境污染的复杂性程度和污 染程度的加剧，特别是工业污染的排放不规律，使原有的污染总量控制方法， 无法进一步有效的控制不断恶化的水环境状况。在这种情况下，引起了我国高 度重视，把水环境的污染治理列入“十一五”规划，将水污染总量控制类型逐 步从目标总量控制向容量总量控制转变，实行以水环境容量为基准的容量总量 控制方法。这种方法与水环境容量、水体环境质量进行结合，充分利用水环境 资源，将污染控制目标定位排放的污染物不超过水环境容量的承载量，从 水环境质量要求控制、消减污染物。 要实现水污染总量控制方法的转变，在核算水环境容量数据的基础上，有 必要从宏观方面来预测污染物排放的总量和趋势，通过预先知道污染物排放的 总量来合理地分配环境资源的投入变化力度，分析在一段时间内，水环境容量 北京i 业犬掌i 字坝士学位 仑文 的目标与实际污染排放总量之间的差距，对污染治理提出更为科学的阶段性水 质目标、总量目标和终期目标，在确保水环境容量的支配性地位前提下，最终 实现逐步消减污染物总量的目的。 在这个背景下，国家科技部设定了污染物总量控制的这个子课题，对中国 所有的控制断面都确定了水质目标，在确定水质目标的基础上，来制定我国的 水污染物排放总量。要制定我国水污染物总量控制的目标，不能只以水质目标 确定的水环境容量作为唯一的控制要素，需要多方面的考虑其他的制约要素。 这就要求能够根据现实的变化情况对未来几年内的污染物总量作出一个相对正 确的预测，为确定总量控制目标来计划污染物消减量，同时也要确定在目前的 污染物治理技术程度下，能够核定需要投资的资金数额。本课题能够解决环境 方面一直存在的实际排放量和上报数据之间存在的误差，这个误差严重影响污 染治理投资的决策，也影响了水环境质量。通过预测污染物总量的排放趋势来 确定今后几年的环境污染治理，确定排放总量和水环境容量之间的差距，能够 确定一个环境的阶段性和长远的治理污染物的目标。控制污染物总量时要以水 环境容量作为污染物总量控制的基础和目标，实现人与社会的环境友好性。 1 2 污染现状和污染损失 根据中国环境状况公报，2 0 0 1 年至2 0 0 3 年，我国主要国控断面水质，达 i 至类的断面个数从4 1 增加到6 1 ，v 类和劣v 类断面个数从5 9 减少到 3 9 。我国重点流域2 0 0 0 年到2 0 0 3 年劣v 类水质断面占国控断面比例分别为： 淮河流域3 6 3 ，5 3 2 ，4 4 1 和3 9 5 ；海河流域6 0 7 ，6 7 0 ，7 1 2 9 6 和5 3 9 9 6 ； 辽河流域6 2 4 ，5 9 7 ，5 2 2 和4 0 6 。以上数据表明，我国水环境质量虽然 总体上有所好转，但是水污染形势依然严峻，污染排放总量没有得到有效控制， 污染物消减量没有明显上升趋势。 1 2 1 水污染现状 近些年，我国投入了大量的人力和物力来治理水污染，投入的绝对资金金 额大幅度的上提。从国家到地方，对于环境保护和环境治理，都作为当前保持 持续发展的重要事情来抓。在国家和地方的共同努力下，每年消减了大量的已 经产生的污染物，但由于产生的绝对数量也在不断的增加，所以，每年排入河 第1 章绪论 流的污染物总量没有发生明显的减少，在某些年还出现曲折上升的现象。