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水环境规划 学院 环境学院专业 环境工程成员 单源源 佘秋明 杨兰兰 水环境规划 水环境规划的内容和类型 水环境规划基础 水环境规划的技术基础 规划方案的综合评价 沈阳市水环境规划的案例分析 第一节水环境规划的内容和类型 水环境规划的内容 1 明确问题 2 确定规划目标 3 选定规划方法 4 拟定规划措施 5 提出供选方案 6 规划实施 水环境规划的内容和类型 一 水污染控制系统规划 水质控制规划 为实现水体功能要求 水环境规划的基础 二 水资源系统规划 水资源利用规划 满足经济 社会 生态环境对水量的要求 水环境规划的类型及尺度 1 流域水污染控制规划分段进行 统筹兼顾 2 城市 区域 水污染控制规划满足城市 区域 的用水要求 水量 水质 应符合全流域整体规划要求 3 水污染控制设施规划污水处理厂及其进出管道系统规划要求 技术上可行 治理效果好 合理布局 经济上合理 厂内运行成本 输送成本 一 水污染控制系统规划 水环境规划的类型及尺度 二 水资源系统规划 水环境规划的类型及尺度 1 流域水资源规划 统筹安排全流域的水资源开发利用 注意协调上下游关系 各部门关系 自然和社会关系 2 地区水资源规划以行政区或经济区为对象的水资源规划 应满足全流域规划要求 3 专业水资源规划防洪规划 水力发电规划 灌溉规划 航运规划 综合利用枢纽或单项工程规划 第二节水环境规划基础 水环境规划基础 水环境功能区划 一 水环境功能区划原则 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 优质水优用及低质水低用 4 统筹考虑专业用水标准要求 5 上下游 区域间互相兼顾 适当考虑潜在功能要求 合理利用水体自净能力和环境容量 6 与工业合理布局相结合 7 实用可行 便于管理等 二 水环境功能分区依据 地表水环境质量标准GB3838 2002 的规定 类 主要适用于自然保护区及源头水 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区一级保护区 珍稀水生生物栖息地 鱼虾产卵场 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区二级保护区 鱼虾类越冬场 洄游通道 水产养殖区等渔业水域及游泳区 类 主要适用于一般工业用水区及人体非接触的娱乐用水区 类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域 三 水环境功能区划分的方法与步骤 1 对环境保护目标进行全面分析 既考虑环境保护的需要 又考虑经济 技术的可行 2 将环境目标具体化为环境质量标准中的数值 3 对功能可达性进行分析 确定引起污染的主要人为污染源 4 建立污染源与水质目标之间的响应关系 将各种污染源排放的污染物输入各类水质模型 以评价污染源对水质目标的影响 5 分析减少污染物排放的各种可能的途径和措施 6 通过对多个可行方案的优化决策 确定技术 经济最优的方案组合 7 通过政策协调和管理决策 最终确定环境保护目标和水环境功能区划分方案 水环境规划基础 水环境功能区划 水环境功能区划系统分析过程 水环境规划基础 水环境功能区划 二 水污染控制单元解析归类 1 水污染控制单元划分 2 对各控制单元的主要功能进行说明 包括主要功能 位置 范围以及各功能区应执行 GB3838 2002 的类别或专业用水标准 3 水质现状及控制断面的确定 4 排放状况和主要污染源情况分析 包括污染源的位置 排放方式 排放强度和排放量等 5 排放量与水质预测 6 主要水环境问题诊断 7 控制路线的制定 包括浓度控制 总量控制或浓度控制与总量控制相结合 8 允许排放量的确定 一 划分 1 对于每一个控制单元 可单独进行环境评价 实施不同的控制路线 2 针对不同的水质目标和污染物 在同一区域可以有多种控制单元的划分方案 3 在每个控制单元内 污染物排放清单应该齐全 水域控制断面应有常规监测资料 4 对各控制单元间的相互影响 应根据水量和质量平衡关系 通过污染物的输入和输出来定量表达 水环境规划基础 水污染控制单元 一 水环境容量概念 水环境容量是指水体在特定的环境目标下所能容纳污染物的量 大小和水体特征 水质目标 污染物特性有关 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 