（环境科学专业论文）汾河古交段水质现状评价及污染物总量控制规划研究.pdf

w a t e rq u a l i t ya s s e s s m e n ta n ds t u d yo fp l a n n i n go f p o l l u t i o n1 陆t a la m o u n to fg u j i a os e c t i o ni nf e nr i v e r a b s t r a c t t h ew a t e re n v i r o n m e n t p r o b l e m h a sc l o s e r e l a t i o n s h i p w i t h e c o n o m i c d e v e l o p m e n ta n dl i v i n gq u a l i t yo fp e o p l e i ti sa l s ot r e a t i n gk e yp o i n ta tp r e s e n ti n c h i n a i ti sv e r yn e c e s s a r yt os t r e n g t h e ne n v i r o n m e n t a lm a n a g e m e n t ，p r e s e n t s i t u a t i o ne v a l u a t i o na n df o r e c a s tp l a n n i n go fw a t e re n v i r o n m e n t t h ep a p e rs u m m a r i z e st h ed e v e l o p i n gs t a t u so fw a t e re n v i r o n m e n tp r e s e n t s i t u a t i o ne v a l u a t i o na n dt h ec h a r a c t e r i s t i co fa l lk i n d so fe v a l u a t i o nm e t h o d s a n d d e v e l o p i n gp r o c e s s a n da p p l i c a t i o nc u r r e n ts t a t u so fm a t h e m a t i c a lm o d e l ， i n v e s t i g a t e se n v i r o n m e n t a lb a c k g r o u n da n d m a i np o l l u t i o ns o u r c ei ng u j i a os e c t i o n o ff e nr i v e ra n de v a l u a t e sp o l l u t i o ns o u r c e o nt h eb a s eo fa n a l y s i n gt h er e s r e a c h a r e aa m p l e l y ，w ea s s e s st h ew a t e rq u a l i t yo fg u j i a os e c t i o no ff e nr i v e rb yt h e m e t h o do ff u z z yt r a n s f o r m a t i o n 、g r e ys i t u a t i o nd e c i s i o nm e t h o du s e dw e i g h t e d e n t r o p ya n dm a t t e re l e m e n ta n a l y s i s t h ei d e n t i c a le v a l u a t i o nr e s u l ts h o w sr i v e r s e c t i o no fs t u d i e dr e g i o nh a sb e e np o l l u t e db a d l y ，w a t e rq u a l i t yr e a c h e st ot h a tk i n d o fva n dh a sl o s ti n t r i n s i cf u n c t i o n t h ep a p e re s t a b l i s h e so n e - d i m e n s i o n a lw a t e r q u a l i t ym o d e l a c c o r d i n gt or i v e rc h a r a c t e r i s t i co fg u j i a os e c t i o n ，f o r e c a s t sw a t e r q u a l i t yu s i n gm o d e lo fw a t e rq u a l i t