1 9 9 7 2 0 0 2 年污水排放量和主要水污染物排放量可见表卜l 和图卜l 表卜l 污水和污染物排放量 t a b l ei - 1p o l l u t e d w a t e r a n d p o l l u t i o n d r a i n q u a n t i t y 弋种类 废水排放量工业废水捧 生活废水捧工业c 0 0 捧生活c 0 0c o o 摊放总治理废水投 统计年b 卜 ( 亿吨)放量( 亿吨)放量( 亿吨)放量( 万吨)( 万吨)量( 万吨)资( 亿元) 1 9 9 74 1 62 2 71 8 91 0 7 36 8 4 1 7 5 77 2 8 1 9 9 83 9 52 1 l 1 8 48 0 66 9 31 4 9 97 3 3 1 9 9 94 0 1 11 9 7 32 0 3 86 9 1 76 9 7 21 3 8 8 9 6 8 8 2 0 0 04 1 5 11 9 4 22 2 0 97 0 57 4 0 51 4 4 5 51 0 9 8 2 0 0 14 2 82 0 l2 2 7卯87 9 91 4 0 77 2 9 2 0 0 24 3 9 52 0 7 22 3 2 35 “7 8 2 9 1 3 6 6 97 1 5 资料来源：中国环境统计年鉴1 9 9 8 - - 2 0 0 3 年 图1 1 废水排放曲线图 f i g u r e1 - lp o l l u t e dw a t e rd r a i nc u r v e 上面的图形中，可以看出曲线的变化趋势。所有污染物的曲线都没有一直 北京工业大学工学帧士学位论文 向下倾斜，曲线总是在某些年份呈现向上变化势态，污染物排放总量有回升和 渐长情形。大多数污染物排放曲线都在某些突变年出现谷峰和谷底，谷峰和谷 底的曲率都不是很大，不难看出，所有的曲线变化都没有一个稳定的趋向，没 有固定的规律可循，这给确定治理投资和治理措施带来很大的难度。 我国在一段时间只强调发展经济，而忽略了经济发展造成的污染而带来的 经济损失，环境污染到底对社会经济产生多大的负面影响，原先的产业结构和 产业模式存在着何种的弊端，产业和企业模式对于污染物捧放量的变化有没有 减小的趋势。因此，在今后一段时间内，有必要对现有的环境产生很大副作用 的产业结构做一个必要的调整。在调整产业之后，污染物总量排放量会发生变 化，是否符合水环境容量的要求，这些都是亟待解决的问题。 目前，在中国，人们对水环境污染造成的损失还没有感性的认识，但是水 环境污染造成的影响在日常生活中随处可见，由于水污染造成的污染性缺水更 是深入，在北方到处可见“黑河”，这些黑色的河流是因为工业和生活大量污水 排入其中形成的污染造成水质变坏的，超过水体的自净能力而形成的。 1 2 2 污染的经济损失 我国水资源总量在世界上名列前茅，但是人均水资源量只有世界平均水资 源量的四分之一，生活和生产可用水源相对非常紧缺( 尤其是北方地区) 。在国 内生产总值( g d p ) 逐年提高的同时，生活和工业每年捧放的污染物总量也是愈 况增高，水资源供需矛盾日益加剧，水环境问题越来越突出，大量工业企业捧 放出大量的各种污染物，严重的污染了各种水源地，造成我国水质和水环境状 况日趋恶化，污染性缺水已经严重影响着全国很多城市的日常供水，每年由于缺 水，所造成的经济损失，数额是惊人的。 这两年造成的污染经济损失非常严重，由中国科学研究院最新公开发表的 一份关于“9 0 年代中期中国环境污染经济损失估算”的报告给予一个数据参考， 根据估算，1 9 9 5 年环境污染和生态破坏对我国造成的经济损失到达1 8 7 5 亿元， 占当年g n p 值的3 7 2 “1 。这个数字触目惊心，而在这些污染损失中，由于水污 染造成的损失是最大的，不考虑因地球物理原因形成的水污染造成的水污染损 失，仅仅计算人类生产活动中产生和排放的污染物进入自然界水体所造成的水 第1 章绪论 体污染而带来的经济损失就达到1 4 2 8 9 亿元，占了污染造成的7 6 。其中，工 业污染性缺水是各项中最严重的一项，1 9 9 5 年，全国工业污染性缺水就造成直 接工业经济损失达7 5 0 亿元，占了水污染造成的损失的一半以上。