（环境科学专业论文）黄土高原地区河流型水源地保护区的划分研究.pdf

太原理l ：j 学硕十研究生。弘论文 污染物的污染方式等方面建立= r 典型河流污染物模拟方程。并以此方程为 基础，结合经济分析，建立了水源地保护区的最优划分模型。 ( 2 ) 通过建立水源地保护区的经济最优划分模型，从经济的角度为河 流的水源地保护区提供了科学的划分方法，与传统的划分方法相比，具有 很强的可操作性，为合理而有效地划分保护区边界提供了科学的依据。 ( 3 ) 科学划分水源保护区，还要考虑保护区陆域范围的划分。本文从 河水与地下水的补给关系、陆域污染物对河水的污染途径，以及不同水情 期的补排关系及污染方式的变化等方面着手，分析探讨了对水源保护区陆 域范围的划分思路。 ( 4 ) 在科学划分水源地保护区后，必须建立相应的水源保护管理机构， 颁布水源保护条例，制定相应的水源保护措施。 关键词：黄土高原地区，河流型水源地，泥沙污染，保护区划分，水质模 型，最优化模型 太啄理i ：人学硕十研究生学化论文 r e s e a r c h0 nd e l i n e a r i o nr i v e r p r o t e c t i o nz o n eo fw a t e rs o u r c e o nt h el o e s sa l t i p l a n o t h ew a t e rq u a l i t yt ow a t e rs o u r c ei sd i r e c t l ya f f e c t i n gt h ec i t yw a t e rs u p p l y s e c u r i t y ，b u td i v i d i n gs c i e n t i f i c a l l yp r o t e c t i o nz o n eo f w a t e rs o u r c ei si m p o r t a n t m e a s u r et og u a r a n t e et h ew a t e rq u a l i t yo fw a t e rs o u r c e b e c a u s ei ti se a s i l y p o l l u t e da n dt h ef a c t o ri n f l u e n c i n gw a t e rq u a l i t yi sc o m p l e x a n dw i d e s p r e a d b r o a dt or i v e rw a t e rs o u r c e ，i ti sd i f f i c u l tt os c i e n t i f i c a l l yd i v i d et h er i v e r p r o t e c t i o nz o n eo f w a t e rs o u r c e a c c o r d i n gt ot h es p e c i a lh y d r o l o g ya n dt h e h y d r o g e o l o g i cc o n d i t i o n s ，d i s t r i b u t i o no fi n d u s t r ya n dc h a r a c t e r i s t i co fp o l l u t i o n s o u r c e sa n ds oo ni nt h el o e s sa l t i p l a n oa r e a ，t h ed i v i s i o nm e t h o di sr e s e a r c h e d o n p r o t e c t i o nz o n eo f w a t e rs o u r c ei nt h el o e s sa l t i p l a n oi nt h i sa r t i c l e t h ec o n c r e t er e s e a r c hc o n t e n t sa n dm e t h o d sa r ea sf o l l o w s ：b u i l d i n gt h e r i v e r p o l l u t a n td i f f u s i o n t r a n s p o r te q u a t i o n a n dt h es e d i m e n t p o l l u t i o n w a t e r q u a l i t ym o d e l ，a n a l y s i n gt h em a i np o l l u t a n t i nr i v e r ，a n dc a r r i n go n s i m u l a t i n gm a i np o l l u t a n ti n t h et y p i c a lr i v e r ，e m p h a t i c a l l yc o n s i d e r i n gt h e i n f l u e n c eo nt h es e d i m e n tt ot h ep o l l u t a n t ，t h ew a