水功能区划分及限制排污总量制订.ppt

水功能区划分及限制排污总量制订 二o一0年十二月三日 南京市水利局 贾锁宝 水功能区划分1水功能区划分的意义2水功能区划分的由来3水功能区划分的原则4水功能区划体系5水功能区划分的程序框图6水功能区划分的方法和步骤7江苏省水功能区划成果8江苏省水功能区管理 主要内容 一 主要内容 二 限制排污总量制订1为什么要进行污染物限排总量制订2制订限排总量的技术路线3水质水量调查分析与计算4入河排污口概化5水质目标浓度的确定6水质水量数学模型选择7计算模型参数确定8水功能区纳污能力计算9污染物限排总量及削减量确定10纳污能力等诸量合理性分析11计算实例 一 水功能区划分的意义 江苏河网密布 河流 湖泊众多 建国以来 在党和政府的领导下 进行了一系列的治水活动 水资源的供给保障了经济社会的发展 但是 随着近年来江苏经济社会的快速发展和人口的增加 水资源匮乏和水污染问题日益严重 特别是污废水排放量急剧增加 而其治理的力度跟不上污染的速度 导致江河湖库水环境恶化的趋势没有得到有效遏制 水污染事故和省际间 地区间水污染纠纷时有发生 水危机已经成为我省实施可持续发展的重要制约因素 为保障江苏经济社会的可持续发展 全面贯彻水法 履行省政府和水利部 三定 方案规定的职责 水利部门开展水功能区划分工作十分必要 同时 水功能区划分工作也是水资源保护规划的基础 也是合理开发 有效利用和保护水资源 强化水资源目标管理的依据 一 水功能区划分 一 水功能区划分 2000年1月21日 水利部以 水规计 2000 28号 文 批复了水利部直属机构水规总院编制的 全国水资源保护规划任务书 2000年2月22日 水利部下发 水资源 2000 58号 文 向各流域 各省 自治区 直辖市水利厅 计划单列市水利局下达 关于在全国开展水资源保护规划编制工作的通知 江苏省水利厅在1999年9月26日提前安排编制 江苏省水资源保护规划 并以 关于编制的通知 苏水文 1999 9号 要求各市开展此项工作 同年12月15日省水利厅批准成立了江苏省水资源保护规划编制工作领导小组 下设办公室 2000年7月30日 江苏省水利厅发出 关于下发江苏省水资源保护规划任务书的通知 苏水计 2000 133号 二 水功能区划分的由来 三 水功能区划分的原则 可持续利用原则 统筹兼顾 突出重点原则 前瞻性原则 水质 水量并重 合理利用水环境容量原则 便于管理 实用可行原则 不低于现状水质和不同功能兼顾原则 允许点源排污口附近存在混合区原则 判别水体现状是否满足功能区划水质要求 采用 地表水环境质量标准 gb3838 2002 利用单因子评价法进行评价原则 一 水功能区划分 四 水功能区划体系 水功能区根据流域或区域的水资源状况 并考虑水资源开发利用现状和社会经济发展对水量和水质的需求 在相应水域划定的具有特定功能 有利于水资源的合理开发利用和保护 能够发挥最佳效益的区域 水功能区划分 简称水功能区划 按各类水功能区的指标 如水质目标 水功能区长度 面积 等 把某一水域划分为不同类型的水功能区单元的一项水资源开发利用和保护的基础性工作 主导功能在某一水域多种功能并存的情况下 按水资源的自然属性 开发利用现状及社会经济需求 既考虑各功能对水量要求的大小 又兼顾各功能对水质要求的高低 经功能重要性排序而拟定的首位功能即为该区的主导功能 水功能区命名一级功能区 河名 地名 功能类型名 如 长江皖苏缓冲区 二级功能区 河名 地名 第一主导功能 第二主导功能 如秦淮河溧水农业 渔业用水区 概念 一 水功能区划分 四 水功能区划体系 按照 全国水功能区划技术大纲 要求 水功能区划分为一级功能区和二级功能区 一级水功能区划是从宏观上解决水资源开发利用与保护的问题 主要协调地区间用水关系 从长远上考虑可持续发展的需求 其划分工作以流域机构为主 