（市政工程专业论文）渭河陕西段水环境污染和水环境容量的计算模拟.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 渭河陕西段水环境污染和水环境容量的计算模拟木 专业：市政工程 研究生：孙程 导师：王晓昌教授 摘要 渭河是关中地区最大的河流，是该地区主要的地表水水源。但随着陕西省国民 经济的飞速发展，工农业用水量不断上升，排入渭河的污染物质逐年增加，渭河已 基本丧失了其原有功能。通过对渭河干流1 3 个监测断面及其支流的p h 、电导率、 水温、浊度、c o d 。b o d 。、n h 。一n 、t n 、t p 、重金属等水质指标进行分析，结果表明 渭河水质整体属于重度污染，水质状况劣于地表水质v 类标准，污染成分以有机污 染为主。利用地理信息系统( g i s ) 在空间数据输入与处理方面的优势，分析了渭河 流域污染负荷分布特征，计算了渭河流域各地区污染负荷量，并建立了空间与属性 数据相统一的地理信息数据库。分析表明渭河的主要污染来源是生活污水和工业废 水，渭河流域关中地区c o d 。，负荷总量达到5 3 4 4 万吨年，其中工业污染负荷为1 5 7 7 万吨年。 利用e p a - - w a s p 6 水质模型对渭河于流2 0 0 0 年c o d 。，水质变化进行动态模拟， 有效的把握了渭河千流水质变化规律，为渭河污染治理提供依据。并应用w a s p 6 水 质模型模拟计算了渭河干流的水环境容量，在9 0 流量保证率下，渭河干流陕西段 的c o d 。环境容量为1 4 1 8 3 0 3 k g d a y ，达到水环境规划目标应削减现有污染物排放量 的7 7 2 。如果渭河陕西段全程水质要达到m 类水质标准，干流每年需增加水量 1 1 2 亿m 3 ，沿渭城市c o d c ，污染排放量应减少6 0 ，其中渭河西安段污染减少量 达7 9 。 渭河的治理，首先应减少上游的工农业引水量，保证渭河干流必要的生态流量， 而关键则在于沿河各城市有效治理重污染企业，特别是小规模造纸厂，提高污水处 理率，减少排污。 关键词：污染负荷地理信息系统( g i s ) w a s p 6水环境容量 $ 西安建筑科技大学与日本九州大学国际合作项目 西安建筑科技大学硕士学位论文 s t u d y o np o l l u t i o nc a l c u l a t i o na n dw a t e re n v i r o n m e n t c a p a c i t y s i m u l a t i o nf o rw e i h er i v e ri ns h a a n x i s p e c i a l t y ：m u n i c i p a le n g i n e e r i n g a u t h o r ：s u nc h e n g s u p e r v i s o r ：p r o f w a n gx i a o c h a n g a b s t r a c t w e i h er i v e ri st h eb i g g e s tr i v e ra n dp r i n c i p a ls u r f a c ew a t e rs o u r c ei ng u a n z h o n g b a s i n n o w a d a y s ，w i t h t h ef a s tu r b a n i z a t i o no ft h i sa r e a ，p o p u l a t i o nh a si n c r e a s e dq u i c k l y , a n di na d d i t i o nt oa g r i c u l t u r e ，i n d u s t r i a la n dc o m m e r c i a la c t i v i t i e sh a v eg r e a t l yi n f l u e n c e d t l l ew a t e re n v i r o n m e n to fw e i h er i v e r l a s ty e a r , s e v e r n lp a r a m e t e r sw e r em o n i t o r e df o r w e i h er i v e ra n di t ss o m eb r a n c h e ss u c ha sp h ，c o n d u c t a n c e ，w a t e rt e m p e r a t u r e ，t u r b i d i t y , c o d m n ，b o d 5 ，n h 3 - n ，t n ，t pa n dh e a v ym e t a l t h ed a t ai n d i c a t et h a tt h ew a t e rq u a l i t y i nw e i h er i v e ri sp o o rt h a nt h a to ft h en a t i o n a ls t a n d a r dg r a d evf o rs u r f a c ew a