水环境规划基础 水环境容量 二 水环境容量分类 水环境规划基础 水环境容量 水环境规划基础 水环境污染控制规划模型 一 最优化问题 2 均匀处理最优规划模型 3 区域处理最优规划模型 区域处理最优规划是排放口处理最优规划和均匀处理最优规划的综合 求解比较复杂 目前还没有比较成熟的技术求解这一类问题 1 排污口最优规划模型 选用条件 采用数学方法进行最优化的条件难以具备时 与最优规划方法的区别 先进行污水输送与处理设施规划 提出几种可供选择的规划方案 然后采用水质模型 计算各种方案中污水排放后水域控制断面的水质 找出比较好的方案 这种方法选优的结果 在很大程度上取决于规划人员的经验 因此 采用模拟选优方法时 要求尽可能多提出一些初步规划方案 以供筛选 二 模拟选优 水环境规划基础 水环境污染控制规划模型 第三节水环境规划的技术措施 一 清洁生产和循环经济 清洁生产是指对生产过程和产品实施综合防治战略 以减少对人类和环境的风险 对生产过程 包括节约原材料和能源 革除有毒材料 减少所有排放物的排污量和毒性 对产品来说 减少从原材料到最终处理的产品的整个生命周期对人类健康和环境的影响 水环境规划的技术措施 建立污水处理厂 一 二 三级处理 建立生态工程 如 人工湿地等 二 污水处理 水环境规划的技术措施 人工复氧 污水调节 河流流量控制 三 提高或充分利用水体纳污容量 水环境规划的技术措施 恢复水生态系统的结构和功能 恢复水系环境 维护和改善水系的景观效果 四 生态修复技术 节水优先 治污为本 五 水资源开发利用与保护技术 水环境规划的技术措施 多渠道开源 第四节规划方案的综合评价 水环境承载力分析 检验和比较备选方案的可行性和可操作性 选择和决策 费用效益分析 方案可行性分析 规划方案的综合评价 一 费用效益分析 污水处理厂的费用函数 污水处理厂费用受多方面的影响 折旧 人工 管理 处理量 处理效率现考虑处理量和处理效率污水处理厂的费用函数 根据经验表现为幂函数关系 规划方案的综合评价 二 方案可行性分析 技术上环境目标的可达性分析 费用上落实投资的可行性分析 水环境目标的可达性分析 建模 预测 分析 污水处理投资的可行性分析 按环保投资占国民生产总值比例 污水处理投资占工业基础建设投资比例 规划方案的综合评价 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 规划方案的综合评价 1 可用水资源总量与总用水量之比 2 单位污水的处理投资 3 每年引进水量 4 污水处理率 5 单位BOD排放量的工业产值 1 水环境承载力指标 6 COD控制目标与COD浓度之比 7 单位水资源消耗量的工业产值 规划方案的综合评价 2 水环境承载力的定量表述 首先按列进行归一化处理 然后按行求归一化后向量的模 用以表示水环境承载力的大小 中国环境年鉴2008主要水系干流水质状况评价中可以看出 与长江 黄河 珠江 淮河 松花江 海河相比 辽河的劣V类水体所占比重最大 一类 二类水体占比重很小 面临着严重的环境污染问题 沈阳市水环境规划的案例分析 内容 在 沈阳市水环境规划 2006 2015 这一规划中 以2008年为基准年 为了最大限度保护和改善沈阳市的地表水环境质量 利用水资源和生态经济潜力这一目标 采取了对沈阳市的地表水环境进行功能区划分 建立良性循环的地表水生态系统等措施 实现在2006年至2015年内的水环境统筹安排和设计 类型 依据研究对象的不同 沈阳市水环境规划 2006 2015 以实现水体功能要求为目标 属于水污染控制系统规划 或称水质管理规划 依据研究尺度的不同 沈阳市水环境规划 2006 2015 属于城市层次的水环境规划 沈阳市水环境规划的案例分析 水环境规划的内容和类型 沈阳市水环境规划的案例分析 水环境规划的基本步骤 一 基础信息采集 问题诊断及确定规划目标 规划区背景 包括 一 社会经济状况 主要介绍了区域人口 生产总值以及各产业所占比例等 二 水文水系分布 主要介绍流经沈阳地区的辽河水系 浑河水系以及北沙河水系等河流情况 三 规划目标与指标 根据沈阳市水环境保护规划指标体系指标 进一步实现对地表水质治理的规划 经过初步的背景调研 为进一步找出水环境问题 该规划进行了水环境系统综合分析与评价 其中包括对污染物排放和水系水质的评价 与水环境问题的诊断两部分 根据分析 目前沈阳市的水环境问题主要为 一 水资源供给矛盾突出 