地方水利部门配合完成 二级水功能区划主要协调用水部门之间的关系 主要由地方水利部门完成 有关流域机构负责指导 协调工作 我省规定三级水功能区划 由地级市水利部门负责完成 一级水功能区的划分对二级水功能区划分具有宏观指导作用 水质目标按照国家 地表水环境质量标准 gb3838 2002 具体确定 水功能区划的分级分类系统及水质目标 一 水功能区划分 四 水功能区划体系 一级区划定义 61 68 92 1094 1315个水功能区 全省 一 水功能区划分 四 水功能区划体系 二级区划定义 160 326 309 103 97 60 39 一 水功能区划分 四 水功能区划体系 一 水功能区划分 一 水功能区划分 五 水功能区划程序框图 六 水功能区划分的方法和步骤 在收集有关经济社会现状和社会发展规划资料的基础上 对水资源利用情况进行分析评价 包括水资源供需情况 水质现状和污 废 水排放情况 依据水功能区划技术大纲和技术细则的要求 先进行一级区划 再进行二级区划 1 划分一级区划 排序法 按照划区条件先划定保护区和缓冲区 然后 以流域 如滁河流域 为片区 以县城或乡镇以上区域为单位 根据其开发利用程度的指标 一般选取3 4项 如工农业总产值 非农业人口 用水量 分别排序 并累计计算其所占片区的百分比 进而根据当地开发利用需求和可能 确定一个综合百分比作为限额值 该值越大反映开发利用程度越大 但要考虑今后发展余地 故一般取60 左右 进而将任一单项指标在其限额以上 小于该限额的百分比 的县城或乡镇所在的河段 即用水量较为集中或用水量较大的水域划定为开发利用区 其余的水域划定为保留区 举例 请见表1 1 定义法 根据不同功能区的定义和意义直接划定水功能区 一 水功能区划分 一 水功能划分 六 水功能区划分的方法和步骤 一 水功能划分 六 水功能区划分的方法和步骤根据上述水功能区一级区划的方法和步骤 在保护区和缓冲区划定后 通过表1 1实例可以看出 汉江流域所涉江段的15个城市中 有13个城市在其三项指标排序中有一项以上指标达到60 及以上 见表1 1中的红体字 故列为开发利用区 其余2个城市即安康 宜城无一项指标在60 以内 见表中绿体字 故列为保留区 当然 这是理论计算的结果 在水功能区的最终划分时 还要根据当地国民经济发展规划及水资源综合规划等综合考虑 广泛征求意见 并经当地人民政府批准后方能实施 2 划分二级区划它是在一级区划中开发利用区的基础上 根据各类二级水功能区的定义 结合各地工农业生产结构布局 城镇布局 人口分布以及相关部门的发展规划 按照用水需求与可能 分别划定七类水功能区 即饮用水源区 工业用水区 农业用水区 渔业用水区 景观娱乐用水区 过渡区 排污控制区 各类水功能区的实施 同样需经当地人民政府批准才能实行 3 划分三级区划在一 二级水功能区划分的基础上 参照二级水功能区的定义及其划分方法进行 七 江苏省水功能区划成果 江苏省水利厅于2001年编制完成 江苏省水功能区划报告 并分别报经水利部太湖流域管理局 长江水利委员会 和淮河水利委员会审查同意 经过与江苏省环保厅等多部门多次综合分析 将其与省环保厅先期 1996年订 制订的 江苏省地面水水域功能类别划分 归并为 江苏省地表水 环境 功能区划 该区划于2003年3月已经江苏省人民政府批准实施 一 水功能区划分 七 江苏省水功能区划成果 江苏省地表水 环境 功能区数量统计表 一 水功能区划分 326 39 江苏省地表水 环境 功能区统计图 七 江苏省水功能区划成果 江苏省地表水 环境 功能区数量分地市统计表 一 水功能区划分 112 35 190 江苏省地级市地表水 环境 功能区统计图 八 江苏省水功能区的管理 经政府批准的水功能区划是水资源开发 利用和保护的基础 是计算水域纳污能力的单元 是水行政主管部门依法向环境保护行政主管部门提出水域限制排污总量意见的依据 