t e ra r e ai sd e l i m i t e d a n do n t h eb a s eo fi t ，u s i n gc o s t e f f e c t i v e n e s sa n a l y s i so fe n v i r o n m e n t a le c o n o m i c s ， c o n s i d e r i n g t h er e l a t i o n sb e t w e e nt h ed i s t a n c ea n dt h ee n t i r ez o n e s t t t 太原理【人学颀j ：倒f 究生学位论文 e n v i r o n m e n tp r i c e ，a sw e l la st h er e l a t i o n sb e t w e e nt h eq u a n t i t yo fm a i n p o l l u t a n td i s c h a r g e s i nt h er i v e r sa n dt h e g o v e r n m e n tc o s t ，s p e c i f y i n g t h e e n v i r o n m e n t a l w a t e r - q u a l i t ys t a n d a r d s ，u t i l i z i n gl e a s tc o s tm e t h o d ，t h eo p t i m i z e d m o d e li sb u i l tw h i c hd i v i d e st h er i v e rp r o t e c t i o nz o n eo fw a t e rs o u r c e t h r o u g hu s i n gw a t e rq u a l i t ym o d e l ，b e s tr e l a t i o ni sa s c e r t a i n e db e t w e e nt h e d i s t a n c eo ft h ep r o t e c t i o nz o n ea n da l l o w a b l eq u a n t i t yo ft h et y p i c a lp o l l u t a n ti n t h er i v e r r e g a r d i n gt h es u p p l yr e l a t i o na m o n gs t r e a mc h a n n e l ，g r o u n d w a t e ra n d s u r f a c ew a t e r ，d i s t r i b u t i o no fp o l l u t i o ns o u r c ea n dc a t c h m e n tc o n d i t i o no nb o t h r i v e rb a n k ，a sw e l la st h ei n f l u e n c eo fr a i n s t o r mo nt h er i v e r sw a t e rq u a l i t yi nt h e l o e s sa l t i p l a n o ，l a n ds c o p eo f p r o t e c t i o nz o n ei sd i v i d e d t h ec o n c l u s i o n si nt h ep a p e rh a v e ： ( 1 ) b a s i n go n t h ep o l l u t a n tt r a n s p o r t - t r a n s f o r m a t i o nm o d e l ，t h r o u g h a n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co nr i v e rw a t e rs o u r c e ，a n de s t a b l i s h i n gr i v e r p o l l u t a n tw a t e r - q u a l i t ym o d e l ，t h er i v e rp r o t e c t i o nz o n eo fw a t e rs o u r c e ：i s d i v i d e d a c c o r d i n gt ot h et y p i c a lr i v e r sh y d r o l o g yc h a r a c t e r i s t i c ，t h ew a t e r q u a l i t yc o n d i t i o n ，t h er i v e r sp o l l u t a n tp o l l u t i o nw a ya n d s oo n ，t h et y p i c a lr i v e r p o l l u t a n ts i m u l a t i o ne q u a t i o ni sb u i l t u n