t e ra n d o r g a n i c sa r e t h em a i n p o l l u t a n t s w i t ht h eh e l po f g i s ，t h eg e o d a t a b a s ei se s t a b l i s h e d ，t h e d i s t r i b u t i o no f p o l l u t i o n l o a di sd e s c r i b e da n dt h ev a l u eo f p o l l u t i o nl o a di ne v e r yr e g i o n i s c a l c u l a t e d ，t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ed o m e s t i ca n dt h ei n d u s t r i a lw a s t e w a t e ra r et h ek e y p o l l u t i o n s o u r c ei n g u a n z h o n gb a s i n ，a n d t h ec o d e rp o l l u t i o nl o a da r r i v e s5 3 4 1 0 8 k g y e a r , o f w h i c h1 5 8 1 0 8 k y e a rc o m e s f r o mi n d u s t r i e s w i t ht h eh e l po fe p a - w a s p 6 ( w a t e rq u a l i t ya n a l y s i ss i m u l a t i o np r o g r a m ) ，t h e w a t e rq u a l i t yo fw e i h er i v e ri n2 0 0 0i sm o d e l e d ，w h i c he x p l a i n st h er u l e so fc o d c f t r a n s f o r mi nr i v e re f f e c t i v e l y a tt h es a m et i m e ，t h ew e c ( w a t e r e n v i r o n m e n tc a p a c i t y ) i ss i m u l a t e db yw a s p 6f o rw e i h er i v e r t h ev a l u eo fw e ci sa b o u t1 4 1 8 3 0 3 k g d a y , t h e a m o u n t o f p o l l u t a n t sf l o w i n g i n t or i v e rs h o u l db ec u t7 7 2 a t9 0 p r o b a b i l i t yo f f l o w a n y w a y ，p o w e r f u lm e a s u r e ss h o u l db et a k e nt oi m p r o v ew a t e rq u a l i t y f o rw e i h e r i v e r a b o v ea 1 1 t h ef l o wi nr i v e rm u s tb ee n o u g ht od i l u t et h ei n f l o w i n gp o l l u t a n t s b u t ，i t i sm o s ti m p o r t a n tt oc l o s ep a p e rm i l l sa n dd e c r e a s et h ep o l l u t i o nl o a di n t ot h er i v e r k e y w o r d s ：p o l l u t a n tl o a d ，g i s ，w a s p 6 ， w a t e re n v i r o n m e n t c a p a c i t y ( t h ep r o j e c ti ss u p p o r t e db yt h ei n t e r n a t i o n a lc o 。o p e r a t i o nb e t w e e nx i a nu n i v e r s i t yo f a r c h i t e c t u r e t e c h n o l o g y , c h i n am a dk y u s h u u n i v e r s i t y ，j a p a n ) 声明 y 6 1 6 7 8 9 本人郑重声明我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，也不包含本人或其他 人在其它单位己申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同 志对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：。