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宜兴市水环境容量及污染治理研究 摘要 水环境容量是指水体在维持某一水质标准的前提下，所能受纳的污染物 的最大数量，它是进行污染物总量控制的一个关键技术参数，是水资源规划 的主要约束条件，也是对水体实行环境目标管理的一个重要依据。 宜兴市近年经济建设迅猛，然而随着工农业生产和城市建设的高速发 展，水资源配置不合理使河网水质急剧恶化。加之苏南河网水体浅、流速慢、 顺逆不定的特点，水环境恶化的问题日趋严重，己严重影响到了当地居民的 生活。 宜兴市东临太湖，北接涌湖，地势中南部高，北部低。本文结合该区域 自然特征，以该区域水系为研究对象，在现状调查的基础上，对河道的水污 染源及水环境质量现状进行了评价，确定了主要污染源和主要污染因子。根 据地区水系特征，建立了一维水力、水质模型，采用“三级联解法 对模型 进行求解，并利用模型计算了典型年条件下该区域的水环境容量。由于宜兴 市自身的自然情况，不适合采用引水等治理措施改善水环境状况，所以本文 着重从截污的角度出发，对通过污水厂建设改善城市水环境的方法进行了定 量分析，同时也对生态治理措施进行的探讨。本研究成果对解决宜兴市水环 境问题提供了一定的理论基础，具有较为重要的指导意义。 关键词：宜兴市、水量水质数学模型、水环境容量、污水厂建设 宜兴市水环境容量及污染治理研究 建设迅猛，是我国最具经济发展潜力的城市之一。宜兴是一个典型的江南水乡城 市，境内水网密布，湖荡较多，河港纵横，集镇临河，村落傍水。所有这些水域 组成的水网，服务于工农业生产和人民生活，同时也是生存环境的重要组成部分。 可以说，人们的生活生产环境，最重要的就是水环境，随着经济社会的快速发展 和人民生活水平的不断提高，人们对水环境的要求也越来越高，不仅城市居民关 心城区河道水环境的状况，农民生活条件好了，也需要有一个良好的水生态环境。 优美的河道水环境，不仅使城市品位得到提升，还与人民群众的物质生活和文化 生活息息相关，良好的水生态环境是人们日常休闲的好去处，也是不少地方招商 引资和旅游业、房地产业发展的一个重要砝码1 1 。 国内外对于水环境治理已经取得了一些成果1 2 】【1 3 】【1 4 1 ，我国对于平原河网地 区的水流特性也进行了一些研究【1 5 】【1 6 】【17 1 。宜兴市地处经济发达的长江三角洲， 是典型的平原河网地区。利用物理模型和数学模型相结合方法，以宜兴市为例， 研究平原河网地区的水力水质特性，提出改善水环境行之有效的措施，对于优化 长三角地区的人居和投资环境，减轻太湖流域外围对太湖的排污负荷，实现水生 态环境和经济协调平衡发展具有重要意义。 1 2 研究背景及进展 1 2 1 水资源保护规划 1 2 1 1 水资源保护规划的基础【1 8 】 水资源保护规划的根本目的是防治水污染，而防治水污染的总原则是水功能 区的划分和污染总量的控制。不同的功能对水类别有不同的要求，对水功能区的 科学划分，能减少污水处理量，并相应降低处理级别的要求。在水功能区划的基 础上，水资源主管部门根据水资源总量和流量确定污染物排放总量，并监测排污 量，以保证规划的环境用水可以具备自净能力，其中确保饮用水合格是保障水资 源供应的重中之重，不但要保证供水水源地不受污染，还要在经江河输送后，入 自来水厂之前进行监测，确保给自来水厂提供合格水源。如监测表明达不到自来 水厂要求，应由水资源主管部门考虑建立大流量的、集中的再处理设施，但该设 施应能经济自持运行，向香港和深圳供水的东深供水生物处理工程就提供了很好 的范例，既有良好的社会效益，又有可观的经济效益。 2 河海大学硕士毕业论文 水功能区划分的一般原则： ( 1 ) 以流域为整体，结合使用要求和保护目标来确定。 ( 2 ) 对支流，其功能不仅要考虑本河流的使用要求和保护目标，而且要考 虑对干流的污染和影响。 ( 3 ) 河流城区段应充分注意到混合过程段、充分混合段和自净过程段功能 的差异性。 ( 4 ) 河流城区段的现状功能及使用要求的合理性要作科学分析，要用效益 分析和最优化方法加以综合分析，科学合理地确定水域功能分类。 ( 5 ) 水域功能的划分既要考虑到使用要求和发展规划又必须考虑实现功能 标准的技术经济可能性，过严的功能分类，不仅难以做到，而且制约本地区经济 发展，但水域功能的划分，一般不应低于现状功能。 ( 6 ) 水域功能的划分具有明显的时段性，它应当与本地区一定历史时期内 的经济发展水平相适应，并随着科技进步和环境保护的需求而逐渐严格。 1 2 1 1 水资源保护规划的进展 环境系统是一个复杂的大系统，水环境水资源保护规划又具有长期性、复杂 性、综合性，规划要对许多自然、经济、环境、社会因素做出定性定量的科学评 价，而且要对这些因素进行动态跟踪控制。我国水资源保护规划工作具体表现在 以下几个方面【19 】： ( 1 ) 改革开放以来，国家级经济技术开发区已达到5 2 个，仅长江流域就达 2 0 余个，长江流域高新技术开发区已发展到1 7 个以上，开发区产业集中，出现 的环境问题多而集中。