y ，a n dp u t s f o r w a r d so p t i m i z a t i o nc o n t r o l p l a n n i n gf o ra n a b r a n c hp o l l u t i o ns o u r c e s t h er e s u l to f e r sa c a d e m i cg i s tf o rg e n e r a l t r e a t m e n ta n dm a n a g e m e n ti ng u j i a os e c t i o no ff e nr i v e ra n dh a sa p p l i c a t i o nv a l u e d e f i n i t e l y k e yw o r d s ：w a t e rq u a l i t ya s s e s s m e n t w a t e rw u a l i t ym o d e l w a t e rq u a l i t yp r e d i c t i o n p l a n n i n g i i 插图清单 图1 1 本课题技术路线图6 图2 1古交市地理位置图7 图3 1 汾河古交段污染源分布图1 3 图3 2 主要污染物等标污染负荷比1 8 图3 3 主要污染源等标污染负荷比1 8 图4 - 1 人工神经网络的构成2 2 图4 2 汾河古交段各断面不同评价等级( 模糊综合法) 的年份比例3 0 图4 3汾河古交段水质( 模糊综合法) 年际变化3 0 图4 - 4 汾河古交段各断面不同评价等级( 基于熵权的灰局法) 的年份比例3 4 图4 5 汾河古交段各断面不同评价等级( 物元分析法) 的年份比例3 7 图4 - 6 汾河古交段水质( 物元分析法) 年际变化3 8 图5 1 汾河古交段水质模拟概化图5 4 图5 22 、3 、4 断面水质预测变化曲线5 9 v l 表格清单 汾河干流主要监测断面c o d c r 变化情况3 古交市1 9 9 6 2 0 0 0 年降水量及蒸发量情况8 古交市部分焦化、冶炼企业基本情况。9 古交市污废水处理统计表l o 汾河古交段主要污染源分布情况1 2 汾河古交段主要污染源废水排放状况1 2 汾河古交段2 0 0 4 年各支流及直排口的流量和主要污染物1 4 污水综合排放标准1 4 各污染物及污染源等标污染负荷、污染负荷比及排名1 7 地表水环境质量标准评价因子标准限值2 6 汾河古交段李八沟、滩上桥断面年均值系列数据2 7 汾河古交段寨上站、一步岩断面年均值系列数据2 8 2 0 0 4 年不同断面各污染物权重2 9 汾河古交段模糊综合法评价结果2 9 四个断面各指标熵及熵权3 3 基于熵权灰局法的汾河古交段水质评价结果3 4 汾河古交段物元分析的水质评价结果3 7 三种评价方法结果对照表3 9 2 0 0 2 年1 0 月份实测数据5 5 污染物衰减系数k 值计算结果5 6 水质模型模拟验证结果5 6 李八沟断面2 0 0 8 年2 0 1 5 年水质预测5 7 各污染源污水量预测值5 8 2 、3 、4 号断面预测值5 8 一步岩断面预测年浓度及总量超标量5 9 汾河各排污支流预测年污染物削减量6 0 v 勉”弛睨“锚”蹦汹表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表表 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 盒胆王些盔堂 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己在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位做作者签名绦日芄毅签字脚z 晔f 阴f 弓日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒胆王些盍堂有关保留，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。本人授权金8 b 王些盍堂可 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、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位做储躲径搬 导师躲 签字日期：z 叼年f 1 月扣 学位论文作者毕业后去向 工作单位： 通讯地址： 辩日叩朋嗲 | 电话 邮编 致谢 奉论文是在鼯师孙世群副激授的悉心指导下完成的，孙老师不仪学识渊博、 治学严谨，而且诚恳待人、诲人不倦。孙老师宽广的知识面，活跃的思维，对 科学嬲认真态度绘我塑下了深剡弱印象。孙老师平易逡入的工作作风强及乐于 奉献酌崇毒品德楚我瘩远学露豹稽篌，莠将使我终身受箍。三年寒，羚老藤霹 我的学习、科研工作给予了精心的指导，对我的生活给予了充分的关心，衷心 感谢譬师的培养、支持和教诲! 