水体及水资源的环境规划.ppt

水环境规划 水环境规划是协调人类社会经济发展与水环境保护之间关系的重要途径和手段 它是在水资源危机纷呈的背景下产生和发展起来的 特别是近20年来 由于人口和经济的快速增长 以致对水量 水质的需求越来越高 但另一方面 水资源日益枯竭 水环境污染日趋严重 使水环境问题的矛质越来越尖锐 水环境规划作为解决这一问题的有效手段 因而受到了普遥的重视 并在实戏中得到了广泛的应用 第一节水环境规划的内容和类型 一 水环境规划基础 一 水环境规划的定义水环境规划是对某一时期内的水环境保护目标和措施所作出的统筹安排和设计 其目的是在发展经济的同时保护好水质 合理地开发和利用水资源 充分地发挥水体的多功能用途 在达到水环境目标的基础上 寻求最小 或较小 的经济代价或最大 或较大 的经济和环境效益 水环境规划是区域规划和城市规划的重要组成部分 因此 在规划中必须贯彻经济建设与环境保护协调发展的原则 二 水环境规划的意义1 控制水环境污染的迫切需要通过水环境规划明确水域使用功能并核定水域纳污能力 制定水域排污的总量控制方案 是有效管理和科学保护水资源的前提条件 是经济社会发展对水资源可持续利用的迫切要求 2 履行 水法 所赋予职能的重要举措3 实现社会经济可持续发展的需要 三 水环境规划的程序水环境规划程序如图5 1所示 四 水环境规划的重点 1 明确水环境保护的方针和政策 2 水体分区管理 严格保护水源地 3 要充分考虑流域的用地与人口的增长对水量 水质的影响 4 把流域和水资源作为复合生态系统来考虑 5 注意处理好水环境各种水体的相互关系 6 注意减免洪涝灾害问题 图5 1 二 水环境规划的类型及层次根据水环境规划研究的对象 可将其大体分为两大类型 即水污染控制系统规划 或称水质控制规划 和水资源系统规划 或称水资源利用规划 前者以实现水体功能要求为目标 是水环境规划的基础 后者强调水资源的合理开发利用和水环境保护 它以满足国民经济和社会发展的需要为宗旨 是水环境规划的落脚点 一 水污染控制系统规划以国家颁布的法规和标准为基本依据 以环境保护科学技术和地区经济发展规划为指导 以区域水污染控制系统的最佳综合效益为总目标 以最佳适用防治技术为对策措施 统筹考虑污染的发生 减量 排污体制 污水处理 水体质量及其经济发展 技术改进和加强管理之间的关系 进行系统的调查 监测 评价 预测 模拟和优化决策 寻求整体优化的近期 远期污染控制规划方案 水污染控制系统规划 流域水污染控制规划研究受纳水体 流域 湖泊或水库 所属的流域范围内的水污染防治问题 城市 区域 水污染控制规划对某个城市 或区域 内的污染源提出控制措施 以保证区域内水污染总量控制目标的实现 水污染控制设施规划对某个具体的水污染控制系统 如一个污水处理厂及其有关的下水道系统作出建设规划 流域水污染控制规划 确定应该达到或维持水体的水质标准确定流域范围内应控制的主要污染物和主要污染源确定各段水体的环境容量 确定每个污水排放口的的污染物最大容许排放量设计污染控制方案 水资源系统规划 流域水资源规划以整个江河流域为对象的水资源规划地区水资源规划以行政区或经济区为对象的水资源规划专业水资源规划以流域或地区某项专业任务为对象的水资源规划 第二节水环境规划的基础 在进行水环境规划时 往往会涉及一些与此规划紧密相关的问题 如水环境容量的确定 水环境功能区和水污染控制单元的划分 以及水环境规划模型的选择等问题 在一些水环境规划中 这些问题对于确保规划目标的实现以及规划方案的有效实施 将起到极为重要的作用 一 水环境容量 容量涵义图示 稀释容量是指在给定水域的本底污染物浓度低于水质目标时 依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量 自净容量是指由于沉降 生化 吸附等物理 