第四章 水环境规划

1、第四章 水环境规划 第四章水环境规划 水环境规划是对水环境规划是对某一时期内某一时期内的水环境保护的水环境保护目标和措施目标和措施所作出的所作出的 统筹安排和设计统筹安排和设计。 目的：发展经济的同时保护好水质；在达到水环境目标的基础目的：发展经济的同时保护好水质；在达到水环境目标的基础 上，寻求最大（或较大）的经济和环境效益；上，寻求最大（或较大）的经济和环境效益； l第一节 水环境规划的内容和类型 l第二节 水环境规划的基础（重点） l第三节 水环境规划的技术措施 l第四节 规划方案的综合评价 l第五节 水环境规划案例 第一节第一节 水环境规划的内容和类型水环境规划的内容和类型 l一 、水

2、环境规划的内容 l（1）明确问题 l在对水环境系统综合分析的基础上找出问题： l水量水量水资源供需平衡；水质水资源供需平衡；水质污染现状，水质对生污染现状，水质对生 活生产的影响；水资源是否得到合理利用活生产的影响；水资源是否得到合理利用 l（2）确定规划目标 l根据水环境功能区划，制定满足生活、生产或自然保根据水环境功能区划，制定满足生活、生产或自然保 护要求的护要求的水质目标水质目标；对有限的水资源进行合理规划，；对有限的水资源进行合理规划， 满足满足当地需要当地需要。 l（3）选定规划方法 l单目标单目标-数学规划法数学规划法；多目标；多目标-模拟比较法模拟比较法。 一一 、水环境规划的

3、内容、水环境规划的内容 l（4）拟定规划措施 l调整工业结构和工业布局；实施清洁生产工艺；提 高水资源利用率；充分利用水体的自净能力；增加 污水处理设施。 l（5）提出供选方案 l根据目前和将来水体用途，严格划分保护区，保证 饮用水源的水量和水质；要充分注意流域的用地情 况和人口增长对水量水质的影响，把流域及其水环 境作为一个复合生态系统考虑，不能采取污染搬家 的做法，妥善处理干支流、上下游、左右岸及各种 水环境的相互关系；要特别注意减免洪水灾害。 l（6）决策实施 明确 问题 确定规 划目标 选定规划 方法 拟定规划 措施 提出供 选方案 决策实施 二二 、水环境规划的类型、水环境规划的类型

4、 l根据水环境规划研究的对象，分为两大类型 l（一）水污染控制系统规划（或称水质控制规划） l1流域水污染控制规划 l2. 城市（区域）水污染控制规划 l3. 水污染控制设施规划 l(二)水资源系统规划(或水资源利用规划) l 1流域水资源规划 l 2地区水资源规划 l 3专业水资源规划，如防洪规划、水力发电规划 第二节第二节 水环境规划基础水环境规划基础 l在进行水环境规划时，涉及水环境容量的确定、 水环境功能区和水污染控制单元的划分 l一、水环境容量确定 l二、水环境功能区划分 l三、水污染控制单元划分 l四、水污染物总量控制与分配 l五、水污染控制规划模型 一、水环境容量确定一、水环境容

5、量确定 l水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。 l主要环境约束条件，也是污染物总量控制的关键参数 l（一）水环境容量分类 l（二）水环境容量影响要素 l（三）区域水环境容量调查分析的程序和方法 l（四）水环境容量计算步骤 （一）水环境容量分类（一）水环境容量分类 分类 依据 水环境 目标 污染物 性质 降解机制可再生性可分配性 内 容 自然水 环境容 量 （以污染 物在水体 中的基准 值为水质 目标） 管理水 环境容 量 （以污染 物在水体 中的标准 值为水质 目标） 耗氧有机 物水环境 容量 有毒有机 物水环境 容量 重金属水 环境容量 稀释容量 （污染物进入水 环境