饧、葡逸l 一日期：加六f 。，7 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、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、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：翻一舞乞导师签 注：请将此页附在论文首页。 日期：年f 、，7 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 研究背景 1 绪论 渭河是关中地区第一大河流，发源于甘肃省渭源县的鸟鼠山，流经甘肃、宁夏、 陕西三省，至陕西潼关入黄河，是黄河最大支流。陕西省境内渭河长5 0 2 k m ，流经宝 鸡、成阳、西安、渭南等地市，流域面积3 3 8 万k m 2 ( 不包括泾河、洛河) 。北岸大 支流有金陵河、千河、漆水河、石川河、泾河、洛河：南岸支流较多，沿秦岭素有 7 2 峪之称，较大支流有石头河、黑河、沣河、灞河等”。 渭河流经的关中地区，是陕西省国民经济发展的中心，该地区工业集中、人口密 集、农业发达。渭河为关中地区的主要河流，是该地区主要的地表水水源。一方面， 由于渭河流域大部分地处黄土高原，地表植被状况较差，在降雨径流冲刷作用下，大 量泥沙与污染物随地表径流流入渭河；另一方面，随着关中地区经济的快速发展和人 口的增长，工农业用水量逐年上升，渭河流量逐年下降；加之该地区缺乏完善的排水 体系，向渭河中排入的污水量逐年增加，严重污染了渭河的水体，渭河实际上成了接 纳污水的排污河，使水资源供需矛盾更趋紧张，制约了关中地区经济的发展，同时也 带来了一系列环境方面的问题。因此，对渭河流域水环境的污染分析和水环境容量的 计算模拟将为渭河的治理提供依据，促进关中地区的可持续发展。 本课题组与日本九州大学楠田哲也教授签署了国际合作研究协议，共同进行日 本科学技术振兴事业团项目黄河流域水资源可持续利用与管理第2 专题城市 水循环系统研究和构建节水型城市的技术开发的研究。本文的研究内容为该专题 的一部分。 黄河流域水资源可持续利用与管理项目是日本科学技术振兴事业团实施的 “战略性创新研究推进事业”的重点研究计划水循环系统模拟和利用系统的重点 项目之一。该计划于2 0 0 1 年底开始实旌，共重点资助6 个项目，完成时间为5 年， 每个项目资助强度为2 - - 1 0 亿日元( 约合1 3 0 0 万 - - ，6 5 0 0 万元人民币) 不等。这些 项目都是针对全球范围，尤其是包括中国在内的亚洲地区的水环境问题，运用先进 的数学模拟工具，进行水环境预测，在可持续发展的原则下，为各国的水环境保护 和经济发展提供决策性依据。黄河流域水资源可持续利用与管理这一项目则是针 对黄河流域水资源不足，严重影响流域可持续发展的问题，对黄河流域的水循环、 西安建筑科技大学硕士学位论文 淡水供给、农业生产、土壤侵蚀、泥沙输送、污染负荷和净化等功能进行全面观测， 建立数学模型，研究开发水环境预测方法，同时研究农业节水技术、城市节水技术 和系统，达到降低水资源需求量的目的。在此基础上，提出满足流域可持续发展方 针( 经济效益、生态系统保护、地球环境负荷降低) 的水循环系统设计方法。 黄河流域水资源可持续利用与管理共包括以下5 个专题： ( 1 ) 干旱地区的水循环系统研究和节水型农业技术开发； ( 2 ) 城市水循环系统研究和构建节水型城市的技术开发； ( 3 ) 高浓度泥沙输送机理和河床变迁过程研究； ( 4 ) 流域水循环模拟和水资源分配； ( 5 ) 水资源需求量预测。 图l 一1 渭河流域 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 - 2 河流水质模拟的研究现状和发展趋势 水质模拟模型的形成和发展已经经历了半个多世纪，大致可以分为以下几个发 展阶段。 1 9 2 5 1 9 6 0 年为水质模型发展的第一阶段( 基础阶段) 。在这一阶段中，水质 模型的研究处于最初时期，s t r e e t e r 和p h e l p s 共同研究并提出了第一个水质模型， 后来科学家在其基础上成功的运用了b o d - - d o 模型于水质预测等方面。 从1 9 6 0 1 9 6 5 年，在s p 模型的基础上有了新的发展，将其用于比较复杂的 系统。引进了空间变量、物理的、动力学系数。温度作为状态变量也引入到一维河 流和水库模型，水库( 湖泊) 模型同时考虑了空气和水表面的热交换。水力学方程、 平流扩散方程作为水质迁移过程的基本描述而被用于水质模拟。简单的一维稳态模 型开始在水质管理中应用。 不连续的一维模型扩展到包括其他来源和丢失源是在第三阶段即1 9 6 5 1 9 7 0 年期间的研究。其他来源和丢失源包括氮化物耗氧、光合作用、藻类的呼吸以及沉 降、再悬浮等。一维的网络系统被用于描述两维的垂直混合体系。计算机的成功应 用使水质数学模型的研究有了突破性的发展。 在1 9 7 0 1 9 7 5 年期间，水质数学模型已经发展到变成相互作用的线性化体系。 生态水质模型的研究处于初级阶段。