水環境容量與總量控制及其在樂安河的研究應用

摘要：本文介紹了水環境容量、總量控制在國內外的研究發展狀況及研究中存在的問題，并針對樂安河流域水環境容量及總量控制的研究進行了闡述。

關鍵詞：水環境容量 總量控制 樂安河

Study on Water Environmental Capacity andTotal Control and Apply in Le，An River

HUANG Xue-ping1，Liu Feng2，Wan Wei-hong1

(1.Dept of Civil Engineering and Architecture，Nanchang Institute of Technology， Nanchang 330029

2.College of Chemistry Chemical Engineering， Jiangxi Science Technology Normal University， Nanchang 330031 )

Abstract：It presents the study situation and current issue in water environmental capacity and total control.Moreover， this paper introduce its applying in Le，An river

Keywords：water environmental capacity；total control；Le，An river

樂安河源于江西與浙江省的交界處，流經婺源、德興、樂平、萬年、波陽等縣（市），最后進入鄱陽湖，全長279 km。由于受沿岸工業廢水、生活污水等的污染，致使該河的許多污染指標超標，尤其是Cu、Pb、CODCr 、氨氮已嚴重超標，其污染甚至波及到鄱陽湖的水質。

欲有效地對樂安河水環境實施綜合整治，不僅要嚴格實施污染物達標排放，還必須研究樂安河的水環境容量，并以此作為污染防治的依據，對主要污染物實行總量控制，這樣才能有效地改善樂安河水環境質量。

1. 水環境容量及總量控制在國內外的研究發展狀況

環境容量于1968年由日本環境學界提出來后到1975年才從定性的概念發展到定量化。爾后，日本國會通過了一項法案，把環境容量具體應用到河流及海洋的環境管理工作中并提出對污染物實行排放總量控制，改變了過去用排放濃度控制的辦法。

水環境容量的計算是以水質數學模型為手段。1925年Streeter和Phelos首先進行了一維水質模型的研究，建立了DO-BOD水質模型。隨著計算機的出現和應用，以及生物化學耗氧過程認識的深入，模型發展為BOD、DO、氮、硝酸鹽等多個線性系統的水質模型，如美國的包括七個參數的QUAL-Ⅱ河流綜合水質模型[1～2]。

近年來我國對河流的水環境容量開展了研究工作，并取得了不少可喜的成績。前人所做的研究主要集中在水質模型、水環境容量的理論研究以及局部流域或河段的環境容量。如小河流的一維水質模型，中等河流及大江大河的二維水質模型，河口水質模型等都在探索之中。

研究的內容涉及到有機污染物，有毒物質（酚等），重金屬和懸浮態污染物質等各個方面[3]。

中國的水污染物總量控制，概念來自日本的“閉合水域總量規劃”，技術方法引自美國的水質規劃理論[4]。參照美國制訂水質規劃的要求，誕生了中國最早的洋河流域水質規劃。在第一松花江，引進BOD-DO水質模型和線性規劃方法分配BOD負荷量，制訂了中國第一個流域BOD5總量控制標準，成為我國水污染物總量控制的最早實踐。

“六五”科技攻關期間，夏青等前輩在國內首次完成了溶解氧模型的改進；首次提出了用離散規劃方法進行總量分配；并且制訂了沱江水質規劃和總量控制方案。使中國的流域總量控制學術研究達到了較高水平。

國家“七五”、“八五”科技攻關期間，在全國多個水域開展了水環境容量開發利用研究，把水環境容量的研究成果落實于污染物總量控制。在淮河淮南段、長江安慶、渭河咸陽段、松花江佳木斯段、湘江湘潭段等30多個水域開展了水污染防治和水污染物總量控制的研究。

“九五”期間為實現我國“九五”環境目標，我國明文規定要在全國范圍內對環境危害較大的12種污染物實行總量控制。經過“九五”期間的努力，全國以“三江三湖”為重點的流域總量控制機制已經基本建立，并且為改善各個流域的水環境質量起到了很好的促進作用。

我國“十五”計劃中明確提出“‘十五’期間全國主要污染物排放總量削減10％的目標”，首次把污染物排放總量控制指標納入國民經濟和社會發展計劃，充分肯定了總量控制作為環境管理和推動社會可持續發展的重要意義[5]?？偭靠刂普呤撬h境管理的自我完善，也是符合當前我國國情的科學性選擇，對促進江河水系內社會經濟的全面發展有著極其重要的意義[6]。

2. 國內外水環境容量與總量控制研究中存在的問題

水環境容量計算中，模型的正確建立與求解是至關重要的。但由于河流是自然環境的組成要素，它們具有顯著的地域特點，表現在水文特征、地球化學背景的差別、工程設施的影響等，對一切水體和各種規劃都是最優的水質模型、總量控制模式目前尚不存在。對水文氣象條件、地質條件各不相同的河流，其可鑒與比較性也相對較差。因此，在對某一具體流域進行規劃控制時，需結合該流域的自身特征來選擇合適的水質模型及總量控制模式。