对环境的影响，首先要做好起“龙头 作用的水环境水资 源保护规划工作。我国做水环境保护规划特点是：规划做到以经济为中心，环境 综合整治为核心，编制可达性、可操作性较强结合开发区实际的规划；着手先做 环境质量与环境信息调查评价，在做环境影响预测，再做环境功能分区确立环境 目标，最后进行开发区环境污染控制规划，我国有的开发区还优先编制有生态规 划。 ( 2 ) 近1 0 余年来，我国水环境水资源保护、水质系统规划研究中应用系统 分析、最优化方法等取得了一定的进展，运用和提出了一些优化模型和求解技术， 如沱江水质规划、上海黄浦江水污染综合治理、丹东鸭绿江水污染系统规划，长 江武汉江段污染防治规划研究，淮河流域水资源保护规划等。 3 宜兴市水环境容量及污染治理研究 ( 3 ) 编制了河流梯级开发关键江段如长江中上游宜昌江段水环境水资源保 护规划( 1 9 9 3 2 0 1 0 年) ，从技术路线上做出了水环境功能区划分对水质目标实 现编制了在国内领先的可达性分析，对宜昌江段控制断面水质资料，采用了 d a n i e l 的趋势检验，使用了s p e a 瑚a n 秩相关系数测算监测断面污染物随时间变 化趋势规律。 ( 4 ) 编制了我国较早具有城市特点和以城市为中心的“南通市城市水资源 保护规划 ，突出提出了城市水资源保护规划的战略目标，在南通市市区濠河水 环境容量分析中提出，水体中磷的分析应用了狄龙模型，尤其是在规划中在全国 率先提出了“城市水环境保护规划实施与保证体系 ，也提出了城市环境功能分 区。 ( 5 ) 编制我国唯一高原湖泊滇池流域水资源保护规划，提出水资源开 发状况、供需预测( 水的“量”与“质 并备) ，在水质污染预测中，c o d m n 年均 预测用到了“合田键”模型，规划中突出了费用效益分析，具有特色。 ( 6 ) 针对长江口的区位和资源优势、巨大开发价值和优越发展前景，编制 了我国唯一的“长江口综合开发整治规划要点报告( 1 9 9 6 年) ( 含长江口整治工 程环境、生态、旅游资源开发规划内容) ，包括河水水环境如河势动乱、岸滩冲 淤、水域污染、盐水入侵等综合治理规划，在国内是居前列的。 从1 9 7 9 年开始，我国先后颁布了中华人民共和国环境保护法、中华人 民共和国水污染防治法、中华人民共和国水法，还颁布了工业废水排放标 准、地面水环境质量标准等。1 9 8 3 年开始，各流域机构会同省市的水利、 环保部门开展了长江、黄河、淮河、松花江、辽河、海河、珠江七大水系的流域 水资源保护规划，至1 9 8 8 年底，七大江河流域水资源保护规划先后制定完成。 随着水资源保护工作的开展和规划工作的深入，国内大专院校、科研、设计 等单位开展了水资源保护综合性研究项目，取得了大量研究成果。如水科院水资 源的区域水环境规划方法研究，河海大学的太湖水系水质保护研究，还有 长江水资源保护的长江武汉江段水污染防治规划研究。这些研究是从流域或 地区社会、经济、环境大系统的实际情况出发，以应用研究为主。研究坚持治理 污染源和河流综合整治并重的原则，采用系统分析方法和生态观念相结合的技术 路线，应用物理、化学、生物学及系统工程学科的理论和方法，建立具有模拟计 算功能的水力模型和水质模型，合理确定环境目标，提出适合国情的水环境保护 4 河海大学硕士毕业论文 措施，以求建立流域或区域新的稳定生态系统，为综合整治提供了科学依据。 1 2 2 河网水量水质模型 1 - 2 2 1 河网水动力模拟研究进展 河网水动力数学模型大体可以分为节点一河道模型、单元划分模型、混合模 型以及人工神经网络模型4 类【2 0 1 。目前，河网水动力模型仍然以节点一河道模型 为主，对s a i n t v 饥a 1 1 t 方程组离散求解，寻求一种更能真实有效反映平原河网水 动力特性的数学模型和高效的求解方法仍将是今后河网数值模拟的主要发展方 向。其基本思想是：将河网中的每一河道视为单一河道，其控制方程均为一维 s a i n t a n t 方程组；河道连接处称为节点( 汊点) ，每个节点处均应满足水流连 续性方程和能量守恒方程。求解由边界条件、s a i n t v c = 1 1 a n t 方程组和汊点衔接方 程联立闭合方程组，即可得到各河段内部断面的未知水力要素。节点一河道模型 原则上可以求解任何水网的水力参数。数值解法的分类有多种，按数值近似的种 类划分，主要有：特征线法( 包括网格法、矩形网格差分法) 、直接差分法( 显 式、隐式) 以及有限元法，但不同的求解方法各有优缺点2 1 】【2 2 1 【2 3 】。特征线法计 算精度高，不受稳定条件的限制，但是计算的网格不规则，需要同时储存节点的 位置坐标和节点上的水力参数值，要求的储存量大；显式差分法受稳定性条件的 限制，隐式差分克服了这一弊端，对不同时间步长和空间步长都可以做到无条件 稳定；有限元法通常用于二维非恒定流模型，对一维模型的数值模拟并不比有限 差分法更有益，并且有限元法所要求的数学基础难度较大。在众多数值模拟方法 中，以p r e s s i m a n n 四点隐式格式最为常用，该法具有适用于非均匀空间步长、计 算的稳定性和收敛性易于更改及处理边界条件较为简单等优点。 