（环境工程专业论文）河流总体水质评价方法研究及数值模拟.pdf

武汉理：【i 大学硕士学位论文 摘要 河流综合水质评价是水环境治理中的重要基础性工作。通过对水质监测数据 的合理评价，才能制定科学的整治规划，采取有效的措施；通过对河流综合水质 评价，我们才能弄清河流水质变化发展规律，为河流污染控制及制定水资源利用 系统工程方案提供依据。可以说河流综合水质评价的合理性会直接影响决策。所 以水质评价是水污染综合防治的基础，是目前改善河流水质迫切需要解决的问 题。只有在水质评价的基础上才能进一步搞好水资源规划工作。 我国河流总体水质评价工作，并没有把水质与水量紧密地、有机地结合起来， 只是松散的联合。这些评价方法例如河长比例法，就是把水资源分为两个方面， 一面是水质，评价的重点在于水体的水质情况，另一面是水量，评价的重点在于 水量是否满足人们的需求量，而对于河流的水质水量状况是否符合特定时间及地 点的水体用途这一问题较少涉及。 本研究旨在河流总体水质评价方法上有所突破，在水质评价结果的准确性和 可比性上有所改进。首先论述了当前常用的河流水质评价和水资源数量评价方法 的思路、方法、程序及有关标准。在此基础上，将水量与水质相结合，以某类别 水质的各监测断面代表的水资源量之和占评价区域各类断面代表的水资源的总 量百分比来表征评价区域整体水质状况，又结合考虑动态水量、社会经济和生态 环境多方面的因素，并将这些因素作为权重考虑进水质评价方法中，由此提出了 河流综合权重评价方法。将此方法应用到陆水河及陆水湖流域，最后，所得结果 较为准确地反映了陆水河及陆水湖总体水质的现状。说明了该评价方法的可行 性。同时，本文研究的河流总体水质综合权重法具有很好的可比性和很高的分辩 率，对于属于各个水质类别的水资源量能较为清晰的计算出来。 由于陆水河赤壁段的水质监测断面数量上偏少，断面不足以代表所有的河 长，为满足评价方法的要求必须增加计算断面。本文采用河流二维数值模拟的方 法，通过c f d 软件对污染物c o d 在河流中的迁移、扩散及降解过程进行模拟， 模拟新增断面的c o d 浓度，并采用单因子评价方法来评价河流新增断面的水质。 关键词：河流水质，水资源量，评价，水质模拟 武汉理工人学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ec o m p r e h e n s i v ew a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o no fr i v e rw a t e ri sa ni m p o r t a n tb a s i s w o r kt ow a t e re n v i r o n m e n tt r e a t m e n t b yt h er e a s o n a b l ea s s e s s m e n to fw a t e rq u a l i t y m o n i t o r i n gd a t a , t h e nw ec a nf o r m u l a t eas c i e n t i f i ct r e a t m e n tp l a n n i n ga n dt a k e e f f e c t i v em e a s u r e s ；b ya ni n t e g r a t e dw a t e rq u a l i t ya s s e s s m e n t , w ec a na s c e r t a i nt h e r e g u l a t i o no fd e v e l o p m e n ta n dv a r i e t yo fr i v e rw a t e rq u a l i t y , a n dp r o v i d et h eb a s i sf o r r i v e rp o l l u t i o nc o n t r o lp r o g r a m m i n ga n dt h ee s t a b l i s h m e n to fw a t e rr e s o u r c e ss y s t e m s e n g i n e e r i n gs c h e m e s ow es a yt h a tt h er a t i o n a l i t yo ft h ec o m p r e h e n s i v ew a t e rq u a l i t y e v a l u a t i o no fr i v e rw a t e ri sad i r e c ti m p a c to nd e c i s i o n - m a k i n g t h e r e f o r e ，w a t e r q u a l i t ya s s e s s m e n ti s t h e b a s i sf o ri n t e g r a t e dp r e v e n t i o na n dt r e a t m e n to fw a t e r p o l l u t i o n ，a n di ti st h eu r g e n tp r o b l e m