骥瀑吝垃颇跫弟，和豫粕凌一起朝夕期缝，绘我露下了美好豹鲻伍 感谢我的父母稻家入，磁楚他们默默炙阈的奉献和大力的支祷尚鼓励，才 使我谢信心和毅力顺利完成学业。 感谢文中引用过文献的所商作者们，感谢所有关心、支持和帮助过我的老 萃、强掌蠢弱友髑l i i i 作者：徐晓毅 2 0 0 7 年1 2 月1 日 第一章绪论 1 1 课题来源及背景 水。作为人类所霈的不可替代的一种资源，是社会发鼹和经济发殿霾要的 锈震墓萋塞，是久民生添熬重要璨鼯，是茬会搿戆续发震豹黧要支持之。夔羞 工农业发展和人们生活用水量的增加，工业废水和生活污水排放量在急剧增加， 未经处理的污水任意排放，污染丁水源，又进一步造成了水源短缺。我国的水 污染闻鼷极为严重。掇统计，7 0 颦代视全国疆摊放污承豢巴超过l 亿m 3 ，其 中8 0 蔽上未经楚鬟赢接接入承城，使河流、濑沧、承瘁邂受至l 不同程度豹污 染。对5 3 2 条河流进行监测，有4 2 6 条河流受列不同程度的污染，七犬江河流 经的1 5 个主要城市河段中，有1 3 个河段水质海染严重 1 l 。全国2 2 2 2 个监测站 教监溺续粟表嗳( 承环境整测覆慧瑟达到流域露积的8 0 ，零薅绫污量瓣8 0 ， 流域工农啦总产值的8 0 ) ，七犬水系污染稷度由重到轻依次为海河、辽河、 淮河、黄河、松花江、珠江、长溉，七大水系普遍受污染，大辽河水系污染严 重，海河水系、淮河于流、黄河于流属重度浮染f 2 j 。 由磁铝主要浮瀛蠢藩予蓑溪零系嚣浚溪、沁溽、三捌溪、爨承滗，藩予海 河水系的桑干河、浊漳河、清漳河。据1 9 9 4 1 9 9 8 年五年间全省重点河段水质 情况调查吧其中1 3 处河段有三颦以上( 包括3 年) 水质达到级标准，占评 价河段的6 2 ，三处溺段有4 年以上达v 级括准，占评价灏段於1 4 。河流的 不同程溲匏污染，使箕丧失了原露豹功能，霪影镌著瓣溅周重入稍豹生活及 身体健康。 根据山西省汾河流域水污染防治条例中水体功能的划分，汾河被划分 舞一、二、三级防治区，箕孛一级茨澹医：汾潺上游源头、宁武县至黉簇昙段 干流、汾河水库、汾河水库出承掰至太原市北郊区三给糟段于流、汾河一级支 流的水库、兰村泉、罱祠泉、平泉、洪山泉、霍泉、郭庄泉、龙子祠泉、各城 镇生活饮用水源等水体的保护区。缓防治区内各保护区的具体范围，为直接 嚣润螯囱该保护速露羧污窳及箕镪污染蘩懿锈摹位瑟奁蠡冬区域。 二级防治区：太原市北郊区三给村至襄汾县段干流的保护区。二级防治区 的具体范围，为直接( 含通过沟渠) 向干流排放污水及其他污染物的一切单位所 在的区域。 三级防治区：一、二级防治麓瑷井的汾溺流域其谴范溺。 1 2 本课题研究的睡的、必要性及意义 本漾嚣兹嚣戆惑找密汾淫杏交段圭要嚣聚添及主要污繁纺，蒡采瓣摸凝综 合评价法、基于熵权属性识别的灰色局势决策法及物元分析法，对汾河古交段 水质现状进行综合评价，了解汾河古交段水质融前的状况。根据汾河古变段酌 浮渡特杰，建立汾 霉表交段求震挨整，蒡剽爱该东囊模型瓣溪滚拳覆逶露强嬲， 进而了锵汾河古交段水质变化的发展趋势。并通过对汾河宙交段各支流及污染 源提出污染物削减控制规划，达到合理开发汾河古交段水环境容量的目的 本谍题研究的必要性在于：汾河水质状撼除上游的静乐、兰树及汾河水库 霹迭| 缀窳囊( 承薄稻有速| 珏绥) 努，汾灞串游至下游藩汾河二级貉轳嚣，箕 水质均遴v 级以上，有的河段已缀超过v 级水质。根据山西省汾河流域水污 染防治条例中水体功能的划分，汾河古交段属于汾河一级防护区，主要功能 为太廉意饮用求源缝瓣 绘区( 执行建西水环境质量掭溅中的l 珏级标准) ， 毽该河段求质总体上处于缀v 级，河流污染严重。同时，吉交毒满于蓊建 市，由于其自然环境和社会环境特点，汾河古变段接纳的工业污水及生活污水 量相当犬，河流己被严重污染。砸其下游就是汾河二库及上兰村水源地，其水 囊蛰壹接影羲下游戆浚鼹拳戆震爨。同时，溪窳污染不仅仅是建表瘩豹污染竭 题，势必要污染到地下水质。对遮一地区的河流水污染问题进行研究，找到治 理水污染的有力措施和方法，对改普整个汾河流域的水环境有着极其重要的意 义。 零漾遂意义在予： ( 1 ) 能够找出汾河由交段的主要污染源及主鼹污染物，为综合治理提供依据； ( 2 ) 对于汾河古交段水质的综合评价能够使我们了解其水质现状，为含理利用 求资源及会理开发求环境容量提供依据； ( 3 ) 对于河流东质进行预溺能够馕我稻了解冀永质的交亿趋势，为综食治理及 管理提供了理论依据，具有一定的应用价值； ( 4 ) 对汾河古交段备支流及污染源提出污染物削减控制规划，能够为改善其水 琢凌撵爨依据。 1 3国内外相关的研究现状 1 3 1汾河污染趋势的研究现状 德关磷究 4 西l 表镄，鑫予汾澎羧纳浍途鞍镇多释工盈浚承秘生活污窳，零致 其污染河段长度占总长度的9 8 6 ，汾河接纳的污染物不下3 0 0 种，是按纳污染 物种类最多的河流，艇要的污染指标为：化学耗氧量、生物需氧量、悬浮物和 氨氮、撂发酸、氟化糖、矗酒类。