基于污染物入河總量的生態(tài)環(huán)境管理體系構(gòu)建研究

□王健□李靜□單進文

（1山西省汾河中下游水務(wù)管理局；2沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院；3河南省燕山水庫管理局）

基于污染物入河總量的生態(tài)環(huán)境管理體系構(gòu)建研究

□王健1□李靜2□單進文3

（1山西省汾河中下游水務(wù)管理局；2沈陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院；3河南省燕山水庫管理局）

以控制單元為基礎(chǔ)，核算控制單元內(nèi)主要污染物的入河總量，以總量核算結(jié)果為依據(jù)，提出流域水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控和管理的措施，構(gòu)建污染物總量控制體系、主要污染物總量減排監(jiān)控體系、水生態(tài)系統(tǒng)安全監(jiān)測與評估體系。使得水環(huán)境監(jiān)控管理從單一的水質(zhì)管理向流域綜合管理轉(zhuǎn)變，從單純的化學(xué)污染控制向水生態(tài)系統(tǒng)保護轉(zhuǎn)變，從目標(biāo)總量管理向容量總量管理轉(zhuǎn)變，從應(yīng)急管理向主動風(fēng)險管理轉(zhuǎn)變，提升了流域水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控和管理以及水生態(tài)系統(tǒng)保護水平。

水環(huán)境管控；控制單元；入河總量；監(jiān)控體系

0 引言

流域水環(huán)境質(zhì)量管控是流域開發(fā)和流域社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的有效途徑。美國環(huán)境保護署于20世紀(jì)70年代提出：水環(huán)境質(zhì)量管理不僅要關(guān)注污染控制的問題，還要重視水生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能的保護。

遼寧省境內(nèi)的遼河流域是中國七大流域之一，包括遼河水系和大遼河水系，流經(jīng)經(jīng)濟較發(fā)達的工業(yè)集聚區(qū)和都市密集區(qū)。具有污染物排放總量大，超過流域水環(huán)境容量的特點。現(xiàn)行的流域水環(huán)境質(zhì)量管理體系無法實現(xiàn)流域水質(zhì)安全保障和水生態(tài)環(huán)境的綜合治理，因此迫切需要建立基于污染物總量控制的水環(huán)境質(zhì)量管控體系，促使水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)管從單一水質(zhì)管理向綜合管理轉(zhuǎn)變，從容量總量控制向目標(biāo)總量控制轉(zhuǎn)變。

在體現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)空間特征差異的水生態(tài)功能分區(qū)基礎(chǔ)上，劃分面向水質(zhì)目標(biāo)管理的污染控制單元作為流域水環(huán)境質(zhì)量管理的基本單元，基于污染物總量控制建立流域水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控體系，實現(xiàn)水污染物負(fù)荷的有效削減，防范水環(huán)境風(fēng)險，促進流域水生態(tài)系統(tǒng)良性發(fā)展。

1 控制單元劃分

遼河流域一級控制單元主要考慮匯水區(qū)隔離原則和清潔邊界原則，以流域水生態(tài)功能分區(qū)作為污染控制單元的劃分依據(jù)。應(yīng)用ArcGIS(地理信息系統(tǒng))軟件將遼河流域分為5個一級控制單元。以控制單元劃分結(jié)果為基礎(chǔ)，建立流域污染物控制單元入河總量的核算，建立污染物總量監(jiān)控體系，為流域水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控和管理提供技術(shù)支撐。

圖1 基于總量控制的流域水環(huán)境質(zhì)量管控體系構(gòu)建技術(shù)路線圖

2 污染物總量控制體系的構(gòu)建

2.1 污染物總量核算的方法

污染物總量核算數(shù)理統(tǒng)計方法一共有5種：物料平衡法、產(chǎn)污/排污系數(shù)法、特征值分析法、相關(guān)數(shù)據(jù)對比分析法、濃度和流量相乘法。

2.2 污染物總量核算點源污染物總量核算：清河流域內(nèi)共有16個直排污染點源，采用GoogleEarth軟件將其進行其位置標(biāo)注。經(jīng)計算，清河流域內(nèi)16家直排污染源COD入河總量為145.16t/a，氨氮入河總量為10.95t/a。非點源污染物總量核算：根據(jù)流域河段污染物輸入─輸出平衡原理，見圖2。

圖2 河段污染物輸入-輸出平衡原理示意圖

式中：Li—第i月污染物負(fù)荷量(t/月);Pi—點源污染物入河量(t/月);Ni—非點源污染物入河量(t/月);Ui—上游水體輸入(t/月);Ci—取水渠系帶走的污染物負(fù)荷量(t/月)。