工业污染排 放量变化趋势，对于今后环境的污染治理具有举足轻重的作用，要治理和控制 污染物，就要了解工业污染排放总量和污染排放总量的变化趋势。 ：而国民经济在持续的高速发展中，对于水资源的需求将会不断加大，如果 二 不控制污染物的排放量继续污染已经很严重的水资源，水资源供应短缺将会 在不远的将来成为制约经济发展的主要因素之一，对于水污染造成的经济损失 将会进一步加剧。 1 ：3 国内外目前研究的现状 1 3 1 国外现状 总量控制最早是由美国环保局提出的，美国从1 9 7 2 年开始在全国范围内实 行水污染物排放许可证制度，并使之在技术路线和方法上不断得到改进和发展。 1 9 7 2 1 9 7 6 年，美国实施了第一轮许可证制度，即所谓的。泡泡政策”， 并制订了实施污染总量分配的技术指南。但是这些技术指南均是基于水质模型 建立总量分配。这时，主要采用以判断为依据的方法，即最佳专业判断( b u ) 方法：它是在充分收集工业行业可利用的数据和资料的基础上，经过高质量技 术分析做出的判断。当时，在确定污染源削减量中使用这种方法所占的比例， 高达7 5 。1 。它得到美国水法的承认，在历史上做出了贡献。与此同时，美国 亦采用以技术为依据方法，即针对工业行业及其子行业颁发排放限值准则 ( e l g s ) 的方法。这种方法在以后的阶段很快得到推广，陆续颁布了各行业的 排放限值准则，逐步代替了以判断为依据方法的作用。目前，以技术为依据的 方法已成为美国实施排污许可证制度的主要方法，以判断为依据的方法只在某 些特定的污染物或某工业行业尚未有排放限值准则的情况下采用。从采取水污 染物排放总量控制制度至今，美国的水环境污染控制取得了明显的成效。 1 9 8 3 年1 2 月，美国正式立法，实施以水质限制为基点的排放总量控制。 为了在满足水体的环境标准下充分利用其自净能力，美国采用了季节总量控制 的方法，它是为适应水体不同季节不同用途对水质的标准要求，允许排污量在 北京】。业大学r 学颂士学位论文 一年内的不同季节有所变化，可根据水量、水温、p h 值等因素在各季节的差异 来确定。如在水生生物产卵期实行严格的溶解氧标准，而在其余时间则可实行 另一水质标准。同时，美国有些州还实行一种“变量总量控制一”，它以河流实 测的同化能力来变更允许排污量，而不同于根据历史资料以l 临界条件为根据而 得出固定的排污限量，这更能充分利用水环境容量。为更有效地分配已经确定 的污染负荷总量，美国有些州还推行在污染源之间进行污染负荷对换制度。包 括“点源对换法”和“点源非点源兑换法”，前者允许将部分分配给某个 排污者的污染负荷转换给其它难以用比较经济的手段达到要求削减量的排污 者，后者允许用非点源控制方法来替代点源的进一步控制，因为非点源污染控 制的投资比工业点源和城市污水处理厂的投资少而有效得多。采用以上各种总 量控制方法可大大减少污染控制的费用。采用季节总量控制水污染的方法至今， 美国的水环境污染控制取得了有的放矢地控制。 美国环保局1 9 7 2 年提出t m d l ( t o t a lm a x i m u md a i l yl o a d s 最大日负荷总 量) ，还可以用t m y l 表达最大年负荷总量。“t m i ) l ”的定义为：在满足水质标准 情况下，水体能够接受的某种污染物的最大日负荷量。它包括污染负荷在点源 和非点源之间的分配，同时还要考虑安全临界和季节性的变化。污染负荷量可 以表示为单位时闯的质量、毒性和其它适合测定的指标。 t m d l 计划总的目标就是用来识别具体污染区域和土地利用状况，并且考虑 对这些具体区域点源和非点源污染物浓度和数量提出控制措施，从而引导整个 流域执行最好的流域管理计划。t 如l 计划包含的具体内容如下： 1 、标明未达标的水体及其用途，并将这些水体进行优先治理排序，列出清 单。