i t e de c o n o m i ca n a l y s i s ，t h eo p t i m i z e d d i v i s i o nm o d e li sb u i l to nt h ew a t e rs o u r c ep r o t e c t i o nz o n e ( 2 ) t h r o u g hb u i l d i n ge c o n o m i c a lo p t i m i z a t i o nm o d e lo np r o t e c t i o nz o n eo f w a t e rs o u r c e ，p r o v i d i n gt h es c i e n t i f i cd i v i s i o nm e t h o do nt h ef i v e rp r o t e c t i o n z o n eo fw a t e rs o u r c ef r o mt h ee c o n o m i c a lv i e w c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a l d i v i s i o nm e t h o d ，i th a sv e r ys t r o n gm a n e u v e r a b i l i t y i tp r o v i d e sa r e a s o n a b l y 太原 甲1 人学硕p 研究牛学位论文 a n de f f e c t i v e l yd i v i d e dm e t h o df o r t h es c i e n t i f i cd i v i s i o no np r o t e c t i o nz o n e b o u n d a r y ( 3 ) p r o t e c t i o nz o n eo fw a t e rs o u r c ei ss c i e n t i f i c a l l yd i v i d e d ，n o t o n l y c o n s i d e r i n gt h es c o p e o nw a t e ra r e ab u ta l s oc o n s i d e r i n gt h es c o p eo nl a n da r e a a c c o r d i n gt h es u p p l yr e l a t i o nb e t w e e nr i v e rw a t e ra n dg r o u n d w a t e r ，t h ep a t ho n l a n dp o l l u t i o ni n t a k et h er i v e r ，a sw e l la st h er e l a t i o nb e t w e e nr e c h a r g i n ga n d d r a i n i n gi nd i f f e r e n th y d r o g r a p h i cp h a s ea n dt h ev a r i a t i o no fp o l l u t i o nw a y ，t h e p a p e rd i s c u s s e sac l a s s i f i c a t i o nm e t h o do fl a n dz o n eo nr i v e rp r o t e c t i o nz o n eo f w a t e rs o u r c e ( a f t e rs c i e n t i f i c a l l yd i v i d i n gt h ep r o t e c t i o nz o n eo fw a t e rs o u r c e ，w a t e r s o u r c 宅p r o t e c t i o na d m i n i s t r a t i v ea g e n c ym u s tb ee s t a b l i s h e d p r o t e c t e dw a t e r s o u r c er e g u l a t i o n sa r e p r o m u l g a t e d p r o t e c t e d w a t e rs o u r c em e a s u r e sa r e c o r r e s p o n d e d k e yw o r d s ：t h el o e s s a l t i p l a n o ，r i v e r w a t e r s o u r c e ，p r o t e c t i o n z o n e d i v i s i o n ， s e d i m e n t p o l l u t i o n ，w a t e r - q u a l i t y m o d e l ， o p t i m i z a t i o nm o d e l v 太原理+ l 人学硕l 二研究生学位论文 符号说明 c - _ 一污染物浓度( m g l ) f _ 时间( s ) d r _ - - - x 方向的扩散系数( m 2 s ) 巩1 方向的扩散系数( m 2 s ) l l r 一水流工方向的流速分量( m s ) ) r 一水流y 方向的流速分量( m s ) 酪辑染物的降解速率( d 1 ) c 卜轲流中污染物的本底浓度( r a g l ) 陋流入流出反应器的物质流量( m 3 s ) 鼠r - 污染物的源与汇 良河流平均宽度( m ) g 重力加速度( m s 2 ) _ 羽流水力坡降 | i l j 可流平均水深( m ) 【在x 处河水的b o d 浓度( m g l ) 口一工一0 处河水的b o d 浓度( m g l ) d - 在x 处河水的溶解氧的浓度( m g f l ) d 口一x 一0 处河水的溶解氧的浓度( m g l ) 阻在x 处河水的溶解氧亏的浓度( m g l ) d o x 一0 处河水的溶解氧亏的浓度( r a g l ) 卜一离排污口( x = 0 ) 的河水流动距离( m ) 硒b o d 的衰减( 耗氧) 系数( 1 s ) 配一河水复氧系数( 1 s ) d r 诃水在某温度时的饱和溶解氧浓度( m g l ) b 可水纵向弥散系数： 1 有机氮浓度( m g - n i , ) r 氨氮浓度( r a g - n l ) v i 太原理i 、宁硕十研究7 卜学伊论之 j v 3 亚硝酸盐氮浓度( m g n l ) | 一自酸豁氮浓度( m g - n l ) 一总氮的浓度，( m g n l ) | i l 河流平均深度( m ) 廿一总的环境费用( 元) 卜单位区域内环境管理的行政费用( 元) 卜单位区域内环境整治的费用( 元) 卜一单位区域内由于保护区的划分带来到经济损失估值( 元) x r 一第i 中污染物的衰减距离( m ) c i 一第f 中污染物的浓度( m g l ) 瞄一第f 种污染物的衰减系数( 1 d ) 7 第i 种污染物有泥沙引起的污染物浓度变化系数( 1 d ) 笫i 种污染物的排放浓度( g s ) 磊第f 种污染物根据容量测算出的允许排放总量( t ) 卜第f 种污染物的排放时间( s ) o 第f 种污染物在相应保护区的限制浓度( r a g l ) c i 第i 种污染物的排放浓度( m g l ) c r _ 第i 种污染物的允许排放浓度c r a g l ) 9 一废水排放量( m 3 ) v i i 声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文。是本人在指导教师的指导下， 独立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的 法律责任由本人承担。 论文作者签名：鸳龇日期：垒址 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保管、使用学位论文的规定，其 中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印 件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文； 学校可允许学位论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的， 复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容( 保密学位论文在解密后遵守此规定) o 导师签名： 太原理1 ：人学硕十研究t 学付论文 第一章文献综述 1 1 我国集中式供水水源地保护概述 随着全球性危机的加剧，水资源短缺已成为世界各国关注的焦点问题之一，其中水 环境污染的问题更是受到各国政府的高度重视。而在各类水体的污染中，饮用水水源地 所遭受到的威胁尤为严重，因此也越来越多地引起社会公众和各国政府的广泛关注。 我国1 9 8 4 年颁布中华人民共和国水污染防治法，并开始依法建立生活饮用水水 源保护区。1 9 8 9 年国家环境保护局等部门联合颁布了饮用水水源保护区污染防治管理 条例，对饮用水水源保护区的划定划分作了原则性规定【“，同时大部分省、市都制定了 关于水源保护区的地方法规、规章【2 】。1 9 9 2 年国家环保局污染管理司发布了饮用水源 保护区划分纲要，规定了饮用水源保护区划分的基本技术要求。2 0 0 6 年2 月正式发布 的国务院关于落实科学发展观加强环境保护的决定，这个决定特别强调了饮用 水源的保护问题。决定规定：要切实加强饮用水水源保护，建设好城市备用水源， 解决好农村饮水安全问题。要坚决取缔水源保护区内的直接排污口，严防养殖业污染水 源，禁止有毒有害物质进入饮用水水源保护区，强化水污染事故的预防和应急处理，确 保群众用水安全【3 】2 0 0 7 年1 月国家环境保护总局制定颁布了饮用水水源保护区划分 技术规范( 哪，r 3 3 8 2 0 0 7 ) ，规定了地表水饮用水水源保护区、地下水饮用水水源保护 区划分的基本方法和饮用水水源保护区划分技术文件的编制要求。 集中式生活饮饮用水水源保护区( 以下简称水源保护区) 一般是指以集中供水取水 口为中心的地理区域在水源取水口一定范围内的水域和陆域划定的保护区域，分为一级 保护区、二级保护区和准保护区。