s a i n t 一：i l a n t 方程组是s a i n t 、，e n a l l t 在前人n e 怕n ( 18 6 7 ) 、l a p l a c e ( 17 7 6 ) 等开创性研究的基础上建立的一维非恒定水流运动规律的理论基础。由于 s a “v r e n a n t 方程组属于二元一阶双曲型拟线性方程组，无法直接求得解析解， 只能求解各种简化形式的方程组，因此在实际应用中受到很大的限制。到了2 0 世纪中期，由于计算机技术的迅猛发展，对完整s a i n t v - e n 锄t 方程组的求解才变 为现实。目前对河网非恒定流水力计算方法通常有：直接解法、分级解法、单元 划分法及松弛迭代法等。 直接解法是早期河网计算中常用的方法。它的基本思想是直接求解由河道内 5 宜兴市水环境容量及污染治理研究 断面方程和边界方程组成的方程组，形成的线性方程组的系数矩阵为一不规则、 不对称的大型稀疏矩阵，占用内存大、计算量大。中山大学李岳生教授等从河网 矩阵的特点出发，提出了“网河隐格式的稀疏矩阵解法”【2 4 】，能够节省计算机内 存，提高运算速度。 分级解法是近期发展起来的计算方法，也是目前应用最为广泛的一种方法。 该方法是由荷兰水力专家d r o l l k e r s 首先提出、后经许多专家、学者发展起来的 一种解法。该法的基本思想是先将未知数集中到节点上，待节点未知数求出后， 再将各河段作为单一河段求解。分级解法按方程组的连接形式，又可以分为：二 级解法、三级解法、四级解法、汊点分组解法等。二级解法的是将所有的边界方 程和河段方程一起构成一个封闭的方程组，求解这样的方程组，便可以求得河网 各河端的未知数，然后再利用微段方程求出全部内部计算断面的未知数。1 9 8 2 年张二骏等提出了河网非恒定流的三级联合解法【2 3 1 。三级解法是在二级解法的基 础上，将所得到的河段方程自相消元，可以得到一对以水位或流量为隐函数的方 程组，将其代入相应的节点方程和边点方程，求得节点水位，然后再求得各断面 的流量及水位。1 9 8 5 年吴寿红提出了河网非恒定流的四级解法，即在三级解法 的基础上，分离出外边界方程和节点能量衔接方程，由剩下的方程构成四级连接 方程组结合节点水量平衡方程求解。汉点分组解法是李义天于1 9 9 7 年提出的， 它是在分级解法的基础上进一步降低线性方程组的阶数。分级解法较直接解法有 较大的优越性，但求解大型线性方程组是该法面临的一个难题。近年来，王船海、 李光炽等提出了节点的优化编码、g a l l s s 列主元消去法、矩阵标识等方法，为这 类问题的解决开辟了蹊径【2 5 】【2 6 1 。 单元划分法是1 9 7 5 年由法国水力专家j e a l lac 城g e 首次提出的一种平原河 网水力计算方法。其基本思想是针对河网地区的水力特性，将水力特性近似、水 位变化不大的某一片水体( 可以是单一河段、相互交叉河段或面积较大的水塘) 概化为一个单元，每个单元都有相应的形心、水面积水位关系与容积水位关系， 相连单元间水量或水质的交换通过连接河道进行。根据质量守恒，可给出每个单 元以水位为自变量的微分形式的质量守恒方程，再加上动力条件，经差分运算， 可求出各单元水位、交界面流速和单元间流量交换等水力要素。单元划分法对湖 泊及小型水库及水位、流量变化不大的平原大型河网有一定优点，但对计算区域 6 河海大学硕士毕业论文 内水位、流量变化较大的河网就不再适用。 松弛迭代法是由f r e a ddl 于1 9 7 3 年提出的，其基本思想是将河网分解为各 个单一河道，再对单一河道分别求解，求解时对节点处的流量先给出一个值，再 用松弛迭代法逐步校正，直至满足精度要求。其优点是形成的代数方程组变得简 单了，所求解的每一单一河道所形成的线性方程组系数矩阵为五对角阵，且每行 最多仅有四个非零元素，存储和求解都较为方便。徐小明曾利用n e 叭o n r 印l l s o n 方法对扩展形式的s a i n t - v 铋a n t 方程组迭代求解，并对该法进行了改进，收到了 不错的效果。 1 2 2 2 河网水质模拟研究进展 研究水质模型有助于了解水体水质迁移转化的机理，预测废水排入水体后水 域的水质浓度场，确定河流的纳污容量，制定污染物的排放标准，编制水域污染 控制规划与制定环境管理和水资源管理政策。因此，水质模型的研究是水资源规 划和水质管理的重要手段和工具。自1 9 2 5 年斯特星特费尔普斯( s 仃e e t 昏p h e l p s ) 在对o l l i o 河流污染源及其对生活污水造成的可度量影响的研究中，第一次建立 水质模型以来，水质模型的开发与研究经历了五个阶段【2 7 】： 第一阶段( 1 9 2 5 1 9 6 0 年) ：这一阶段以s 骶c t 小p h e l p s 水质模型( s p 模型) 为代表，后来科学家在其基础上成功地发展了b o d d o 耦合模型，并应用于水 质预测等方面； 第二阶段( 1 9 6 0 1 9 6 5 年) ：在s 。