排序的依据是：对人类健康和水生物的威胁性；公众关心和支持的程度； 特殊水体的娱乐休养，经济及美学上的价值；作为水生生物栖息地的特殊水体 的脆弱性；c w a 3 0 4 ( e ) 中所列的水污染问题；与水质相关的法庭判决和决定；e p a 年度工作指导中的国家政策和优先权。 2 、确定关键水质管理区。 3 、确定水质指示剂及其指标值。 4 、调查并确认危害水体的污染物及污染源类型( 点源、非点源) 、数量、 地理位置、对水体的影响程度。 弟i 苹绪论 5 、根据水体具体用途确定最大允许污染负荷、点源与非点源的实际负荷及 污染削减量。利用监测数据资料及模型估算水体当前的实际污染负荷量( 可选 择某一种代表性污染物，如磷) ，将水质指标值( 浓度指标) 转化为最大允许污 染负荷( t m d l ) ，二者之差即为污染削减量。 6 、在点源与非点源及污染个体之间进行污染负荷分配。依据方程： t 帅l = w l a + l a + b l + m o s “1 ，式中w l a 为允许点源污染负荷、l a 为允许非点源污染 负荷、b l 为水体自然背景负荷、m o s 为安全i 临界”，是指关于污染物负荷与受 纳水体水质之间关系的不确定数量，安全临界可以通过假设分析提供一个不确 定的数量比例关系或者直接从水体污染负荷中除去一定明确数量的污染负荷， 所以安全临界有确定和不确定关系两种说法。 7 、在国家综合性法规政策前提下，针对流域内自然、经济、社会条件，设 计制定流域水污染控制管理具体政策措施，包括行政法规( 各种标准的制定、 行为限制) 、教育培训、鼓励支持实施b l i p s 、各种经济刺激手段( 如税费、 贴、排污交易等) ，其中经济手段的运用应以环境经济学理论为基础，制定合理 有效的执行标准和实施方案。 。8 、从经济学角度，对政策措施进行成本、效益定量评估及技术与制度上的 可行性评价，最终选取使社会效益最大化的水污染控制与管理最优方案。 美国许多州已对受损水体开发了t m d l 计划，e p a 为了进一步提高国家的水 体质量，不断地努力改善t i r o l 计划。在2 0 0 1 和2 0 0 2 两年，在当前t m o l 计划 规则下，被批准或被建成的t m i ) l 计划超过5 0 0 0 多个，t i i d l 计划在最后四年中 每年都以稳定的速度上升，例如从1 9 9 9 年的5 0 0 个上升到2 0 0 2 年的大约3 0 0 0 个。t m d l 计划在整个美国广泛实施，在点源和非点源污染综合控制方面成效显 著。此计划是全美水环境实施总量控制的成功案例。 2 0 世纪6 0 年代末，日本为改善水和大气环境质量状况，提出了污染物排 放总量控制问题。在1 9 7 1 年开始对水质总量控制计划问题进行了研究，于1 9 7 3 年制定的赖户内海环境保护临时措施法中，首次在废水排放管理中引用了 总量控制以c o d 指标限额颁发许可证。日本环境厅于1 9 7 7 年提出了“水质污染 总量控制”方法，与此同时水质污染防治法规定的浓度标准继续使用。所谓“水 质污染总量控制，就是通过采取统一的、有效的措施，把流入一定水域的污染 北京工业大学工学坝士学位论文 负荷总量控制在一定的数量之内，降低流入该水域的污染负荷总量，改善水域 的水质，使其达到预先所规定的目标。并于1 9 7 8 年6 月修改了部分水污染防治 法，以c o d ( 化学耗氧量) 为对象，开始了总量控制工作。到1 9 8 4 年，日本将 总量控制法正式推广到东京湾和伊势湾两个水域，并严禁无证排放污染物。由 于采取了上述方法，日本的这两个海湾8 0 9 6 以上的污染大户受到控制，水环境 状况得以改善。