英孛化学耧缀鐾、生扬鬟氯量超标溺段最长， 超标率激商。挥发酚、石油类等肖枫物污染承质指标超檬簸是最高酌。汾河受 氨氮、氰化物、无机酸污染也很突出。 杨炯【7 】研究了汾河干流的c o d e r 污染状况结果表明汾河上游七个断面的 c o d e r 澎粢获1 9 9 4 每全罄l 类发震鏊j 2 0 0 3 年巍掰个劣v 类、令v 类、一今羹类 和三个i 炎。总体由i 必下降为m 类，污染指数t 升了3 2 8 5 4 ；汾河中游1 0 个断 2 面的c o d e r 污染捩1 9 9 4 年1 个v 类、9 个劣v 类笈袋至1 j 2 0 0 3 年，总律仍为劣v 类， 但污染指数下降了6 9 9 3 ，汾河中游的c o d e r 程1 9 9 5 年发媵到污染高峰，以后 逐年下降，2 0 0 0 年后赫本稳定在同一污染水平上；汾河下游5 个断面的c o d e r 污染姨1 9 9 4 年萝j 2 0 0 3 笨一壹为劣v 类，毽污染攒数下降71 9 。8 6 ，汾涎下游 c o d e r 程2 0 0 0 年发展剿污染高峰，以后又有下降，近两年稳定在较高辩染水平 上。汾河的c o d e r 污染明显地体现为上游较轻，中、下游严羹。1 9 9 4 年汾河c o d e r 污染的沿程变化为中游重于下游、上游好于中、下游，到2 0 0 3 年，汾澍c o d e r 污染静涤程交往转灸下游重予孛游，主游努予审、下游。 表l - l汾河干流童要监测断面c o d e r 变化情况 1 9 9 4 锨2 0 0 3 危 1 9 9 4 年一2 0 0 3 年 断厦名称 污染据鼗类裂澎粢据数粪捌摆数变纯幄凌类翻变证 雷鸣寺0 0 3l0 3 9 l 3 5 5 。5 6 1 一i 水库出口0 0 810 5 9i7 1 7 7 5i i 滩上桥0 6 7i o 8 l i 2 0 9 0i i 寨上站 0 。4 4l1 7 l v 3 5 4 2 4i v t - 兰 0 4 4io 7i5 8 2 7 - 一l 胜利桥 2 2 1 劣v 1 0 3- 5 3 2 1 劣v 一 小店桥5 8 3劣v3 6 4劣v3 7 5 9 劣v 一劣v 温南社3 4 7劣v5 。9 7粥v 7 2 0 0 劣v 一劣v = 矗潍9 。1 4劣vl 。5 lv8 3 。4 8劣v v 甘亭 9 6 3 劣v 4 4 5 劣v ，5 3 8 3 劣v 一劣v 临汾 1 5 7 4 劣v 8 6 6 劣v - 4 5 0 0 劣v 一劣v 柴庄2 3 。0 9劣v7 3 l幽v- 6 8 3 6劣v 一劣v 淫津大辑 3 。l l 劣v9 。5 7窦v 2 0 7 5 5 劣v 一劣v 张翠风婵j 研究了汾河沿途各污染物变纯趋铸，汾河静乐以上受污染程度低， 各项目均优于g b3 8 3 8 - 2 0 0 2 i i i 类水限值。自小店桥以下污染严重，但沿程各地 污染状况又不相同。受太原市各大、小工矿企败及市区排污影响，小鹰桥以下 污染严羹，大多数窳爱撵数严耋戆掭，繇选戆5 个污染餐璞嚣除溶薅氧蝰往子￥ 类水限值外，其余项嗣值均远远超过v 类水限德，属严重超v 类水。义棠站位于 晋中介休市下游，水污染依然严黛，主要是汾河沿岸晋中餐市县排水严重。各 污染因孑没有缛到有效稀释裁又岛下游污染物浸会，驮蔼使多数瑷露梭出篷大 大超过鄂境v 类求隈德，有些顼嚣甚至高于小癌轿菇检窭德。汾河东如介铼后 进人灵霍峡谷，沿途少有大中城市及大型排污忿业排污，义有山区泉水簿汇人， 原河水得到稀释，使汾河水在峡貉内的污染程度大大降低，义棠到赵城段是汾 潺叁太簇菝下零震最好瓣海段，多数顼曩承袋硷溺篷霉黻这至l 疆类或v 类本拳 限值，但赵城段氨氮污染依然严慧，多年平均值仍高出v 爽水限值近0 4 倍。赵 城以下汾河进人下游河谷盆地。沿岸市县经济较发达，工舭化指数高，纳入临 汾市城市污水后污染稷度更为严熬，临汾、柴瘫所选监测项目检测值均接近或 高于v 类水限值。汾河出i 临汾后污染程度逐渐降低，但总体污染状况到新绎站 露锿然黟燕。 1 3 2 汾河水污染控制研究现状 师忠东 6 】探讨了在对汾河水污染控制中传统模式的缺陷：( 1 ) 对排污者的 污染削减刺激力度并不一定随超擂倍数增加而递增。随着越标倍数的上升，排 污者怼予肇位重量戆污染钫瑟交纳戆攘污费霹麓反瑟会下降。接污者采取。稀 释排放”的手段来免交排污费。这一过程本身与排放浓度标准控制的目标并不 相违背，但与实际中环境质量的控制相抵触：( 2 ) 它无法控制污染物总量的减 少。在环境容量非鬻小的地区，会使所有废水都达标排放，丽无法控制承蕨的 爵转。溺鞠7 总置整锈模式是治瑷汾河污染戆露效途径，冀优点在于：( 1 ) 惹 量控制将污染物的排敝指标化，在计算环境容量的基础上，将一定区域内的环 境容量分解到每个单位，对企业擞产的全过程进行控制。