sn e e dt or e s o l v ec u r r e n t l y , t oi m p r o v et h er i v e r w a t e rq u a l i t y o n l yo nt h e b a s i so fw a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o ni no r d e rt of u r t h e r i m p r o v et h ew a t e rr e s 0 1 1 l c e sp l a n n i n gw o r k e v a l u a t i o no ft h eo v e r a l lq u a l i t yo fc h i n a sr i v e r sa n dw a t e rq u a l i t ya n dq u a n t i t y o fw a t e rd i dn o tc l o s e ，t h eo r g a n i c a l l yc o m b i n e d ，o n l yal o o s e j o i n t t h e s ee v a l u a t i o n m e t h o d ss u c ha st h ep r o p o r t i o no fr i v e rl e n g t hm e t h o d ，i st ob ed i v i d e di n t ot w o a s p e c t so fw a t e rr e s o u r c e s ，w a t e rq u a l i t ys i d e ，t h ee v a l u a t i o nf o c u s e so nt h ew a t e r q u a l i t yo fw a t e rb o d i e s ，t h eo t h e rs i d ei sw a t e r , t h ee v a l u a t i o nf o c u s e so nw h e t h e rt h e a m o u n to fw a t e rt os a t i s f yp e o p l e sd e m a n d ，w h i l et h ef o rt h er i v e rw a t e rq u a l i t ya n d q u a n t i t ys t a t u so fc o m p l i a n c ew i t hap a r t i c u l a rt i m ea n dp l a c eo ft h ew a t e rb o d yu s e s l e s si n v o l v e di nt h i si s s u e t m sr e s e a r c ha i m e dt oh a v eb r e a k t h r o u g hi nt h ew a t e rq u a l i t yo fe v a l u a t i o n r e s u l t s ，a n dt oh a v ea l li m p r o v e m e n to ft h ew a t e rq u a l i t ye v a l u a t i o nr e s u l t so nt h e a c c u r a c ya n dc o m p a r a b i l i t y f i r s t l y , w ed i s c u s s e dt h ec u r r e n tc o m m o n l ye v a l u a t i o n m e t h o do f t h eo v e r a l lr i v e rw a t e rq u a l i t ya n dt h em e t h o d ，p r o c e s s ，r e l a t e ds t a n d a r d so f w a t e rr e s o u r c eq u a n t i t ye v a l u a t i o n o nt h i sb a s i s ，t h e n ，c o m b i n i n gt h ew a t e rr e s o u r c e q u a n t i t ya n dq u a l i t y , t h ep e r c e n t a g eo ft o t a lw a t e rr e s o u r c e sr e p r e s e n t e db yt h e m o n i t o r i n gs e c t i o n so fac l a s so fw a t e rq u a l i t ya c c o u n t sf o rr e g i o n a ls e c t i o n sw a su s e d t oc h a r a c t e r f u lt h eo v e r a l lr e g i o n a lw a t e rq u a l i t y , a n dc o n s i d e r i n gan u m b e ro