在总量控制制度中，日本首先以政府令的形式指定污染负荷削 减项目，其次指定实施总量控制的水域和地域，然后由内阁总理大臣审定总量 控制基本方针，确认指定地域的指定项目及削减目标量。根据这一基本方针， 都、府、县知事拟定总量控制计划。在第一次总量控制中的指定项目主要是c o d 。 围绕总量控制，有关部门做了很多事情，比如下水道管网整备、处理场整备、 控制标准设定等等。其结果使污染负荷量有削减的趋势，但水质状况未能得到 彻底改善，于是以1 9 8 9 年为目标年进行第二次总量控制。 日本对今后的总量控制基本想法如下： 今后各水域、地域继续努力进一步改善水环境，继续实施c o d 的削减 对策。 ， 以人口、产业动向、自然社会条件为基础，充分考虑污水治理技术水 平、下水道整合等各种条件的前提下设定的，要考虑对策的平衡性和 综合性。 由于生活系统污染和总量的比例增加，应加强和推进下水道管网整备 等生活排水的对策。 要认识到总量控制标准将会推进控制对策，所以要考虑整体上的公平 性。 实施第二次总量控制时，对那些需要更进一步科学揭示的难题，要注 意积累经验和教训，力求拿出更进一步合理、综合的水质环境保护对 策。 水质总量控制标准在指定地城内，对产业和设施规定的容许限度，可 理解为促进下水道整合和产业治理的有效措施。 联邦德国和欧洲共同体各国采用水污染物总量控制管理方法后，6 0 以上 排入莱茵河的工业废水和生活污水得到处理，莱茵河水质有了明显好转。 瑞典、前苏联、韩国、罗马尼亚、波兰等国家也都相继实行了以污染物排 s 第l 章绪论 放总量为核心的水环境管理方法，取得了一定的效果。 1 3 2 国内的现状 我国的水环境管理是以对污染源排污口排除污染物进行浓度控制开始的， 随着环境管理工作的深入、逐步认识到仅对污染源实行排放浓度控制，是无法 达到确保环境质量改善的目的。必须同时对污染物排放的绝对量( 总量) 进行 控制，才能有效的控制和消除污染。因此，推行从单一排放口污染物浓度控制 逐步过渡到污染物总量控制成为了解决我国水环境问题的新方法。 1 9 8 8 年3 月国家环保总局关于以总量控制为核心的( 水污染排放许可证 管理暂行办法) 和开展排放许可证试点工作通知的下达，标志着我国开始进入 总量控制、强化水环境管理的新阶段。而污染物排放总量控制正式作为中国环 境保护的一项重大举措，全国人大通过的国民经济和社会发展“九五”计划 和2 0 1 0 年远景目标纲要中，国家环保局为落实“九五”环保计划。特编制了 r 九五”期间全国主要污染物排放总量控制计划嘲。在其后的一年时间内， 我国的污染物排放总量控制由思路框架落实成为了一项具体的国家级的环保政 策。 我国的水环境污染总量控制研究始于2 0 世纪8 0 年代末，以制定第一松花 江b o d 总量控制标准为先导，进行了最早的探索和实践。接着在“六五”期间， 以沱江为对象，进行了水环境容量、污染负荷总量分配的研究和水环境承载力 的定量评价，“七五”期问，在全国多个水域开发水环境容量的利用研究，把水 环境容量的研究成果落实于污染物总量控制。陆续在长江、黄河、淮河的一些 河段和白洋淀、胶州湾、泉州湾等水域，以总量控制规划为基础，进行了水环 境功能区划和排污许可证发放的研究。9 0 年代国家环保局编制了跨世纪绿色 工程计划及污染物总量控制总体方案等，特别是编写了淮河流域水污 染防治规划和“九五”计划，表明我国的水质规划与总量控制研究工作逐步进 入到政府领导下的有效实施阶段，并提出了落后工艺淘汰指标和工业结构调整 方案，为中国的水环境总量控制制定了先按达标排放控制污染总量，再按水质 目标规定允许排污，总量的基本模式。