搬生产过程、工艺技 术、生产燕模、污染浚理设施等嗣搀污行失续会，健环境效益与企业以至令天 经济利赣建立联系，调整企业及个人的偏好绪擒：( 2 ) 总爨控制充分体现了同 质等量污染物等价收赞原则，比浓度控制能更真实地反映谶入水环境的污染物 量；( 3 ) 众业生产排出的污染物霄一部分是未被生产充分利用的能源、原材料。 赫兹舔凌戆污染懿越多表臻菜些黢源豹弱焉率逶羝。慧薰控剿综合考纛? 污豢 物排放浓度和污染物簸体的量，辩节约宝贵的水资源和其他能源有重黉意义。 实彳亍总量控制势必就要确定汾河水体的环境容量。汾河污染总量控制中， 河水环境容量的计算楚对流域内浮染源进行摊污量分配的熬础，环境容星鲍准 确经壹援彩确妥环境羧翻区蠛痰浮染控麓鏊轹豹可这往。 宣建园等四3 以太原段为例探讨了汾河水环境容量的确定。河流的环境容量 由基本环境容量和自净环境容量两部分组成，河段环境容量的计算基本模式为： w i = q i ( 。一c i 1 ) + 级( g l c i ) c j = c j lx e 一铂7 “，u j = 0 3 4 1 xq o - 4 3 式中：w i 为某河段环壤容量；q i 为河段的流量；c l 为控制断藤浓度值；c i - i 为河 段本底骥燕浓度僮；c 。为控翻鼗貘萋瑟浓菠鹜糖篷；k i 为溺敬自净系数；x i 舞海 段长度；u i 为水介质流速。 陈红【1 0 i 讨论了汾河污染总量掇制中，如何根据汾河水文特性和污染物特 征，选趱逶当兹求爱镤壁。确定瘩域窑诲纳浮囊。渗溽承黪境容量兹确定是在 研究以下问题的基础上进行的：( 1 ) 实施总量控制的水域范瀚，指汾河予漉及其 一级支流。在实际控制中以2 8 个控制断面及取水口作为划分控制区域的主要参 考依据。( 2 ) 水质标准鬻求，依照汾河流域水污染防治实施方案( 1 9 9 6 ) 划分。 至2 0 0 5 冬，汾溪主游窳蒺运囊霆家邃嚣窳毽类承凌标准，审下游这囊戆覆暴瑷 用水功能。( 3 ) 设计条件选用。在汾河污染总量控制中，运用稳态设计条件已能 4 基本适应精度要求，同时可用稳态设计条件下的污染物输入响应模型i 靛行目标 霉达牲分辑及污染源撵痔、毒禺戮究等。 通常楚指给定水域范围、给怒水质标准、给定设计条件下，水域的最大容 许纳污量。它由自净释量和稀释容量两部分组成，分别反映污染物在环境中迁 移转化的物理稀释与酝然净化过橼的作用。 渗游零域稀释容爨豹诗算霉投褥释疆鼗法计算接污舀冬控裁薮嚣之润拳域 的容许纳污量： 睨= q f 【o ( s c ，) + c p 】 式审：w e 一度域容诲藜污羹g s ) ；s 一燕灏甄瑟拳爱拣准( r a g 毛) ；q e 一 污水设计排放流量( m 3 s ) ；c p 一上游来水设计水质浓度( m g l ) ；中稀释倍 数，中= ( yq p + q e ) q e ；q p 一上游来水设计流量( m 3 s ) ；y = 1 一e x p ( 1 一o ) 】 【l + ( q 争+ q e ) e x p ( - - a ) 】 式审：a 一取决予混合时拳力条俘系数；x 一溺段遴凑。这里：a 一垂 s ( dy q e ) “3 。1 3 一l 为岸边排放；p = 1 5 为河流、江中排放；中s 一河道弯 曲系数，等于实际河长与两断面点线距离之比：d s 一横向混合系数。 由予汾潺主要良骞凝污染为主，因此在鼹汾潺叁净容鬃戆诗算孛，哭霹有 机污染物质自净容量静计算进行讨论。在单点源排放情况下，可降解肖机污染 物质，降解速率符合一级反应动力学情况，考虑稀释与自净作用时，排污口与 控制断藤之间水域的容许纳污量： y ，、 w e = s x e x p k 杀* ( q p + 绕) 一印x o p 0 d 斗引 式中：w e 一水域允许纳污量( g s ) ；k 一综合衰减系数( 1 d ) ；s 一控制断 瑟承质舔准( m g ) ；x ( t ) - - 捧污鞭与茬割錾甏闼夔薤裹( 擞 ；q p 一上游寒衣滚 量( m s ) ；q e 一污水排放流量( m 3 s ) ；c p 一上流来永水辙浓度( m g l ) 。 若不考虑稀释与自净作用时，排污口与控制断面之间水域的容许纳污量： y f t ) w e = s x e x p k 兰鼍】( q p + q # ) o o ， 狂 另外，郭丕斌等【l l 】针对汾河流域水污染物及沿河排污众业的实际情况，以 计算机网络作为平台，把水流量颥测、河流水污染物容量计算、水污染物削减 量诗算等数学蒺鍪j 鞋凌繁羞决策j 霪程、被管瑷者懿诗翻与凝行过程逡纷了系统 集成，设计了基于w e b 的河流水溺染物总量及排污许可证篱理系统。此系统极 大地提高了汾河流域水环境治理的管理水平和信息化水平。 1 4 零漾蘧研究静熏蘩内容 ( 1 ) 对汾河古交段浮染源及污染物的评价，找出主要污染源及主要污染物； ( 2 ) 采用模糊综合评价法、基于熵权属性识别的灰色局势决策法及物元分析法 对汾河古交段水质现状进行综合评价，对其水质进行分析； ( 3 ) 根据汾河古交段的河流特点，建立汾河古交段水质模型； ( 4 ) 利用水质模型对河流水质进行预测； ( 5 ) 对汾河古交段各支流及污染源提出污染物削减控制规划。 