第六章-流域水环境规划.

1流域（valley;riverbasin;drainagebasin）狭义上是指河流的干流和支流所流过的整个区域；广义上指一个水系的干流和支流所流过的整个地区。另一种说法是，流域是以分水岭为界限的一个由河流、湖泊或海洋等水系所覆盖的区域，以及由该水系构成的集水区。或者说，地面上以分水岭为界之区域称为流域。2沱江特大污染事故：2004年3月，地处成都市的川化集团违法排污（高浓度氨氮），造成沱江特大污染事故，导致沿江百万群众饮水被迫中断，直接经济损失在3亿元左右。松花江水环境污染：2005年11月13日，中石油吉林石化公司双苯厂发生爆炸事故，大量苯类污染物进入松花江水体，引发重大水环境污染事件。广东北江水污染：2005年12月，因韶关冶炼厂设备检修期间超标排放含镉废水，导致北江韶关段镉严重超标，严重威胁下游饮用水源安全。无锡太湖蓝藻暴发：2007年5月，太湖中蓝藻暴发导致水质恶化，自来水出现异味，居民饮水受到严重影响。中国近年来的重大水污染事件3地表水域环境功能区：源头水、国家自然保护区、生活饮用水水源地保护区、鱼类保护区、一般工业用水区、农业用水区、一般景观水域。功能区范围执行地表水环境质量标准Ⅰ类区源头水、国家自然保护区Ⅰ类Ⅱ类区集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等Ⅱ类Ⅲ类区集中式生活饮用水水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区Ⅲ类Ⅳ类区一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区Ⅳ类Ⅴ类区农业用水区及一般景观要求区域Ⅴ类注明：地表水环境质量标准GB3838-20024“三湖”湖体水质均为劣Ⅴ类。主要污染指标为总氮、总磷。太湖、巢湖处于轻度富营养状态，滇池处于重度富营养状态。“三湖”水质变化趋势以Ⅱ、Ⅲ类水质为主；2004～2008年，库区蓄水后水质未发生明显变化。三峡库区水污染普遍。主要污染指标：BOD、氨氮和高锰酸盐指数。监测断面：13个Ⅰ~Ⅲ类：23.1%Ⅳ~Ⅴ类：53.9%劣Ⅴ类：23.0%5流域水污染控制思考思考之一各主要流域规划实施中遇到难以协调的水污染焦点问题是常规规划、执法、管理体系难以协调的跨行政区域、跨部门、跨流域问题，必须要有强有力的高层次协调机构。6思考之二实现流域可持续发展的生态环境保护措施。流域发展模式是二十一世纪中国可持续发展的重点所在，各流域在防治污染的同时，必须解决好发展经济与生态保护环境的关系。7中国发达国家万元GDP用水量（t）46513～91万元工业增加值用水量（t）9519～85工业用水重复利用率（%）5585农业GDP用水效益(美元/t)10.785.5我国主要耗水指标与发达国家比较8我国的城市污水治理比发达国家晚了30～40年，在管网建设方面甚至晚了100多年。污水处理设施建成以后，正常运行的只有50%；有的污水处理厂污水处理率不足20%。目前我国仍有80%的县城没有污水处理厂。9思考之三实施污染物排放总量控制是保护和恢复我国流域水环境质量的根本措施之一。全国水环境管理实行容量总量控制，还需要在总量控制理论与技术方法方面进行规范和完善，确保污染物总量控制制度在流域水环境管理中的科学实施。101提出水体功能区划和水质控制指标2确定水质超标河段和主要污染物3确定各河段主要污染物的环境容量4确定各排污口的允许排污量5预测污染治理费用，提出最佳规划方案一、内容第一节流域水环境规划的内容和工作程序11第一，综合分析，找出主要问题。所需资料①②③④水文与水质现状数据，以及用水现状污染源清单地图水污染控制方法及其技术经济和环境效益资料二、工作程序12第二，确定规划目标水量、水质两方面下手。数学规划法、模拟比较法。第三，选定规划方法清洁生产工艺，增加污水处理设施…第四，拟定规划措施13第五，提出供选方案第六，规划实施通过费用—效益分析、方案可行性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。体现了规划自身的价值与作用。14水体功能区:是指水体使用功能所占有的范围。水环境功能区划：是根据水体不同区段的自然条件、区域内的用水需求，按照国家和地方的有关法规和标准，对水体不同区段按其功能加以划分，并确定其相应的环境质量目标。第二节水环境功能区划的基本原则和方法15水质功能区分类水域环境功能执行水质标准Ⅰ类源头水、国家自然保护区Ⅰ类Ⅱ类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、鱼虾类产卵场等Ⅱ类Ⅲ类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及游泳区Ⅲ类Ⅳ类一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区Ⅳ类Ⅴ类农业用水区及一般景观要求水域Ⅴ类《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）16地表水环境质量标准基本项目标准限值单位：mg/L17集中式饮用水源地优先保护；优质水优用及低质水低用；上下游、区域间互相兼顾；合理利用水体自净能力和环境容量；与工业合理布局相结合；实用可行，便于管理等。一、水环境功能分区原则18二、水环境功能区划分的方法与步骤图水环境功能区划系统分析过程2选择相应的环境质量标准6负荷分配工程规划技术和经济综合分析7政策协调行政决策3现状功能可达性分析确定主要人为污染源5污染控制措施分析4建立排污量与水环境质量间的定量关系1提出水环境保护目标19第三节水环境容量与水环境保护目标（一）定义一、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。20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，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。