1 9 9 6 年，国务院j 下式批复淮河流域水 污染防治规划和“九五”计划，这表明我国的水质规划和污染物总量控制进入 北京丁= 业人学t 学硕士学位论文 了一个新的阶段，揭开了向“三河”“三湖”水污染进军的序幕，同时也为我国 的水质规划与总量控制提出了更为艰巨的任务：在水质规划的可操作性和排污 总量监督管理的有效性方面提供有实质性前进的新成果。“十五”期间继续实行 “三河”“三湖”水污染防治“十五”计划。 “六五”国家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“松花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“深圳河有机物自可水环境容量研究”、“沱江水环境容量研究”等工 作，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，主要在长江、 黄河、淮河的一些河段和白洋淀、胶州湾、泉州湾等水域，以总量控制规划为 基础，进行了水环境功能区划和排污许可证发放的研究。 9 0 年代国家环保局编制了跨世纪绿色工程计划及污染物总量控制总 体方案等，提出了落后工艺淘汰指标和工业结构调整方案，为中国的水环境 总量控制制定了先按达标排放控制污染总量，再按水质目标规定允许排污总量 的基本模式。 作为水环境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 较快发展。8 0 年代初期。国内实行污染物总量控制的方法和形式依据各地条件 和各地问题的不同有所改变。各地都根据本地区的地理特点、规划布局、经济 发展、环境状况的各种因素，分别采取了相应的控制方式。例如：沈阳市化工 行业污染物流失量的控制；沈阳市西部污水系统的总量控制；辽宁省的点源排 放总量指标管理；松花江水系的污染物总量控制；天津市的重金属排放总量控 制等。其中有区域总量控制、水系总量控制、行业总量控制，也有特定污染物 的总量控制。他们的探索和试点经验，对全国开展这方面的工作提供了宝贵的 经验。 在北京东南部环境质量评价、黄河兰州段、图们江、松花江、漓江等环境 幕i 草绣汜 质量评价项目中分别探讨了水污染自净规律、水质模型、水质排放标准制定等 数学方法，从不同角度提出和应用了水环境容量的概念。其中有区域总量控制、 水系总量控制、行业总量控制和特定污染物的总量控制等，对全国开展这方面 的工作提供了宝贵的经验。 1 4 本文的主要工作 1 、分析我国的污染物总量排放现状，以及由于水污染造成的经济损失，说 明水环境容量控制和水污染排放总量预测的必要性和紧迫性。 2 、对中国所有的城市，进行以环境治理和环境投资方面的分类。以城市经 济、环境现状、人1 ：3 、环境投资能力等要素对中国城市进行分类。 3 、制定出一套理论和数学上都可行的完整的全国污染物总量排放预测方 法，并对此方法作进一步的动态优化调整。 4 、在此预测方法的基础上，进一步形成相关的流域、子流域、区域的预测。 方法和预测污染排放数据 ( 1 ) 国家流域予流域城市( 地区) ( 2 ) 国家孑流域城市( 地区) ( 3 ) 国家流域一城市( 地区) 本课题要预测排放总量，也就是通常称为的行业总量控制。本课题使用的 主要基础数学模型是投入产出表，预测的基础是静态投入产出表，静态投入产 出表具有时滞性，不能消除时间变化引起的误差，预测数据的精确性不能得到 保证。因此，本文使用动态的投入产出模型，将工业所有行业，按照投入产出 表的要求，对原有的工业行业数据进行技术化处理，形成符合投入产出表的行 与列。最终将环境污染物产出作为国民经济生产活动中的一部分，形成新的环 境投入产出表之后，再进行有效合理的污染总量预测。 