ff a c t o r s o ft h ed y n a m i cw a t e r , s o c i o - e c o n o m i ca n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t ，a n dt a k et h e s e f a c t o r sa sw e i g h t sc o e f f i c i e n ti n t oa c c o u n tw a t e rq u a l i t ya s s e s s m e n tm e t h o d s ，f r o m t h i sw ep r o p o s e dt h er i v e rc o m p r e h e n s i v ew e i g h te v a l u a t i o n t h i sm e t h o di sa p p l i e d l i t om eb a s i no ft h el us h u ir i v e ra n dt h el us h u il a k e f i n a l l y , t h er e s u l tc a n a c c u “n e l vr e f l e c tt h ep r e s e n tc o n d i t i o no ft h eo v e r a l lw a t e rq u a l i t yi nt h el us h u i 鼬v c r 砒l dt h el us h u il a k e a n da c c o u t e df o rt h ee v a l u a t i o nm e t h o di sf e a s i b l e a t t h es a m et i m e t h eo v e r a l lw a t e rq u a l i t yo fr i v e r si nt h i sp a p e r , a ni n t e g r a t e dw e i g h t m e t h o dh a sag o o dc o m p a r a b i l i t ya n dh i g hr e s o l u t i o n ，f o rb e l o n g i n gt ov a r i o u s c a t e g o r i e so f w a t e rr e s o u r c e sw a t e rc a nb em o r ec l e a r l yc a l c u l a t e d o w i n g t ot h ec h ib is e c t i o no ft h el us h u ir i v e rh a v et h er e l a t i v e l yf e w n u m b e r o fw a t e rq u a l i t ym o n i t o r i n gs e c t i o n s ，t h es e c t i o n sc o u l dn o tr e p r e s e n t e dt h ea l lr i v e r l e n g t h ，i no r d e rt os u f f i c et h er e q u i r e m e n t so fe v a l u a t i o nm e t h o d s ，w e n e e dt oi n c r e a s e t h ec a l c u l a t e dc r o s s s e c t i o n t h i sp a p e ra d o p t e d t w o - d i m e n s i o n a ln u m e r i c a l s i n l u l a t i o nm e t h o di nt h er i v e r , t h r o u g ht h ec f ds o f t w a r es i m u l a t e dt h em i g r a t i o n , d i f f u s i o na n dd e g r a d a t i o np r o c e s s e so ft h ep o l l u t a n tc o di n t h e f i v e r , u s i n g s i n g l e f a c t o re v a l u a t i o nm e t h o dt oa s s e s st h ew a t e rq u a l i t y o ft h en e wc r o s s 。s e c t i o n k e y w o r d s ：r i v e rw a t e rq u a l i t y , w a t e rr e s o u r c e s ，a s s e s s m e n t ，n u m e r i c a ls i m u l a t i o n , i i i 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。