（环境工程专业论文）大同市海河流域水污染防治规划研究.pdf

a u t h o r ss i g n a o ! s u p e r v i s o r 7 ss l g 懈f 玉m 鸟 r e ：么一 e x t e r n a lr e v i e w e r s ：丛垒q ! q 垒g 圣型曼迦q ! 星坠g i 旦星曼型 e ，n v i r o n m e n t a l s c i e n c er e s e a r c ha n dd e s i g n ! 垒墨i 地! 曼q 至鱼自i 垦坠g 里! q y i 垒q 星 y u el i “a s s o c i a t ep r o f e s s o r 垫自i 堑g 堕遁y 丛曼煦 h 堑g i 鱼坠g g 丛苎墨q 亟塾星里! q 鱼苎墨q 型 圣h 自i 塑g 堕垒i y 丛墨i 垃 c o m m i t t e ec h a i r p e r s o n ： j i z h o n gc h e n p r o f e s s o r z h e j i a n gu n i v e r s i t y e x a m i n i n gc o m m i t t e em e m b e r s ： z u c h e n gw u p r o f e s s o r z h e ii a n gu n i v e r s i t y z h i y ih u a n g p r o f e s s o r z h e j i a n gu n i v e r s i t y d a t eo fo r a ld e f e n c e ：2 013 0 3 0 7 喽 删0 一骶0 一 眦苞豇一塑 莹i逝世丛董i 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得浙婆太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：王葭t 签字日期： 加f 乡年弓月【乡日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙塑太堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江太堂可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 王鸯王、 签字日期：如f 妒；月i 弓日 导师签名： 瓣 签字日期：加f 铲乡月f 多日 浙江大学硕士学位论文致谢 致谢 值此硕士学位论文即将完成之际，我在这里向所有关心、支持和帮助过我的人们表示 最诚挚的谢意。 首先要深深感谢我的导师张清宇副教授! 近三年来，老师不仅在学业上对我谆谆教诲、 悉心栽培，而且在生活中给予了我无微不至的关心和极大的帮助，教会我做人做事的道理， 使我在学术和人生道路上前进的过程中感受到无限温暖! 老师活跃的学术思想、独特的见 地和创新能力、严谨的治学态度、精益求精的工作作风和诲人不倦的品格，使我受益匪浅。 回首求是园里近三年的点点滴滴，我的每一寸进步、每一点成绩无不凝聚着老师的心血。 在此，谨向恩师表示衷心的感谢和敬意。 课题来自大同市海河流域水污染防治“十二五”规划项目，非常感谢大同市环境保 护局、大同市环境监测站、大同市水文站等相关单位相关人员在研究过程中给予的支持。 同时，也非常感谢我的校外导师毛洪钧老师以及浙江大学环境工程研究所诸位老师的无私 帮助和指导! 论文的完成过程得到了课题组李筱筱师姐、姜磊师姐、王孝文同学、李新兴同学和刘 奇同学的极大支持，感谢你们对论文研究方法提出的宝贵意见。感谢李筱筱师姐和朱琦师 姐一直以来对我学 - - j 和生活上的帮助! 感谢实验室的每一位兄弟姐妹，魏玉梅、范良千、 郑滢碉、张黎丽、周磊、虞波、傅昂毅、杜维菲、范菊旺、徐元莉伴随我共同走过了这三 年的美好时光! 还要特别感谢王孝文同学，在共同学 - - j 和生活的日子里，我们相互关心和 帮助、相互鼓励、共同进步! 同时，深切的感谢宿舍的刘苗、李亭颖和柴娟娟同学，感谢你们这近三年来的朝夕相 伴，是你们让我感觉研究生的生活是那么的丰富多彩。祝所有同学和朋友在今后的学 - - j 和 生活中一帆风顺，万事如意! 最后感谢抚养教育我的父母和一直默默支持我的哥哥嫂嫂，是你们给予我心灵上的慰 藉，让我始终坚持做自己的事。感谢你们一路以来的无私奉献，你们的殷切期望和关怀是 我前进的最大动力! 二零一三年三月于浙大求是园 浙江大学硕士学位论文摘要 摘要 随着工业化的快速发展和城市化进程不断推进，水环境污染己成为一个热点难点问题， 特别是海河流域水污染防治问题。探索解决海河流域水污染的新思路、新方法对于保障海 河流域水资源的可持续利用具有重要的现实意义。本课题以大同市海河流域水污染防治 “十二五”规划项目为依托，分析大同市海河流域水污染现状及至变化趋势，提出总量削 控方案，为规划的编制提供了科学依据。 