北京t 业大学t 学硕士学位论文 1 5 本章小结 本章介绍了课题的背景意义和课题的基本情况，详述了国内外一些总量控 制研究状况，从水污染导致的经济损失入手，从数据上说明了目前我国水污染 现状和污染目标总量控制存在的问题，用实际数据阐述了实行水污染物总量控 制和水环境容量的必要性，同时列出了本课题的研究主要内容。 第2 章水环境的基本理论内涵 第2 章水环境的基本理论内涵 2 1 排污总量的构成 排污总量是排入到水体的所有水污染物排放量的简称。实际情况中，排污 总量是工业点源、城镇生活源、非点源、安全边际等几项排放量之和。根据我 国实际情况，排污总量采用年为时间单位。在进行总量动态管理时，依据不同 地区具体情况，分季节进行控制。 其中，非点源是包括各种进入水域的不可控制且无规则排放的污染物总量， 数量较小，对于排放总量的影响很小。安全边际是作为风险预留而未被分配的 污染物总量。 r 工业点源是排污总量中，变化最为复杂，也是最重要的一个方面，城镇生 活源与现在计算一般人口的数量成正比( 具体区域稍有差异) 。 研究排污总量构成的意义在于：总量分配实际上是对排污总量中的工业污 染源进行分配的过程，非点源、城市生活污染源等其他污染源需要通过各种方 式予以估算去除或预留，本文在重点预测工业污染点源的基础上，预测总体的 污染排放情况。 2 2 总量控制 总量控制理论通过在国外及我国多年的研究、应用和总结，己形成了一套 适用于多种情况的理论体系，其值得沿袭之处很多，经归纳可总结为以下方面： 1 、总量控制通过限制水环境中污染物的总量，不管区域的污染源是否增加， 只要排人水体中的污染物负荷总量不超过其水环境容量，则可保证水质目标的 实现，避免了浓度控制下可以通过稀释排放达标的弊病“3 。 2 、总量控制把水域看作一个整体，将污染源排污和水体环境标准直接联系 起来，既可保证水环境保护目标的实现，又可充分利用水环境容量这一宝贵资 源。 3 、总量控制方法所确定的污染源治理方案既照顾到各污染源在具体的经 济、技术、规模上的差别，同时也发挥另外污染源集中处理的优势，既经济又 合理。 北京1 = 业大学工学硕士学位论文 4 、总量控制的管理方式具有针对性和灵活性，为今后排污许可证的实施和 排污权交易的顺利进行奠定了基础。 2 2 1 总量控制类型 1 、容量总量控制 把允许排放的污染物总量控制在受纳水体给定功能所确定的水质标准范围 内，这种总量控制方法称之为容量总量控制法，即容量总量控制的“总量”系 基于受纳水体中的污染物不超过水质标准所允许的排放限额”1 。容量总量控制 的特点是把水污染控制管理目标与水质目标紧密联系在一起，用水环境容量计 算方法直接推算受纳水体的纳污总量，并将其分配到陆上污染控制区及污染源。 2 、目标总量控制 把允许排放污染总量控制在管理目标所规定的污染负荷削减率范围内，这 种总量确定方法称之为目标总量控制法。即目标总量控制的总量是基于源捧放 的污染不超过人为规定的管理上能达到的允许限额。该方法的特点是目标明确， 用行政干预的方法，通过对控制区域内污染源治理水平所投入的代价及所生产 的效益进行技术经济分析可以确定污染负荷的适宜削减率，并将其分配到污 染源。 3 、行业总量控制 从行业生产工艺着手，通过控制生产过程中的资源和能源的投入以及控制 污染物的生产，使排放污染物总量限制在管理目标所规定的限额之内，这种总 量确定方法称之为行业总量控制法。即行业总量控制的“总量”是基于资源、 能源的消耗水平，以及。少废”、“无废”工艺的发展水平。 2 2 2 水环境容量 水环境容量即是在给定的水域范围和水文条件，规定排污方式和水质目标 的前提下，单位时间内该水域最大允许纳污量，由稀释容量和自净容量两部分 组成，分别反应污染物在环境中迁移转化的物料稀释与自然净化过程的作用。 