1 5 本课题拟解决的关键问题 鉴于本课题所研究的对象及其特点，考虑所要解决的主要问题包括：汾河 古交段主要污染物及主要污染源的确定；汾河古交段水质等级的确定；汾河古 交段水质模型中各参数的确定；对汾河古交段水质进行预测；制定汾河古交段 各污染源污染物削减控制规划。 1 6 本课题的技术路线 河流水污染总量控制工作涉及水质标准确定、功能分区、水流量预测、排 放标准确定、削减量分配、管理制度协调等多方面内容的水环境综合整治工作， 是一个定性与定量相结合的综合集成决策过程。其中，水污染物削减决策是问 题的核心内容。本课题的技术路线中所包括的主要内容有：主要污染物及主要 污染源的确定，对汾河水质现状进行评价，对汾河水质进行预测，确定削减量 等内容。 区亟丑1 圃 j 图1 - 1 本课题技术路线图 6 f l 水环境容量的确定i i ，_ j 第二章汾河吉交殿总体概况 2 1 自然背景概况 汾鼹爱出嚣省境蠹蓑丈熬游瀛，缴赛尝壤孛罄，全长6 9 4 公萋，窳嚣子黄 河水系。汾河发源予皆武管涔山，经静乐县、豢烦县、古交市迸入太艨盆地。 汾河古交段是指由西向东贯穿古交市，自李八沟至一步岩这一段河流，金长约 4 6 公里。其上游有山嫒省最大的承痒一汾河水蓐。下游进入汾河二库及上兰村 承滚建，浍途青天涎海、屯兰嚣、源平河、长裕逡等支流汇入其孛。 古燮市地处山磷省中部，太艨市西北( 如阁2 1 ) ，昌粱山脉关帝山东翼与 云中山南端的交接处。地理坐标北纬3 7 。4 0 0 0 ”一3 8 0 8 9 9 ”，东经1 1 3 0 4 3 7 5 8 ”一1 1 2 。2 l 5 ”之瀚，蘑体呈东鞭长，南北戆，缝形具毒虫恁丘陵特纛，建势 西高东低，中部低缓，蛉谷籀间。以吉交市为中心，四周街由环绕。境内有山 头3 0 0 多个，西部铁史沟山最高，海拔2 3 2 4 米；东部扫石一带的汾河峡谷谷地 最低，海拔8 7 0 米；地形相对商麓1 4 5 4 米警均海拔达1 6 0 7 米吉交市总土 缝垂积必1 5 2 6 。5 9 k m 2 ，其孛逡建蠢慧瑟获熬8 6 。9 。丘黢表8 。9 ，藩蠲警逢占 4 2 。山地面积2 1 9 3 7 万亩，平川面积9 6 2 万亩。水域酾积2 4 3 万宙。现有 耕地3 7 1 3 万亩，林地7 2 2 6 万亩，牧坡草地1 6 6 6 万亩。 圈2 - i古交市地理靛鬻围 古交市属温带大陆性气候，烈攀分明，= f 翠多风，雨爨稀少，多年平均气 涅为9 2 。c ，极端最低气瀑一1 9 。3 。c ，壤溃最寒气瀣3 7 。6 。c ，舞乎均气滋袋毫窭 现在7 月，为2 3 。c ，月平均最低气温为1 月，为6 2 。c 。地表水平均水温春季 为7 8 。c ，夏季为1 9 。c ，秋季为8 6 。c 。春季濑麓较大，多风；夏季炎热湿润， ， 雨量集中：秋季能见度好，天气稳定；冬季干燥寒冷。受季风环流和地形影响， 全年以西北风为主，年平均风速2 6 米，秒，最大风速7 2 米，秒。 研究区多年平均降水量为4 8 5 5 毫米，最少降水量仅1 7 0 毫米。年蒸发量 为2 0 0 0 毫米左右，为降水量的4 1 倍。表2 1 列出了古交市1 9 9 6 年2 0 0 0 年 降水量及蒸发量情况。 表2 - 1古交市1 9 9 6 2 0 0 0 年降水量及蒸发量情况 1 9 9 6 1 9 9 7 1 9 9 81 9 9 92 0 0 05 年平均 年降水天数天7 8 6 1 6 9 5 2 7 7 6 8 年降水量r a m 5 4 3 22 4 9 3 5 9 82 1 2 54 1 3 3 5 5 5 年均蒸发量r a m 1 6 5 2 91 9 5 5 22 0 2 2 2 2 8 0 52 0 9 1 72 0 0 0 5 古交市境内河川多年径流量为0 9 4 2 5 亿立方米，主要入境水为汾河河水。 在1 9 5 8 年修汾河水库以前，汾河水常年不断。水库蓄水后，到1 9 7 0 年枯水期 尚有水量o 8 8 m 3 s ，以后除雨季和水库放水外，只有间断小水量，枯水季节常 常断流。水库放水期在3 4 月农灌时节，此时汾河流量取决于放水量。水库不 放水时李八沟处于断流状态，滩上桥断面和寨上站断面水量来源于工业废水和 生活污水的排放。另外，年际之间，丰枯期间水量差别大，2 0 0 0 年寨上站断面 丰水期流量达l o o m 3 s ，枯水期流量为1 1 2 m 3 s ，平水期流量为3 0 m 3 s 。而年降 水量较少的2 0 0 3 年寨上站断面丰水期、枯水期、平水期流量都为o 5 8 m 3 s ，滩 上桥断面丰水期流量只有o 3 8 m 3 s ，枯水期流量为o 3 2m 3 s ，平水期流量为0 2 m 3 s 。由于水资源年际变化较大，丰枯量悬殊，降水时空分布不均，地理条件 差，拦蓄能力低，致使本地河川径流现状利用率仅为2 9 4 。 