本文在实地调研的基础上得到大同市海河流域2 0 0 6 2 0 1 0 年水环境基础数据，回归 分析水污染物总量排放的情况，得出“十一五”期间水污染物排放总量( 除工业废水排放 量) 呈下降趋势；以各类规划中相关指标目标为基础，确定至2 0 2 0 年各项预测值的增长 因子；以“十二五”期间水体污染物排放总量为主要预测内容，应用l e a p 模型得到大同市 至2 0 2 0 年水体污染物年排放情况；根据大同市水体环境承载能力确定各污染物的削控目 标，提出大同市水污染防治的重点任务及重点建设项目。 大同市2 0 1 1 2 0 2 0 年污染物排放总量呈稳定上升趋势，工业污染源、生活污染源和畜 禽污染源这三种主要污染源对c o d 和n h 3 n 的分担率基本保持稳定；畜禽养殖业c o d 排放分担率始终在4 0 以上，对c o d 排放量的贡献最大；三种主要污染源对n h 3 - n 排 放量的分担率均在3 0 左右。根据不同污染源对污染物排放总量的贡献率，以及污染源 位置、排放口分布、河流环境容量等因素，最后确定两种削控方案。本文对畜禽养殖污染 的估算可能存在偏差，而且未考虑农田耕作对水体污染的影响，其污染物的排放量、入河 量的估算方法需要进一步探讨。 关键词：海河流域；水污染防治；水质评价；l e a p 模型；总量控制 i i 浙江大学硕士学位论文abs仃am a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n d u s t r i a l i z a t i o na n du r b a n i z a t i o n t h ep r e v e n t a t i o no fw a t e r p o l l u t i o nh a sb e c o m ea h o ti s s u e ，e s p e c i a l l yf o rt h eh a i h er i v e rb a s i n p r e t c t i o nt 1 1 es u s t a i n a b l e u s a g eo fw a t e rr e s o u r c ei nh a i h er i v e rb a s i ni so fg r e a ti m p o r t a n c eb ye x p l o r i n gn e wi d e a sa n d m e t h o d st os o l v et h ep o l l u t i o np r o b l e m b a s i n go nt h e ”12 t hf i v e y e a rp l a n n i n gf o rw a t e r p o l l u t i o nc o n t r o lo fh a i h er i v e rb a s i ni nd a t o n g ”t h i ss t u d ya n a l y s i st h ep o l l u t i o ns t a t u sa n d t h ee v o l u t i o nt r e n do fd a t o n gh a i h er i v e rb a s i n m o r e o v e r ，a b a t e m e n tm e a s u r m e n t sf o rw a t e r p o l l u t i o nw a sp r o p o s e dt og i v eas c i e n t i f i cs u p p o r t i n gf o rp l a n n i n gc o m p o s i n g t h eb a s i cd a t ao fd a t o n gh a i h er i v e rb a s i nw a t e rf r o m2 0 0 6t o2 0 10w a sg o tt h r o u g h f i e l dr e s e a r c h t h ea m o u n to fw a t e rp o l l u t i o n ( e x c l u d ef o ri n d u s t r i a le f f l u e n t ) w a sd e c r a s e d d u r i n gt h e ”e l e v e n t hf i v e y e a r ”p e r i o db yr e g r e s s i o na n a l y s i s ；t h eg r o w i n gf a c t o rf o re a c h p r e d i c t o rw a sd e t e r m i n e du pt o2 0 2 0b a s i n go nt h ea i ms e ti nv a