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，更高维数的模型不断的被发展，关键问题是在进行永质模型研 究中需要有足够的数据i ”。 在最近2 0 年中，科学家的注意力逐渐的转移到改善模型的可靠性和评价能力的 研究。随着计算机技术的高速发展，包括各种变量的更综合的水质模型层出不穷。 目前，模拟河流水质的稳态模型主要有s p 模型及其修正形式、q u a l 2 e 综合水质 模型、s t e a d y 模型等，动态模型主要有w a s p 系列模型、c e q u a l r i v l 模型、w q r r s 模型、h e c 5 q 模型等i 一】。地理信息系统( g i s ) 与水质模型有机结合，扩展了水质模 型收集、存储、分析、展示海量数据的能力，使之更有效的应用于水质管理和流域 污染治理，是当今水质模型发展的主要趋势州。 1 3 河流水环境容量计算模拟的研究现状和发展趋势 水环境容量比较公认的定义为“水体环境在规定的环境目标下所能容纳的污染 物量”。环境目标、水体环境特征、污染物特性是水环境容量的三大影响因素川。以 西安建筑科技大学硕士学位论文 环境基准值作为环境目标是自然水环境容量，以环境标准值作为环境目标是管理水 环境容量。当前水环境容量研究的主要对象是管理水环境容量，管理水环境容量不 仅和自然因素有关，而且考虑了各种社会和经济因素啡9 1 。 综合有关研究及文献 i o 1 2 ，大致可将水环境容量的计算方法分为解析法、试错 法、系统分析法、概率稀释模型法等u w 。本文采用模型试错法对渭河陕西段水环 境容量进行模拟计算。 模型试错法确定河流水环境容量的基本方法是利用经过实测资料验证过的水质 模型，预测河流水体中的污染物的浓度，将预测值与规定的水质目标进行比较，在 保护水体环境的前提下，用水环境容量计算模型确定允许的污染负荷上限值，即水 环境容量。 水质数学模型是进行水环境容量的计算基础，其精确程度直接影响计算结果的 准确性。目前，越来越多的模型向生态动力学方向发展，由确定性研究向非确定性 分析方向发展，使之更好的反应水体中污染物的迁移、转化和富积规律，从理论走 向真正意义的实践中来，同时建立各环境要素的综合水环境容量理论m 】，这是水质 模型的发展方向，也是水环境容量计算模拟的发展趋势。 1 4 研究方法 本文通过现场调查、实验室研究和水质模型相结合，探明渭河流域污染负荷分 布特点和渭河干流的水环境容量，并根据分析结果提出初步的污染控制方案。 1 4 1 渭河陕西段水质现状分析 通过对渭河陕西段排污企业、水文、水质资料的收集、整理，评价渭河陕西段 的水质污染现状，同时对渭河干流1 3 个监测断面及其部分支流进行考察取样、水质 分析。 1 4 2 渭河陕西段污染负荷分析 借助地理信息系统，对收集的流域资料进行整理，建立污染负荷地理信息数据 库，利用a r c i n f o ( 地理信息系统软件) 对渭河流域的污染负荷分布进行分析，从 而有效的把握污染分布特点。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 4 3 渭河干流陕西段水质模拟 用水质模型模拟渭河干流陕西段的水质变化规律，弥补现场监测费用高，取样 点少的缺点，为渭河的水质管理提供依据。 1 4 4 渭河于流陕西段水环境容量计算模拟 利用经过实测资料验证过的水质模型，预测河流水体中的污染物的浓度，将预 测值与规定的水质目标进行比较，对模型进行反复调试从而确定允许的污染负荷上 限值，即水环境容量。 参考文献； 【1 1 张艳玲陕西省渭河流域水资源和水环境的综合治理研究西北水资源与水工 程，2 0 0 1 ，1 2 ( 4 ) ：4 4 - 4 6 2 】陕西省统计年鉴2 0 0 1 、2 0 0 2 、2 0 0 3 中国统计出版社 【3 】谢永明环境水质模型概论北京：中国科学技术出版设1 9 9 6 【4 wr a u c h m ，h e n z el ，k o n c s o se r e i c h e r te s h a n a h a n l s o m l y o d ye v a n r o l l e g h e m r i v e r q u a l i t ym o d e l i n g ：1 s t a t eo f t h ea r t w a t e rs c i e n c e a n dt e c h n o l o g y 1 9 9 8 ，3 8 ( 11 ) ：2 3 7 - 2 4 4 5 】孙颖、陈肇和、范晓娜、李志群环境及水库水质模型与通用软件综述水资源保护2 0 0 i ，( 2 ) ： 2 7 3 l 【6 】王宁，朱颜明，徐崇刚g i s 用于流域径流污染物的量化研究东北师大学报自然科学 版，2 0 0 2 ，3 4 ( 2 ) ：9 2 9 8 【7 】张永良水环境容量基本概念的发展环境科学研究。