p 模型的基础上又有了新的发展，引进了 空间变量、物理的、动力学系数，温度作为状态变量也被引入到一维河流和水库 ( 湖泊) 模型，同时考虑了空气和水表面的热交换，并将其用于比较复杂的系统； 第三阶段( 1 9 6 5 1 9 7 0 年) ：其他输入源和漏源包括氮化合物好氧( n o d ) 、 光合作用、藻类的呼吸以及沉降、再悬浮等等，计算机的成功应用使水质数学模 型的研究取得了突破性的进展； 第四阶段( 1 9 7 0 1 9 7 5 年) ：水质模型已发展成相互作用的线性化体系、生 态水质模型的研究初见端倪，有限元模型用于两维体系，有限差分技术应用于水 质模型的计算； 第五阶段( 近2 0 多年) ：科学家的注意力已逐渐地转移到改善模型的可靠性 和评价能力的研究上。 7 河海大学硕士毕业论文 考验。不足之处是水动力模型d 彻采用显式差分格式求解，从稳定性和精 度考虑，其时间步长、空间网络不能取得过大，对于定性分析、流速低的河流不 一定适用，所以人们一般采用其它形式的水力模拟程序，通过一定的衔接方式与 w s p 模块连接起来，进行水质数值模拟。w a s p 曾在上海浦西河网数值模拟【3 6 1 、 苏州老城区综合整治【3 7 】中得到应用。 1 2 3 水环境容量模型 水环境容量的定义是一定水体在规定环境目标下所能容纳污染物的量【3 8 1 。容 量大小与水体特征、水质目标及污染物特性有关，同时水环境容量还与污染物的 排放方式及排放的时空分布有密切的关系。由于河流具有对污染物质的稀释和降 解能力，所以河流环境容量由两个部分组成：稀释容量和白净容量 3 9 1 。 由于稀释和沉积作用，河流中的污染物逐渐分布于水和底泥中，当水体通过 物理稀释作用使污染物达到规定的水质目标时所容纳的污染物的量称为稀释容 量。稀释容量在数值上是输移能力与现状输移量之间的差值，因此也称为差值容 量。水体通过物理、化学、物理化学、生物作用等对污染物所具有的降解或无害 化能力表征为自净容量。自净容量是水环境容量中最重要的组成部分，河流水环 境容量的计算关键在于自净容量的计算，它是可不断再生的量。常用的水环境容 量计算模型有：一维模型、二维模型、非均匀混合模型和湖( 库) 均匀混合模型。 水环境容量计算方法大致可分为三类：解析公式算法、模型试错法及系统最 优化分析方法【4 0 1 。解析公式法是一种稳态方法，显然不能用于计算非稳态的水环 境容量；利用非稳态的水质数学模型，试错法可以用于计算非稳态的水环境容量， 但费时费事，计算效率太低；基于线性规划等理论的系统最优化分析方法，由于 自动化程度高、精度高、对边界条件及设计条件的设计能力强等优点，受到了越 来越多的推崇，已被引入河流水环境保护的专家系统【4 1 1 。 1 3 主要内容及论文技术路线 1 3 1 主要内容 本论文拟从研究宜兴河网区水环境容量和水环境改善的角度出发，建立宜兴 区域河网非稳态水量水质数学模型，并进行参数率定，计算水环境容量。由于宜 兴不适宜采用引水措施来改善水质，且也没有进行过清淤相关的工程。所以本文 9 宜兴市水环境容量及污染治理研究 根据宜兴当地经济与人口的发展预测污水量，进行污水处理系统规模及布局的研 究，并探讨了生态治理措施及方案。通过这些措施，提出水质改善方案并计算改 善效果，为该地区的水环境保护规划提出技术支持。 论文主要研究内容包括以下几个方面： ( 1 ) 建立了宜兴区域河网非稳态水量水质数学模型，并根据同步实测资料 对模型参数进行了率定。 ( 2 ) 对宜兴市现状污染源进行调查，计算了宜兴市各主要河道在近期( 2 0 1 0 年) 、远期( 2 0 2 0 年) 的水环境容量值，从而汇总出宜兴各片区及全市总体的水 环境容量值。 ( 3 ) 通过调查水资源量、污染源、社会经济和人口发展，和宜兴市水环境 现状调查与评价对宜兴市的污水量进行预测，计算污水处理系统规模，优化污水 污水厂布局，并分析污水处理厂建设对水环境改善的效果。 ( 4 ) 提出了采用生态治理宜兴市水环境方案的措施。 1 3 2 本文技术路线 通过对国内外在水资源保护规划、水环境容量计算方面的研究成果的学习， 充分借鉴利用已有的成果和经验，研究宜兴地区河网水环境容量和水质改善方 案。本论文技术路线如图1 3 2 一l 。 l o 河海大学硕士毕业论文 图1 3 2 1 改善宜兴市水环境研究技术路线图 宜兴市水环境容量及污染治理研究 第二章自然环境、社会经济概况 2 1 自然地理概况 宜兴市地处北纬3 1 0 0 7 l - 3 1 0 3 7 ，东经1 1 9 0 3 1 ，- 1 2 0 0 0 3 ，位于江苏省南端， 苏、宁、杭三角中心，与浙，皖交界。宜兴东濒太湖，东南与浙江长兴为邻，西 南接安徽广德，西接溧阳，西北毗邻金坛，北与武进相傍，涌湖镶嵌其间，三、犰 ( 西、犰、团沈、东沈) 相伴市区两侧。东西最长距离4 9 8 公里，南北最长距离 5 4 2 公里，全市总面积2 0 3 8 7 平方千米( 其中太湖2 0 8 7 平方千米) ：建成区面 积5 4 9 2 平方千米，城市化率6 0 。