r i o u st y p e so fp l a n n i n g ；i no r d e r t op r e d i c tt h ea m o u n to fw a s t ew a t e re m i s s i o nd u r i n gt h e ”12 mf i v e y e a r ”p e r i o d a n n u a l e m i s s i o no fw a s t ew a t e ru pt o2 0 2 0w a sc l a r i f i e db yl e a pm o d e li nd a t o n gp r o v i n c e ；e s t a b l i s h t h ea b a s e m e n tg o a lf o re a c hp o l l u t a n tb a s i n go nt h ew a t e rc a p a c i t yi nd a t o n gp r o v i n c e ；f i n a l l y , t h em a i nt a s k sa n dc o n s t r u c t i o np r o j e c tw a sp r o p o s e df o rw a t e r p o l l u t i o nc o n t r o l l i n gi nd a t o n g t o t a la m o u n to fp o l l u t a n t sd i s c h a r g ei si nas t e a d yi n c r e a s et r e n d si nd a t o n gd u r i n g2 011 t o2 0 2 0 i n d u s t r i a lp o l l u t i o ns o u r c e s ，d o m e s t i cp o l l u t i o ns o u r c e sa n dl i v e s t o c kp o l l u t i o ns o u r c e s g i v et h em a i nc o n t r i b u t i o nt oo fc o da n dn h 3 - n t h ea m o u n to fc o dd i s c h a r g ei sk e e p i n g a b o v eo n4 0 i nl i v e s t o c k ，m a k i n gi ta st h em a j o rc o n t r i b u t i o nf o rc o d t h ee m i s s i o ns h a r i n g o fn h 3 一nw a sr e s e a r c h e dt o3 0 b yt h et h r e ea f o r e m e n t i o n e dp o l l u t i o ns o u r c e s f i n a l l y , t w o p r o je c t sf o rp o l l u t a n t sa b a s e m e n tw a sd e t e r m i n e da c c o r d i n gt ot h ev a r i o u sf a t o r si n c l u d i n gt h e e m i s s i o nc o n t r i b u t i o nr a t ea n dt h e1 0 c a t i o nf o re a c hp o l l u t a n ts o u r c e t h ed i s i r i b u t i o no f e m i s s i o no u t f a l l ，a n dt h ee n v i r o n m e n t a lc a p a c i t yf o rr i v e r , e t c 。h o w e v e r , w i t ht h er e g a r dt ot h e n e g l e c t i o no nf a r m i n g ，t h e r em i g h tb ed e v i a t i o nf o rl i v e s t o c kp o l l u t i o ne s t i m a t i o n c o n s i q u e n t l y , t o t a la m o u n tf o rp o l l u t a n t se m i s s i o na n dw a t e ri n p u tn e e d sf u r t h e ri n v e s t i g a t i o n k e y w o r d s ：h a i h er i v e rb a s i n ；p r e v e n t i