具有法律地位 水利部水资源 2003 233号文发布 水功能区管理办法 对水功能区的管理作了具体规定 共19条 经江苏省政府批准的 江苏省地表水 环境 功能区划 同时对江苏省水功能区的管理作了9条具体规定 一 水功能区划分 二 限制排污总量制订 从法律 法规上讲 根据 中华人民共和国水法 和国务院明确的水利部 三定 方案职能规定 国务院水行政主管部门及县级以上各级人民政府水行政主管部门要按照水资源和环境保护的有关法律 法规及技术标准 拟定水资源保护规划 组织水功能区划分 监测江河湖库水质 审定水域纳污能力 提出限制排污总量的意见 从技术上讲 如果说水功能区水质目标的制订是为水环境治理提供了治标的依据 那么 制订水功能区限制排污总量意见就是其治本的依据 即实现污染物总量控制 同时 为制定控制断面限制排污总量方案 必须进行包括污染物入河 湖 库 量 水功能区纳污能力 控制断面污染物限排总量 控制断面污染物削减量及其削减率 简称 五量 在内的分析和计算 一 为什么要制订限制排污总量 二 制订限制排污总量的技术路线 二 限制排污总量制订 现状水质水量调查分析 三 现状污染物入河量调查分析与计算 由入河排污口进入水功能区的污废水量和污染物量 统称污废水入河量和污染物入河量 二 限制排污总量制订 二 限制排污总量制订 四 入河排污口概化 需要时 污染物一般是沿河岸分多处排放的 很难准确计算每一排污口所排放的污染物对河流水质的影响 为简化计算 需要将计算河段内的多个入河排污口概化为一个集中排污口 如果只有一个入河排污口自然不必 一般 将入河排污口概化为中间断面排污 当然 概化在上断面 下断面排污也未尝不可 五 选择水质水量模型 一般原则应根据水域特征 视需要和掌握的资料情况 尽可能选用简单模型 选用模型的一般原则为 污染物均匀混合的小型湖泊 水库 可采用零维水质模型 宽深比不大的中小河流 污染物在较短的河段内 基本能在断面内均匀混合 断面污染物横向变化不大 可采用一维水质模型 对于大型宽浅水域及大型湖泊 水库 宜采用二维水质模型或污染带模型 说明 一般认为 断面上的最小浓度与最大浓度之差不超过5 即为均匀混合 二 限制排污总量制订 二 限制排污总量制订 五 选择水质 水量模型 仅介绍几种模型 1 水质水量基本模型 w c q及 w q0 cs c0 kvcs qcs式中 w 水域纳污能力 t a c 污染物浓度 mg l q 断面的入流流量 m3 s cs 水质浓度目标值 mg l k 水质综合降解系数 1 d v 水体体积 m3 q 旁侧入流流量 m3 s c0 初始断面的污染物浓度 mg l q0 初始断面的入流量污染物浓度 mg l 2 对于污染物均匀混合的小型河段可采用河流零维模型 河道的污染物浓度按 1 式计算 c cpqp c0q qp q 1 式中 c 污染物浓度 mg l cp 排放的废污水污染物浓度 mg l qp 废污水排放流量 m3 s q 初始断面的入流流量 m3 s 其他符号意义同上 相应的水域纳污能力按 2 式计算 w cs c0 q qp 2 式中 w 水域纳污能力 kg s cs 水质目标浓度值 m3 s 二 限制排污总量制订 五 选择水质 水量模型 3 对于污染物在横断面上均匀混合的中型河流可用一维模型 1 河段的污染物浓度按式 3 计算 式中 cx 流经距离后的污染物浓度 mg l x 沿河段的纵向距离 m u 设计流量下河道断面的平均流速 m s k 污染物综合衰减系数 l s 其余符号意义同前 2 相应的水域纳污能力按式 4 计算 式中 符号意义同前 3 当入河排污口位于计算河段的中部时 即 l 2 水功能区下断面的污染物浓度及其相应的水域纳污能力分别按 5 6 式计算 式中 m 污染物入河速率 g s cx l 水功能区下断面污染物浓度 mg l