6、后由稀释扩 散作用引起） 自净容量 （水体通过物理 、化学及生物作 用等对水体中污 染物所具有的降 解或无害化能力 ，同化容量） 可更新容量 （可降解污染物 的水环境容量） 不可更新容 量 (只表现在污染物 的迁移、吸附、 沉积和相的转移 ，在大环境水体 中的总数量不变) 可分配容 量 （可控污染源 所占用的环境 容量，点源） 不可分配 容量 （面源，自然 污染源） （二）影响水环境容量的因素（二）影响水环境容量的因素 l水体特征水体特征 几何特征几何特征（岸边形状、水底地形、水深或体积）；（岸边形状、水底地形、水深或体积）； 水文特征水文特征（流量、流速、水温、径流、降雨等）（流量、流速、水

7、温、径流、降雨等） ； 化学性质化学性质（pH、离子含量、硬度等）；、离子含量、硬度等）； 物理自净能力物理自净能力 （挥发、稀释、沉降、扩散、吸附挥发、稀释、沉降、扩散、吸附） ； 化学自净能力化学自净能力（氧化、水解氧化、水解等）等） ； 生物自净能力生物自净能力（光合作用、呼吸作用光合作用、呼吸作用） ； l环境功能要求环境功能要求 水质要求高的水域，水环境容量小；水质要求低的水水质要求高的水域，水环境容量小；水质要求低的水 域，水环境容量大。域，水环境容量大。 l污染物质 不同污染物具有不同的物理化学特性和生物反应规律，不同类型的污 染物对水生生物和人体健康的影响程度不同。不同污染物具

8、有不同的 环境容量。 l排放方式 一般来说，在其他条件相同的情况下： 集中排放的环境容量比分散排放小； 瞬时排放比连续排放的环境容量小； 岸边排放比河心排放的环境容量小； 限定排污方式是确定环境容量的一个重要因素。 （三）区域水环境容量分析的程序和方法（三）区域水环境容量分析的程序和方法 l划分评价单元 将欲进行水环境容量调查分析的水域分为若干评价单元并编号，评价 单元的划分要考虑到与水环境功能区划分相一致。 l确定评价水环境容量的污染物 水环境容量分析评价是对确定的主要污染物的现状逐个进行评价（COD等）。 通常对全市域、省域或大的流域内进行水环境容量分析评价时，主要选COD 作为主要污染物

9、。 l选定适当的模型进行评价分析 水环境容量评价分析，主要是分析划定的评价单元某污染物的水环境 容量，是已被过度开发利用或尚存有开发利用的可能（有剩余的水环 境容量）。被开发利用的程度可用水环境容量开发利用评价值（Sc） 来表示。 Sc=Pc/Woc 式中 Sc -COD水环境容量开发利用评价值； Pc -COD水环境容量开发利用强度（实际进入水环境容量评价单元的 污染物COD 总量）； Woc-评价单元COD最大允许排放量。 l计算评价值（Sc）评分及评价 逐个计算各评价单元的COD水环境容量开发利用评价值，并将评价值分 为5级。 评价Sc分级表 l画出分布图 以不同的颜色或标志表示不同的级

10、别，画出水环境容量分布图， 或利用适当的表格来显示。 Sc0.60.6Sc0.90.9Sc11Sc1.2Sc1.2 分级大可开发利用尚可利用平衡过度开发利用严重开发利用 （四）（四） （四）（四） l2.随机设计条件 l这类设计条件主要针对河流流量、河水浓度、污水排 放量和污水浓度4个变量。 l3.稳态设计条件 l稳态设计条件主要包括： l(1)设计保证率 l(3)设计流速 l(4)设计排污条件 l(5)设计水温 二、水环境功能区划分二、水环境功能区划分 l(一)水环境功能分区原则 l地表水环境功能区划分的原则可归纳以下几点： l1. 集 中式饮用水源地优先保护 l2. 不得降低现状使用功能