o n a s s e s s m e n t ；l e a pm o d e l ；t o t a lc o n t r o l a n dc o n t r o lo fw a t e rp o l l u t i o n ；w a t e rq u a l i t y i i i 浙江大学硕士学位论文 目录 目录 致谢i 摘要i i a b s t r a c t ：i i i 1 绪论1 1 1 课题背景1 1 2 研究内容1 1 3 研究意义一1 1 4 海河流域水环境现状和问题研究2 2 文献综述6 2 1 流域水污染防治研究现状分析一6 2 2 水污染物总量控制和分配8 3 大同市海河流域概况13 3 1 自然生态和社会经济概况1 3 3 2 水资源情况1 5 3 3 污染物排放现状及水质现状1 8 3 4 水污染防治工作回顾2 1 3 5 水环境问题分析2 5 4 水污染物总量控制方案2 9 4 1 研究区排放总量预测2 9 4 2 污染物总量分配方案3 5 5 重点工程及布局4 0 5 1 重点工程4 0 5 2 重点工程布局4 1 6 结论与展望4 7 6 1 结论4 7 6 2 展望4 8 参考文献4 9 作者简历5 5 浙江大学硕士学位论文绪论 1 绪论 1 1 课题背景 水是生命之源，也是人类生存发展的重要因素之一。水资源使用后处理不完 全将产生水污染，根据水污染防治法定义1 1 ，水污染将影响水的有效利用，并且 会危害人体健康、破坏生态环境。我国水污染形势严峻，2 0 1 0 年，我国地表水 环境污染十分严重，虽然七大水系总体为轻度污染，但2 0 4 条河流的4 0 9 个地表 水国控监测断面中，劣于类水质的断面比例高达4 0 1 ，其中海河流域为污染 最严重的国内流域。 我国水资源自然形成流域，流域性的水污染的基本特征。流域是一个各部分 之间相互制约、相互依存的统一整体，统筹规划研究流域内可利用的水资源量、 水环境质量及其地域分布，统一规划流域内重点污染源控制、污水处理设施建设、 区域污染综合防治项目等，有利于资源的节约利用以及整个流域水环境的改善， 从而达到使流域内水资源的开发利用及防治与人口、经济相互协调的目的 2 1 。因 而，分析我国水污染形势及防治要以流域为基本单元。 本课题来源于规划项目大同市海河流域水污染防治“十二五”规划。 “十二五”期间，大同市在流域水污染防治方面需要集中力量解决三大重点问题： 一是加强饮用水水源地保护，优先保障饮水安全；二是加强区域水环境综合整治， 努力改善城市水环境质量；三是加强畜禽养殖污染防治，从源头上控制畜禽养殖 污染，减少水体污染。 1 2 研究内容 本文通过实地考察大同市现状，分析处理各类资料，参考国内外流域水污染 防治的成果经验，分析大同市流域污染现状和成因，以l e a p 模型为预测工具预 测大同市“十二五”及“十三五”污染物年排放情况，根据大同市水体环境承载能力 确定各污染物的削控目标，提出大同市水污染防治的总量控制方案，并基于总量 控制方案，安排大同市水污染防治的重点任务及重点建设项目。 1 3 研究意义 近年来，随着大同市社会经济的快速增长、城市化的快速推进，水资源消耗 量急剧加大。大量未经处理或处理不完全的废水进入流域，致使水质日益恶化， 浙江大学硕士学位论文绪论 水资源短缺进一步加剧，水质恶化导致的缺水成为制约大同市社会经济可持续发 展和人民生活水平提高的重要因素。因此，保护水资源，加强大同市海河流域水 污染防治与管理刻不容缓。 水污染防治规划是水污染防治工作的先导，是实施环境建设与目标管理的基 本依据【3 1 。我国水污染防治规划的研究始于2 0 世纪7 0 年代，之后开展了大量水 环境容量理论、水环境背景值、水环境功能分区、水环境总量控制方法等的研究， 规划过程中运用多种定量分析手段，如多目标评价预测模型、数学水质模型及系 统优化分析方法等 4 1 。自“九五”开始，我国开始制定了重点流域的水污染防治规 划，经过一系列的探索，基本确定了目标总量控制的方法，主要的削控指标为 c o d 和n h 3 - n 。 水污染防治规划是以水质管理为目标，主要根据环境科学的基本原理和原则， 分析和协调水污染系统各组成因素之间的关系，并综合考虑与水质有关的自然、 技术、社会、经济等诸方面的关系5 1 ，提出满足污染物削减量的多种方法和措施。 流域水污染防治规划的研究对于明确流域治理目标、优化控制方案、建立有效的 资金和技术保障机制、建立完善的流域水管理体制具有十分重要的作用。科学合 理地制定大同市海河流域水污染防治总量控制方案，并且完整、有效的实施总量 削控方案，对于大同市海河流域水环境的改善和人民生活水平的提高具有重要的 现实意义。 1 4 海河流域水环境现状和问题研究 。 1 4 1 海河流域现状 海河流域是我国水资源开发程度最高、污染最严重的流域 6 ，8 1 。流域水资源 量占全国的1 3 。海河流域作为华北地区最大水系，流域面积3 1 7 8 万平方公里， 占全国流域总面积的3 3 。