地势南高北低，西南部为低山丘陵，北部为 平原区，东部为太湖渎区，西部为低洼圩区。宜兴是我国著名的陶都和太湖风景 旅游城市，也是江苏省确定重点发展的三级i 类新兴中心城市。 2 1 1 地形地貌 宜兴属宜溧山地，境内地形复杂，是扬子准地台下扬子台褶带地组成部分， 除随其规模较大的海侵海退而外，地壳变动不大。岩浆活动贫乏，地下1 0 1 至 4 6 0 米处，有玄武岩，地表为第四系浮土掩盖，以下有新生界、中生界、古生界 等地层。境内由一系列结构复杂的低山丘陵、岗地、盆地、河谷平原组成，地势 南高北低，南部为丘陵地区，面积约占全市总面积的4 0 ，山地延伸的丘陵海 拔一般在2 0 0 一3 0 0 米，中部山地海拔大多在4 0 0 一5 0 0 米，最高峰为苏皖交界的 黄塔顶，海拔6 1 1 米，为全省第二高峰。宜兴山麓地带有零星红土岗地发育，相 对高度1 0 3 0 米。 2 1 2 生物资源 宣兴属中亚热带北缘地南北过渡地区，地形复杂，植被较多，境内蕴藏着丰 富的野生植物资源。拥有维管束植物1 4 4 科、4 9 1 属、8 4 4 种。主要用材林有竹、 松、杉，其中毛竹面积1 7 万亩，是江苏省主要毛竹产区。优良用材树种有杉木、 马尾松、檫木、樟树、紫楠、红楠、麻栎、榆树、榉树等。在龙池自然保护区内， 还发现金钱松、天目玉兰等珍贵树种。动物资源有野鸡、黄雀、黄鹂、画眉等鸟 类上百种，银鱼、鳜鱼、黄鳝、青鱼、草鱼、鲢鱼等鱼类几十种，还有猎狗、狼、 野猪、狐、刺猬、松鼠、穿山甲、野兔等野生珍稀哺乳动物。 1 2 河海大学硕士毕业论文 2 2 社会经济概况 2 2 1 行政分区 宜兴市域内设有1 个国家级环保科技工业园、2 个省级开发区、1 7 个镇、4 个街道办事处，有2 4 6 个行政村、8 7 个社区居委。至2 0 0 6 年底，总人口1 0 6 0 5 万，其中城镇人口5 5 3 4 万人，乡村人口5 0 5 1 万人。男性5 3 1 8 万。人口密度 每平方千米5 2 0 1 8 人。全市有外来人口1 9 4 5 万人，少数民族3 6 个约4 0 0 0 人。 全市辖1 7 个镇：丁蜀镇、张渚镇、和桥镇、官林镇、周铁镇、高塍镇、徐 舍镇、杨巷镇、湖滏镇、太华镇、新建镇、芳庄镇、万石镇、西渚镇、大浦镇、 鲸塘镇、屺亭镇：4 个街道：宜城街道、新庄街道、新街街道、城北街道；1 个 国家级环保科技工业园：宜兴环保科技工业园；2 个省级开发区：江苏宜兴经济 开发区和江苏宜兴陶瓷产业园区。 2 2 2 社会经济 宜兴市地处经济发达的长江三角洲，地理位置优越。东濒长江，南临上海， 处于江苏沿江城镇聚合轴的头部，是上海都市圈和苏锡常都市圈的重要组成部 分，区域优势明显。2 0 0 6 年全市实现生产总值( g d p ) 4 2 8 亿元，比上年增长 1 6 3 。其中第一产业增加值1 7 1 亿元，比上年增长5 2 ；第二产业增加值2 5 6 9 亿元，比上年增长1 5 6 ：第三产业增加值1 5 4 亿元，比上年增长1 9 o 。按户 籍人口计算，全市人均生产总值4 0 4 1 9 元，比上年增长1 6 2 按现行人民币汇 率折算，人均生产总值5 1 8 2 美元；按常住人口计算，全市人均生产总值3 5 4 7 2 元，比上年增长1 4 1 ，按现行人民币汇率折算，人均生产总值4 5 4 8 美元。全 年实现财政总收入5 0 8 1 亿元，同比增长1 8 o ，其中一般预算收入2 1 6 6 亿元， 同比增长2 2 3 。财政总支出2 9 9 l 亿元，增长1 3 8 ，一般预算支出2 1 6 8 亿 元，增长2 3 7 。财政总收入占生产总值的比重达到1 1 8 7 。在全国县域经济 综合实力、基本竞争力最新排名中，分列第2 0 位和第9 位。 1 5 宜兴市水环境容量及污染治理研究 第三章水环境现状调查与评价 3 1 水资源量分析 宜兴市全市平均年降雨深1 2 6 3 6 毫米，多年平均径流深为5 3 1 6 毫米，多年 平均径流系数为0 4 2 ，多年平均径流模数为1 6 9 分米3 ( 秒公里2 ) 。年内各 月径流量分配与多年月平均降雨量分布基本一致。汛期在每年的6 月至9 月，平 均汛期降雨量为5 8 8 7 删 i l ，占全年的降雨量的4 6 6 。 宜兴市各典型年地表径流量见表3 1 1 1 。 表3 1 卜1 宣兴市各典型年地表径流量单位：亿3 丰水年平水年枯水年特殊枯水年 流量站 1 9 7 4 年1 9 6 8 年1 9 7 9 年1 9 7 8 年 宜兴( 南)4 4 82 5 31 1 90 5 0 宜兴( 、袱) 5 2 43 1 01 5 30 6 5 宜兴( 东)3 6 80 5 80 2 8o 0 9 宜兴( 仓) 3 2 11 8 91 50 6 2 平均径流量 4 1 52 0 31 1 7 0 4 6 3 2 污染源入河量计算 3 2 1 污染源排放量调查 污染源一般分为点源( 包括工业污染源、生活污染源等) 、面源( 包括农村 生活污染源、农田径流污染源、畜禽养殖污染源等) 、内源( 包括底泥污染物释 放源、船运船舶污染源、水域范围内大气降落污染源等) 。 