水环境容量的目标总量是以一定的水质目标为基础来确定的污染物允许排 放总量，以水环境容量为基础确定的排污总量目标能够充分体现环境的承载能 第2 革水环境的基本理论内橱 力和纳污能力，将水体质量要求作为主要因素来限制污染物排放量，从而确定 排放的污染物总量目标，水环境容量对水环境质量的要求非常高。我国绝大部 分地区还远远达不到水环境容量的质量标准，水环境容量目标还是一个远景目 标。 水环境容量定义可知水环境容量的大小与水体特征、水质目标和污染物的 特性有关排污方式”1 。 ( 1 ) 水体特征 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) ；水文参数( 流量、流速、水温等) ；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) 。 ( 2 ) 水质目标 水体对污染物的纳污能力是对于水体满足一定的功能和用途而言的，因此， 水体的功能和用途要求不同，其容纳污染物的量亦不同。到目前为止，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。 ( 3 ) 污染物特性 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。 ( 4 ) 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。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。 ( 5 ) 排污时空分布( 零维模型除外) 水环境容量的计算( 零维模型除外) 污染物质一般需要考虑污染物质在水 体中降解、扩散或离散，此时需要考虑排污的距离达标点的距离和时间。排污 北京工, l k 大学丁学硕士学位论文 口距离水质目标达标点较远时，其水环境容量相对较大。此外河流水环境容量 还有一个全断面达标率，可以避免只追求监测点达标，而总体水质情况较差的 情况 水环境容量主要应用于环境质量控制，并做工农业规划的依据。任一环境， 它的环境容量越大，可接纳的污染物就越多，反之则越少。污染物的排放量必 须和环境容量相适应，如果超过环境容量，就应该采取有效措施，降低排放浓 度，减少排放量。特别是在作社会经济、工业、农业等规划体系，必须首先要 考虑环境容量，对污染企业的控制，如废弃物，农药的施用，有毒有害原辅材 料使用都应以不产生对环境损害为原则。在应用环境容量参数来控制环境质量 的同时，要注意污染物的特性，非积累的污染物在环境中停滞时间很短，所以 依据环境的绝对容量参数来控制这类污染有重要意义，区域内污染源所排放的 污染物虽然没有超过排放标准的限值，但总量却大大超过绝对环境容量，在这 种情况下，只有制定以环境绝对容量为依据区域环境排放标准，降低排放浓度， 减少排放量，才能保证区域环境质量，积累性的污染物在环境中能产生长期的 毒性效应，对于这类污染物，主要根据年容量这个参数来控制，使污染物的排 放与环境的净化速率保持平衡。总之，污染物的排放，必须控制在环境绝对容 量和年容量之内，总量控制实施才有效。 就本课题而言，水环境容量的测算是本课题研究的基础之一，在确定总量 控制目标的同时，需要使用水环境容量测算值对目标和方案进行评估。在水环 境容量大于总量目标时。考虑分配总量的增加；在水环境容量小于总量目标时， 考虑分配总量的削减。因此可以认为，水环境容量测算将作为本课题直接使用 的研究结论，其测算方法并不是本课题需要着重讨论的内容。 2 2 3 受纳水域允许纳污量 根据水环境管理要求或各水环境功能区的水质标准要求，将在一定设计水 文条件和单位时间内，水域所能受纳的最大污染物量。 2 3 总量控制对象和内涵 “十一五”期间，全国水污染控制仍然是以控制有机污染为主，水污染物 排放总量控制指标选择化学需氧量和氨氮，我国水环境容量主