1 9 9 2 ，5 ( 3 ) ：5 9 6 1 8 】周密、王华东环境容量长春：东北师范大学出版社1 9 8 7 9 】国家环境保护局，中国环境科学研究所总量控制技术手册北京：中国环境科学出版社1 9 9 0 【1 0 】郑孝宇、褚君达、朱维斌河网非稳态水环境容量研究水科学进展1 9 9 7 ，8 ( 1 ) ：2 5 3 1 【1 1 】刘兰芳、张祥伟、夏军河流水环境容量预测方法研究水力学报1 9 9 8 ，( 7 ) ：1 6 2 0 1 2 】孙卫红、姚国金、逢勇基于不均匀系数的水环境容量计算方法探讨水资源保护2 0 0 1 ，( 2 ) ： 2 5 2 7 1 3 1 龚若愚、周源岗柳江柳州段水环境容量研究2 0 0 1 ，( 1 ) ：3 1 3 3 【1 4 田卫、愈穆清、刘桂琴图们江地区水环境容量及其对区域开发的影响研究地理科学1 9 9 8 ， 1 2 ( 2 ) ：1 6 9 1 7 5 【1 5 张俊大估河干流青岛段水环境容量研究 中国海洋大学研究生学位论文2 0 0 3 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 1 流域基本情况 2 渭河流域环境基本特征 渭河流域关中地区地处陕西中部，西安、宝鸡、咸阳、渭南等大中城市均座落 于内，是陕西省政治、经济、文化、金融及信息中心。但是由于人口增加、经济发 展、用水剧增和排污量不断增大，生态环境恶化、污染加重的双重压力，渭河水环 境严重超载。在本章中，我们讨论渭河流域水环境的基本特征，从中我们可以对渭 河流域污染源的分布特点有一个初步的了解。 2 1 1 人口分布 关中地区地处平原盆地，人1 3 密度大，因此该地区用水集中，污染负荷大。人 口密度沿渭河两岸最大，特别是珏安市、咸阳市地区，人1 2 1 最密集的地区达到3 人 1 0 0 m 2 。人口密集则生活排污集中，而且大部分生活污水未经过处理就直接排入渭 河，造成渭河成阳段、西安段污染严重，水质严重超标。研究区域内各主要城市人 口现状见表2 1 t 1 1 ；人口分布见图2 一l 。 表2 1关中地区人口现状表( 2 0 0 3 年) 地区 人口 面积( k m 2 ) 城市人口 人口平均密度( 人k m 2 ) 西安市 7 0 2 5 9 3 9 9 9 7 73 0 0 0 4 6 37 0 4 咸阳市 4 9 5 6 5 6 3 1 0 2 1 31 0 1 4 2 4 64 8 5 宝鸡市 3 6 5 2 0 8 01 8 0 0 0 8 7 0 8 5 62 0 3 渭南市 5 3 2 6 5 1 0 1 3 1 3 49 5 3 0 9 74 0 6 合计 2 0 9 6 1 0 9 2 5 1 3 2 45 8 3 8 6 6 2 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 1 2 工业分布 图2 1 关中地区人口分布图( 单位：万人) 关中地区是陕西工业布局最密集的地区，称之为“工业走廊”。2 0 0 0 年全区工业 总产值1 4 6 0 亿元，占全省工业总产值的8 2 ；国内生产总值1 4 4 7 亿元，占全省国 内生产总值的8 7 。匹安高新技术开发区、西安经济技术开发区和杨凌农业高新技 术产业示范区等3 个国家级开发区发展迅速，成为全省新的经济增长点。 关中地区工业主要集中在西安、咸阳、宝鸡。关中地区工业基础雄厚，形成了 军工、机械、电子、纺织等传统加工工业优势。另外，新型纺织机械、电冰箱及空 调压缩机、微型汽车、豪华大客车等产品业已形成一定规模。电子工业是新崛起的 支柱产业，可生产电子显像管、无线电通讯导航、彩色电视机、电冰箱、大规模集 成电路、电子计算机等数百个品种。纺织工业是陕西传统的支柱工业和出口创汇行 业。以棉纺为主，毛、麻、化纤、针织、印染、纺机等门类齐全的工业、科研、教 育体系使陕西成为中国重要的纺织工业基地。此外，能源、石化医药、建材、食品、 轻工、冶金、有色金属等工业在国内也有一定的地位和竞争力口j 。 从图2 2 可以看出西安市、宝鸡市、成阳市附近工业企业密集，特别是近年 来，乡镇企业的异军突起，出现了大量规模小，污染大的造纸厂。在某些地方保护 主义和经济利益的驱使下，造纸企业排污一直得不到有效的控制，使其成为渭河最 主要的污染源，据统计造纸企业的c o d c ，排放量达到总工业c o d c ，排放量的6 0 西安建筑科技大学硕士学位论文 咀上。同时，其他类型小型乡镇企业也存在同样的污染问题，如采矿、制药、印染 等行业。 2 1 3 农业灌溉 图2 2 关中地区工业企业分布图 关中地区农业发达，是我国历史上大规模发展农田灌溉的地区之一，因为渭河 的滋润，这里已经成为旱涝保收的宝地。据介绍，关中地区现有耕地2 6 3 0 万亩，占 全省耕地面积的5 6 ；有效灌溉面积1 4 7 0 万亩，占全省有效灌溉面积的7 5 ；农 业总产值2 9 4 8 亿元，占全省的6 4 ；粮食总产量7 5 8 9 万吨，占全省总产量的6 8 。陕西其他大宗农产品的2 3 均由本区生产。现已形成以宝鸡峡、泾惠渠、交口、 桃曲坡、石头河、冯家山、羊毛湾、洛惠渠、石堡川为灌溉主体的九大灌区。在灌 区内，土壤肥沃，耕作条件优越，自古就是富饶之地，素有“八百里粮川”之称【4 】。 关中九大灌区年灌溉需水量为3 8 1 6 亿m 3 ，从地表水年引水量为2 3 1 2 亿m 3 ， 地下水提取量为9 2 0 亿m 3 ，合计3 2 3 9 亿m 3 ，灌区总缺水量为8 2 3 亿m 3 。 关中九大灌区干支渠总长度3 5 8 0 k m ，干渠长9 1 0 k m ，支渠长2 6 7 0 k m 。