（环境工程专业论文）三峡库区主要污染物总量控制方案及安全边际研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 摘要 三峡工程是倍受世人关注的大型水利工程，它的建设及运行，对三峡库区及 流域的生态环境会产生广泛而深远的影响。为有效保障三峡库区水质安全，改善 水环境质量，不仅要对库区内污染源严格实施污染物达标排放，还必须研究三峡 库区的水环境容量，并以此作为污染防治的依据，对主要污染物实行总量控制。 论文结合国家水专项三峡水库水污染总量控制方案与综合防治技术集成研 究课题，在对三峡库区水污染现状调查分析和三峡库区水质监测评价的基础上， 分析了三峡库区污染结构特征。三峡库区污染物主要来源于面源，c o d c r 、n h 3 h 和t p 入库负荷面源所占比例分别为6 0 5 9 、6 5 4 5 和8 7 4 3 。论文利用水文、 水质实测资料，在大量现场调查和室内模拟实验的基础上，针对主要污染物的不 同污染特征，将三峡库区划分为1 0 6 个污染控制单元，其中长江干流5 9 个，嘉陵 江6 个，乌江3 个，长江干流两侧3 2 条支流( 不含嘉陵江、乌江) 划分3 8 个水污染 控制单元。基于污染控制单元的划分，与长江水资源保护科学研究所一起，利用 二维稳态衰减模型定量计算出三峡库区各个控制单元的水环境容量。结果显示， 三峡库区总体上有剩余水环境容量，但对于个别控制单元由于水质要求较高、陆 源污染物排污负荷较大使得水环境容量没有剩余空间。 运用一阶误差分析法，分析容量计算模型中各个关键参数对水环境容量计算 的影响并据此计算安全边际值，结果显示，模型中的关键参数对环境容量影响大 小为背景浓度( c d ) 混合区长度 ) = 水深( 办) 流速( “) = 扩散系数( 鳓 降解系数( 目； 1 7 5 m 水位设计条件下，c o d c ，、n h 3 - n 和t p 预留安全边际占水环境容量比例平 均值分别为1 1 9 ，1 2 3 ，1 2 4 ；1 4 5 m 水位设计条件下，c o d c ，、n h 3 - n 和t p 预留安全边际占水环境容量比例平均值分别为15 6 ，15 4 ，15 8 。依据水环 境容量计算结果和安全边际值，基于控制单元的经济条件、环境现状、水质保护 目标以及人口因素等，采用层次分析法确定了三峡库区各污染控制单元内的污染 物环境总量，并提出了相应的污染物削减对策和措施。 论文以大量实地调查数据为基础，在查阅国内外环境总量控制研究成果并结 合三峡库区实际情况，运用科学合理的方法对三峡库区环境总量控制进行了研究， 这对三峡库区污染防治，保障库区水质安全具有重要的现实意义。 关键词：三峡库区，水环境容量，安全边际，一阶误差分析法，环境总量控制 重庆大学硕士学位论文 一 萎茎塑墨 一一 a b s t r a c t t h r e eg o r g e sr e s e r v o i ri sal a r g e s c a l ew a t e rc o n s e r v a n c yp r o j e c ta n dh a sd r a w n g r e a t e ra t t e n t i o n t h ec o n s t r u c t i o n a n do p e r a t i o no ft h i sp r o j e c th a v ef a r - r e a c h i n g i m p a c t so ns u r r o u n d i n ga r e a s e c o l o g i c a le n v i r o n m e n t s i n o r d e rt oe n s u r ew a t e rq u a l i t y a n ds a f e t va n di m p r o v ew a t e re n v i r o n m e n t a lq u a l i t y , n o to n l yp o l l u t i o ns o u r c e s i nt h r e e g o r g e s r e s e r v o i ra r e as h o u l ds t r i c t l ym e e td i s c h a r g e s t a n d a r d s ，b u ta l s o w a t e r e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t ys h o u l db es t u d i e d ，w h i c hc o u l db et h eb a s i sf o rt o t a la m o u n t c o n t r o lo fm a i np o l l u t a n t s t h i sm e s i sw a sap a r to fn a t i o n a lw a t e rp r o j e c t s t u d yo nt h et o t a la m o u n tc o n t r o l a n di n t e g r a t e dc o n t r o lt e c h n o l o g i e sf o rw a t e rp o l l u t i o ni nt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a ， a n db a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so fw a t e rp o l l u t i o n s t a t u st h es t r u c t u r a l c h a l a c t e r i s t i c so fp o l l u t a n t si nt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e aw a ss t u d i e d t h em a j o r p o n u t a l l t si nt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e am a n l yd e r i v e df r o mn o n - p o i n ts o u r c e s ，a n d 6 0 5 9 o fc o dl o a d ，6 5 4 5 o fn h 3 - nl o a da n d8 7 4 3 l o a dw e r e c o m ef r o m n o n p o i n ts o u r c e s b a s e do nv a r i o u sh y d r o l o g ya n dw a t e rq u a l i t ym e a s u r e d d a t a ，f i e l d s u i 弋，e v sa n ds i m u l a t i n gl a bt e s t s ，t h i ss t u d yd i v i d