工业污染源仍为造成我国水污染的主要污染源【4 2 1 ，其调查一般是在利用当 地环保局排污申报资料的基础上，进一步通过现场踏勘、实地调查实测等手段核 实排污单位、排放位置、排放量、排污方式、污染物浓度、污染物种类等；生活 污染源、农田径流污染源、畜禽养殖污染源等的调查可以根据各地统计年鉴数据 以及全国水环境容量核定技术指南结合当地具体情况确定污染源强得到。底 泥污染物释放源调查需取现场河道底泥测定，其污染物释放量大小与底泥成分、 浓度、厚度、状态、河流水力条件、p h 值、水温等因素有关【4 3 】：船运船舶污染 1 6 河海大学硕士毕业论文 源调查需在取得通航资料的基础上计算得到；大气降落污染源调查需在取得大气 环境质量监测资料的基础上计算得到。 3 2 1 1 工业污染源排放量调查 工业污染源相关资料理应向宜兴市环保局索要排污申报资料，并结合现场勘 察得到。但由于未能取得2 0 0 4 年环保局的排污申报资料，故各镇工业污染源的 污染物排放量只能通过粗略的计算得到。 由2 0 0 4 年宜兴市统计年鉴，得到各镇工业总产值和全市总的工业废水排放 量，根据各镇工业产值所占比例分配废水排放量得到各镇的工业废水排放量，宜 兴市工业企业排放的c o d 主要来自纺织印染业、化学原料、染料及化学制品制 造业、造纸及纸制品业等，根据相关印染废水厂的实际生产经验取废水c o d 浓 度8 0 0 m g l ，n h 3 一n 浓度1 2 m l ，计算工业污染源产生的c o d 及n h 3 n 排放 量。由此得出，2 0 0 4 年宜兴市工业污染源废水排放总量4 8 1 2 5 9 万吨，c o d 排 放总量3 8 5 0 0 7 3 吨，n h 3 n 排放总量5 7 7 5 1 吨，详细结果见表3 2 2 3 。 3 2 1 2 生活及农业污染源排放量调查 根据宜兴市2 0 0 4 年统计年鉴得到的宜兴市人口、耕地面积资料见表3 2 1 - 1 。根据国家环保总局给出的排污系数，计算得到宜兴市生活及农业污染源的排 放量见表3 2 1 2 。 表3 2 1 1 宜兴市人口及耕地面积资料表 总人口城镇人口农村人口耕地面积林地面积 区县 ( 万人)( 万人)( 万人) ( 万亩)( 万亩) 宜兴1 0 5 8 55 5 3 45 0 5 l9 3 8 35 6 o 表3 2 1 2 宜兴市c o d 、n h 3 一n 排放量汇总表单位：t a 项目 污淤 城市生活农村生活 农田畜禽总和 c o d1 6 1 5 9 2 8 7 3 7 4 4 69 3 8 2 8 41 4 7 7 1 - 5 54 7 6 8 8 1 3 n h 3 - n 1 2 1 1 9 57 3 7 4 51 8 7 6 5 72 9 5 4 3 16 7 8 0 2 8 3 2 2 污染源入河量计算 3 2 2 1 污染物入河量计算方法 污染物入河量计算包括工业污染物入河量、城市生活污染物入河量、农村生 活污染物入河量、农田径流污染物入河量、畜禽养殖污染物入河量、大气降落污 染物入河量、河湖底泥污染物释放量、航运交通等污染物的入河量计算，根据不 1 7 宜兴市水环境容量及污染治理研究 同地区的情况，因地制宜的选择主要污染物进行计算，计算方法如下脚4 5 1 ，其 中各式的污染物排污系数和入河系数取值如表3 2 2 1 和表3 2 2 2 所示。 ( 1 ) 工业污染物入河量 = ( 口一幺) 届 ( 3 2 2 1 ) 为工业污染物入河量，k g d ；口为工业污染物排放量，k g d ；届为工 业污染物入河系数，( 取值为0 8 1 o ) ，无量钢；b 为被污水处理厂处理掉的 量，k g d 。 ( 2 ) 农村生活污染物入河量 1 = l 口反 ( 3 2 2 2 ) 。为农村生活污染物入河量，g d ；。一为农村生活污染物排放量，g d ； 孱为农村生活入河系数，( 敢值为o 卜o 2 ) ，无量纲。 。，= 农 ( 3 2 2 3 ) n 农为农村人口数，人；为农村生活排污系数，g ( 人d ) 。 ( 3 ) 城市生活污染物入河量 = ( 2 口一晓) 屈 ( 3 2 2 4 ) 为城市生活污染物入河量，g d ；喔：p 为城市生活污染物排放量，g d ； 属为城市生活入河系数，( 取值为o 6 一o 9 ) ，无量纲；岛为被污水处理厂处理掉 的量，g d 。 w 生2 p = 城口2 ( 3 2 2 5 ) n 城为城市人口数，人：为城市生活排污系数，g ( 人d ) 。 ( 4 ) 农田污染物入河量 w 农= p 屈以 ( 3 2 2 6 ) w 农为农田污染物入河量，k g a ；，为农田污染物排放量，k g a ；以为农 田入河系数，( 取值为0 卜0 3 ) ，无量纲；乃为修正系数，取1 2 ：1 5 ，无量纲。 河海大学硕士毕业论文 w 农p = m 口3 m 为耕地面积，亩；为农田排污系数，k g ( 亩a ) 。 修正系数是针对不同情况，对标准农田污染物排污系数的修正。