生态环境需水量短缺 二 地表水污染严重 地下水亦出现了超标现象 三 污水处理率较低 污水回用量有待提高 四 城区水系景观被破坏 河流水生态系统健康受到威胁 二 选定规划方法 拟定规划措施 沈阳市水环境规划的案例分析 水环境规划的基本步骤 水环境规划中通常采用两类规划方法 数学规划法和模拟比较法 在一般规划中多采用模拟比较法 在 沈阳市水环境规划 2006 2015 中未体现这一规划方法选择过程 在水环境规划的方案中 可供考虑的措施包括 经济结构和工业布局调整 实施清洁生产工增加污水处理设施等 案例中的规划主要采取了水资源保护及开发利用 城镇污水处理及资艺 提供水资源利用率 充分利用水体的自净能力 农业与城镇非点源污染防治 水系生态恢复 源化规划 水环境生态修复与景观规划 水环境监控与管理这四项基本措施 针对上节中提到的水环境问题提出了解决对策 有针对性 不片面概括 不失为一系列全面的综合的规划措施 当然 案例中并未提及的措施也有可能被考虑并列举 但在之后的规划方案优选与评估中确定了以上措施更可行并且效益最佳 沈阳市水环境规划的案例分析 水环境规划的基本步骤 三 规划方案优选和评估 拟定了规划措施之后 要通过一系列评估方法对规划方案进行优选 不但考虑是否能达到规划目标 在当前的技术条件下 更要考虑是否符合经济条件 从而实现经济与环境的和谐发展 在 沈阳市水环境规划 2006 2015 的最后提出了规划方案的综合评价 也就是为什么选择选定规划方法 拟定规划措施中提到的几项措施作为最终方案措施的原因 其中包括费用分析 效益分析和目标可达性分析 水环境功能区划 在 沈阳市水环境规划 2006 2015 中没有提到具体功能区划的划分 但从 辽宁省水功能区划工作成果分析 一文中提到的成果看 辽宁省境内296条河流 214座水库进行了水功能区划 共划分了408个一级区 其中 保护区83个 缓冲区32个 开发利用区293个 560个二级区 其中 饮用水源区202个 工业用水区27个 农业用水区224个 渔业用水区38个 景观娱乐用水区7个 排污控制区32个 过渡区30个 按地级行政区统计 有水质目标的功能区段沈阳50个 达标个数和达标河流长度占全省百分比均为倒数 由此观之 尽管有较好的功能区划分布 但依照功能区划达标比率亟待提高 沈阳市水环境规划的案例分析 水环境规划基础 水环境规划基础主要分为水环境功能区划 水污染控制单元 水环境容量 水环境污染控制规划模型四部分 水环境容量 沈阳市水环境规划 2006 2015 对 沈阳市水资源供需平衡预测及水环境容量 进行了较详细的分析 得出预测结论 2010年 2015年和2020年沈阳市将分别缺水约1 2亿m3 2 4亿m3 3 5亿m3 根据容量核定方法 计算得到沈阳市的COD理想水环境容量为67214t 可利用水环境容量为66953t 最大允许排放量78737t NH3 N理想水环境容量3356t 可利用水环境容量3319t 最大允许排放量3901t 水污染控制单元和水环境污染控制规划模型 这两个因素皆在模型处理中起到很重要的作用 规划中省略了控制单元划分和使用的最优化或者模拟选优模型 沈阳市水环境规划的案例分析 水环境规划基础 沈阳市水环境规划的案例分析 规划方案的综合评价 综合措施的确定 离不开规划方案的综合评价 费用 效益分析 方案可行性分析 水环境承载力分析等十分必要 本案例中也具体列出了以下三种综合评价项目 到2010年沈阳市需实施河流综合整治和生态修复工程 污水处理工程 中水回用及雨水利用工程 工业源污染控制工程 水环境监测能力建设项目5大类35项 估算初步投入248047万元 如表3所示 图2为表1中各项目占总投资的百分比饼状图 费用分析 2 环境效益 规划实施可能带来的环境效益主要为 改善城市景观环境 提升城市形象 吸尘阻沉 涵养水源 降低热岛效应 恢复生物物种 防洪防泄 提升环境价值等 沈阳市水环境规划的案例分析 规划方案的综合评价 3 社会效益 沈阳市地表水水质的改善和生态环境的恢复 为公众提供了一个良好的生活环境和娱乐休闲场所 1 经济效益 水污染造成的经济损失作为规划的经济效益 水污染造成的损失大体分4部分来计算 人体健康损失 即计算了三种地方流行病的工作损失 医疗护理费用 护理人力资本等 同理 还有资源利用损失Lr 资源价值减少量Lv 景观生态美学损失Ls 效益分析 该规划中对目标可达性分析部分内容较少 概括性地提出通过该规划方案和环境保护措施与对策 浑河沈阳段 辽河 白