宝鸡峡、 泾惠渠、交口及洛惠渠四个灌区建有排水系统，排涝面积1 9 9 k h a ，排水干渠3 5 条， 长4 2 4 k m ，支渠2 2 3 条，长1 0 0 7 k m 【”。 灌区的主要作物有小麦、玉米、棉花、油菜及水果等。 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 1 4 气象、水文 关中地区属于温暖带半湿润大陆性气候。太阳辐射量约为1 1 0 1 2 0 千卡 c m 2 年，日照时数2 1 4 4 2 4 4 0 小时，平均气温1 2 1 3 6 ，无霜期2 1 3 2 2 6 天， 可以保证作物7 8 个月的正常生长需要。年平均降雨量5 0 0 7 0 0 m m ，降雨年际变 化大，从图2 3 可以看出在1 9 9 0 一2 0 0 0 年间，以宝鸡市为例h ，1 9 9 0 年降雨量达 到7 8 9 m m ，而1 9 9 5 年只有3 7 8 m m ，相差两倍多。年内分布不均匀，在图2 4 中看出， 冬春夏干旱，秋季易涝，6 9 月的降雨量约占全年总降雨量的6 5 ，且多以暴雨形 式出现。关中地区年蒸发量9 0 0 1 2 0 0 m m 。 + 西安+ 宝鸡+ 咸阳廿渭南 1 0 0 0 o8 0 0 i 6 0 0 窿4 0 0 聋2 0 0 oe 墓一；j 二二二二二二二：二：二二：二二二二二：二二二：二二二二二二二二一： 1 9 9 01 9 9 l1 9 9 21 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 0 年份 圈2 3 关中1 9 9 0 一2 0 0 0 年降雨量图 月份 图2 4 关中1 9 9 0 - - 2 0 0 0 月平均降雨量图 西安建筑科技大学硕士学位论文 关中地区地势低平，水系发达。在渭河高漫滩及一级台地，地下水位2 8 m ， 含水层厚度3 0 6 0 m ，单井出水量1 0 0 0 3 0 0 0 m 3 d ，属极富水带；渭河二级阶地， 地下水位3 1 5 m ，含水层厚度2 0 4 0 m ，单井出水量4 0 0 9 5 0m 3 d ，属强富水带。 渭河在关中地区支流众多，北岸大支流有金陵河、千河、漆水河、石川河、泾 河、洛河。南岸沿秦岭素有7 2 峪之称，较大支流有石头河、黑河、沣河、灞河等。 泾河发源于宁夏泾源县，从长武进入陕西省，经高陵县陈家滩汇入渭河。张家 山水文站多年平均径流量为2 0 亿m 3 ，陕西省境内自产径流量4 3 亿m 3 。总流域面积 4 5 5 万k i t l 2 ，省内河长2 7 5 k m 。流域面积0 9 2 万k m 2 。每年泾惠渠从泾河引水2 5 亿i l l 3 ，甘肃、宁夏引水l 2 亿m 3 。省内主要支流有黑河、达溪河和三水河等。 洛河发源于陕西省定边县白玉山，在大荔县汇入渭河。洛河状头水文站多年平 均径流量8 7 2 亿m 3 。流域面积2 6 9 万k m 2 ，河长6 8 0 3 k m 。主要支流有周水、芦河 和沮水河等。 渭河平原是在断陷盆地基础上形成的河流冲洪积平原。第四系松散堆积物厚度 大、分布广，含水性好，为地下水提供了良好的赋存条件。平原区水系发育，连同 降水为地下水提供了较充沛的补给源，因而地下水资源比较丰富。平原区地下水具 有双层含水结构，上部为潜水，下部为承压水。 秦岭山地区，地表起伏大，基岩分面积广，渗水、储水条件差，以裂隙水、溶 水为主，地下水资源比较贫乏。北部黄土塬沟壑区，地表破碎，岩层储水条件差， 除较大河谷川道地带外，地下水资源普遍贫乏 5 1 。 2 1 5 土壤、植被 关中地区土壤类型比较复杂，主要有楼土、褐土、黄绵土、黑垆土等。楼土是 关中地区主要的农业土壤，广泛分布于渭河各级阶地与黄土台塬。褐土分布于渭河 平原南北低山丘陵地的一种自然土壤。黄绵土主要分布于黄土台塬及黄土塬沟壑区。 关中土壤全氮量一般均在0 0 8 以下【6 】。 关中地区生物多样性比较丰富。渭河平原区以人工生态系统为主体，农作物、 人工林和饲养动物种类较多；而平原南北两侧的山地以森林生态系统为主，野生动、 植物种类繁多，生物资源丰富。图2 5 是日本九州大学2 0 0 3 年制作的的渭河流域 土地利用卫星图，该图是利用遥感解析软件e d r a s 对卫星遥感数据进行解析得到的。 从图2 5 中可以看出，关中地区工业主要集中在西安、咸阳、宝鸡市；沿渭河两岸 有大片的耕地( 农业灌区) 。而渭河上游，春季森林、草地分布广，水土保持较好， 而到了秋季大布份是休耕地，裸地，加上秋夏降雨集中，土壤流失严重，是造成渭 西安建筑科技大学硕士学位论文 河含沙量高的一个原因。 图2 5 渭河流域土地利用卫星解析图 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 2 水环境特征m 关中盆地是一个三面环山向东敞开的河谷盆地，具有相对封闭物能内聚的环境 架构。该架构决定了关中四周山区环境较好，中心平原环境较差的污染分布现象。 另外，山地产流区与平原排泄区强烈的水力联系决定了关中地区水环境的以下特征。 2 2 i 自产自用自养的地理学特征 渭河千流横惯东西，南北支流调节并影响着渭河干流的水量和水质。