任何一个水源地保护区都包括二至三个分级保护区。 因为所涉及的陆域面积很大，水域面积很长，而且多数保护区处在热闹的市中心之外， 这就导致在保护水源地的过程中不可避免的出现监管不到位的现象。 我国地面水环境质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 水质评价项目共计1 0 9 项。其中地表 水环境质量标准基本项目2 4 项，集中式生活饮用水地表水水源地补充项目5 项和特定 项目8 0 项。集中式生活饮用水水源水质要求达到i i 类标准，在我国很多地区由于区内 水质恶化，饮用水水源水质降至i i i 类，目前，我国主要的大中型城市只有2 3 的居民饮 用水符合卫生标准，小城镇和农村饮用水合格率更低i 钔。保护饮用水源、维护饮水安全 太原理，i 人学硕士研究生学位论文 是关系国计民生的一件大事。对饮用水水源地开展深入的研究，科学地划分水源保护区 范围，采取合理有效地保护措施实施对饮用水水源地的保护是政府和每一个环境【作者 迫在眉睫、刻不容缓的艰 泊j 务。 1 2 国内外水源保护区划分研究 1 2 1 国外水源地保护区划分研究现状 水源保护区设置仍然是当前应用得较多的一种饮用水水源规划管理技术。欧美许多 国家在水源地保护区方面积累了大量的经验，尤其是德国，水源保护区的建设始于1 8 世 纪，已有1 0 0 多年的历史，至1 9 9 2 年，已建立水源保护区1 9 8 1 5 个【列。 德国划定水源保护区的总原则是【6 】：争取将取水口所在流域区全区划定为水源保护 区，水源保护区至少要包括流域区内取水口上游区；水源保护区内部划出2 到3 个分区， 分级保护；分区一般呈环带状或半环带状，以取水口为中心向外扩展。水源保护区的面 积一方面要足够多，至少满足保护水质的基本要求；另一方面要尽量小，以减少保护区 对当地的生产与经济发展带来的消极影响。德国不同类型水源地保护区的划分方案具体 见表1 1 。 表1 1 德国水源地保护区划分方案【6 l t a b l e l 1t h ep r o j e c to fd e l i n e a t e dt h ew a t e rw e l l h e a dp r o t e c t i o nz o n ei ng e r m a n y 水源类型 级别划分方案 i 级区取水口区 取水口上下游河段各一段，上下游河段长度均以河水日流距离为界，左右 河流 i i 级区 河岸两侧陆地宽度至少分别大于5 0 m 级区河流流域全部或部分流域 i a ：取水口区，取水管道两侧纵深1 0 0 m 以上： i 级区 i b ：取水口附近湖岸带，岸宽1 0 0 m 岸长1 0 0 0 m 以上。 i i a ：湖水水面剩余部分及流入河道卜游水面； 湖泊 i i 级区 b ：湖岸岸宽1 0 0 m 及流入河道下游左右岸宽l o o m ，湖中岛。 i l i a ：l i b 子区，自宽5 0 0 m 2 0 0 0 m ； 级区 i i i b ：湖水流域剩余部分。 i 级区 水库水水面及库岸带纵深l o o m 水库 ( 水库水水面及库岸带纵深i o o m 2 0 0 m ) i i 级区 流入地表河道左右两岸，岸宽1 0 0 m ( 流入河道水域) i i i 级区 水库所在流域区剩余部分( 水库水流域剩余部分：i i i a 、i i i b ) i 级区 取水口区，边界距取水口1 0 m 5 0 m 地下水i i 级区 区界之取水口的距离以地下水5 0 日流程为界 i i i 级区 流域区剩余部分，i i 队区界距取水口2 k m ，剩余部分为i i i b 区。 2 太原理f ：人学硕卜研究生学位论文 美酗爪源保护区划分思路也类似，即：在可能的情况下，将取水i j 上游全部集水区 域划为水源保护l 歪，如集水区跨越数个州，则至少应划至取水口所在州的州界f 5 j 。美国 地方、州及联邦机构主要运用三种方法划分饮用水水源保护区，它们分别是：地形边界 划分法、阶梯式后退缓冲地带法、迁移时间计算法。 下面将这三种划分办法的介绍如下1 7 】： 1 地形边界划分法 若不考虑规模，地形边界定义为地带的海拔。分水岭的地形边界是河流的集水区域 的周界。类似地，次分水岭的地形边界是河流的支流集水区域的周界。这个集水区域是 水源保护区取水口的上坡。 划定水源保护区的一个重要的初始步骤就是划定分水岭区域。在地图上划分分水岭 区域的方法是，划一条线连接取水口上坡地的最高点，地表径流从这里流到取水口。 2 阶梯式后退缓冲地带法 阶梯式后退缓冲地带法是利用地表水的阶梯式后退和缓冲地区降低径流对饮用水 源不利影响，主要目的是在更大程度上过滤地表径流，减慢地表径流并增加地下水的渗 透。 缓冲地区宽度的确定考虑的因素有：地形、当地土地的用途、留出缓冲区的政治和 法律上的可行性、坡度、河流大小和土地所有权。河流型饮用水水源地的典型缓冲带是 沿着河岸，取水口上游的宽度为5 0 到2 0 0 英尺的一个生长植被的土地带。类似地湖泊、 水库型的也可以同样划分。 3 迁移时间计算法 迁移时间计算法计算出的保护区实际上是河流所能到达的区域，而不是一个地区。 