流域内有2 5 座人口1 0 0 万以上的大中城市，涵盖北 京、天津、河北、山西、山东、河南、内蒙古7 省( 市) 。至2 0 1 0 年，流域总 人口1 3 7 亿，占全国的1 0 ，g d p 占全国的1 2 9 ，水环境问题复杂。 海河流域属于半湿润半干旱的温带大陆性季风气候区。冬季寒冷干燥，夏季 炎热而多雨。由于气候干燥，流域内蒸发量较大，年蒸发量1 0 0 0 1 4 0 0 m m ，年 陆面蒸发量4 0 0 5 0 0 m m 。流域多年平均降水量5 4 8 m m ( 按1 9 5 6 1 9 8 4 年资料统 计) ，是我国东部沿海降水量最少的地区。由于季风气候的影响，流域降水量 浙江大学硕士学位论文绪论 7 5 8 5 集中在汛期，且往往集中于几场暴雨，而3 5 月月均降水量仅 5 0 1 0 0 m m ，且降水量年际变化大9 1 。 按照自然属性，海河流域分为9 个水系：滦河及冀东沿海水系、北三河及永 定新河水系、永定河水系、大清河水系、子牙河水系、漳卫南运河水系、徒骇马 颊河水系、海河干流水系及运东水系。各水系独立入海，相互间影响很小。 国家已先后制定了海河流域水污染防治“九五”、“十五”、“十一五”计划以控 制水污染，改善水环境。随着重点流域水污染防治工作的深入，海河流域c o d 排放量降幅明显，由2 0 0 5 年的1 4 4 2 万t 降到2 0 0 9 年的约1 2 8 万t 。其中北京、 天津、河北、山西、山东、河南、内蒙古( 全省口径) c o d 排放分别为9 8 8 万 t 、1 3 3 万t 、5 7 0 1 万t 、3 4 4 4 万t 、6 4 7 万t 、6 2 6 2 万t 、2 7 8 5 万t ，分别比2 0 0 5 年下降了1 4 8 、8 9 、1 3 8 、1 1 o 、1 6 o 、1 3 1 、6 2 。至2 0 1 0 年，未 达到区划水质目标的水功能区有4 2 个，占4 8 8 。 按水环境质量标准2 3 项指标( 不含总氮) 对海河流域中的国控断面进 行评价，得出2 0 0 9 年i i 类、v 和劣v 类的断面比例占3 1 5 、8 6 、 1 5 7 、4 4 3 。与2 0 0 5 年相比，i i 类断面比例上升了1 0 ，劣v 类断面从 2 0 0 5 年的6 0 降为4 4 3 。2 0 0 5 - 2 0 0 9 年化学需氧量、氨氮和总磷是主要的污染 因子，2 0 0 9 年超标率分别达到4 7 1 、4 0 和3 8 6 ；其它超标因子还包括高锰 酸盐指数和石油类。 海河流域是我国北方重要的经济中心，水污染问题已经严重削弱了该地区的 环境承载力【1 0 】。海河流域的水资源的科学配置以及水环境的综合治理，对海河 流域甚至我国的发展具有重要意义。 1 4 2 海河流域问题研究 海河流域水资源严重短缺。流域人均水资源量远远低于世界警戒线，是我国 七大流域人均水资源最少的地区。流域多年平均缺水量7 5 亿m 3 ，其中城市缺水 2 3 亿m 3 。海河流域主要下游几乎全年断流或长年干涸。因而地下水严重超呆， 地下水资源面临枯竭。过量的开采地下水，带来一系列的生态环境问题，主要表 现为地面沉降、湿地湖泊萎缩、河流断流、天然植被退化、沙化加剧、海水入侵、 成水下移等，这更加剧了海河流域污染然。 水利设施调控导致水体分布不均衡。流域内大量的闸坝等水利设施，人工影 浙江大学硕士学位论文绪论 响十分强烈，进一步加剧水质恶化。海河水资源利用率远远超过国际上内陆河合 理开发程度的上限( 4 0 ) ，闸坝常年关闭，平水期和枯水期实际上河流变成排 污河，无任何天然径流补给。此类补水不足的河流仅靠污染治理达标根本无法达 到地面水质要求。 区域性和结构性污染突出。海河流域内大多数城市的经济发展低于全国平均 水平，高水耗、重污染行业比重仍然较大。从工业污染的分行业统计分析，造纸 及纸制品业、化学原料及化学制品业、食品加工业、医药制造业、纺织业5 个行 业的c o d 排放量占全部工业企业的7 0 以上。虽然海河流域各省根据国家有关 产业政策要求以及当地实际情况，在产业调整方面做了很多努力，但工业企业产 能有所增加，总的污染仍处高位。 污水处理设施不完善。城镇污水处理厂难以保障持续有效运行，流域内污水 处理厂经常出现非正常工作状态，不能完全处理的污水仍然排入水体。经济政策 不完全，现存大多数污水厂改制、收费、优惠电价等一些政策没有落实到位，影 响污水处理厂的正常运行。污泥难以做到安全处置，存在安全隐患。同时存在污 水处理技术不足，进水水质监管不足的难点。 农业面源污染加剧流域水污染负担。海河流域是我国麦类等粮食作物的主产 区，农业生活在整个流域中起着非常重要的作用。由于化肥使用量大、利用率低、 大量的化肥流失、农药的长期超量使用以及畜禽养殖废物的大量直接排放造成海 河流域面源污染严重。 环境监管力度不足。