对《地表水环境质量标准》中水温的探讨.doc

对地表水环境质量标准中水温的探讨毛兴华（上海市水文总站，上海，200232）摘 要：水体热污染是近几年水环境的一个突出问题。本文结合工作实际，在对地表水环境质量标准（GB3838-2002）中水温的规定进行深入探讨后认为，由于标准没有对温升和温降的基准，以及温升和温降超标的范围做出明确说明，标准在实际应用中存在不够严密和可操作性不强的问题，解决这些问题在客观上也有很大困难。要彻底解决这些问题，需要引入水环境热容量的概念，从热排放总量控制的角度对水体热污染进行治理。在现有的技术条件下，可以借鉴其他有关标准，就温升和温降的超标范围做出明确规定，以使得标准的可操作性更强，更易于实际应用。关键词：水温 评价 标准 探讨1 概述由原国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局联合发布的地表水环境质量标准（GB3838-2002）1（简称标准）于2002年4月28日发布并于2002年6月1日开始实施。该标准的实施，对于我国水资源的科学利用和合理规划，保护水环境、水生态，保障经济社会的健康发展，保障人民群众安全用水等发挥了十分重要的作用。随着我国经济的发展，用电负荷增长迅速，大小规模的火电厂被立项、建设，加上近几年一项新兴制冷技术即江水源热泵技术的利用，使越来越大量的热负荷被排放到水体中，造成水体热污染。由温排水引起的水体热污染在近几年水环境问题中显得很突出。热污染可以造成水体理化性质的重大改变，水温升高使水体溶解氧下降，非离子氨含量升高2,3，还有可能使总磷、总氮浓度偏高4，这都会使水质变差。热污染与其他水环境污染因素共同作用，导致水体生态系统失衡，造成有益物种的减少和有害物种的过度繁殖，甚至造成某些物种的灭绝5。热污染还会使制冷设备的运行效率下降，使能耗增大，增加生产成本。2 存在的问题关于水温，标准中是这样规定的：“人为造成的环境水温变化应限制在：周平均最大温升1，周平均最大温降2”。根据多年水资源论证、水环境评价的经历，笔者认为本规定尚有值得商榷之处。在实际应用中，本规定可能存在着提法不够严密，操作有困难的问题。具体表现在以下两个方面。2.1 评价基准关于水温变化，标准中没有规定是以什么样的水温作为基准来判断水温升高或者降低是否超过限值，这样就存在判断不够准确的问题。由于对水温基准缺乏明确的规定，在实际应用中，对基准的选择比较随意。大多数的做法是以温排水受纳水体的现状水温作为基准值来评判温升是否超标。但这也同时带来一个问题，即对于水体温升的累积效应无法做出有效判断。这一问题在有关的研究中已提出过6。比如，一座火电厂向一条河道排放冷却水，温排水引起该河道水温升高0.8，按照标准规定是符合要求的。如果后来又有另一项工程也向该河道排放温排水，其引起的河道水温升高为0.7，虽然两项工程所引起的水温升高都在允许的范围内，但很显然，这两项工程引起水温的累积升高已经超出了标准规定的限值。这种情况的出现，就是由于判断的基准不明确所引起的。2.2 超标范围标准对“人为造成的环境水温变化”即超过限值的范围没有做出说明。这样就会存在对温升超标的严重性的判断上缺乏客观的依据。从理论上讲，只要温排水的温度与受纳水体的温度相差超过1，就会存在一个混合区，在这个混合区，水温变化将超过1。按照标准规定，这就属于超标了。如果是这样的话，可以断定大部分有温排水的项目将不符合要求，不能立项建设。但实际上，如果温升超标的水域占受纳水体的比例很小，温升也不会对整个水体产生显著的环境和生态效应，不会有多大的负面影响。这就引出一个问题，即水温升高超过1的范围不超过多少，才是水环境和水生态所能允许的？3 解决思路3.1 关于评价基准与其他指标相比，水温指标是一个比较特殊的项目。其他指标都以含量为零作为判断水质优劣的最终基准，而对于水温来讲，不存在一个类似于“零”含量这样的基准来判断水质之优劣，而只能以水温的相对变化来判断是否超标。另外，在自然状态下，天然水体的水温也在发生变化。以上海市苏州河为例，根据苏州河闸桥站2004年水温监测成果，其水温月平均值8月和1月相差23.7，月内水温变化的极差也在6左右（见表1）。从黄浦江黄浦公园站水温监测成果来看，也有相似的特征（表2）。对于天然水体这样大的水温变化幅度，要求温排水周平均最大温升不超过1，这种要求太过于严格，不符合客观现实，在实践中也存在很大的困难。