11、l3. 统筹考虑专业用水标准要求 l4上下游、区域间互相兼顾，适当考虑潜在功能要 求 l5合理利用水体自净能力和环境容量 l6与陆上工业合理布局相结合 l7. 对地下饮用水源地污染的影响 l8实用可行，便于管理 (二二)水环境功能分区依据水环境功能分区依据 l根据中华人民共和国地表水环境质量标准 GB3838-2002： l1.源头水、国家自然保护区执行类标准保护； l2.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、仔稚幼鱼的索饵场执行类标 准； l3.集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬 场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域或游泳区执行类 标准； l4

12、.一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区执行 类标准； l5.农业用水区及一般景观要求水域执行类标准。 (三三)水环境功能区划分的方法与步骤水环境功能区划分的方法与步骤 1.系统分析法 功能分区 提出保护 目标 选择相应 的环境质 量标准 建立排污量与环境 质量标准间的定 量关系污染源 影响评价 分析实现目标可供选 择的方法，规划不同 总量的控制途径，进 行指定功能，可达性 分析 负责分配，工程规划，环境 ，技术和经济综合优化 政策协调 行政决策 现状功能可达性 分析确定主要 人工污染源 方案不合理 2划分步骤划分步骤 l水环境功能区可分为 4个阶段，即： l（1）技术准备阶段 l 收集和

13、汇总现有的基础资料、数据； l 确定工作方案 l（2）定性判断阶段 l分析使用功能及其影响因素 l提出功能区划分的初选方案或多种供选方案 l（3）定量计算阶段 l 确定设计条件 l 选择水质模型及计算 l 计算混合区范围 l优化模拟 l（4）综合决策阶段 l通过对水环境功能区的综合评价，确定切实可行的区划方案 l拟订分期实施方案 三、水污染控制单元三、水污染控制单元 l（一）概念 l由污染源和污染物排放水域组成的可操纵实体。 l（二）作用 l建立起源与水域目标间的输入响应关系； l方便进行总量控制和水污染控制。 l（三）水污染控制单元划分注意事项 l具有相对独立性：可单独进行环境评价、污染控制

14、、环境管理。 l针对性：不同的控制目标，要有不同的水污染控制单元相对应。 l有完善的监控系统。 l保持现有沟、渠和管路系统的完整性，并根据水环境功能分区、城市 布局进行优化调整。 l具有联合治理、集中处理或资源化的环境条件。 四、水污染物总量控制与分配四、水污染物总量控制与分配 l（一）总量指标的选择 l选择原则： l1.环境危害大、国家重点控制的主要污染物； l2.环境监测和统计手段能够支持的； l能够实施总量控制的。 l“十一五”期间国家对2种污染物实行排放总 量控制：二氧化硫（大气）、化学需氧量（水） （二）总量控制负荷优化分配（二）总量控制负荷优化分配 l将环境容量（允许排放量）分配给

15、各污染源 l（1）非数学优化分配： l已知目标消减量或水环境容量，但不必或不能做各污染源 控制的投资效益分析时。 l（2）数学优化分配： l已知目标消减量，通过各污染源消减方案投资效益分析， 按投资最小，污染物消减量最大的原则进行排污总量的数 学优化分配。 非数学优化分配非数学优化分配 l（1）等比例分配 l-以现状排污量为基础。按相同消减比例分配 l排污标准加权分配（考虑行业差异） l-以“污水综合排放标准”所列的各行业污水排放标准为依据，按不 同的权重分配各行业的容许排放量，同行业按等比例分配。 l-不考虑现有排放量的大小。 l（3）分区加权分配（考虑区域差异） l-根据各控制单元的不同环

16、境目标、排污现状、治理现状与技术经济 条件，确定各区域的消减权重，由此确定各区域的允许排污量。 l（4）行政协商分配 l-已知目标消减量，根据环保管理人员了解的情况，和排污单位反复 协商，由行政决策分配。 数学优化分配数学优化分配 0 , 3 , 2 , 1 )(A min n 1j ij 1 j ijjo j n j j x mi Bxx xcZ 约束条件： 目标函数： 。控制断面的环境目标值第污染源的现有排放量；第 控制断面上的响应值；放在第污染源的单位污染物排第；污染源的污染物消减量第 的费用；污染源单位污染物消减第费用；消减污染物排放所需总式中 iBjx ijAjx jc: ijo i