该方法是对于一个污染物以与河流相同的流速计算从上游的监测点到取水口的迁移时 间( ) t ) 。得到这个时间使得管理者可以有时间对污染事件做出正确的反映，采取有 效的对策。利用水质流动模型，可以通过具体的水文、地理和水质参数计算迁移时间并 且计算一旦污染时污染物在取水口时的污染水平。 迁移时间( 1 o t ) 方法常用来警示下游污染已经发生，并且提供给管理者时间关闭 下游取水口。因为河流的迁移时间短( 一般以天或小时计) ，因此发7 e 在河流流入取水 口的修复可能是有限的。由于挥发作用一些易挥发的污染物的浓度可能明显减少，污染 物的浓度常常由于河流中的稀释混合和某些过程而降低，诸如光解作用。另外在这个过 3 太原理i ，人学硕t 研究生学能论文 程中，部分水传播的污染物可以粘附在粘土或其他颗粒物上，从而从水体中出来沉积到 河床。 1 2 2 国内水源地保护区划分研究现状 我国是水资源相对紧缺的国家，关系人民群众切身利益的饮水安全状况堪忧，饮用 水供水安全成为摆在环境保护区工作者面前亟待解决的问题。建立水源保护区是保护饮 用水源，保障供水安全的有力手段。欧美一些国家开展这方面的研究较早，我国在这方 面的工作主要是借鉴国外的成果和较为成熟的方法嗍。近几年来，我国的环境工作者也 开展了这方面的研究工作。2 0 0 3 年徐启新等通过对中美水源地管理体系进行比较研究， 指出了国内水源地环境管理的不足。9 0 年代后期杨松茂、李建新、崔建国、林桂兰等人 对水源地保护策略以及水源保护区设置方法进行了研究，并分别就河流型水源地、湖泊 型水源地、水库型水源地、地下水水源地等类型提出了具有针对性的划分技术方案【9 l o 与发达国家相比，我国水源地保护工作无论是在技术上，还是在管理和建设规模上 都存在着较大的差距。许多国家对水源地的保护是完全封闭式的，而我国的大多数水源 地还处于敞开式或半敞开式的状况，甚至有的水源地取水口的水质还不能达到相应的规 范标准要求。据卫生部门的调查统计，在我国有6 5 4 的人口饮用不合标准的水。饮用 水水源地的保护还处于初级阶段，对饮用水水源保护区的划定水准不一，尚在经验积累 过程中。尽管各省市对水源地的保护工作都已经开展，并取得了一定的成效，但是由于 地域、经济、水资源量等方面的影响，饮用水水源保护的工作还有很多不足之处，急需 开展许多基础性的调查、研究和管理工作，科学划定水源保护区的范围，制定合理的饮 用水水源地环境保护规划、保障饮用水源的水质安全显得极为重要和迫切。我国不同类 型水源地保护区的具体划分方案见表1 2 。 1 3 现行划定方法及存在的问题 1 3 1 现行划定方法 1 经验值法 经验值法，就是以取水口水质为保护区划定与利用正确性的判断标准，以多年实践 的实用分区界宽参数为基础的划分方法。 。 4 太原珲 ：大学硕十研究乍学忙论文 表l 一2 国内部分城市水源地保护区设置1 5 。“ t a b l 2p f o j e c to fd e l i n e a t e dt h ew a t e rs o u r c ep r o t e c t i o nz o n ei ns o m ec i t yo fc h i n a 水源省市名称保护区 保护区划分 类磺水域分级方法 名称范嗣 郑州不分级保护区 水井周围2 0 3 0 m 范围 地下水 核心区水井周围半径5 0 m 范围 北京分三级防护区 指定地界( 井口外延2 k m 范围) 主要补给区指定地界 水源水体正常水位为基线向陆 一级保护区 域纵深3 0 m ； 深圳 水源水体正常水位为基线向陆 水库 分三级二级保护区 域纵深2 0 0 m ； 准保护区 水源水体正常水位为基线向陆 湖泊、 域纵深2 0 0 0 m 。 水库 上海 湖岸纵深5 k m 陆域；主要支流 淀山湖 不分级保护区 上溯1 0 k r a 水域。 安徽 饮用水源保护区 取水口周围1 0 0 0 m 水域和5 0 0 m 巢湖 分二级 陆域 巢湖及其沿岸纵深5 k m 的陆域 水源保护区 地，入湖河流 取水口上游1 0 0 0 m 至下游2 0 0 m 一级保护区 水域及其两岸防洪堤内陆域 漳州市 分二级 郑店水文站至市一水厂上游 一水厂 二级保护区 1 0 0 0 m 水域及两岸防洪堤内陆 域 取水口上游3 0 0 0 m 至下游2 0 0 m 一级保护区 水域及其两侧外延l o o m 内陆域 漳州市 分二级 华安县丰山桥至二水厂上游 二水厂 河流 二级保护区 3 0 0 0 m 水域及两侧外延1 0 0 内 陆域 取水口所在河段上游1 0 0 0 m 下 一级保护区 游l o o m 及两岸外延1 0 0 m 的陆 松花江 域 哈尔滨段 分二二级 一级保护区河段范嗣之外上游 4 0 公里，向下游延伸5 公里的 二级保护区 水域和一二级保护区河段沿两 岸外延5 公里的陆域 5 太原理i ：人学硕- f 研究生学位论文 目前在国内应用经验值法一般划分为两级保护区，对于河流型饮用水水源地的划分 方案主要为： ( 1 ) 取水1 3 所在河段上游不小于1 0 0 0 m ，f 游不小于1 0 0 m 的河道为水域长度，按 5 年一遇洪水所能淹没的区域作为保护区水域的宽度；陆域沿岸长度不小于相应的一级 保护区水域河长，陆域沿岸纵深与河岸的水平距离不小于5 0 m 。 ( 2 ) 在一级保护区的上游侧边界向上游延伸不得小于2 0 0 0 m ，下游侧外边界应大于 一级保护区的下游边界且距取水口不小于2 0 0 m 为二级保护区长度，二级保护区水域宽 度包括整个河面；二级保护区陆域沿岸长度不小于二级保护区水域河长，沿岸纵深范围 不小于2 0 0 0 m 。当水源地水质受保护区附近点污染源影响严重时，二级保护区陆域范围 必须包括污水集中排放的区域。当一级保护区外围以面源为主要污染源时，对于流域面 积小于1 0 0 k m 2 的小型流域二级保护区可以是整个集水范围。 2 模型计算法 数值模型一般由包括若干个描述研究区域 ，溶质运移动态规律的数学微分方程和 刻画研究区域的定解条件( 初始条件和边界条件) 的数学表达式的两个部分组成。这个 模型应该能够刻画出实际系统的数量关系和空间形式，在最大程度上具有再现系统的功 能埘 数值模型计算的方法主要是通过模拟岸边污染物的衰减过程，并根据地表水环境 质量标准( g b 3 8 3 8 2 0 0 2 ) 要求的各级保护区的标准限值，污染物衰减到此标准限值的 距离来确定保护区的范围。该方法主要是确定水源保护区水域的长度，对于水域宽度和 陆域的确定方法，都同经验值法。 1 3 2 现行划定的保护区存在的问题 现行的保护区的划分方法绝大多数都是依据1 9 8 9 年四部一委( 卫生部、建设部、 水利部、地矿部、国家环保总局) 颁布实施的饮用水水源保护区污染防治管理规定 ( 以下简称规定) 划定的。该规定仅仅对水源地保护区的水质进行了定量要求，而对保 护区的范围却没有提出明确的划分方法，不仅执行起来没有依据，而且也给保护区的范 围划定留下问题。 对于水源地保护，虽然先后实施污染源整治、总量控制、排污许可证和排污交易制 度等一系列措施，对控制水源地工业污染源、畜禽污染源取得一定成效，但水源地仍然 面临严峻的环境压力。1 9 9 6 年国家环保局组织对全国环境保护重点城市饮用水水源地环 6 太原理j 人学顺十研究1 ：学p 论之 境保护情况进行调查，报告显示有8 3 ，3 1 f l 3 地农水源、2 7 7 1 的地下水源达不到标准。 除了客观因素外，我们不得不承认这样一个现实：法制不健全，执法力度不够，片面地 追求经济效益，管理不合理，技术措施不当等，都突出了人为因素的影响。 1 水源保护区划分技术上存在的问题 ( 1 ) 水源地保护区的划分技术缺乏统一的标准，各地保护区划分工作随意性较大， 地方各自为政，自行制定划分方法，缺乏科学性。就目前国内现有的水源地保护区，可 以看出划分工作随意性比较大( 详见表1 - 2 ) ，在一定程度上制约了保护区作用的发挥。 ( 2 ) 由于我国水源地保护区工作起步晚，一直缺乏保护区划分技术规范，划定的 保护区范围大多都是指定范围的水域和陆域，没有经过科学的计算，科学性较差，保护 区作用不能得到充分发挥。 2 水源保护区管理上存在的问题 ( 1 ) 划定方法不统一。没有明确的管理制度，尤其在涉及跨界水源时，因保护区 定界及管理等方面的原因，导致上下游纠纷不断。 ( 2 ) 管理部门不统一。长期以来，我国水源地的管理部门各不相同，有水利部门、 建设部门，也有地方直接监管或流域管理部门。这种部门不统一的管理，形成各自为政 的局面。使得某一部门颁布的法律法规仅在本部门的管辖范围内有效，对其他部门的约 束力大大减小。当地的水源地管理部门执法、管理职责不明确、或有职无权，从而影响 了水源地的监管力度。同时我国水源工程设施管理与水源地的水质管理分离、水量调度 与水质管理分离、原水管理与城市供水系统管理分离。在这样的管理分割和分离的状况 下，由于牵涉部门多，因此水源地管理、建设、保护大打折扣。 ( 3 ) 措施落实不到位，缺乏有力的监督系统。虽然针对水源保护区制定了一系列 的保护措旌，但很多都仅体现在纸上，没有真正地实旄：在水源保护区上游的排放口没 有实时监测系统，当排污口排污量突然增大时，不能及时发现，或有水源地出现紧急事 故时，没有相应的应急机制来保证事故及时有效地处理。 ( 4 ) 由于经济、社会的不断发展和城镇人口的不断增多，为了满足不断增加的用 水需求，水源地的取水量和数量迅速增长，原已划分的保护区大多已经不能满足水源地 保护的要求，需要进行饮用水水源保护区的调整或重新划分。 3 法规制度方面的问题 有关水源地保护区的法律有水污染防治法、中华人民共和国水法、饮用水水 7 a 欧理1 人学硕j ：研究生学位论文 源保护区污染防治管理规定和城市供水条例等，一些地方和专业部门也相应制定 了地方性的法律、规章和规范性芝件。但在不少地区或企业，由于认识、理解f u 管理上 的差距，使得各类法规，规章执行不力，贯彻产生偏差，“有法不依、执法不严、违法 不究”的现象相当突出。在法律制度方面，我国现行饮用水源保护法律制度因其缺少针 对性、操作性不强、制度问相互分隔甚至抵触，存在诸多的法律空白，这些因素势必构 成我国饮用水源法制建设的主要障碍和“瓶颈”。 1 4 课题的提出 建立水源保护区保护水源是我国 水法和环境保护法的要求。全国至今划定 上百个饮用水水源保护区，水准不一，尚在经验积累过程中。