表1 苏州河闸桥站2004年水温特征值表（）1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均16.422.125.630.030.425.620.616.711.7最大8.812.813.819.425.627.731.632.229.325.019.814.6最小3.46.023.827.012.55.6极差4.64.09.0标准偏差1.722.321.311.931.871.131.271.111.271.352.132.26表2 黄浦公园历年各月平均水温（）月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均水温6.06.710.215.621.225.429.330.327.321.916.19.4水温作为一个物理指标，实际上对人体的健康及安全等并无直接的危害，其环境效应主要体现在现个方面：一是水温变化对水生生物的生长和发育存在着加速或抑制作用，剧烈变化甚至导致死亡，而从现有的研究来看，绝大部分水生生物都有一个比较宽的温度适应范围；二是水温对其他水质指标的环境效应有协同作用，比如在其他水质指标含量不变的情况下，水温升高或者降低，可能会导致某些环境灾害现象的发生。根据水温的这种环境效应特点，笔者认为，和设置某个温升值作为温排水排放是否达标相比，通过引入水环境热容量的概念可能会更彻底地解决这个问题。水环境热容量从水环境容量的大概念引申而来，它是指水体环境在一定功能要求、设计水文条件和水质目标下，所允许的水体温度范围，即允许的水体最低温度和最高温度。确定了水体的允许温度范围，那么只要温排水引起的水温升高不超过这个范围，都是可以允许的。一旦超过这个范围，说明水环境热容量已经达到饱和，不允许再有新的热负荷加入，否则会引起一系列环境问题。水环境热容量是以环境目标和水体稀释自净规律为依据的。一切与环境目标和水体稀释自净规律有关的因素，如水环境质量标准、水体自然背景值、水量及其随时间的变化、水环境的物理、化学、生物学及水力学特性，以及排污点的位置和方式等均能影响水环境热容量。由于水温所引起的环境效应最主要表现为生态效应，以及与其它水质指标的协同效应，因此在确定一个地区的水环境热容量也即水体的允许温度范围时，必须要考虑两个方面的问题：水温的变化不能导致原有水生生态系统的破坏，更不能导致主要物种的灭亡；水温的变化不能导致有害物种的过度繁殖而产生灾害性环境问题，如不能引起赤潮和蓝藻暴发等问题。根据相关研究，水温与气温存在着密切的相关关系，其相关系数可以达到0.99左右7，而水生态系统是在水生生物与水温条件长期适应过程中形成的一种平衡系统，具有很强的地域性。由于我国幅员辽阔，每个地方的水环境热容量肯定有很大的差别，很难定出统一的标准。但笔者认为，可以依照我国气候区的划分，相应地进行水环境分区的划分，并按照划分出来的水环境分区，分析每个分区内水环境及水生态系统的特点，并根据河流的水文特性和水体受污染的情况，以及当地可能发生的水污染灾害的类型，利用数学模型等技术，确定每个分区的水环境热容量，也即每个分区水环境允许的最高水温和最低水温。在这方面，有关学者已经作过一些研究，如汪锡钧,吴定安等对几种淡水鱼温度基准值作了较全面的研究，认为太湖大银鱼的最大致死高温为38.6，上海草鱼的最大致死高温为39.48。Jiang L.F研究了热冲击对鱼类的影响9，陈全震等对鱼类热忍耐温度的研究作了全面的考察10。这些研究为区域水环境热容量的确定提供了重要的参考。正如废污水污染物排放浓度的控制并不能从根本上达到治理污染的目的，需要引入总量控制的治污思路一样，引入水环境热容量的思想，也是一种总量控制的水体热污染治理措施，是解决问题的根本途径。3.2 关于超标范围引入水环境热容量的思想，对水体热污染进行治理和控制，虽然是解决问题的根本途径，但在现有的技术水平和条件下，要比较合理地确定区域水环境热容量，客观上也存在着很大的困难，需要通过大量的基础研究，才有可能实现。就目前标准中对水体温升的规定，如果要采纳，笔者认为也有必要对周平均最大温升和周平均最大温降的空间范围作出规定，否则如前所述，在实际使用中就会存在困难。从水体的形态来划分，一般可以分为线状水体和面状水体，前者主要指河流，狭窄的山谷湖泊等，后者如普通的湖泊、海洋等。由于温排水在线状水体中的扩散基本呈一维运动，在面状水体中的扩散属于二维运动，有时甚至要考虑三维的情况。因此，对于线状水体，可以考虑温排水向上下游纵向扩散的长度作为水体周平均最大温升或温降的允许范围，而对于面状水体，可以考虑温排水扩散的面积作为周平均最大温升或温降的允许范围。当然，究竟应该采用扩散的长度，还是扩散的面积，并不是截然能分开的，需要视具体情况而定。比如对于一条河面比较宽阔的河流，温排水的横向扩散比较明显，不能够忽视，这时就需要同时考虑纵向和横向扩散的距离。