由于非點源污染的發(fā)生主要受降雨徑流過程的影響，某一研究區(qū)域內(nèi)非點源污染物的入河量時間變異性與徑流量的變化密切相關(guān)。因而，研究區(qū)域內(nèi)非點源污染物入河量可以近似的表達為河流流量的冪函數(shù)。與之相反，來自于工業(yè)企業(yè)和城鎮(zhèn)生活以及大型畜禽養(yǎng)殖場等的點源污染物排放量相對穩(wěn)定，可將一定研究時期內(nèi)(即點源污染物的排放和污染治理措施無顯著變化情況下)逐月的點源污染物入河量近似的作為一個常數(shù)。因此，點源和非點源污染物入河量可以分別表示為：

式中：A、B、C為模型系數(shù)(無量綱)；Qi為第i月的平均流量(m3/s)。

式(1)可以進一步表示為：

應(yīng)用MATLAB軟件中約束極小(非線性規(guī)劃)優(yōu)化求解函數(shù)fmincon建立核算非點源污染物入河量的二元統(tǒng)計模型。

目前，應(yīng)用于模型校驗的系數(shù)共有三種，分別是納什效率系數(shù)(NSE)、百分比偏差系數(shù)(PBIAS)和均方根-測量標(biāo)準(zhǔn)偏差比(PSR)。文章采用納什系數(shù)進行模型輸出結(jié)果的校驗。

納什系數(shù)為國內(nèi)外普遍認(rèn)可的天然水體模擬校核系數(shù)，可有效的體現(xiàn)系統(tǒng)中模擬失準(zhǔn)部分占總模擬部分的比例。

式中：Obsi—第i個監(jiān)測點的實測值(ug/L)；Simi—與第i個監(jiān)測點對應(yīng)的模擬值(ug/L)。

參考已有研究對SWAT、AGNPS、HSPF等機制性非點源污染計算模型應(yīng)用結(jié)果的總體評價，當(dāng)計算的納什效率系數(shù)在[0. 5～1]之間時，模型的模擬效果較好。

采用MATLAB軟件進行二元統(tǒng)計COD模型中A、B、C、D模型系數(shù)計算，校正得到的模型系數(shù)見表1。

表1 清河流域校正模型系數(shù)、各類源逐年COD入河量及河流持流量表

3 水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控管理措施

文章基于污染物總量控制，核算出清河流域點源和非點源污染物入河總量，基于污染物總量控制，提出水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)控管理措施。

3.1 建立污染物總量控制體系

“十三五”期間，遼寧省流域水環(huán)境質(zhì)量管理迫切需要從單純的化學(xué)污染控制向水生態(tài)系統(tǒng)保護轉(zhuǎn)變，從容量總量控制向目標(biāo)總量控制轉(zhuǎn)變，科學(xué)的實施污染物總量控制，建立起流域污染物安全容量評估與污染物總量控制體系。

3.2 建立主要污染物總量減排監(jiān)控體系

示范流域內(nèi)COD點源年入河量為105t；非點源年入河量為1094.50t。由此可見，非點源的入河量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過點源的入河量，因此必須構(gòu)建和完善“污染控制單元-省轄市行政區(qū)域-流域”3級主要污染物排放總量減排監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系，增加監(jiān)控指標(biāo)，優(yōu)化監(jiān)控頻次，實現(xiàn)管理部門對控制單元以及流域內(nèi)污染物總量的統(tǒng)計與核定全面掌握和管理。完善主要水污染物總量減排績效考核體系，強化水質(zhì)改善對于總量減排的倒逼作用。

3.3 建立水生態(tài)系統(tǒng)安全的監(jiān)測與評估體系

流域水生態(tài)健康是水環(huán)境監(jiān)控和管理的重要目標(biāo)，流域水生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測和評價體系是保護和恢復(fù)流域水生態(tài)監(jiān)控的基礎(chǔ)，因此水環(huán)境綜合關(guān)系體系的構(gòu)建需要完善水生態(tài)系統(tǒng)安全的監(jiān)測與評估體系。目前，遼寧省已經(jīng)形成較為完整和成熟的水環(huán)境監(jiān)測體系，以常規(guī)監(jiān)測和自動監(jiān)測為主，監(jiān)測項目主要是常規(guī)五項監(jiān)測指標(biāo)，需要在常規(guī)監(jiān)測的指標(biāo)基礎(chǔ)上增加能夠反映水生態(tài)系統(tǒng)健康的監(jiān)測指標(biāo)，完善流域水生態(tài)監(jiān)控技術(shù)和方法，構(gòu)建功能齊備、手段先進的流域水生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系。

XR2

A

1673-8853（2016）09-0004-02

2016-05-20

（責(zé)任編輯：韋詩佳）

王健（1975-），女，工程師，主要從事：水利水電工程。