17、jj j Z 五、水环境污染控制规划模型五、水环境污染控制规划模型 l目标： 到达水质控制目标-约束条件 经济合理-控制费用尽量小-目标函数 l包括： 根据解决水污染问题的途径，可将水污染 控制系统规划分为两大类; (一)系统的最优化问题 (二)规划方案的模拟选优问题 系统的最优化问题系统的最优化问题 l利用数学规划方法，科学地组织污染物的排放或协调各个治理环节， 以便用最小的费用达到所规定的水质目标。 l（1）排污口最优化处理 l-满足水体水质要求，处理效率达到最佳（费用最少） l（2）最优化均匀处理 l-污水处理效率固定，污水处理厂的位置和处理量最 佳（区域污水处理和管道输送总费用最低）

18、l（3）区域最优化处理 l-综合考虑水体自净、污水处理和管道输送三种因素， 最佳效率、最佳位置和处理量最优化 模拟选优模拟选优 l 规划方案的模拟选优与最优规划方法不同， 其是先进行污水输送与处理设施规划研究，提 出各种可供选择比较的规划方案，这时，可先 不考虑污水输送和处理系统与水体之间的关系， 然后对各种方案中的污水排放与水体之间的关 系进行水质模拟计算，检验规划方案的可行性， 最后从可行方案中找出比较好的方案。该方法 将定性分析与定量计算结合在一起，先定性确 定模拟的范围再进行定量的模拟计算，最后选 优确定最佳实用方案。 第三节第三节 水环境规划的技术措施水环境规划的技术措施 l清洁生产

19、定义 l清洁生产是一种新的创造性的思想，该思想将整体预 防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中， 以增加生态效率和减少人类及环境的风险。为对生产 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。 l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； l对产品来说：要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。 l对服务，要求将环境因素纳入设计和所提供的服务中。 (联合国环境规划署) 清洁生产的内容清洁生产的内容 l(1) 清洁的能源 采用各种方法对常规的能源如煤采取清洁利用的方 法，如城市煤气化供气等；对沼气等再生能源的利用；

20、新能源的 开发以及各种节能技术的开发利用。 l（2）清洁原料 l少用或不用有毒有害及稀缺原料。 l (3) 清洁的生产过程 尽量少用和不用有毒有害的原料；采用无毒、 无害的中间产品；选用少废、无废工艺和高效设备；尽量减少生 产过程中的各种危险性因素，如高温、高压、低温、低压、易燃、 易爆、强噪声、强振动等；采用可靠和简单的生产操作和控制方 法；对物料进行内部循环 利用；完善生产管理，不断提高科学管 理水平。 l (4) 清洁的产品 产品设计应考虑节约原材料和能源，少用昂贵和 稀缺的原料；产品在使用过程中以及使用后不含危害人体健康和 破坏生态环境的因素；产品的包装合理；产品使用后易于回收、 重复

21、使用和再生；使用寿命和使用功能合理。 实施清洁生产的主要途径实施清洁生产的主要途径 l（1）合理布局，调整和优化经济结构和产业、产品结构，以解决影响环境的“结构性”污染和资源、能源 的浪费。同时，在科学规划和地区合理布局方面，进行生产力的科学配置，组织合理的工业生态链，建立 优化的产业结构体系，以实现资源、能源和物料的闭合循环，并在区域内削减和消除废物。 （2）在产品设计和原料选择时，优先选择无毒、低毒、少污染的原辅材料替代原有毒性较大的原辅材 料，以防止原料及产品对人类和环境的危害。 （3）改革生产工艺，开放新的工艺技术，采用和更新生产设备，淘汰陈旧设备。采用能够使资源和能 源利用率高、原材