主要存在以下几个问题：总量数据不清，地方保护主义 严重；环境影响评价制度未能得到严格执行；监管力量薄弱，监管制度不规范。 1 4 3 海河流域问题分析 公共资源属性是造成海河流域水污染的根本原因。水资源是一种公共资源， 整个流域共享其范围内的水资源，各地区无论是否进行投入，都可以从其他地区 对水环境的保护中获益1 0 。河流污染是单向的，上游地区占有天然的地理优势， 上游地区的污染物排放会会对下游地区产生不良影响，而下游地区的任何行为影 响不到上游地区，各地区在水环境权利的分配上存在无法逆转的不平等。这也决 定了河流水环境问题难以治理。 结构性污染是海河流域水污染的直接原因。海河流域内大多数城市的经济发 4 浙江大学硕士学位论文 绪论 展低于全国平均水平，高水耗、重污染行业比重过大。从工业污染的分行业统计 分析，2 0 0 7 年，黑色金属冶炼及压延加工业、化学原料及化学品制造业、电力 热力生产和供应业等1 0 个高污染行业，废水的排放量占总量的7 8 5 ，c o d 排 放量占总量的8 6 4 ，n h 3 n 排放量占总量的7 9 0 1 0 】。 水资源总量不足是海河流域水污染的重要原因。海河流域的多年平均水资源 总量3 7 0 亿m 3 ，其中地表水资源量仅2 1 6 1 亿m 3 ，属于水危机地区。海河流域 是开发利用程度最高的国内流域，其水资源开发利用率超9 0 。通过对比多年水 量数据，显然2 0 年间降水量减少1 0 、河川径流量减少4 1 、水资源总量减少 2 5 ，水资源总量不断下降。海河流域水污染防治工作面临空前的压力和挑战【1 1 】。 管理权条块分割是海河流域水污染的制度原n t l 0 】。海河流域水环境管理部 门庞大而繁杂且分工过细，各部门的管理权都有明确规定。管理整个流域的海河 水利委员虽然可以统筹规划流域整体水环境，但没有相应的执行权和制裁权。各 级地方政府虽然拥有最终执行权和制裁权又因为自身利益问题，疏于监管界内污 染物排放，处罚水体污染事件力度不够。 区域性污染是海河流域水污染的深层原因。海河流域总体经济发展水平在位 于全国前列，但由于各地区经济发展极不均衡，流域内大多数城市的经济发展低 于全国平均水平。2 0 0 7 年流域内各地区人均g d p 最大相差4 0 8 倍，单位工业增 加值废水排放量最大相差1 6 倍，c o d 排放量最大相差1 2 倍，n h 3 - n 排放量最 大相差2 9 倍【6 6 1 。流域上游经济欠发达地区高污染高耗能行业企业比重过高，且 由于环保投资严重不足，污水处理技术落后，水体污染严重，加大了流域下游的 环境压力。 浙江大学硕士学位论文文献综述 2 文献综述 2 1 流域水污染防治研究现状分析 2 1 1 国外研究现状 英国的泰晤士河、法国的塞纳河、加拿大的圣劳伦斯河、欧洲的菜茵河等【1 2 等著名流域都经历很长的时间的治理，其成功的治理经验对我国开展流域水污染 防治有重要的参考价值。国外流域水污染防治主要经历了以下几个阶段。 二十世纪六十年代末，法国成立了专门制定水资源开发与防治5 年规划的流 域管理局，并采用系统分析方法进行区域水污染防治系统的研e t l 3 。其管理局 实行以流域为单元的综合管理，贯彻落实“谁污染谁付费”原则，这种注重以流域 为单元的水量水质综合管理极大地促进了法国水资源的合理利用和水环境保护 1 4 】 o 七十年代末，日本提出了基于水环境容量的总量控制概念，并在制定琵琶湖、 濑户内海和东京湾等区域的水质保护计划时采用了区域污染物总量控制的方法 【1 5 】 o 到八十年代中后期，美国提出流域水质规划，各国开始转向用流域方法控制 水质【9 1 。t m d l 计划( 日最大负荷总量计划) 是最具代表性的水质规划，规划目 标强调总量控制体系，其主要内容包括水质目标、水质模型、水环境容量、总量 分配等方法的确定。 欧洲国家制定的莱茵河行动计划( 1 9 8 6 ) 遵循预防与源头治理优先、污染者 付费和补偿、可持续发展、新技术的应用和发展、污染不转移等原则 1 6 。经过 十分漫长的治理过程，成功将曾今的“欧洲下水道”获得重生，生态环境基本恢 复，但治理费用高昂，这显然可以说明河流生态系统的不易恢复。 英国的泰晤士河治理方案，在管理上进行大胆的体制改革及科学管理方法， 被国际上称为“水工业管理的一次大革命”，即将全流域2 0 0 多个管水单位合并而 建成一个新的水务管理局一泰晤士河水务管理局 1 7 。管理局管理各种业务，并 作明确分工、严格执行，充分调动各部门的积极性。 由此可见，国外水污染防治的特点主要集中在以下几个方面：首先是水污染 治理范围从局部延伸到区域；其次是水污染治理从单项治理转变为考虑资源能源 利用改造、有毒有害物质事先处理等多因素的综合防治。这些转变突破了之前水 浙江大学硕士学位论文文献综述 污染防治的局限性，并在经济上取得最大的优越性 1 8 】。 2 1 2 国内研究现状 我国自“九五”时期以来，每五年制定一次以目标总量控制为核心的重点流域 的水污染防治规划，通过这十五年水质规划的有效的实施，污染形势有所改善， 但没有从根本上将流域水质目标与控制污染物排放措施紧密结合，不能真正满足 水质保护的需求。