21水环境容量的影响因素水体特征水质目标污染物特性水体的形状、大小、流量、流速、水温、pH值、污染物的本底值等我国地面水水质标准按用途分为5类，每类水体允许的水质标准决定着水环境容量的大小危害性：危害越大，容量越小；净化特征：污染物在水体中的迁移转化；排放方式：集中分散、连续间断、江边江心22自然水环境容量管理水环境容量按水环境目标分类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自净容量可更新容量不可更新容量按污染物性质分类按降解机理分类按可再生性分类按可分配性分类可分配容量不可分配容量（二）水环境容量分类23(1)自然水环境容量以污染物在水体中的基准值为水质目标，反映水体以不造成对水生生物和人体健康不良影响为前提的污染物容纳能力，不受人为社会因素的影响，具有客观性。其模型为：1.按水环境目标分类24(2)管理(或规划)环境容量以污染物在水体中的标准值为水质目标，水体的允许纳污量称为管理环境容量；以水污染损害费用与治理费用之和最小为约束条件所规划的允许向水体中的排污量，称为规划环境容量。其模型：25（1）稀释容量是指在给定水域的本底污染物浓度低于水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳污染物量。它是污染物进入水体后由稀释扩散作用引起的，它与水的体积、净污比有关。（2）自净容量是指由于沉降、吸附、降解等物理、化学、生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。反映水体对污染物的自净能力，又称同化容量。2.按降解机理分类262污染物性质分31耗氧有机物的水环境容量有毒有机物的水环境容量重金属的水环境容量3.按污染物性质分类27（1）耗氧有机物的水环境容量耗氧有机物能被水中生物氧化分解为简单的无机物，有较大的水环境容量。该容量即是通常所说的水环境容量。（2）有毒有机物的水环境容量有毒有机物是指人工合成的毒性大、难降解有机物。这类有机物同化容量很小，一般只考虑水体稀释作用。应消除在污染源，而不是开发水体的环境容量。（3）重金属的水环境容量重金属是保守性污染物，只发生赋存状态和空间位置的变化，只能被水稀释而不能被分解，没有同化容量，应该严格控制在污染源。二、水环境保护目标:水环境质量目标、水总量控制目标28水环境污染防治的途径主要有两种：一是减少污染物的排放，二是提高或充分利用水体的自净能力。第四节流域水污染控制规划减少污染物排放负荷①源头控制，采取清洁生产工艺②污染物排放浓度控制和总量控制③污水处理提高或充分利用水体的自净能力①河流流量调控②河内人工复氧③污水调节291.清洁生产工艺定义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。（一）减少污染物排放负荷一、水污染控制的技术措施30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。2、浓度控制环保效果不好，为什么？31总量控制3依据某一区域的环境容量确定该区域污染物容许排放总量，再按照一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放总量不超过容许排放总量。32补充：总量控制负荷优化分配---将环境容量（允许排污量）不均等分配给各污染源。分配方法数学优化分配非数学优化分配33非数学优化分配(1)等比例分配---以现状排污量为基础按相同削减比例分配允许排污量。34非数学优化分配(2)排污标准加权分配---考虑各行业排污情况的差异，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。如：《污水综合排放标准》二级标准中的BOD标准，制糖业：100mg/l;皮革业：150mg/l.35(3)行政协商分配---已知目标削减量，根据环保管理人员了解的情况，和排污单位反复协商，由行政决策分配排污指标。非数学优化分配36数学优化分配已知目标削减量，通过各污染源削减方案的投资效益分析，按投资最小，污染物削减量最大的原则进行排污总量的数学优化分配。37建立污水处理厂是水环境规划方案中应考虑采用的重要措施。4.污水处理数学优化分配目标函数:1minnjjjZCx38（二）提高或充分利用水体纳污容量1.人工复氧借助于安装增氧器来提高河水中的溶解氧浓度。如：苏州河综合整治，嚗气复氧，且成景观。2、污水调节在河流水量低的时期，用蓄污池把污水暂时蓄存起来，待河流水量高时释放，可以更合理地利用河流的自净能力来提高河流的水质。3、河流流量调控提高河流的枯水流量成为水质控制的一个重要措施。实行流量调控可利用现有的水利设施，也可新建水利工程。39是指源与水域组成的可操作实体。水域按不同使用功能划分，源为排入相应受纳水域的所有污染源的集合。二、水污染控制单元40①每个单元有单独进行评价、实施不同控制路线的可能；③在每个控制单元内，污染物排放清单应齐全，水域水质控制断面应有常规监测资料；②针对不同的污染物、不同的保护目标，同一地区可以有多种控制单元划分方案，以适应解决不同环境问题的需要，即对于不同的控制目标，能够有不同的控制单元与之对应；④各控制单元之间的相互影响，应能通过污染物的输入、输出来定量表达，做到水量平衡、物质量平衡。划分原则：41目标：达到水质控制目标——约束条件经济合理——控制费用尽量小——目标函数包括两大类：最优化控制模型规划方案的模拟选优模型三、水污染控制系统规划数学模型42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。可分为三种：排污口最优化处理最优化均匀处理区域最优化处理（一）最优化问题43排污口最优化441.排污口最优化问题以各小区的污水处理厂为基础，在水质条件的约束下，寻求满足水体水质要求的各污水处理厂最佳处理效率的组合。一般以处理费用最省表示。其数学模型为：污水处理的总费用第i个小区污水处理厂的处理费用，是处理效率的函数各断面BOD的控制目标各排污口输入河流的BOD各排污口排放单位质量有机物在河流各控制断面产生的BOD的响应值起始断面BOD值对下游断面BOD的影响值各断面DO的控制目标起始断面DO值对下游断面DO的影响值各排污口排放单位质量有机物在河流各控制断面上DO的