22、料转化率高、污染物产水量少的新工艺和设备，代替那些资源浪费大、污染严重的落后 工艺设备。优化生产程序，减少生产过程中资源浪费和污染物的产生，尽最大努力实现少废或无废生产。 （4）节约能源和原材料，提高资源利用水平，做到物尽其用。通过资源、原材料的节约和合理利用使 原材料中的所有组分通过生产过程尽可能地转化为产品，消除废物的产生，实现清洁生产。 （5）开展资源总和利用，尽可能多地采用物料循环系统，如水的循环利用和重复利用，以达到节约资 源，减少排污的目的。尽可能使废弃物资源化、减量化和无害化，减少污染物排放。 （6）依靠科技进步，提高企业技术创新能 l力，开发、示范和推广无废、少废的清洁生产技术

23、装备。加快企业技术改造步伐，提高工艺技术装备和水 平，通过重点技术进步项目（工程），实施清洁生产方案。 （7）强化科学管理，改进操作。国内外的实践表明，工业污染有相当一部分是由于生产过程管理不善 造成的，只要改进操作，改善管理，不需要花费很大的经济代价，便可获得明显的削减废物和减少污染的 效果。主要方法是：落实岗位和目标责任制，杜绝跑、冒、滴、漏，防止生产事故，使人为的资源浪费和 污染排放减至最低限度；加强设备管理，提高设备完好率和运行率；开展物料、能量流程审核；科学安排 生产进度，改进操作程序；组织安全文明生产，把绿色文明渗透到企业文化之中等。推行清洁生产的过程 也是加强生产管理的过程，它在

24、很大程度上丰富和完善了工业生产管理的内涵。 （8）开发、生产对环境无害、低害的清洁产品。从产品抓起，并将环保因素预防性地加入产品设计之 中，并考虑其整个生命周期对环境的影响。 清洁生产与末端治理的比较清洁生产与末端治理的比较 比较项目比较项目清洁生产系统清洁生产系统末端治理（不含综合利用）末端治理（不含综合利用） 思考方法污染物消除在生产过程中污染物产生后再处理 产生时代80年代末期 7080年代 控制过程生产全过程控制，产品生命周期全过程 控制 污染物达标排放控制 控制效果比较稳定受产污量影响处理效果 产污量明显减少间接可推动减少 排污量减少减少 资源利用率增加无显著变化 资源耗用减少增加（

25、治理污染消耗） 产品产量增加无显著变化 产品成本降低增加（治理污染费用） 经济效益增加减少（用于治理污染） 治理污染费用减少随排放标准严格，费用增加 污染转移无有可能 目标对象全社会企业及周围环境 l浓度控制： l浓度控制是对人为污染源排入环境的污染物浓度所作 的限量规定，以达到控制污染源排放量之目的。 l 经若干年的实践发现，实施浓度控制之庸水体质 量改善的程度远未达到顶期的目的。究其原因： l 单纯浓度控制不能限制排入环境中的污染物总 量； l 浓度控制末考虑区域环境的现状负荷； l 浓度控制法未考虑区域的自然环境条件。 l总量控制： l依据某一区域的环境容量确定该区域内污染物容许排放总量

26、，再按照定原则分配 给区域内的各个污染源，同时制定出一系列政策和措施，以保证区域内污染物排 故总量不超过区域容许排放总量。 l 总量控制可划分为三种类型： l 1容量总量控制 l 从受纳水体容许纳污量出发，制定排放口总量控制负荷指标。容量总量控制以 水质标准为控制基点，以污染源可控性、环境目标可达性两个方面进行总量控制 负荷分配。 l 2目标总量控制 l 从控制区域容许排污量控制目标出发，制定徘放口总量控制负荷指标：目标总 量控制以排权限制为控制基点，从污染源可控性研究人手，进行总量控制负荷分 配。 l 3行业总量控制 l 从总量控制方案技术、经济评价出发，制定排放口总量控制负荷指标。行业总