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，也不包含为获得武汉理工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 已在论文中明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：王圭如期丝丕! 兰? ，髫 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、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遵守此规定) 研究生签名：醴导师签名： 窒隆乞么日期三韭f g 武汉理工人学硕士学位论文 第1 章引言 水是一种特殊的资源，支撑着所有的生命，它既是基础性资源又是战略性资 源，也是整个国民经济的命脉。随着人口增长、社会经济发展，对水资源的需求 量不断增加，水资源短缺和水环境污染问题日益突出，严重的困扰着人类的生存 和发展。水问题已不再仅限于某一地区或某一时段，而成为全球性、跨世纪的关 注焦点。 由于社会经济的发展，人口、资源与环境面临的突出矛盾，水资源保护与开 发利用协调的水资源可持续利用新的理念，已经成为2 1 世纪水资源规划和管理的 目标与追求【旧。 1 1 河流总体水质评价方法的研究现状及发展趋势 对于河流的水资源，水量与水质是一个统一的整体，都是水资源的重要组成 参数，两者互为依存。但是，由于水量与水质之间关系复杂，给我们在水质评价 具体工作带来一定的困难，所以以前的河流总体水质评价方法都将水质和水量分 开来讨论和评价。即先只对水量进行评价，不管水质如何，然后在不考虑水量的 情况下，对河流水质进行评价，给出不同水质类别的河长数。这样的评价结果使 得人们无法知道某一流域不同类别( 或满足某种用途) 的水量到底有多少，分布如 何。同时也给水资源管理者与决策者对于河流水资源总体的开发利用、规划与保 护、污染控制与治理等带来了极大的困难【3 4 】。 1 9 7 7 年联合国教科文组织将水资源定义为“可资利用或有可能被利用的水 源，这个水源应具有足够的数量和可用的质量，并能在某一地点为满足某种用途 而可被利用 。简言之，水资源表现为在一定时间、一定空间具有足够数量的可 用水，它是一个“质与“量”的函数。据该定义，水资源的功能即在某一地点 能满足某种用途，水资源的丰富与否主要取决于水质与水量这两个方面。目前国 际上很多国家已开展了水质水量相结合的研究【5 石】。如l u i t e n a n d g r o o t 7 在利用模 型模拟地表水水质水量的基础上，对荷兰的地表水管理政策进行了分析研究； v i j a y a n 8 】等研究了印度的水质水量综合管理；a z e v e d o t 9 】等将水量水质综合目标 纳入水资源管理的决策系统，并将其应用于巴西p i r a c i c a b a 河流域的水资源管理。 早些年我国在河流总体水质评价工作中，并没有把水质与水量紧密地、有机 地结合起来，只是松散的联合。这些评价方法例如河长比例法，就是把水资源分 为两个方面，一面是水质，评价的重点在于水体的水质情况，另一面是水量，评 价的重点在于水量是否满足人们的需求量，而对于河流的水质水量状况是否符合 武汉理工大学硕士学位论文 特定时间及地点的水体用途这一问题较少涉及。 我国从1 9 8 0 年也开始了水质水量结合评价的研究工作，1 9 8 6 年至1 9 9 0 年 之间，我国开展了多项关于地表水资源研究的重点科技技术攻关项目，山西能 源基地水资源供需现状、发展趋势和战略研究就是其中的一个。1 9 8 7 年，在 第5 7 项华北地区及山西能源基地水资源研究的专题报告上，这项研究把华北地 区天然水质和天然河川径流量结合起来，并计算了各级水质的径流量。采用的是 环境质量i v 类标准。 近年来，我国也在水资源数量和质量的结合评价方面进行了一些研究，如周 劲松、夏星辉、杨志峰等【l o 】研究了从水质角度评价黄河干流的水资源。到目前为 止，国内有关水质水量的结合评价方法尚没有形成广泛的系统性应用。 1 2 河流总体水质评价方法现状 近些年来，由于水资源污染逐渐严重，水资源缺乏。这时，对于水资源管理 者来说，了解区域内有多少水可以利用，有多少水受了污染就显得特别的重要。 目前，为解决河流水质水量结合评价问题，我国在描述河流整体水质状况时， 广泛应用的评价方法主要是水质类别比例法，包括断面数比例法( 以下简称断面 法) 和河长比例法( 以下简称河长法) ，以及面积加权法。 贾玉霞【1 1 】对“九五 期间辽宁省内主要河流按河流长度进行水质评价。刘克 岩【1 2 】等应用水资源数量与质量结合的评价方法对河北滦河流域水资源进行评价。 夏星辉【b 】等对黄河流域进行水资源数量与质量联合评价。下面介绍已有的水质水 量结合评价方法。 1 2 1 水质类别比例法 水质类别比例法包括断面数比例法( 以下简称断面法) 和河长比例法( 以下 简称河长法) ，以及面积加权法。河流类水体水质评价采用断面类别比例法和河 流长度比例法；湖泊( 水库) 水质评价采用断面类别比例法和水面面积比例法【1 4 】。 ( 1 ) 断面类别比例法 根据评价河流中各级水质类别的断面个数占河流所有评价断面总数的百分 比来表征评价河流的水质状况。 ( 2 ) 河流长度比例法 上、下游水质控制断面之间的河段长度，为下游水质控制断面的代表河长， 其水质状况由下游水质控制断面的水质类别决定。以区域内不同水质类别的河长 百分数作为权重，对水资源数量评价结果进行水质类别划分。 2 武汉理t 大学硕十学位论文 如果掌握河流各个断面代表的河段长度，则可以根据各级水质类别断面代表 的河段长度之和占评价河流总长度的百分比来表征评价河流的水质状况。评价河 流的总长度不一定是河流的实际总长度，它是该河流中所有参评断面所代表的河 流长度的总和。评价时需要指出河流的实际总长度和参加评价的河流总长度。某 一断面代表的河段长度可以有以下三种方法确定：该断面至其上游相邻断面间的 距离；该断面分别与其上、下游相邻断面之间二分之一距离的加和；以支流汇入 口、污染源排放口等影响河段水质的地点作为主节点，该断面上、下游主节点之 间距离。 河流长度比例法目前应用比较广泛，特别是大范围的河流水质评价。自1 9 7 9 年以来已经进行的3 次全国地表水水质评价工作，其中河流水质总体评价都是采 用的河流长度比例法【1 5 1 。采用此类方法对地表水定性评价基本符合现阶段我国各 个水体的环境质量状况，且简单实用，描述的语言便于广大人民群众接受，体现 了人性化的特点，有利于地表水环境质量信息的发布。 ( 3 ) 水面面积比例法：根据评价湖库中各级水质类别所控制的水面面积占湖 库所有评价水面面积总数的百分比来表征评价湖库的水质状况。 在描述河流或水系整体水质状况时，首先计算出各断面的水质类别，然后参 考以下“断面类别比例法”和“河流长度比例法”两种方法计算出各级水质类别的 百分比例，按表1 1 的方法对河流或水系水质定性评价。 表1 1 河流或水系水质分级 水质类别比例水质分级 i i 类水质比例芝9 0 7 5 si i 类水质比例 9 0 i 类水质比例 7 5 ，且劣v 类比例 2 0 i l 类水质比例 7 5 。且2 0 s 劣v 类比例 4 0 i 类水质比例 4 0 优 良好 轻度污染 中度污染 重度污染 水质类别比例法虽然应用起来方便，但是可比性不强。不利于不同流域之间 的比较。虽然河流长度比例法在断面类别比例的基础上有了很大进步，但还是存 在不足，因为即使采用相同的评价方法评价相等的河长，由于河流的水文条件是 不断变化的，各个断面控制河长所代表的流量、水面面积、水体体积等的不同会 造成水资源量的不同。所以评价区域的河流或水系整体水质时，如果上游山区河 长数大且水质好，下游的河长数小且水质差。这样，在整个流域的评价时，就会 出现误导，认为整个流域的水质尚好。比较评价不同区域的河流或水系水质时， 也会使最终评价结果的比较缺乏统一基准，定量比较困难。 3 武汉理工大学硕士学位论文 此外，断面类别比例法与河流长度比例法虽然是目前广泛采用的方法，但其 缺点是不能完全真实地反映水资源量与质的时空分布，仅能反映河流湖库等 “点 、“线 、“面”的水体质量，而未能从宏观上考虑水资源量、区域社会经济 发展及人口增长等诸多环境因素，不能客观真实地反映流域水质的时空分布。它 们都属于静态评价方法，而河流水体都是动态过程。这两种方法都未与水资源具 体的量建立关系，在实际情况中“河长”只是代表水资源量的一个方面，即只代 表河流纵向的特征，只解决了水质数据空间纵向代表性的问题，而忽略了“流量 这样一个横向代表性问题，而这一点对水资源量恰恰非常重要，断面的代表性更 是如此。每个水质站所控制的河长与其所控制的水资源量之间并无明显的关系， 相反，按水质监测站的布点原则，上游山区水质监测站所代表的河流长度往往很 长，其径流量一般很小；中、下游干流河段的水质监测点一般布置得较密集，其 代表河长又一般较短，且其径流量却很大，当决策者计划开发这一水体时，很可 能会发现该水体由于水资源量太小，而无开发利用价值。水库、洼淀等水域，其 代表河长更短，而其蓄水量却很大。因此，河流长度比例法仅适合于反映区域内 不同水质水体的空间分布，而不适于据此对区域地表水资源进行质量划分。以此 为依据进行区域不同质量的水资源数量划分，往往会出现不符合实际情况的评价 结论。 1 2 2 水质水量相结合评价法 基本思路：河流的水资源主要可以分为三个部分，储存于河道的；从河道中 取走作为工业、农业和生活用水；流向海洋或其他外流域；。 取走的作为工业、农业和生活用水的那部分水量，流向海洋和那部分水以及 储存于河道的那部分水量，如果其水质达到水体功能要求的水质标准( 据全国水 功能区划确定各河段的水体功能) ，就具备水资源功能。 我们可以用公式( 1 一1 ) 来计算某河流具备水资源功能的水量： g = q + 岛+ q( 1 - 1 ) 式中，q t ：河流具备水资源功能总水量；q u ：从河道取走的达到水体用途要 求的水量；q d ：流向海洋的水质达到水体功能要求的水量；q 。：储存于河道的水质 达到水体功能要求的水量。 由于水体实际的水质往往会优于或劣于水资源功能要求的水质标准，为了综 合分析水量、水质和水资源功能，在此提出了水资源功能容量和水资源功能亏缺 4 武汉理工人学硕士学位论文 的概念。如果实际的水质优于水资源功能所要求的水质标准，则水体还可满足更 高的水资源功能要求，具有水资源功能容量，且容量大小与二者之间的水质级别 差异、水量成正相关，可以用式( 1 2 ) 计算。