2 0 0 7 年1 月出台的饮用 水水源保护区划分技术规范( h j 椰3 8 2 0 0 7 ) 规定了地表水饮用水水源保护区、地下 水饮用水水源保护区划分的基本方法和饮用水水源保护区划分技术文件的编制要求。，但 是每个河流都有自己特殊的地质水文条件和污染特征，尤其对于黄土高原地区的河流。 由于黄土高原地区特殊的地质条件，使该地区的河流不同于别的地区的河流，尤其是黄 河，成为世界上著名的多泥沙河流。因此，黄河多沙和泥沙对黄河水质影响给黄河水资 源保护工作带来了一系列特有的问题和难度。 本课题以我国黄土高原地区河流型水源地为研究背景，针对以上总结出的现行保护 区存在的问题，主要从水源地保护区划分的技术上分析和研究。黄土高原地区水源地保 护区在划分方面还仅仅停留在粗略的划分，并没有一套针对黄土高原地区典型的地理、 地质、水文特征提出具体而又可行的划分体系。这样的划分方法不利于保护黄土高原地 区逐渐恶化的水源环境。因此本论文采用数值计算的方法，利用河流中污染物的迁移扩 散规律，并考虑黄土高原地区河流的基本水文特征，河流中污染物的污染方式、污染途 径、污染源分布等诸多与污染物相关的因素，通过科学的计算划分出河流型水源地保护 区，提出明确合理的水源保护区管理措施，有效地保护黄土高原地区河流型水源地。 1 5 主要研究内容及创新点 1 5 1 主要研究内容 本文以黄土高原地区的主要水系为例，针对该区河流特殊的水文条件和污染特征展 8 太原理j ：人学硕十研究生学f ，论文 丌研亢，远用污染物随流迁移的扩散方程，构建污染物迁移模拟方程，进行了泥沙污染 模拟并干u , e f l 环境经济学中的费用效果分析，考虑距离与整个区域的环境代价之间的关 系以及河流中主要污染物的排放浓度与治理费用之间的关系，固定一个要达到的环境水 质标准；运用最小费用法，构建了河流型水源地保护区划分的最优化模型。通过模型求 解来寻求保护区的距离和河流中典型污染物浓度的最佳关系。 1 5 2 创新点 本课题的创新点主要表现在以下方面： 1 基于黄土高原的典型地质条件，致使该区域多为含沙河流。根据这一特点，以及 河流的水文条件，流域内的污染源分布，以及主要的污染方式和途径等进行研究，引入 了泥沙污染对河流水质的影响。 2 在污染物迁移模拟中，以河流二维水质模型为基础，构建了典型河流水源地保护 区的范围与河流中污染物浓度之间的关系，得到距离与浓度之间的关系式，建立了黄土 高原地区河流主要污染物的迁移转化模型。 3 通过建立水源地保护区的经济最优划分模型，从经济的角度为河流的水源地保护 区提供了科学的划分方法。该模型应用最优化与污染物的迁移扩散相结合的模式，并在 模型中考虑了环境费用与环境代价，把经济效益引入到模型中。 4 从河水与地下水的补给关系、不同水情期的补排关系、污染方式以及陆域内的污 染源排放情况等方面论述了水源保护区陆域范围的划分思路。 9 太原理i ：人学坝 ! j 究生学位论文 第二章黄土高原地区的流域特征 2 1 黄土高原地区自然环境m 1 2 1 1 黄土高原地区的地貌 黄土高原地区现有6 0 多万k m 2 土地。长期以来，由于自然地理方面的原因和人为 破坏，造成黄土高原地区水土流失情况严重，干旱、风沙灾害频繁。 黄土高原地区大地构造单元属华北断块主体部分，恰好位于我国宏观地貌结构的第 二阶梯，正处于平原向高原过渡地带。地势大势是从西北向东南倾斜，境内最高海拔为 5 2 5 4 m ( 祁连山岗什卡峰) ，最低海拔为9 8 m ( 河南荥阳县官庄峪) 。高原四周被断裂带 所限，表现为山体包围。 黄土高原东起太行山；北界始于河北省宣化，经怀安至山西省天镇县，沿外长城( 山 西省与内蒙古交界线) 至右玉县后，越过长城进入内蒙古和林格尔县、再沿和林格尔一 准格尔旗的黄土丘陵( 包括清水河县) 经伊金霍洛旗东部到陕西省神木县，再沿陕、蒙 边界到宁夏盐地县同心县的黄土丘陵区；西界至甘肃省景泰县，烟乌鞘岭之青海省门源 县，经西宁市至湟源县日月山，南行经贵德之同仁县，东折入甘肃省临夏县自治州为止； 南界西起宁夏回族自治州西南部黄土残塬丘陵地。 黄土高原的范围包括山西省全部，陕西省的北部和中部，甘肃省中部和东南部的大 部分，宁夏回族自治区的南部，青海省的东北部，河南省西北部，以及内蒙古自治区南 部和河北省西北部的少数县份。共跨8 个省( 自治区) ，合计2 6 4 个县市，按行政区界 线计算，黄土高原的土地总面积为5 1 7 万k m 2 ( 比自然界线的面积要大) ，占全国5 3 ； 这片广大地区正好位于我国沿海地区发达地区与西部待开发地区之间，处于“承东启西” 的重要地位。 2 1 2 气候特征 黄土高原属温带暖温带大陆性季风气候，位于我国东南湿润区和西北干旱区之间 的过渡带。气候特征表现为：夏季暖热多雨，冬季寒冷干燥，春温高于秋温，秋雨多于 春雨。与同纬度华北平原相比，因海拔较高而气温偏低，位居内陆湿度偏旱。黄土高原 地区太阳辐射强，日照时间长，年总辐射量达5 0 x 1 0 9 6 3 1 0 9 j m 2 ，全年日照时间数 1 0 太原理1 人学硕十研究生学伊论文 为2 0 0 0 3 1 0 0 h 。年平均气温4 c ( 西北) 1 4 c ( 东南) ，1 月为- 8 。c ( 西北) 2 ( 渭 河谷地) ，7 月各地均超过2 2 c 。年降水量2 0 0 7 0 0 m m ，出于距