l 计算河段长度 m 其余符号意义同前 3 4 5 6 五 选择水质 水量模型 4 对于一般流态尚不明确的河流可用以下 7 8 式计算模型 一维对流迁移方程 c 控制断面污染物浓度 mg l x 排污口下游断面距控制断面距离 m c0 起始断面污染物浓度 mg l u 设计流量下河段断面平均流速 m s k 污染物综合降解系数 1 s 如果排污口概化为功能区中间断面排污 功能区纳污能力为 w 功能区纳污能力 g s q 河段设计流量 m3 s l 功能区长度 m 稳态项 扩散项时 上式的解为 7 8 二 限制排污总量制订 六 模型参数的确定 1 设计流量qp 无水文资料时 可采用内插法 水量平衡法 类比法等方法推求设计流量 2 设计流速上式中 q 断面设计流量 a 过水断面面积 无资料时可采用经验公式 上式中 为系数 可查用相关用表获得 有水文资料时 利用实测资料推算设计频率 常采用维伯尔公式计算其经验频率 即qp 二 限制排污总量制订 二 限制排污总量制订 六 模型参数的确定 3 c0 cs的确定在纳污能力计算时 初始浓度值c0 水质目标值cs是两个重要参数 对于初始浓度值c0 一般根据上一个水功能区的水质目标值cs来确定 即上一个水功区的水质目标值cs就是下一个功能区的初始浓度值c0 对于水质目标值cs 如果是单一排污口的水功能区 其cs值一般均已确定 而对于有2个及以上排污口的水功能区 其cs值的确定要视具体情况而定 由于各功能区水质目标值cs是以水质类别体现的 而水质类别给定的是污染物浓度范围 因此 在确定cs值时 要考虑功能区的实际水质情况 不能一概而论采用其水质类别的最高浓度值 4 综合降解系数kk是污染物在水体中作物理 化学和生物作用降解时的综合降解系数 可采用实测法用下式计算 六 模型参数的确定 二 限制排污总量制订 上式中 u 断面平均流速 ca 上断面污染物浓度 x 上下断面间的距离 cb 下断面污染物浓度 也可用分析法借用有关资料分析确定k值 5 水功能区长度l或容积v 蓄量 可通过查录相关资料或者实测获得 七 水功能区纳污能力计算 定义水功能区纳污能力 系指对确定的水功能区 在满足水域功能 水功能区水质目标值 设计流量 或水量 排污口位置和排污方式等前提下 功能区所能容纳的最大污染物量 t a 影响因素水环境质量标准 水体自然背景值 水量 水体的物理 化学 生物学及水力学特性 以及排污口污染物的排放方式等都会影响水功能区纳污能力 计算方法可以通过选择恰当的水质数学模型进行计算 计算目的水功能区纳污能力主要应用于功能区水环境质量控制 是制定水资源保护规划和经济发展规划的依据 污染物的排入应该与功能区纳污能力相适应 如果超出纳污能力就必须采取措施对进入水功能区的污染物入河量和陆域污染源排放进行控制和削减 二 限制排污总量制订 七 水功能区纳污能力计算 分析计算原则对于保护区 保留区水质目标原则上维持现状水质 纳污能力采用现状污染物入河量 需要改善水质的保护区 应当根据目标控制浓度计算其纳污能力 并提出限制排污总量及其削减量的意见 对于缓冲区水质较好 用水矛盾不突出的缓冲区 采用其现状污染物入河量为纳污能力 水质较差或存在用水水质矛盾的缓冲区 要根据水质目标浓度计算其纳污能力 并提出限制排污总量及其削减量意见 对于开发利用区其纳污能力根据各二级功能区的设计水文条件和水质目标等参数 选择适合 根据水文特征情况 的水质水量模型进行计算 二 限制排污总量制订 七 水功能区纳污能力计算 设计水文条件水功能区纳污能力计算的设计水文条件 一般用计算断面的设计水量或水位表示 河流采用设计水量或流量 湖泊 水库采用设计水位或相应设计蓄水量 设计水文条件的计算 一般采用最近10年最枯月平均流量 或水量 或90 保证率最枯月平均流量 或水量 作为设计流量 或水量 也可以根据实际情况适当调整设计保证率 