如果实际的水质劣于水资源功能所要 求的水质标准，则水体存在水资源功能亏缺，亏缺程度大小亦与二者之间的水质 级别差异、水量成正相关，可以用式( 1 3 ) 计算。 a q + = q 心一巳) a q _ = q x ( c 一q ) ( 1 2 ) ( 1 - 3 ) 式中，q + ：水资源功能容量；q ：水体的水量；q ：水资源功能亏缺；c m ： 水体实际的水质级别；c d ：水资源功能要求的水质标准级别。 通过水资源功能亏缺和水资源功能容量大小的比较来评价水质，如果q 小于q + ，由此说明，河流实际的水质在大部分情况下满足水资源功能所要求的 水质标准。如果q + 小于a q ，那么河流实际的水质在大部分情况下没有满足水 资源功能所要求的水质标准。 这种方法的缺点在于偏向与水量的分析，对水质的分析不够。对于同一级别 的水体没有评价标准。 1 2 3 洪水期水质水量结合评价方法 基本思路：在降雨过程中只有产生径流，才有可能发生流域面上降雨径流污 染，降雨径流污染负荷量与降雨径流量密切相关。 洪水期水质水量结合评价方法是一种基于场次洪水的水质水量结合评价方 法，首先根据典型流域的次暴雨洪水的水量水质同步监测资料，建立汛期水质水 量相关关系，然后分别统计不同类别水质占总水量的比例，获得对应汛期水量的 水质评价结果。 流域汛期水文控制站断面的水量水质关系依赖于暴雨洪水过程的水质水量 同步监测资料。从理论上讲，流域水循环及其污染物质输移过程，需要通过大量 试验与监测，并且通过建立流域分布式水文水质模型，在时间和空间上定量确定 水量水质关系。但是，目前在实际的水资源评价工作中实现这样的目标十分困难。 由于暴雨洪水过程的水质水量同步监测困难较大，因而可获取的流域汛期水文控 制站断面的水量水质基本资料十分有限。 5 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 4 以来水为主体的水质水量结合评价方法 基本思路：通过监测各水质控制断面的动态水量，根据该断面实测的水质类 别，得到水量与水质结合的评价结果。 河流动态水量定义为：对于每一条河流，以河流上游第一个控制断面( 或入 境控制断面) 的时段实测过水量作为这个河段的动态水量；下游控制断面的时段 水量减去上游控制断面的时段水量作为下游控制断面的动态水量。 水库、洼淀的动态水量定义为：用一座水库或洼淀的月平均蓄水量减去各入 库( 入淀) 控制站的过水量再加上各出库( 出淀) 的水量，作为该水库( 洼淀) 的动态水 量。 将控制断面的水质类别与相应断面的动态水量相结合，计算出一条河流或水 库( 洼淀) 的各水质类别的水量。 从以来水为主体的水资源水质水量结合评价方法的基本思路可以看出，该方 法似乎可以提供“不同质量的水资源量这一信息。但是，动态水量的计算仍存 在一定不足。当上游控制断面的入流量在向下游控制断面的流动过程中，由于沿 途的取用水、蒸发、渗漏等因素，常常使下游控制断面的出流量小于上游控制断 面的入流量，这时按照上述方法计算的动态水量就变成一个与客观事实相悖的负 值。由此可见，动态水量是一个没有明确物理意义的概念，在如何计算不同水质 代表的动态水量上，仍需要进一步深入研究。 通过对水质水量结合评价方法的分析可以看出，以上提及的评价方法均不同 程度地存在局限性，没有从根本上解决与河流总体水质评价成果相适应的水质水 量结合评价问题。 水量与水质是水资源的两个基本属性，目前我们只能分别实现对水资源量和 质的监测评价，但未实现相应量的质或者相应质的量的评价【1 6 , 1 7 。水资源的质和 量是相互影响、相互促进的，水资源量的减少能够进一步加剧水资源的恶化；而 量的增加能够减弱或稀释水资源的污染。因此，水质评价应将水环境的质、量有 机的结合起来，以正确反映水资源污染的现状。如果能够直接在评价水质的同时 分辨出相应质的量以及它们的时空分布情况，实现水量、水质相结合评价，更有 利于指导地表水资源的开发利用。所以，为了使水质评价结果更具代表性，具有 区域间的可比性，并且有效实现水质水量联合评价，需要研究一种水质评价的新 方法。 1 3 水量与水质相结合评价问题的探讨 污染物在河流中是随着时间和空间动态分布的，也就是说上，在时间上不同 6 武汉理工人学硕士学位论文 时期、不同季节污染物在河流中分布并不形态。同样在空间上不同河段、上游与 下游不同部位污染物变化规律以及质量变化也不相同。我们在探讨水量与水质相 结合评价的问题前，先来讨论水质采样的代表性问题，只有这样才能了解和掌握 这些动态变化规律，评价结果才更具有代表性和典型性，才能准确地反映不同河 流水质的基本特征。 研究水质采样的代表性的目的就是为了了解水质采样的差异性，利用合理的 监测方法来监测水质。水质采样的代表性可以分成空间代表性和时间代表性两方 面。而空间代表性又可以沿河道分为纵向代表性和横向代表性。现就水资源质量 结合评价问题中的水质采样代表性进行分析和讨论。 1 3 1 水质采样纵向的代表性 对于较小的区段，水资源开发利用程度一般不会超过总水资源量的 2 0 4 0 。这样做主要是因为在较小的区段内，由于河长较短，所以它的环境容 量有限，如果取用水资源量过大的话就会对生态产生负面的影响。