模型能否應用，關鍵在于能否正確識別參數，參數取值的合理與否直接影響到模型計算的成敗，對它們的理論研究與計算方法是本學科的一大難題。目前，論述模型形式的文章較多，介紹參數識別經驗的研究成果較少，國內外在這方面至今還沒有比較公認的和比較成熟的經驗[7～8]。

在計算水環境容量時，環?？萍脊ぷ髡邔τ谶x擇功能區段內的哪一段作為控制段的問題還存在爭議。西安理工大學水利水電學院的周孝德教授等提出了在一維穩態條件下計算水環境容量的3種方法[9]，即段首控制方法、段尾控制方法和功能區段尾控制方法。但這3種方法各有優劣勢及適用條件。在進行計算時需結合河流實際狀況確定。

選擇適當的方法制訂科學、合理、可行的總量控制目標分配方案，是實施總量控制的關鍵[10]。目前關于目標分配的理論研究很多，但其中論及的方法各有優缺點，需結合河流沿岸經濟、工企業發展等實際情況確定。

3. 樂安河水環境容量及總量控制的研究

3.1 研究思路、內容及方法

首先在對樂安河流域進行水污染現狀分析、評價基礎上，確定總量控制因子為CODCr 、氨氮及重金屬Cu、Pb。由此探尋、建立適合樂安河流域重金屬、有機污染物水環境容量計算的水質模型，結合樂安河水文、水質特點，確定水質模型中的參數并進行驗證。再計算樂安河各功能區河段Cu、Pb、CODCr、氨氮的水環境容量。根據水環境容量計算結果實施總量控制，并提出污染治理措施。

通過對樂安河流域水污染現狀調查、分析、評價，選擇其中對樂安河水環境和人體健康危害較大的CODCr、氨氮、Cu、Pb作為總量控制因子。

按照《江西省地表水環境功能區劃方案》劃分樂安河流域控制斷面、水質功能區劃并確定相應水質目標；在定常設計條件下，結合樂安河的實際情況，針對重金屬、有機污染物在河流中的稀釋擴散和自凈機理建立水質模型。對于CODCr、NH3-N水質組份，運用美國最新推出的QUAL2K綜合水質模型研究其在樂安河流域的水質模擬；對于重金屬污染物Cu、Pb，選擇一維重金屬遷移轉化水質模型研究其在樂安河流域的水質模擬。

河流的設計流量采用近十年最枯月平均流量作為設計流量，其它水文參數都是設計流量Q的函數，采用經驗關系式：U=αQβ，H=γQδ計算；其它模型參數根據經驗確定或采用室內模擬、水文、水質實測并應用一元線性回歸、最小二乘法等方法進行計算確定。

采用解析法、功能區段首控制對樂安河各功能控制區段計算水環境容量；根據水環境容量計算結果，基于可持續發展原則，本著實事求是的態度，采取保留一部分環境容量進行總量控制目標分配、實施總量控制并提出相應的污染治理措施。

3.2 研究技術路線

第一步：對區域內的自然條件、資源、社會、人口和經濟發展狀況，特別是水環境質量現狀、工業廢水排放情況、城鎮生活污水排放等，廣泛收集資料，進行全面深入的調查、分析、評價。

第二步：建立區域內河流水質數學模型，進行水污染物的模擬計算，并進一步對模型進行驗證。

第三步：劃分區域內水環境功能區，確定各功能區水環境質量目標。

第四步：建立河流水環境容量計算模型，根據確定的水質目標，計算河流水環境容量。

第五步：根據水環境容量計算值，實施總量控制，提出水污染防治的整治措施。樂安河流域水環境容量及總量控制研究技術路線具體見圖1。

3.3 研究結論及意義

依據水環境容量計算結果，基于可持續發展、采取保留一部分環境容量的原則實施總量控制，計算出各控制區污染物應削減量或可新增加量，并提出下列相應的污染治理措施：籌建生活污水處理廠、加強城鎮污染的集中控制；沿線工業污染源達標排放并實施總量控制管理；注重控制畜牧養殖業污水的污染；加強全流域水質監控與管理，整治受污染支流，對樂安河全流域采取上攔——中清——下泄的水污染綜合整治措施。

課題研究者希望通過對樂安河主要污染物水環境容量與總量控制的研究，為樂安河水資源的合理開發、水環境容量的充分利用、沿岸工農業生產的合理布局、水環境的綜合整治等提供科學的依據，有效地改善樂安河、鄱陽湖水環境質量，使樂安河流域的經濟增長與水環境保護協調發展；也為其它類似河流的水環境容量與總量控制的研究提供一定的借鑒作用。

參考文獻:

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[2] 莊一鸰.包為民.水質模型講義.河海大學.2002.

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[5] 錢 易.劉昌明.中國江河湖海防污減災對策［M］.中國水利水電出版社. 2002，12.

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[10] 李秉文等.關于水污染物總量控制方法的探討［J］. 東北水利水電.2000，12:13～16.