如北方地区可选取75 保证率的枯水期平均流量作为设计流量 集中式饮用水水源区可选取95 保证率最枯月平均流量 湖泊 水库设计水量一般采用近10年最枯月平均水位或90 保证率最枯月平均水位及其相应的蓄水量 污染物控制指标在纳污能力计算时 根据其水污染的特点 确定污染物限排总量控制指标 例如 对于有机污染为主的水域 一般确定化学需氧量和氨氮等为污染物控制指标 对于富营养化为主的水域 尚需增加叶绿素a tp tn等指标 有了上述条件 便可以运用适合的水质 水量模型进行纳污能力计算了 二 限制排污总量制订 八 控制断面污染物限排总量 削减量及削减率确定原则 控制断面污染物量及其削减量方案的制定是水资源保护规划的核心 同时也是水功能区管理 水污染控制方案和对策措施制订的依据 控制断面污染物限排总量 入河污染物削减量及削减率的确定 各地在具体确定时不尽相同 但基本原则是一致的 各类水功能区限制排污总量在具体确定时也应分别不同功能区类别而定 一般原则如下 如江苏2008年做法 二 限制排污总量制订 二 限制排污总量制订 八 控制断面污染物限排总量 削减量及削减率确定原则 1 对于地表水功能区限制排污总量确定 对于饮用水源区和保护区采用纳污能力和现状面源污染物 这两类水功能区已规定实施 零排放 即认为已无点源排放 入河量中的较小值作为限制排污总量 对于保留区采用纳污能力和现状污染物 包括点源 面源 入河量中较小值作为限制排污总量 对于其它各类地表水功能区采用纳污能力作为限制排污总量 二 限制排污总量制订 八 控制断面污染物限排总量 削减量及削减率确定原则 2 对于地表水功能区入河污染物削减量确定 根据其定义 特定水域 如水功能区 的现状污染物入河量与其控制断面污染物限制排放总量比较 如果现状污染物入河量超过控制断面污染物限排总量 其差值即为该功能区入河污染物削减量 即 入河污染物削减量 现状污染物入河量 限制排污总量 3 对于地表水功能区入河污染物削减率确定 入河污染物削减率 入河污染物削减量 现状污染物入河量 100 九 纳污能力等诸量合理性分析 对分析计算得到的水功能区现状污染物入河量 纳污能力 污染物限排总量 面污染物削减量及其污染物削减率 五量 要进行合理性分析 以保证其成果科学合理 符合实际 具有可操作性 能够作为水功能区水质保护和管理的依据 对所在区域内污染源 现状污染物入河量 入河排污口 入河系数等进行合理性核对 对数学模型的选择 模型参数确定 功能区设计水文条件 功能区现状水质浓度等进行合理性校核 合理性分析要利用相互关系进行综合分析 如将计算的水功能区纳污能力与其上下游 左右岸的相关数据进行比较分析 并将控制断面污染物限排总量按比例分配到各入河排污口和相对行政区进行比较分析 以及计算错误等方面的合理性 二 限制排污总量制订 十 水功能区纳污能力等 五量 计算实例 现有x河e开发利用区包括4个二级水功能区 x河e1饮用水源区 x河e2工业 景观娱乐用水区 x河e3排污控制区和x河e4过渡区 各参数如下表 表2 1中的功能区长度 设计流量 设计流速 c0 cs等均已给定 试计算 五量 其中污染物入河量已给定 二 限制排污总量制订 排污口概化为中间排污 则x河e1饮用水源区codcr纳污能力采用 8 式即 codcr和氨氮的综合降解系数k计算式分别为 kcod 0 21 d knh3 n 0 351 d 则各功能区k值见表2 1 10 1 12 12exp 0 2 8 7 1000 0 1 86400 exp 0 2 8 7 0 1 2 86400 365 86400 1000000 771t a同样 可得其氨氮纳污能力为 w 10 1 0 3 0 3exp 0 35 8 7 1000 0 1 86400 exp 0 35 8 7 0 1 2 86400 365 86400 1000000 33 9