而对于较长的 区段或整个流域来说，由于上游的水在被利用后排入河道，经过水体的自净功能， 水体又能达到下游功能区标准的话，就可以被下游再次利用了。这样一来，较长 的区段或流域实际可利用的水资源量可能是它总水资源量的几倍。因此，可以看 出河长是评价水资源量的一个重要因素，它对水资源的开发和利用起着重要的作 用。 河段的划分一般可分为两种：一种是两个断面这间的距离为一个河段，二是 两断面中点之间的距离为一个河段。而一个水质断面到底能代表多长的河段呢? 这就要取决于与此断面同类水质的河段有多长。河段内水质沿程的变化是决定因 素，变化小就采用较少的断面代表整个流域的水质状况。变化大就需要在水质变 化大的河段上增加断面。 在确定断面所代表的河长后，如果我们只考虑纵向代表性，分类统计各类水 质的河长有多少，然后采用河长法来评价河流的总体水质状况。但是，河流长度 比例法存在着一个明显的缺陷，那就是没有可比性。因为相等的河长所代表的动 态水量、河的宽度、河的深度、静态水量等都可能不同。一般的情况是：上游山 区的河段长且水质好，下游的河段短且水质差。这样，在对整个流域的进行总体 水质评价时，就会误认为整个流域的水质尚好。 河长代表法以河流长度来代表河段的水资源数量，而实际情况是河长只代表 水资源量的一个方面，即只代表纵向的特征，这就是河长代表法没有可比性的根 本原因。所以，要想解决水资源质量和数量结合评价的问题，还必须考虑水质断 面的横向代表性。 7 武汉理工大学硕士学位论文 1 3 2 水质采样横向的代表性 在监测断面的横向上，流量q 、流速v 和断面面积a 是代表水资源数量的 主要参数。三者的关系是流量等于流速乘以断面面积。其中，流量即为动态水资 源量是关键参数。所以，我们在讨论水质采样横向代表性时主要考虑流量的代表 性。 在横断面上，断面的水质状况不仅包括静态水量，而且也包括了动态水量。 也就是说，河流总体水质的情况需要要用其静态水量和动态水量的水质状况同时 表示。 由上面的分析可以得出，我们必须从水质采样的横向代表性和纵向代表性两 方面来考虑水质空间代表性。河长是纵向代表性的关键要素，水质采样代表的河 长越长，说明其代表的静态水量也就越多。流量也就是动态水量，是横向代表性 的关键要素，水质采样代表的流量越大，说明其代表的动态水量也就越多。因此， 水资源评价应该包括静态水资源量和流量即动态水资源量。 1 4 河流综合权重评价方法的提出 水资源包含水量和水质两个方面，由于二者研究的不同步性，以及相互间存 在复杂的作用关系，因此长期以来我国水量水质评价实行的是分离评价模式【1 9 1 。 随着我国水资源统一管理和分质供水进程的不断被推进，目前水量水质分离评价 方法已经达不到管理者对水资源进行规划管理的要求。水质水量分离评价方法缺 少度量水量变化对水质影响的变量以及不能表征同一水质类别内的水质优劣，而 使得河流水量变化对水质的影响没有被考虑。这种评价模式已经不能满足流域水 资源合理开发、高效利用和有效保护的需求。所以从用水者角度出发，只有水质、 水量同步测定，水量与水质结合评价才能准确确定。 为满足水资源管理着对水资源系统规划、管理和利用的需要，河流综合水质 评价法必须满足以下几点： 首先，河流水质综合评价方法应具有较普遍的适用性，在我国各大流域上都 可以应用，并且其评价结果能真实的反映我国河流污染的状况。 然后，河流水质综合评价方法应具有时间性和空间性，能反映某条河流水质 随时间和空间变化的特征，评价结果能提供河流污染的时间和空间分布信息，以 便管理者对河流进行时间和空间上的对比，对河流具有动态的了解。 再次，河流水质综合评价方法能突出某条河流水质的特殊性。一般的河流水 质评价方法都采取了悲观的原则。在国标g b 3 8 3 8 8 8 中有定义，“若某水体中， 有一项污染指标的浓度值超过相应标准规定的浓度限值，则表明该水体不符合这 武汉理丁大学硕十学位论文 种类别功能区水质的要求”【2 0 1 。也就是说，对于同等水质类别，不同污染物的水 体没有区别对待，这种水质评价方法只是反映了某类功能区的允许值，没有反映 这条河流水质的特殊性。 最后，河流水质综合评价方法要做到评价结果意思清楚、明确、简单。管理 者能一目了然的从评价结果中了解河流水质污染程度和状况，而且，简单明了的 评价结果也使群众更容易接受，并发挥群众监督作用。 由于我国人口增长、社会经济快速发展，河流的水体污染成了我们必须的重 点对待的问题。在水资源质量下降和水资源数量减少的趋势下，河流水资源管理 者常常会需要知道一些关于水质水量结合评价方面的问题。例如，在河流( 流域) 水资源长期可持续规划中迫切需要了解水资源量中有多少是劣v 类的水体? 有 多少类的水体? i 类水质的水资源量又占多少比例等等。要得到这些问题 的答案，首先要考虑如何进行河流水质水量结合评价。 而如何进行质量联合评价，国内还没有达到一致。目前，我国河流水质水量 结合评价方法普遍应用的是河长比例法、湖泊面积法。这些方法都较为简单，应 用起来较为方便，有其一定的适用性，但它们的合理性就存在一定问题，例如， 在河长比例法中，单位河长所代表的水量是不同的，因为我们知道，即使同样的 河长，流量、河面面积、河水体积也都不尽相同，因此没有可比性。 此外，河流水质的变化与很多因素有关，河流流域各处的污染程度及污染源 的分布不同，河流个断面的水质也处在不断变化当中。