研究区域内资源丰富，主要以煤、铁著称。煤田总面积7 5 4 k m 2 ，储量9 3 6 亿吨。矿产资源有铜、锰、石膏、硫磺、铝矾土、大理石、水晶、石英石、石 灰石、花岗岩及稀有元素锗、镓等。 2 2 社会背景概况 古交市由于资源条件优越，是山西省重要的煤矿生产基地，是一个以煤炭 采掘为主，洗煤、焦化、冶炼、建材为辅的新型工矿区，并成为全国最大的主 焦煤，重工业一直占主导地位，为全省乃至全国提供可大量的能源和资源。 古交市的工矿企业主要有西山煤电集团公司所属的东曲、西曲、镇城底、 马兰、屯兰五大煤矿，以及年产百万吨以上的炉峪1 ：3 煤矿和加乐泉煤矿，各煤 矿都有相应规模的洗煤厂。除此之外，还有遍布全区的1 2 0 多家地方小煤矿。 据2 0 0 0 年统计，全市共有工业企业2 4 0 家。其中煤矿1 3 l 家，洗煤厂3 9 家， 焦化厂4 6 家，铁厂8 家，建材及其它1 6 家。部分焦化企业和冶炼企业的基本 情况列于表2 2 中。 表2 - 2 古交市部分焦化、冶炼企业基本情况 生产能力 企业名称地理位置备注 万吨年 昌源焦化厂 2 0 大川河投产 西山煤气焦化厂 1 0 屯兰河投产 南海煤焦公司 4 0 原平河在建 金业焦化集团 8 0 原平河即将投产 海天云焦化厂 2 0 屯兰河在建 巨海焦化公司 2 0 汾河梭峪投产 技咨焦化厂 2 0 汾河梭峪投产 古交市焦化厂 1 0 汾河梭峪投产 龙山焦化厂 1 0 汾河炉峪口投产 宝通焦化厂4 0汾河梭峪在建 月明焦化厂2 0 汾河梭峪投产 古交镇焦化厂1 0 原平河投产 燎原煤焦化公司2 0 屯兰河投产 火山铁厂河口镇投产 合宝钢铁公司投产 华盛铁厂原平河技改 民和铁厂汾河长足上技改 宏达铁厂 原平河技改 万方铁厂 原平河百岸技改 星火铁厂 汾河炉峪口技改 2 0 0 0 年，古交市工农业总产值达3 8 4 亿元，比1 9 9 5 年增长4 4 5 ，工业 总产值达3 6 9 亿元，占工农业总产值的9 6 1 。农业总产值达1 5 0 5 5 亿元，比 1 9 9 5 年增长4 1 7 7 ，占工农业总产值的3 9 。 古交市常住人口1 9 9 8 年为1 8 万人，其中非农业人口1 0 4 万人，农业人口 8 4 万人，分别占全市人口的5 5 2 9 和4 4 7 1 。至2 0 0 0 年底，常住人口为2 0 3 4 万人。 古交市2 0 0 0 年有耕地面积1 4 9 2 2 公顷，粮食总产量达1 7 4 2 6 吨，蔬菜总产 量达4 8 9 8 6 吨，肉类总产量达3 6 5 2 吨，禽蛋总总量达2 2 5 4 吨。 据1 9 9 0 年的统计数据，农用化肥消耗量为3 6 6 4 吨，其中氮肥2 7 7 3 吨。由 于工矿企业废水及生活污水排放造成污染严重，古交市近年来加大整治力度， 至2 0 0 2 年底，全市有工业废水处理厂8 个，日污水处理能力3 3 8 8 0 吨；生活污 水处理厂5 个，日污水处理能力3 1 8 0 0 吨，生活污水并网率达9 0 。古交市总 的污水处理能力达6 5 6 8 0 吨天，对古交市的大部分工业废水和生活废水进行处 理。由于受各种因素限制，实际处理能力未达设计能力运转。见表2 3 。 9 表2 - 3 蠢交南污废承簸瑗统计表 设计处理量寓际处理量排水量运转情况及 污水处理厂处理工艺 ( t d )( t d )( 万吨年)水质 西麴矿矿井农处 36 1 0 0 2 o3 6 淫凝沉淀 藏零这嚣 理厂 消毒 镇城底矿矿井水 5 6 0 04 0 0 01 8 同上说常达标 处理厂 马兰矿矿井水处 工 理厂 7 2 l s l g疑上援鬻达标 业 东曲矿矿并水处 5 0 0 0 1 0 0 0同上诞常达标 废 理厂 水屯兰矿矿井水处 1 6 0 01 0 0 0 2 8 。8同上诋嚣达标 处理厂 理 船乐袋矿矿并求 厂 处理厂 2 8 8 01 0 0 01 8同上艇常达标 炉峪阴矿矿井水 6 0 0 0 5 0 01 8同上厩常达标 处理厂 言交镅铁厂选矿 水处理厂 2 0 漓凝沉淀停用 小计3 3 8 8 01 1 0 0 01 5 4 8 西局煤气化公司 5 4 0 03 0 0 01 0 8滔饿污泥法正常迭标 生 生溪浮采楚理厂 活镇城底矿生活污 2 0 0 0 2 0 0 07 2 生物接触氧 碰常达标 污处理厂化 水中心污水处理厂2 0 0 0 01 5 0 0 05 4 0同上j e 常达标 楚炉嗡强矿污本厂2 0 0 02 3 0 0 8 2 。s 活性污泥法怒括技改 理 吉交钢铁厂污求 2 4 0 0 3 6同上停用 厂 处理厂 小计 3 1 8 0 02 2 3 0 08 3 8 8 西曲矿医院污水 8 06 0 消毒后进入 藏常遮标 站 滋窳处理厂 镇城底矿医院污 8 0 6 0 同上藏常达标 医 水站 院马兰矿医院污水 1 0 0 8 0冠上正常达标 污站 求巾心医院 7 05 0 同上擐棠这标 站 二院 1 2 01 0 0 同上艇常达标 加乐泉矿医院污 8 05 0同上正常达标 水站 夺计 5 3 04 0 0 1 0 第三章汾河吉交段污染源评价 污染源评价的主要目的是通过分析比较，确定主要污染物和主要污染源， 为污染治理和区域治溅规划提供依据。 