渭河在宝 鸡市林家村以上水质为i i 类或i i i 类，在潼关入黄河，水质为i 类或类，省际间无 显著的污染迁移。渭河水量取决于关中生态环境，水的调配利用和关中经济发展程 度，水质的优劣取决于关中水环境的保护。这种自产自用自养的地理学特征，决定 了关中水环境必然是自我保护、自我约束的水环境管理机制。 2 2 2 深厚多层地下含水层的水文地质学特征 关中盆地堆积有深厚的松教沉积物，形成了良好的地下水贮存场所。地下含水 层不仅多，而且深厚，中间夹有多层不连续弱透水隔层，常组成上部浅水，下部多 层承压水的双层构造，使整个渭河及其支流沿岸成为良好的地下水源地。河流与两 侧地下水保持着高度的水力联系，互为补充。这一特征缓解了污染与饮用水源的矛 盾冲突，对保证饮水安全有重大的影响。 2 2 3 无大量污染物聚集突发迁移的水力学特征 渭河关中段，除在宝鸡峡建有一处引水工程外，干流上再无一处水库，南北两 山的石头河水库、黑河水库、冯家山水库、桃曲坡水库等基本上是i i 、i i i 类水质。 沿秦岭北坡的支流均无大污染企业，也不适宜建设大的工业企业。因此，在洪水期， 泻洪、蓄洪都不涉及大量污染物的突发性迁移。这一特征缓解了渭河突发性水污染 事故的发生率，有利于社会的稳定。 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 2 4 以有机型污染为主的产业特点 渭河1 3 个监测断面，多年来重金属离子含量均符合i 、i i 类水质标准，主要污 染物是c o d 和氨氮。关中农业发达，以麦草为资源的造纸业，以农产品为原料的啤 酒酿造业发达。改革开放以来，市县企业和乡镇企业快速发展，尤以造纸业为最， 都使得渭河c o d 、氨氮成为主要污染物。以造纸为主的有机型污染，决定了渭河污 染控制的主要行业、因子和对策。 2 3 永资源状况m 2 3 1 水资源缺乏 关中多年平均水资源总量为8 2 0 3 亿立方米，其中地表水7 3 6 9 7 亿立方米，地 下水5 3 4 l 亿立方米，重复量4 5 0 8 亿立方米。 表2 2 关中不同保证率下的水资源总量表 lp ( )2 0 5 07 59 5 iq ( 1 0 8 m 3 ) 9 4 9 87 7 5 56 1 5 84 4 5 0 按关中水资源总量多年平均量计算，关中人均、亩均水资源量远低于全省人均、 亩均水资源量，更低于全国人均、亩均水资源量。根据国际水资源丰富程度指标， 关中地区属于水资源贫乏地区，为资源型缺水区，也有工程性缺水和污染性缺水问 题。 2 3 2 年际变化大，年内分配不均，调节代价高 统计资料表明，关中干旱频次多，持续时间长，素有“十年九旱”之说。天然 径流年际变化特点是丰枯交替，存在不同长度的连续枯水或连续丰水段。关中地区 主要河流有泾河、洛河、渭河，其中年平均径流量分别为2 0 1 3 亿立方米、9 9 7 亿 立方米7 0 2 4 亿立方米，最大年径流量分别为4 2 8 亿立方米、2 0 + 6 亿立方米、1 5 4 5 亿立方米，最小年泾流量分别为9 7 4 亿立方米、5 7 1 亿立方米、2 4 3 亿立方米。 径流极值比为4 3 9 、3 6 1 、6 3 6 。年内4 个月份可得6 0 的降雨和5 0 一7 0 的径流 量，而3 - 6 月作物最需要水的季节仅有2 0 的降雨，来水与需水极不协调。 西安建筑科技大学硕士学位论文 2 3 3 河流泥沙问题突出，利用困难，开发成本高 泾、洛、渭河均为多泥沙河流，多年平均输沙量为2 4 7 、0 8 4 和1 2 7 亿吨。 河水含沙量一般为1 5 0 公斤立方米左右，最大可达1 4 0 0 公斤立方米。河流含沙量 高，一方面影响直接利用；另一方面易造成水库、渠道淤积，影响水利工程的功能。 据统计，1 9 9 5 年关中地区百万方以上水库已淤积3 5 亿立方米，占总库容的2 1 4 。 据近期测算，关中蓄水工程吨水投资约为5 6 元吨年( 1 8 0 0 - - 2 2 0 0 元吨日) ，最 大8 元吨年( 2 9 0 0 元吨日) 。 2 3 4 水资源分布与社会经济要求不协调 关中约占全省面积的2 7 ，却集中了全省5 2 的耕地、7 5 的灌溉面积，6 0 的人口，8 0 的工业。而水资源量仅占全省地表水资源总量的1 7 7 ，人均亩 均水资源量仅为全省人均亩均水资源量的2 9 和3 4 。由于某些月份来水和用水之 间在数量上存在着矛盾，以及汛期洪水径流量所占比重过大，且多含泥沙，给水库 调节造成一定困难，对于基本无调节工程的渭河，其汛期径流大部分流失。关中无 论水资源量，还是年内分配，还是区域用水需水量，都明显表现出不协调性。 参考文献： 【1 陕西省人1 2 1 志2 0 0 0 2 】陕西省工业志2 0 0 0 【3 】陕西省农业志2 0 0 0 4 1 陕西省统计年鉴1 9 9 0 2 0 0 0 中国统计出舨社 【5 】王永胜关中抽捐灌区农田非点源污染及水源保护研究西安建筑科技大学博士学位论文 2 0 0 0 年6 胃 6 蒋定生等，晋陕蒙接壤地区土壤抗冲性与水土保持措施体系配置，水土保持学报 1 9 9 5 9 【7 】张艳玲陕西省渭河流域水文特性分析i ! ! i 2 t 水资源与水工程2 0 0 2 ，1 3 ( 2 ) ：6 2 6 4 【8 】“防污减灾”课题组西北地区防污减灾对策研究”课题综合报告，2 0 0 2 8 西安建筑科技大学硕士学位论文 3 渭河陕西段水质现状分析 3 1 渭河干流水质监测概况 陕西省环保局在渭河干流上共设省控水质监测断面1 3 个( 见图3 1 ) ，第一个 林家村为进入陕西省对照断面，其余1 2 个断面控制宝鸡、咸阳、西安、渭南四地市 河段的水质状况。