一般来说，河流上游水质 较好，但由于居住的人口较少，工业生产也很少，所以用一般水量不大，而河流 在向下游流动过程中经过城市及工业生产区排出的生活污水和工业污水的污染， 水质变差。河水在流经自净能力较强的水体时，水质又可能慢慢变好。河流总体 水质评价必须要考虑水资源数量、质量随空间、时间变化。除此之外，每个评价 单位所代表水体的社会经济重要性( 工农业生产和城乡居民生活取用水量) 、生 态环境重要性都不相同。也就是每个评价单元代表水体的水质的占的权重也各不 相同。因此，本文依据水资源数量与质量联合评价的思路和方法，同时，提出了 评价单元动态水量权重、社会经济权重和生态环境权重的概念，针对陆水流域， 给出河流水资源数量与质量联合评价结果。 1 5 本文的主要研究内容和创新点 论文选题来源于湖北省环境科学研究院水资源评价工作中的专题项目。综合 权重法将水量与水质相结合，又结合考虑动态水量、社会经济和生态环境多方面 的因素，并将这些因素作为权重考虑进水质评价方法中，使得到的评价成果从水 资源概念上更加完整。采用综合权重法来评价河流综合水质，必须把该评价方法 9 武汉理工大学硕士学位论文 的研究基础、研究目的和任务作为进行该评价方法的出发点和立足点： ( 1 ) 评价方法的研究基础 依据水质评价和水量评价的基本方法和理论，以静态水量评价方法为基础， 根据赤壁市环保局提供的基本水文水质监测等相关资料，以确保综合权重法评价 结果的正确性和实用性。 ( 2 ) 评价方法的研究目的和任务 河流综合权重评价法的目的是为水资源管理者和开发利用者提供能够与河 流水质情况相符合的可靠实用的评价结论。 本文的研究内容主要是以下几方面： ( 1 ) 以陆水河作为研究对象，结合陆水流域的水文水质监测资料，在河流水 资源数量评价方法和河流水环境质量评价方法的基础上，将水质和水量结合起 来，在静态水量评价方法的基础上，探讨其它水资源的参数对河流水质评价的影 响。分析河流流域水资源数量计算方法、断面水质判定的标准，以及分析河流水 环境质量状况随着水资源数量的变化和人类活动的影响而形成的规律。 ( 2 ) 研究水资源数量和质量变化之间的关系，探讨人类生活及工业、农业生 产对这种联系产生的影响，探讨动态水量，工业、农业用水及生态情况作为权重 对水资源评价的影响，以此来完善和合理化综合权重法。 ( 3 ) 阐述综合权重水质评价方法的基本要点、理论基础，提出切实可行的实 施步骤。 ( 4 ) 本文对陆水河下游的新增断面水质的研究采用数值模拟计算的方法，具 有创新点，物理概念清晰，计算简便实用的特点。 ( 5 ) 将综合权重法应用于陆水河流域上，提出河流综合权重法的评价成果， 并对成果的合理性进行分析。 1 0 武汉理工人学硕士学位论文 第2 章河流水质评价 在河流水环境污染日趋严重的今天，对水质进行质量评价及研究，分析水质 污染现状和发展趋势，已经迫在眉睫。水环境质量评价是合理开发利用水资源、 有效保护水资源和优化配置水资源、提高水资源和水环境承载力的前提，是水环 境管理工作的基础，也是坚持以人为本原则的具体体现。河流水质评价可以为水 资源管理者制定水环境管理的目标，提供管理和决策上的依据，并为河流水资源 可持续开发和利用提供可行性的建议。 2 1 河流水质的评价方法概述 水质是水体质量的简称，它标志着水的物理、化学、生物的特征及其组成的 状况，它是水体环境自然演化过程中和人类在集水区域内活动程度的反映。水质 评价是以水环境监测资料为基础，按照一定的评价标准和评价方法。因为评价目 的和要求不同，因此河流水质评价需要按照不同的目的和要求选择一定的原则和 方法。对水质要素进行定性评价或定量评价，以准确反映水质现状，为水资源管 理者制定水环境管理的目标，提供管理和决策上的依据，并为河流水资源可持续 开发和利用提供可行性的建议。 河流水质评价的基本要求是了解河流主要污染物的运动变化规律。为了给河 流管理者提供河流污染水质情况和治理方案，以便准确指出河流污染程度及将来 的发展趋势，就必须能确定河流的污染程度、污染等级和污染类型。这就是河流 水质评价的内容。 2 2 水质评价应遵循的原则 ( 1 ) 合理性原则 按照评价目标，选择相应的水质参数、水质标准和评价方法，对水体的质量 利用价值及水的处理要求作出评定。要根据利用价值和标准应选用相应的水质参 数和合适的水质评价标准和方法。 ( 2 ) 预测性原则 除对水质现状进行评价外，应预测开采期问的水质变化趋势。 ( 3 ) 可行性原则 所选用的水质参数要尽可能易于查询、检索和计算，评价方法要方便、简明、 易行和具有可行性。 武汉理： 人学硕士学位论文 2 3 河流水质评价基本步骤 进行河流水质评价首先要明确水质评价的流程，其次根据评价目的和要求， 选择合适的评价参数、评价标准和评价方法，通过调查和监测获得的水质数据， 对水体水质状况进行评价。如图2 1 。 图2 1河流水质评价基本流程 2 3 1 选择评价范围和评价参数 进行水环境质量评价时，评价范围选择如全国、流域、水系、城市、湖库等。 在选择水质评价参数时应该遵循的标准【2 3 】： l 、根据水环境监测条件和测试条件选择评价因子。 2 、根据水环境质量现状评价的目的选择符合要求的评价因子； 3 、根据水体污染源评价结果得出的评价区主要污染物选择评价因子； 4 、根据被评价水体的功能，如饮用、渔业