针对这一现状，中国环境科学研究院孟伟院士【1 9 1 通过对比吸 收国内外水质管理的关键技术和内容，提出基于水质目标的“分区、分期、分类、 分级”模式的四级控制总量控制技术。 重点流域水污染防治规划( 2 0 1 1 - 2 0 1 5 年) 按照胡锦涛总书记“让江河湖 泊休养生息”的要求，提出分区分级分类新方法，以流域控制区控制单元为三 级基本分区体系，重点抓住污染物总量减排，通过规划项目的实施以及配套政策 措施的落实，实现重点流域水环境改善。 我国重点流域综合治理工作的经验主要有：首先是水污染防治由单纯的点源 治理发展到流域综合整治；其次是分区污染防治技术不断深化；再次是逐步进行 水资源统一规划的思路、产业结构调整的思路、总量控制制度、经济政策协助思 路以及新技术的应用研究等；最后是开始实施分区分级分类新思路 2 0 1 。 重点流域水污染规划编制和实施过程中的缺陷主要表现在以下四个方面：流 域水污染防治的法规标准技术缺失；流域水环境模拟分析技术落后；流域水生态 健康的指标研究不够深k ；流域水环境防治的长效机制尚未建立【2 1 1 。 2 1 3 流域水污染防治发展趋势 综合分析二十世纪六十年代以来国内外流域水污染防治的发展历程，流域水 污染防治有以下几方面的发展趋势： ( 1 ) 水管理以流域为基本单元。南非于1 9 9 8 年通过水法；欧盟在2 0 0 0 年实行欧盟水框架指令；新西兰地方行政区边界按照流域边界进行调整以便 于地方政府对流域进行管理。 ( 2 ) 流域管理的管理项目不断扩展，管理重点也随之变化。从农业社会主 要集中在洪水控制、河道整治与航运、灌溉等的流域管理，转入工业社会水资源 等的综合开发( 如渔业、发电等) ，之后污染控制变成流域管理的优先项目，到 现在的基于生态系统的流域综合管理成为主流，河流健康、生物多样性保护、湿 浙江大学硕士学位论文文献综述 地保护等领域也成为关注重点。 ( 3 ) 流域管理采用“生命之河”理念。莱茵河流域投资1 7 0 亿美元实施了“为 河流让出空间”的行动。重点流域水污染防治规划( 2 0 1 1 2 0 1 5 年) 提出“让江河 湖泊休养生息”的指导思想。 ( 4 ) 基于生态系统的流域水环境管理得到越来越多的关注。欧洲水框架 指令指出未来的河流管理将从调整河流满足人类需求，转向调整人类利用满足 河流生态系统健康【2 2 1 。美国提出了全国水生态分区方案，并在此基础上开展参 考区识别生态完整性评价以及水污染控制方法研究2 3 1 ；欧盟在生态区的基础上 建立了以水生生物指标为核心的生态质量评价方法。 2 2 水污染物总量控制和分配 2 2 1 水污染物总量控制简介 1 、内涵 水污染物总量控制是根据一个区域流域或者特定地区( 包括水环境污染严 重的区域或可能成为污染严重区域及必须重点保护的区域等) 的水环境现状或自 净能力，考虑社会经济发展水平，科学合理地提出不同时期的水环境目标 2 4 1 ， 根据环境质量标准，计算出研究区所允许的各类污染物的最大排放量，通过对污 染源治理能力的经济与技术的可行性分析和排污控制方案优选2 5 1 ，将总量指标 加以分解，将排污许可证的形式分配到区域各排污单位，进而将污染物总量控制 在自然环境的承载力范围内。污染物总量控制的核心是不同污染源之间污染负荷 的合理分配。 污染物总量控制根据质量目标表达方式分为三类：目标总量控制、容量总量 控制、行业总量控制 2 7 1 。目标总量控制关键是不同阶段总量控制目标及削减量 的确定依据是控制区域水环境质量状况和水质要求。容量总量控制关键是把水环 境容量分配到各污染源依据是特定水功能区要求。而行业总量控制核心是改进和 控制产品生产过程的每一个环节。 2 、国外研究进展 水污染物总量控制是2 0 世纪7 0 年代发展起来的一种较为先进的水环境保护 管理方法，在欧美、日本等发达国家得到了广泛应用并取得了显著的环境改善效 果。 浙江大学硕士学位论文 文献综述 日本从1 9 7 1 年开展水质总量控制方案的研究；1 9 7 3 年的濑户内海环境保护 临时措施法中首次提出总量控制方法，并p j , c o d 指标为限额颁发许可证；1 9 7 7 年，日本提出“水质污染容量总量控制”方法，并与浓度标准配合使用；1 9 7 8 年，日本排水标准委员会提出总量控制标准研究，并在日本东京湾、伊势湾及濑 户内海施行，严禁无证排放污染物，这使三个海湾8 0 以上的污染大户受到控制， 水环境现状得到了显著改善。 1 9 8 3 年1 2 月，美国正式立法，实施以水质限制为基点的排放总量控制2 7 1 。 之后，美国还开展了“季节总量控制”和“实时总量控制”。为了有效分配已经 确定的污染负荷总量，某些州还推行污染源之间的污染负荷交易制度( 包括点源 之间的交易和点源与非点源之间的交易) 。 