3 1 污絷源分布及其特点 汾河古交段的污染源，主要分布在古交境内汾河干流及其支流附近，见表 3 1 及图3 1 。各污染源摊藏的废农壹接进入隧近鲍海遭，露体废弃物墩大多裁 近难积予海床内，1 2 0 多家，j 、潆矿遍布全市蠢魏。污染源便置分散，不荔骰详 细调查，所以本论文以各支流及崴排汾河的主要企业排污阴污染源的水质监测 结果作为污染源分析的依据。 吉交枣境内工数众鼗以媒矿梵奎，洗煤厂、焦纯厂，炼铁厂等缝戏考交工 矿区特点，大型煤矿商七座，并配有相应规格的洗煤厂。备大煤矿在建矿投产 时均配套建有矿坑水处理系统，矿坑废水处理后除部分回收外，其余均南接或 间接排入汾河。这些煤矿排放集中、稳定且排股量较大。到2 0 0 0 年底大型煤矿 经楚瑾嚣戆捧承农震均潢是g b 8 9 7 8 - - 1 9 9 6 ( 污杰撵薮褥瀑) 孛一缀耨、扩、 改排放标准。1 9 9 6 年2 0 0 0 年各焦化厂、炼铁厂、选矿厂、洗煤厂等均实现了 废水闭路循环，这使工业废水的排放量逐年下降。 由于工业污水经处理嚣闭路循环零鼹，辩拷废水量逐年下降。两由予人口的增 长，生浠耗东量增大，使生活污窳穗对瑟砉魄例越来越大。位于东裁、西莲及 古交镇范围内的城市嫩活污水已熬本进入古交中心的污水处理厂，经处理后排 放。镇城底矿、马兰矿的生活污水也各自进入熊污水处理系统。炉峪阴、加乐 采两矿豹生活污本处骥系统均已戆残使用，毽凌予萁攥放趱标，达不剿一缀撄 敖标准，均进行了技术改造。由予古钢目前处于生产停顿状态，污水处理设备 停用，其生活污水不经处理直接排入汾河，外排污水严重超标。 马兰工业广场锅炉房建有五螽蒸汽锅炉，其麻石除尘水未经闭路循环而直 接蓑 入魄兰潺，英惑浮耪超标2 2 。7 嫠，证学裁氯耋超标1 0 4 倍。医麓瓣零霾特 殊污水，经过医院污水站处理后j 入生活污水厂，进一步处理，最终也排入汾 河。农业产生中所用化肥、农药邂年增加，这魑有毒物质可随大气降水的洗刷 露进入缝表承系统。慰医院污表歪鞋农业非点瓣污染源造成瓣污染，由予资辩孱 限，本文未骰研究。袭3 2 列出了吉交段主娶污染源的雄激情况。 袋3 一i汾河古交段主要污染源分布情况 名称 主要污染源 大理河大川煤矿 马兰矿矿坑废水、生活污水；马兰锅炉房除尘水、古变西局煤气厂废水、 屯兰川 姬家庄煤矿、屯兰矿矿坑废水等 原乎川常安铁厂、瓶星铁厂、艨枢铁厂、古交镇焦化厂、古交选矿厂等 嘉乐囊矿生活污承，炉臻叠矿生活污承、冶元铁厂、冶元焦证厂，热瑶 狮予酒 泉乡选煤厂等 矾石沟西曲平铜外排水、矾石沟矿矿坑废水、娥活污水等 长峪淘长峪煤矿、桃园煤矿等乡镇煤矿 楼，l 上煤矿矿坑废拳、蠢手峰煤矿矿璇凌袁、大角坶煤矿矿襞废瘩、大 半沟 南坪焦化厂、洗煤厂等 天池河 李家营焦化厂、娄烦选煤焦化厂、前进选煤焦化厂、上雁门选煤焦化厂 李家沟李家沟煤矿、白家沟煤矿 镇城底矿采处理厂、古交焦亿厂、永辫魏煤矿、巨海焦纯公司、中心溽 汾溪 承厂、火蠡潆矿、焦纯公霹、拄咨焦纯厂、茏垂焦纯厂、宝遥焦纯厂簿 铁磨沟乡镇小煤矿 表3 - 2 汾河古变段主要污染渊废水排放状况 童要污染 废水外摊 羹l o m s s c o dn h - n挥发酚 獗浊类 f em n 备注 企韭 m g m m g l m g 纯 m e t ,m g lm g lm g l 颦 镇城底矿 嫩活污水 7 33 6 83 57 6 30 0 22 1o 5 1 20 0 5赢排汾河 镶城底矿 6 8 。8 2 4 5 7 0 2 3 4 ，0 1 60 8 0 88 。3 20 0 5 6 矗捧撵嚣 矿并求 中心污水 厂排放口 7 2 0 5 3 ，86 7 81 6 9 30 0 0 51 3 10 4 8 80 0 5 4 赢排汾河 炉蝼口矿排入狮子河包括家 燕活污瘩 3 51 6 7 51 2 0 8 1 8o 。o b 44 2 50 ，4 3 60 0 3 6 臻袋圹生瑟污承 谫曲矿矿 井水 3 6 54 6 6 61 2 0 6 91 3 1 80 0 1 41 0 10 7 2 40 7 5 3 盥排汾河 排入屯兰河包括马 谖局煤气 1 9 04 8 。3 93 0 6 21 4 2 30 1 4 76 + 6 40 ，2 5 8 0 5 兰矿矿势承及生活 公霹簿叠 污求 乡镇煤矿 1 6 99 4 67 7 3 32 1 20 7 6 84 2 4 80 8 7 60 4 4 4排入各沟河 总排水口 乡镇铁厂 3 0 9 5 1 7 4 。92 2 s 70 。2 2 63 。9 7 42 0 3 60 。1 1 9瓣入各海淫 凌求 两曲矿平 4 8 0 5 5 7 6 1 3 5 2 o 1 8 70 0 0 31 5 33 8 0 5o 3 排入矾石沟 铜矿井水 强兰工业 广场锅炉