27、量控制以能源、资源合理利用为控制基点，从最佳生产工艺和实用处理技术两方 面进行总量控制负荷分配。 l污水处理： l建立污水处理厂是水环境规划方案中常考虑采 用的重要措施、一般污水处理程度可分为一级、 二级和三级处理。 l污水引灌： l污水引灌是把城市生活污水进行一定程度的处 理后引至城市近郊进行农灌。 l实施污灌的污水应是至少经过一级处理的城市 纯生活污水，或由不含保守性毒物的工业污水 与生活污水组成的，经过适当处理的混合污水。 保守性物质：自然过程 中化学组分不变，或者 变化极缓慢的物质 l氧化塘： l氧化塘是各式污水处理塘的俗称。它通常分为 4种基本类型：兼性塘、曝气塘、好气塘和厌 气塘。

28、 l 氧化塘利用自然生态系统的自净功能是一种 成本低、能耗小的城市污水处理技术。 l1.人工复氧 l河内人工复氧也是改善河流水质的重要措施之一。它是借助于安 装增氧器来提高河水中的溶解氧浓度，在溶解氧浓度很低的河段 使用这项措施尤为有效。人工复氧的费用可表示为增氧机功率的 函数。 l2.污水调节 l在河流同化容量低的时期(枯水期)用蓄污他把污水暂时蓄存起来， 待河流的纳污容量高时释放，由于更合理地利用了河流的同化存 量，从而提高了河流的枯水水质。这项措施称污水调节。 l污水在蓄存期间，其中的有机物还可降解一部分。 l污水调节费用主要是建池费用。如能利用原有的坑塘则更为经济。 l缺点是占地面积大

29、、有可能污染地下水等、如果是原污水还可能 会产生恶臭并影响观瞻。 l3.河流流量调控 l国外对流量调控或称低流量增流以及从外流域引水冲 污的研究较早，并已应用于河流的污染控制。 l世界上很多河流的径流年内分配不均，枯水流量较 小在枯水期水质严重恶化；在低流量期，欲达水质 目标则需对污水进行较深度的处理；而在高流量期， 河流的环境容量得不到充分利用，造成河流自净资源 的浪费。因此，就这类河流而言，提高河流的枯水流 量应成为其水质控制的一个值得考虑的措施。实行流 量调控可利用现有的水利设施，也可新建水利工程。 第四节规划方案的综合评价第四节规划方案的综合评价 l水环境规划方案制定后，为了检验和比较

30、各个方案的可行性与可操作 性，可通过费用一效益分析、可行性分析以及水环境承载力分析，对 规划方案进行综合评价，从而为最佳规划方案的选择与决策提供科学 依据。 l一、费用-效益分析 l以水环境规划方案中污水处理厂的费用函数为例。 l二、方案可行性分析 l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。 l三、水环境承载力分析 l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。随经济发展的速度和规模不同而不同。 一、费用一、费用-效益分析效益分析 污水处理厂的费用函数污水处理厂的费用函数 l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

31、效率。污水处理厂的费用可以表示为污 水流量（Q）与处理效率（v）的函数：C=F(Q， v) l费用函数形式较多的是幂函数。 l对每一种处理效率下的一组流量做出费用-流量函数： C=Q；式中参数，可由曲线拟合求得。显然， 为处理效率v的函数。国外的统计资料表明， 值随 v的变化较小，可取为常数。 值可用v的幂函数表示： =K+RV 二、方案可行性分析二、方案可行性分析 l（1）水环境目标的可达性分析（水质、容量） l-建模、预测、分析 l（2）污水处理投资的可行性分析 l按环保投资占国民生产总值比例，占工业基础建设投资比 例来估算投资能否得到落实。 l应考虑社会投资；重大项目投资分摊到相关前后几年。 l国际经验表明，当污染治理投资占占国民生产总值的比例 到达1%-1.5%时，才能基本控制环境污染；提高到2%- 3%时，才能改善环境质量。目前我国这一比例在1%左右。 三、水环境承载力分析三、水环境承载力分析 l（1）水环境承载力指标 l可用水资源总量与总用水量之比； l单位