2 0 世纪8 0 年代，波罗的海沿岸国家也通过排海污染物总量控制和综合治理措 施，使水域环境在一定程度上得到恢复和改善。联邦德国和欧洲共同体各国采取 的水污染物总量控制管理方法后，使6 0 i ) x 上排入莱茵河的工业废水和生活污水 得到处理，莱茵河水质明显好转。其他国家如瑞典、前苏联、英国、德国、韩国、 罗马尼亚、波兰等也相继实行了以污染物总量控制为核心的水环境管理方法【2 引。 3 、国内研究进展 我国的水污染物总量控制的研究始于2 0 世纪7 0 年代，以制定松花江b o d 总 量控制标准为先导，进行了最早的探索和实践 2 9 1 。研究早期侧重水环境容量、 污染负荷总量分配的研究和水环境承载力的定量评价；后以总量控制规划为基础 进行了水环境功能区划和排污许可证发放的研究，在中国近海海域的环境污染物 的自净能力和环境容量方面进行了一些有益探索；这期间还开展了水质模型、水 环境容量、排污许可证管理制度以及流域水污染防治综合规划等多项技术研究， 并在多个流域开展环境容量的研究和应用，从而逐步形成了_ 以目标总量控制为主、 环境容量与行业容量为辅的管理技术体系。至1 1 2 0 世纪9 0 年代，我国开始在水环境 管理中应用总量控制技术。在实践和探索中，我国出台了一系列的水污染物总量 控制的相关规定和标准，具体见表2 1 。 浙江大学硕士学位论文文献综述 工业“三废”排放试行标准( g b j明确污染控制对象是以工业污染类型 1 9 7 34 7 3 ) 、 制定地方水污染物排放标为主，主要污染物质是重金属和有机 准的技术原则和方法污染物 4 、存在的问题和发展趋势 目前，总量控制研究领域所制定的一系列规定只解决了环境管理中的共同问 题，还没有对区域环境保护中的特殊问题、具体问题，如各地区总量控制的具体 任务、目标、控制标准、管理体系、权利分配及其结构关系之间的制约和协调做 出详细的规定。总量控制在国内仍处于理论、方法研究和实践的初级阶段，实践 经验较为缺乏，还没有一个非常成功的流域实践案例供各地参考借鉴。因此，迫 切需要在总量控制的实践方案上多做研究，以提供试点典范。此外，关于总量控 制下的排污交易权的可行性、现实性以及立法保障、排污权交易体系也应提上日 程。 2 2 2 水污染物总量分配技术简介 1 、国外研究现状 在国外，对污染物允许排放量问题的研究，发达国家起步较早，取得了不少 的研究成果，有些已在实践中得到了很好的应用。相对国内，外国污染物允许排 放量的分配模型多是基于经济化原则建立的最优化数学模型 2 9 1 。 浙江大学硕士学位论文 文献综述 国外优化分配的研究自2 0 世纪6 0 年代起步，初期集中在将线性规划模型应用 于解决河流水质问题。7 0 年代，动态规划模型在水质规划管理中应用得到发展， 同时开始非线性规划模型的应用。8 0 年代后，由于优化技术适用性影响因素复杂， 引入了季节变化风险性、随机性、模糊性、不确定性和多目标等学科方法，使各 种优化分配模型的应用得到进一步的完善。 c h a d d e r t o n 等【3 0 1 分析评价了8 种比较流行的污染负荷分配方法。 r u o c h u a n g u 3 1 】等利用确定性水质分析模拟模型，研究了美国沿岸点源和非点源 污染负荷分配。e c k m ，c o n v e r s e 等 3 2 , 3 3 人，以确定性水质条件为约束条件，以区 域污水处理费用之和最小为目标函数建立优化模型，再以线性规划、动态规划或 整数规划等优化技术，实现污染物在排放口间的优化分配。n r e v e l l e 等 3 4 】人则 是将污水处理费用确定后，运用线性规划的方法对确定性条件下的优化模型进行 分配计算。 由于确定性模型不能够反映水环境系统随机波动性的本质特征，于是人们开 始讲研究重点转向不确定性条件下的水质规划。l a h a n i 和t h a i l h 3 5 1 在河流水质规 划研究中建立了概率约束的规划模型。f u j i w a r a g n a n e n d r a n 3 6 等运用概率约束 模型，对给定水质超标风险条件下河道排污负荷分配问题的研究。d o n a l d 和 e d w a r d 3 7 1 考虑水质现象等的水质波动性，并将一阶不确定分析方法将随机变量 转化为等价的确定性变量，从而计算排污口允许排放量。d o n a l d 和b a r b a r a 3 8 1 还 基于水文、气象和污染负荷等不确定因子的多重组合情况，提出河流允许污染负 荷的分配模式。l i 等【3 9 1 将河流断面横向的混合不均匀性列为重点分析因素，对在 一定水质标准下的各控制单元排放的限值进行了模拟，建立了点源污染总量分配 的优化模型。c h e n 和c h a n g t 4 0 】进行水污染物总量的分配决策时采用了多指标目标 函数与灰色模糊法相结合的方法，克服了河流系统诸多的不确定性。z a i d i 等 4 1 1 将混合型非线性优化方法应用于总量分配模型。k a w