标准农田指 的是平原、种植作物为小麦、土壤类型为壤土、化肥施用量为2 5 3 5 k 亩a ， 降水量在4 0 0 一8 0 0 i i l i i l 范围内的农田。对于其他情况，对应的排污系数需要进行 修正。化肥施用量修正：农田化肥亩施用量在2 5 k 以下，修正系数取0 8 1 o ； 在2 5 3 5 之间，修正系数取1 o 一1 2 ；在3 5 蚝以上，修正系数取1 2 1 5 。 降雨量修正：年降雨量在4 0 嘶m 以下的地区取流失系数为o 6 1 o ；年降雨量 在4 0 0 8 0 0 肌n 之间的地区取流失系数为1 o 一1 2 ；年降雨量在8 0 0 n m 以上的 地区取流失系数为1 2 1 5 。农作物类型修正：以玉米、高粱、小麦、大麦、 水稻、大豆、棉花、油料、糖料、经济林等主要作物作为研究对象，确定不同作 物的污染物流失修正系数，此修正系数需通过科研实验或者经验数据进行验证。 土壤类型修正：将农田土壤按质地进行分类，即根据土壤成分中的粘土和砂土 比例进行分类，分为砂土、壤土和粘土，其修正系数分别为1 o o 8 ，1 0 ，o 8 0 6 ；坡度修正：土地坡度在2 5 0 以下，流失系数为1 o 一1 2 ；2 5 0 以上，流失 系数为1 2 1 5 。 ( 5 ) 畜禽养殖污染物入河量 w 畜禽= 略都层 ( 3 2 2 8 ) w 畜禽为畜禽养殖污染物入河量，g d ；锄为畜禽养殖污染物排放量，g d ； 岛为畜禽入河系数，( 取值为o 5 0 8 ) ，无量纲。 劬= 畜禽 n 膏禽为折换成猪后的养殖头数，头；倪t 为畜禽排污系数，g ( 头d ) 。 畜禽量按照如下关系换算：3 0 只蛋鸡= 1 头猪，6 0 只肉鸡= 1 头猪，3 只羊= 1 头猪，5 头猪= 1 头牛，5 0 只鸭= 1 头猪，4 0 只鹅= 1 头猪，6 0 只鸽= l 头猪均换算 成猪的量。猪：c o d 5 0g 头天，氨氮1 0g 头天。对畜禽废渣以回收等方式 进行处理的污染源，按产生量的1 2 计算污染物流失量。 ( 6 ) 大气降落污染物入河量 1 9 宜兴市水环境容量及污染治理研究 畎气= c q ( 3 2 2 1 0 ) w 大气为大气降落污染物入河量，k s ；c 为污染物浓度( 指汇入水体中的污 染物含量，依各个城镇的空气质量而定) ，k g m 3 ；q 为因降雨产生的入河径流量， m 3 s 。 ( 7 ) 河湖底泥污染物释放量 泥= 泥p 彳 ( 3 2 2 1 1 ) w 底泥为底泥污染物释放量，k g d ；p w 底泥为底泥污染物释放系数( 指单位 面积单位时间内污染物释放量，一般为现场测定) ，k ( d m 2 ) ；a 为河湖水下 湿周面积( 指河湖水下部分底泥覆盖层范围的面积) ，m 2 。 ( 8 ) 航运交通污染物入河量 运= 运p # ( 3 2 2 1 2 ) w 航运为航运交通污染物入河量，k g d ；pw 航运为人口排污系数，k ( d 人) ； 1p 为航道上人口数( 指单位时间内生活在航道上的人口数量，一般根据航运船 只的类型进行调查统计确定) ，人。 表3 2 2 一l 各类污染源入河系数表 工业总入城市生活农村生活总农田总入畜禽养殖 河系数总入河系数入河系数河系数总入河系数 c o dn h 3 - nc o d n h 3 n c o d n h 3 n c o d n h 3 - n c o d n h 3 n 0 8 1o 8 1o 6 。o 90 6 o 9o 1 o 20 1 0 20 1 - 0 3o 1 0 30 5 0 8o 5 0 8 表3 2 2 2 各类污染源排污系数表 城市生活排污系数 农村生活排污系数 农田排污系数 畜禽( 折算成猪) ( 人日)( 人日)( k 亩年)养殖排污系数( 头天) c o d n h 3 - n c o d n h 3 j n c o d n h 3 二n c o d n h 3 n 6 0 l o o4 84 04l o25 0l o 3 2 2 2 污染物入河量计算 根据宜兴市大气环境质量监测资料统计分析，其大气质量绝大多数达到良好 以上，直接从大气降落到水面的污染量较小，所以确定略去大气降落污染物；河 湖底泥污染物的释放量由于其影响因素众多，所以其量的确定一般需通过现场取 样测定，而对于本文来说，这项繁重而复杂的工作就显得没有必要，所以确定略 去河湖底泥污染物；由于量小且无碍于所规划的污水处理设施，所以确定略去航 河海大学硕士毕业论文 运交通污染物。故本次规划仅调查计算工业污染源、生活污染源( 包括城市和农 村) 、农田污染源和畜禽养殖污染源。 ( 1 ) 工业污染源 再按照上述工业污染物入河量计算方法，计算得到各镇工业污染源的c o d 入河量和n h 3 n 入河量，其中c o d 入河系数取o 9 ，n h 3 n 入河系数亦取0 9 。 计算结果如表3 2 2 3 所示。 