化学和生物作用 给定水域达到水质目标所能自净的污染物量 一 水环境容量的定义水环境容量源于环境容量 是指某水体在特定的环境目标下所能容纳污染物的量 在理论上 水环境容量是环境的自然规律参数与社会效益参数的多变量函数 它反映污染物在水体中的迁移 转化规律 也满足特定功能条件下水环境对污染物的承受能力 在实践上 水环境容量是环境目标管理的基本依据 是水环境规划的主要环境约束条件 也是污染物总量控制的关键参数 影响水环境容量的因素1 水体特征几何参数 形状 大小 水文参数 流量 流速 水温 水化学参数 PH值 离子含量 以及水体的物理 化学和生物自净作用等 2 水质目标地面水水质标准按用途分为5类 每类水体允许的水质标准决定着水环境容量的大小 3 污染物特征针对不同的污染物有不同的水环境容量水环境容量还与污染物的排放方式和排放的时空分布密切相关 图5 2 水环境容量分类水环境容量可根据应用机制的不同进行分类 分类结果见下图 二 水环境容量的确定1 一般容量模型 排污口1 排污口2 排污口i 排污口n 1 断面1 断面2 断面i 断面n 1 断面n x y 各个断面要求达到的水质目标为Si 则第i个断面的环境质量要求为 2 单一排污口容量计算 1 一维模型A 可降解有机物设河流排污口与断面的距离为L 流速为 污染物按一级反应动力学规律衰减 综合衰减系数为 排污口上游来水量为Qb 污染物浓度为Cb 排污口污水排放量为Qp 污染物浓度为Cp 根据一维模型 河流断面的浓度为 由断面浓度C小于水质目标S 即 当污水排放量与河流流量相比可以忽略时 污水允许排放总量为 得到污染物排放总量 如果沿程有面源分布 且面源分布较为均匀时 则点源排污口允许纳污量可按下式计算 式中 Cr为沿程面源汇入得某种污染物平均浓度 mg L Q0为Qp Qb 即点源排放污水量与河水流量之和 Qm为控制断面的流量 为为沿程面源流入污水量 A为河段平均断面面积 B BOD DO耦合模型情况下BOD的水域允许排放量计算 2 单一排污口容量计算 2 二维模型A 无限水域假设河宽无限 排放口位于x 0 y 0处 污染物的排放率为W 出口处垂向混合均匀 河流流速为 c x y 处污染物浓度为 式中 h为河深 k为降解速度 Ey为弥散系数 y为y方向浓度分布形态参数 浓度分布的标准差 2 单一排污口容量计算 2 二维模型A 无限水域假设河宽无限 排放口位于x 0 y 0处 污染物的排放率为W 出口处垂向混合均匀 河流流速为 c x y 处污染物浓度为 式中 h为河深 k为降解速度 Ey为弥散系数 y为y方向浓度分布形态参数 浓度分布的标准差 or 2 单一排污口容量计算 2 二维模型B 有限河宽岸边排放 3 多个排污口的环境容量计算 一 水环境功能区划分原则1 集中式饮用水源地优先保护2 不得降低现状使用功能3 统筹考虑专业用水标准要求4 上下游 区域间互相兼顾 适当考虑潜在功能要求5 合理利用水体自净能力和环境容量6 与陆上工业合理布局相结合7 考虑对地下饮用水源地污染的影响8 实用可行 便于管理 二 水环境功能区划分 根据GB3838 2002标准规定 地表水水域环境功能和保护目标 按功能高低依次划分为五类 I类主要适用于源头水 国家自然保护区 类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区 珍稀水生生物栖息地 鱼虾类产卵场 仔稚幼鱼的索饵场等 类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区 鱼虾类越冬场 泅游通道 水产养殖区等渔业水域及游泳区 IV类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区 