至于1温升影响的空间范围究竟应该多大才合适，从目前国内外的有关标准来看，都没有提出明确的说法。根据污水海洋处置工程污染控制标准（GB18486-2001）11中对污水混合区的规定，混合区面积约占海域面积的0.5%，笔者认为这个规定可以借鉴到这里。即对于温排水而言，水体最大温升不超过1的范围不超过面状水体水面积的0.5%，温排水向线状水体排放时，最大温升不超过1的纵向范围不超过线状水体长度的7.0%。另外，对于河流等线状水体，假设不考虑水体与大气的热量交换，设河流流量为q1，温排水流量为q2，温排水与河流温差为t，并且假定二者能够充分混合，则如果要求周平均最大温升不超过1，则需要满足下列关系：温排水排入受纳河流后，绝大多数呈带状向上下游扩散，二者不可能完全混合，另外出于对鱼类洄游通道等的保护，对于大部分河流来讲，上式以小于0.5较为合适。以上海吴泾二发电燃气电厂工程为例，该工程向黄浦江取水作为冷却用水，年取水量为1.764亿m3，相当于取水流量5.59m3/s，冷却水最终仍排放到黄浦江，机组夏季排水温升为9.0，冬季排水温升为12.0。在黄浦江多年平均径流量330m3/s的条件下，根据上式粗略计算，夏季约为0.15，冬季约为0.20，都小于0.5，可以说明该工程向黄浦江排放温排水，不会造成明显的水温升高。4 结语热污染作为目前水环境问题的一个重要方面，越来越引起人们的重视，而其评判标准的严密性和可操作性就显得特别重要。标准在对水体温升（降）评判的严密性和可操作性上，存在着一定的不足，要彻底解决这些问题，需要引入水环境热容量的概念，对水体热污染进行控制和治理，这方面需要做大量的基础研究。在目前现有的条件下，就标准的应用问题，仍存在如何限制水体温升的空间范围的问题。由于大多数水质标准对水温的规定都不是特别具体，只能借鉴相关标准如污水海洋处置工程污染控制标准（GB18486-2001）中对混合区的规定，笔者认为，把这个规定经适度修改后，应用到GB3838-2002中是可行的。参考文献1 GB3838-2002.地表水环境质量标准S.北京:中国环境科学出版社,20022 盛连喜,孙刚.电厂热排水对水生生态系统的影响J.农业环境保护,2000,19(6):3303313 孙艳涛,王惠民,吴修锋.温排水对水体生态环境影响的分析及处理J.水资源保护,2008,24(2):70724 胡国强.水体热污染J.环境导报,1989,(3):27-285 吴健,黄沈发,杨泽生.热排放对水生生态系统的影响及其缓解对策J.环境科学与技术,2006,29(增):1271296 贺益英.对大水域电厂群温排水环境热影响研究的认识J.水利水电科技进展,2008,28(4):2729,947 许桂水,王东方,陈铁帅.水温及其预报方法初探J.工程数学,2002,18(1):17228 汪锡钧,吴定安.几种主要淡水鱼类温度基准值的研究J.水产学报,1994,18 (2) :93 1009 GB18486-2001.污水海洋处置工程污染控制标准S.北京:中国环境科学出版社,200210 Jiang L F. Effects of thermal shock on fishesJ.J Fish SciChina,2000,7(2):77-81.11 陈全震等.鱼类热忍耐温度研究进展J.水产学报,2004,28(5):562567作者简介：毛兴华，男，汉族，1973年4月生，籍贯甘肃民乐，工程师，硕士，主要从事水文水资源调查与评价，建设项目水资源论证与GIS的应用开发工作联系方式：上海市徐汇区龙华西路241号，上海市水文总站信息科，邮编：200232联系电话-mail：Discussion of Water Temperature Index in GB3838-2002 StandardMao Xinghua(Shanghai Hydrological Administration, Shanghai, 200232, China)Abstract: The thermal pollution of water environment is prominent in recent years. With actual work and based on in-depth discussion about water temperature index in Environmental Quality Standard for Surface Water (GB3838-2002), this paper considers that the standard is not rigid and exercisable enough.