表3 2 2 3 宣兴市工业污染物入河量 序 镇名 工业总产 工业总 废水产生量 污染物排放量( 讹)污染物入河量( 忱) 产值所 号值( 万元) ( t a ) c o d n h 3 - n c o d n h 3 n 占比例 l宜城4 5 2 0 0 06 7 93 2 6 6 4 0 9 7 2 2 6 1 3 1 33 9 22 3 5 1 8 1 3 5 2 8 2 环科园 4 3 3 6 2 06 5 131 3 3 5 8 5 3 62 5 0 6 8 73 7 62 2 5 6 1 83 3 8 4 3 丁蜀 4 6 4 0 7 36 9 73 3 5 3 6 5 6 12 6 8 2 9 24 0 2 42 4 1 4 6 33 6 2 2 4新街1 6 0 2 0 02 4 l 1 15 7 6 9 6 5 4 9 2 6 1 6 1 3 8 98 3 3 5 4 1 2 5 5 大浦 2 1 0 7 8 63 1 715 2 3 2 5 9 8 21 2 1 8 6 l1 8 2 81 0 9 6 7 51 6 4 5 6 湖父8 0 0 6 6 1 25 7 8 6 0 2 5 74 6 2 8 86 9 44 1 6 5 96 2 5 7太华2 6 5 0 0 03 9 81 9 1 5 0 4 1 11 5 3 2 0 32 2 9 81 3 7 8 8 32 0 6 8 8 张渚 5 3 3 5 5 08 0 13 8 5 5 7 3 6 5 23 0 8 4 5 94 6 2 72 7 7 6 1 34 1 6 4 9西渚1 3 6 1 0 52 0 49 8 3 5 7 2 3 3 7 8 6 8 61 1 8 7 0 8 1 7 1 0 6 2 1 0 徐舍 1 6 0 0 3 52 41 1 5 6 5 0 4 1 69 2 5 21 3 8 88 3 2 6 81 2 4 9 1 1 鲸塘 7 3 8 0 01 1l5 3 3 3 2 0 8 84 2 6 6 66 43 8 3 9 95 7 6 1 2 芳庄 2 5 0 0 00 3 818 0 6 6 4 2 51 4 4 5 3 2 1 7 1 3 0 0 81 9 5 1 3 官林 1 0 4 2 8 9 31 5 6 67 5 3 6 5 3 9 4 56 0 2 9 2 39 0 4 45 4 2 6 3 l8 1 3 9 1 4 新建 2 5 0 1 7 63 7 61 8 0 7 9 1 4 4 21 4 4 6 3 32 1 6 91 3 0 1 71 9 5 3 1 5杨巷1 6 1 0 6 52 4 211 6 3 9 4 7 5 39 3 1 1 61 3 9 78 3 8 0 41 2 5 7 1 6 和桥 5 0 0 4 5 47 5 l3 6 1 6 5 6 5 9 52 8 9 3 2 54 3 42 6 0 3 9 33 9 0 6 1 7 万石1 7 7 5 8 82 6 7 1 2 8 3 3 5 2 1 41 0 2 6 6 81 5 49 2 4 o l 1 3 8 6 1 8 周铁 4 1 8 6 4 16 2 93 0 2 5 3 3 8 5 72 4 2 0 2 73 6 32 1 7 8 2 43 2 6 7 1 9 芳桥 1 8 9 8 4 l2 8 51 3 7 1 8 9 9 3 11 0 9 7 5 21 6 4 69 8 7 7 71 4 8 2 2 0 新庄 2 0 0 1 8 83 o l1 4 4 6 6 7 2 6 31 1 5 7 3 41 7 3 61 0 4 1 61 5 6 2 2 l屺亭1 2 6 0 8 11 8 99 1 1 1 3 3 1 97 2 8 9 11 0 9 36 5 6 0 29 8 4 2 2 高塍 5 9 8 4 1 78 9 94 3 2 4 5 0 2 4 53 4 5 9 65 1 8 93 1 1 3 6 44 6 7 合计6 6 5 9 5 7 91 0 04 8 1 2 5 9 1 53 8 5 0 0 7 35 7 7 5 l3 4 6 5 0 6 65 1 9 7 6 ( 2 ) 生活污染源 根据2 0 0 4 年宜兴市统计年鉴，按照生活污染物入河量计算方法，计算得到 生活污染源的c o d 入河量和n h 3 - n 入河量。其中，城市生活的c o d 排污系数 2 l 宜兴市水环境容量及污染治理研究 取8 0 9 t 人d ，n h 3 - n 排污系数取4 0 人d ，入河系数取o 7 5 ；农村生活的c o d 排污系数取6 人d ，n h 3 - n 排污系数取4 人d ，入河系数取0 1 5 。计算结果如 表3 2 2 - 4 所示。 表3 2 2 _ 4 宣兴市生活污染物入河量 2 0 0 4 年人口( 万人)生活污城市农村生活污 城市生农村生 序 镇名总人城镇乡村 活c o d活c o d 染源生活生活染源 号 产生量产生量 c o d 入 n h 3 nn h 3 nn h 3 n 口 人口人口河量产生量产生量入河量 ( t a )( t ，a ) ( t a )( 妇)( t a )( 妇) 1 宜城 1 6 7 51