V类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域 对应地表水上述五类水域功能 将地表水环境质量标准基本项目标准值分为五类 不同功能类别分别执行相应类别的标准值 水域功能类别高的标准值严于水域功能类别低的标准值 同一水域兼有多类使用功能的 执行最高功能类别对应的标准值 实现水域功能与达功能类别标准为同一含义 二 水环境功能分区依据 在水环境规划中 水污染控制单元是由源和水域两部分组成的可操纵实体 水域是根据水体不同的使用功能并结合行政区划而定 源则是排人相应受纳水域的所有污染源的集合 水污染控制单元作为可操作实体 既可体现输人响应关系时间 空间与污染物类型的基本特征 又可以在单元内与单元间建立量化的输人响应模型 反映出源与目标间 区域与区域间的相互作用 优化决策方案可以在控制单元内得以实施 复杂的系统问题可以分解为单元问题来处理 以使整个系统的问题得到最终解决 三 水污染控制单元 第三节水环境规划的技术措施 途径减少污染物的排放负荷清洁生产工艺浓度控制法总量控制法污水处理污水引灌氧化塘提高或充分利用水体的自净能力人工复氧污水调节河流流量调控 第四节规划方案的综合评价 费用 效益分析方案可行性分析水环境承载力分析 一 费用 效益分析 分析计算规划活动方案的费用和效益 然后通过比较评价从中选择净效益最大的方案提供决策环境效益评价的货币化技术方法市场的方法替代市场的方法调查法 二 方案可行性分析 水环境目标的可达性可以利用已建立的水环境的数学模型 通过对各个方案的水质模拟 来检验规划方案是否能达到预定的水环境目标污水处理投资的可行性方案中的投资能否被当地的经济实力所承受 三 水环境承载力分析 水环境承载力是指某一地区 某一时间 某种状态下水环境对经济发展和生活需求的支持能力 一 水环境承载力的指标具体指标包括 城市化水平的倒数 人均工业产值 工业固定资产产出率 可用水资源总量与城市总用水量之比 单位水资源消耗量的工业产值 单位农灌面积的水资源消耗量 污水处理投资占工业投资之比 污水处理率 单位工业产值的COD 或BOD 排放量 COD 或BOD 控制目标与COD 或BOD 浓度之比等 这些指标和水环境承载力的大小成正比关系 二 水环境承载力的定量表述方法在探讨水环境承载力的定量表示方法之前 首先引进两个概念 发展变量和支持变量 发展变量是表征城市社会经济发展对水环境作用的强度 它可用与社会经济发展有关的人口 产值 投资 水资源的利用量 向水环境排放的废水和污染物量等因子来表述 这些因素构成了一个集合发展变量集 支持变量是水环境系统结构和功能状况对城市经济发展支持能力及其相互作用的表现 全部支持变量构成了支持变量集 水环境承载力是n维发展变量中的一个向量 其各分量由上述与发展因子与支持因子有关的具体指标来确定 对于同一城市来说 该向量可因城市经济发展方向的不同而有不同的方向 也就是说 不同城市经济发展策略下 发展因子和支持因子的大小会发生变化 从而导致水环境承载力大小的不同 由于水环境承载力的各个分量具有不同的量纲 为了比较其大小 首先必须对其各分量进行归一化处理 第五节水规划实例 大托镇涉及的水环境有 港子河 湘江长沙段 港子河发源于长沙县暮云镇 自东往西南流经本区 而后汇入湘江 河宽10 20m 河中多处建坝 平均流量l0m3 s 接纳的污水量很小 湘江长沙段既是长沙市的主要供水水源 又是长沙市的纳污水体 大托镇港子河 湘江长沙段和境内主要水库水质必须达到GB3838 2002 地表水环境质量标准 相应水体类别标准的要求 一 水环境规划目标 表5 1大托镇水环境规划目标 一 规划区用水量及排水量预测以大托镇2003年数据为基数 预测规划区2004年 2009年 2014年总用水 根据大托镇社会经济及人口发展计划 大托镇城市流动人口按固定人口的20 计 则大托镇各规划年人口总数为 