监控河长4 9 5 公里，每年取得监测数据1 5 0 0 个。 w 1 林家村、w 2 卧龙寺桥、w 3 虢镇桥、w 4 常兴桥、w 5 兴平、w 6 南营、w 7 成阳铁桥、 w 8 天江人渡、w 9 耿镇桥、w 1 0 新丰镇桥、w 1 1 沙王渡、w 1 2 树园、w 1 3 潼关吊桥、 b 1 、水流b 2 华胥、b 3 蓝田、z 1 六村堡、z 2 北石桥、z 3 韦曲 图3 1 渭河监测断面分布图 从渭河干流1 9 9 6 2 0 0 2 年的水质监测数据( 表3 1 ) 可以看出，渭河水体己 遭受严垂污染，已经失去作为饮用水源和一般工业用水水源的利用价值；渭河呈有 机型污染，宝鸡、咸阳、西安、渭南各河段水质均超过了v 类标准。与农田灌溉 水质量标准( g b 5 0 8 4 - - 8 5 ) 比较可知，渭河水质尚满足农田灌溉的要求。但是目前 西安建筑科技大学硕士学位论文 水体仍有进一步恶化的趋势，如果不及时采取有效的保护措施，农田灌溉这一功能 也会丧失。 表3 1 1 9 9 6 2 0 0 2 年渭河水质监测多年平均值统计表单位：m g l 亚硝 溶解高锰酸生化需总氰石油 断面名称氨氮酸挥发酚汞六价铬 氧盐指数氧量化物类 盐氮 林家村 9 13 5 1 9l - 1 60 0 6 1o 0 0 1 0 0 0 1 1 4 0 0 0 0 0 l 0 0 0 1 70 ，0 5 卧龙寺桥 6 01 5 51 5 21 3 4 00 5 5 40 0 1 40 0 0 6 2 90 0 0 0 0 10 0 0 1 70 8 2 虢镇桥 5 61 4 11 4 21 1 9 40 4 2 0o 0 1 10 0 0 6 4 30 0 0 0 2 5 0 ，0 0 1 7 1 o o 常兴桥 7 47 97 01 8 7o 1 9 80 0 0 30 0 0 1 5 70 0 0 0 0 1 0 0 0 1 7 0 9 0 兴平3 22 6 9l o 29 6 60 1 5 10 0 2 l0 0 1 0 4 30 0 0 0 0 10 0 0 8 90 5 4 南营 3 2 2 7 31 0 28 9 8 0 1 4 9 0 0 3 00 0 1 2 1 40 0 0 0 0 10 0 0 8 30 8 0 咸阳铁桥2 96 0 22 1 91 0 2 60 1 4 4o 0 5 10 0 1 0 1 40 0 0 0 0 70 0 4 0 12 5 2 天江人渡 2 34 9 21 9 。98 0 40 1 3 6 0 0 5 80 。0 1 6 2 90 0 0 0 1 20 ，0 6 6 74 0 6 耿镇桥 2 73 7 71 5 88 6 0o 1 1 90 0 3 60 0 0 8 4 30 0 0 0 0 7 0 0 3 0 92 8 9 新丰桥 3 ，02 8 61 0 47 6 8o 1 5 4o 0 3 10 0 0 7 2 90 0 0 0 i 5 0 0 3 8 02 0 0 沙王渡 3 1 2 5 5 3 4 9 9 4 7 0 2 9 0 0 0 0 90 0 0 4 2 90 0 0 0 0 40 0 1 2 31 3 0 树固 3 o3 2 o3 7 o8 8 00 2 7 00 0 1 00 0 0 3 7 l0 0 0 0 0 4 0 0 1 3 61 3 1 潼关吊桥 5 22 1 12 3 18 4 40 2 0 00 0 0 70 0 0 4 4 30 0 0 0 0 60 0 1 1 l 1 1 8 西安建筑科技大学硕士学位论文 3 2 渭河陕西段水质调查 3 2 1 现场水质调查概要 ( 1 ) 水质调查断面 我们对渭河干流及部分支流进行了水质现场考察。主要的监测端面有渭河干流 1 3 个监测端面，支流有皂河3 个监测端面，泾河入渭断面，以及灞河3 个监测端面。 其中渭河干流监测断面与陕西省环保局渭河干流省控监测断面相同，见图3 一l 。 ( 2 ) 水质调查时间、程度 我们共进行了6 次现场水质调查，时间分别是2 0 0 2 年1 0 月、2 0 0 3 年1 月、2 0 0 3 年4 月、2 0 0 3 年8 月、2 0 0 3 年1 1 月、2 0 0 4 年1 月。 现场水质调查的项目有水质分析仪( h o r i b aw - - 2 2 x d ) ，其检测p h 、c o n d ( 电 导率) 、d o 、t r m p ( 水温) 、t u r b ( 浊度) 、s a l ( 含盐量) ；小包装现场水质检测试剂 ( 日本共立理化学研究所) ，其现场检测c o d 。n h 3 一n 、t n 、p 0 4 一p ；同时采集水 样在西安建筑科技大学实验室检测b o d 。；部分水样由日本九州大学实验室对t n