2004年为6万人 2009年为8万人 2014年为13万人 根据长沙市总体规划 2003年修编稿 城市用水标准到2010年为1000升 日 人 一般大城市生活综合用水量为400 500升 日 人 据长沙市统计年鉴 1996 1997 长沙市工业用水量占城市总用水量的45 50 考虑到大托镇主要是商住 文教卫生 办公 金融等第三产业为主 不建有污染的企业 所以工业用水量相对较少 人均工业用水量定为150升 日 人 人均生活用水量为450升 日 按统计规律 一般污水排放量为用水量的80 则人均工业污水排放量为120升 日 人 人均生活污水排放量为360升 日 人 大托镇人口 用水及污水排放量详见表5 2 二 规划区水污染负荷预测 表5 2规划区人均用水量 污水排放量预测表 二 水污染负荷预测1 工业和生活污水污染物负荷预测根据GBJ15 88的规定 结合本规划区具体情况 生活污水按每人每天排放25gBOD5 50gCODcr 50gSS计算 工业污水按 污水综合排放标准 二级排放标准CODcr150mg L BOD560mg L SS200mg L计算 本规划区规划年污染物排放量预测值见表5 3 表5 3规划年污染物排放量预测值单位 t d 2 地表径流污染物负荷预测地表径流是面污染源 面源污染过程比点源复杂 不易测量 不被重视 也难控制 据面源水质的统计模型得出 通常磷 氮的产出率分别为1 1 5 6kg ha a 6 0 10 0kg ha a 据此 大托镇面积42 25km2 则磷和氮的产出量分别为15 1t a 35 3t a 又根据长沙市第二污水处理厂的运行情况 1996 1998年总氮 总磷平均浓度分别为10 7mg L 1 72mg L 则大托镇规划年总氮 总磷排放量见表5 4 表5 4规划年氮 磷排放量预测单位 t d 三 水环境容量计算鉴于大托镇位于长沙市南部 位处长沙市饮用水源一级保护区上游 所处地理位置 水环境十分敏感 根据湘政函 2003 77号文 湖南省人民政府关于公布湖南省生活饮用水地表水源保护区划定方案的通知 湘江干流长沙县暮云镇 湘潭市昭山 两市交界处至市二水厂取水口上游1000m 黑石铺大桥 为二级水源保护区 长度12 15m 湘江干流二水厂取水口上游1000m至付家洲尾 其中橘子洲以西小河水域除外 16 7km的河段为一级水源保护区 湘江港子河汇入口位湘江右岸 处于市二水厂取水口上游约8km 属湘江干流二级水源保护区范畴 水环境容量主要计算湘江港子河汇入口至市二水厂取水口上游1000m河段的水环境容量 据调查 该江段内无其他支流或排污口汇入 一 控制标准依据湖南省生活饮用水地表水源保护区划定方案 湘江干流长沙县暮云镇 湘潭昭山 两市交界处至市二水厂取水口上游1000m为二级水源保护区 执行GB3838 2002中的 类标准 湘江干流长沙市二水厂取水口上游1000m至付家洲尾河段为一级水源保护区 执行GB3838 2002中的II类标准 因此 水环境保护目标及控制标准将依据上述规定的生活饮用水地表水源保护区的划定执行相应的水质标准 具体为 1 一级保护水域湘江干流长沙市二水厂取水口上游1000m至付家洲尾 执行地表水 类水质标准 2 二级保护水域湘江干流长沙县暮云镇 湘潭昭山 两市交界处至市二水厂取水口上游1000m 二 水环境容量计算1 计算模型采用二维水质模型 经变换后为式中 M 环境容晕 g s C x y N 控制点水质保护目标 mg L Co 河段某污染物背景浓度 mg L H 河段平均水深 m U 河段平均流速 m s My 横向扩散系数 m3 s K 衰减系数X y 控制河段的长与宽 m 2 点源位置与控制点将大托镇的工业及生活污染源当作一个点源 放置于港子河入湘江口处 右岸 控制点取市二水厂取水口 左岸 上游1000m 对于大托镇的综合