e dt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e ai n t o 10 6p o l l u t i o nc o n 打o lu n i t sa c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h em a j o rp o l l u t a n t s ， i n c l u d i n g5 9u n i t si ny a n g t z er i v e r , 6u n i t si nj i a l i n gr i v e r , 3u n i t si nw u j i a n ga n d3 8 u n i t si n3 2t r i b u t a r i e si nt h em a i n s t r e a mo fy a n g t z er i v e r ( j i a l i n gr i v e ra n dw u j i a n g w e r en o ti n c l u d e d ) t h e n ，w i t ht h ec o o p e r a t i o no fs c i e n t i f i cr e s e a r c hi n s t i t u t eo f w a t e r r e s o u r c e sp r o t e c t i o ni ny a n g t z er i v e r , t h ew a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y o fe a c n p o l l u t i o nc o n t r o lu n i tw a sc a l c u l a t e db yt w o d i m e n s i o n a ls t e a d y 。s t a t ea t t e n u a t i o nm o d e l 1 1 1 er e s u l t ss h o w e dt h a tg e n e r a l l y t h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e ah a ds u r p l u sw a t e r e n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y ，b u ti ns o m ei n d i v i d u a lu n i t st h e r ew a sn os u r p l u sc a p a c i t yf o r h i g h e rw a t e rq u a l i t yr e q u i r e m e n ta n dl a r g e rl a n d s o u r c e dp o l l u t a n t s l o a d f i r s to r d e re r r o ra n a l y s i sw a sa p p l i e dt oa n a l y z et h ei m p a c t s o fv a r i o u sk e y p a r 锄e t e r so nt h ew a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t yc a l c u l a t i o nm o d e l sr e s u l t s t h er e s u l t s s h o w e dt h a t t h eo r d e ro f i m p o r t a n c e f o rt h e s e p a r a m e t e r s w a sb a c k g r o t i n d c o n c e n t r a t i o n ( c o ) t h ed e p t h o ft h em i x i n gz o n el e n g t h ( x ) 2 d e p t h o fw a t e r ( h ) v e l o c i t y ( “) = d i f f u s i o nc o e f f i c i e n t ( e y ) d e g r a d a t i o n c o e f f i c i e n t ( k ) ；u n d e r 17 5 mw a t e r l e v e lc o n d i t i o n ，t h er e s e r v e dm a r g i no fs a f e t yf o rc o d e r , n h 3 - na n dt p a c c o u n t e df o r 11 9 ，12 3 a n d12 4 o fw a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y , r e s p e c t i v e l y ；u n d e r 14 5 m l i 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 l e v e lc o n d i t i o n ，t h e yw e r e1 5 6 ，1 5 4 a n d1 5 8 a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so f c a l c u l a t e dw a t e re n v i r o n m e n tc a p a c i t ya n dm a r g i no fs a f e t y ，t h ee c o n o m i cc o n d i t i o n s ， e n v i r o n m e n t a lc o n d i t i o n s ，w a t e rq u a l i t yp r o t e c t i o ng o a l s ，a sw e l la sd e m o g r a p h i c f a c t o r s ，a h pw a st h eu s e dt od e t e r m i n et h et o t a la m o u n to fp o l l u t a n t sf o rp o l l u t i o n c o n t r o lu n i t sa n dc o r r e s p o n d i n gp o l l u t a n t sr e d u c t i o nm e a s u r e sw e r ep r o p o s e d t h i st h e s i sb a s e do nf i e l ds u r v e yd a t a ，a f t e rc o n s u l t i n gd o m e s t i ca n di n t e r n a t i o n a l r e s u l t si nt o t a la m o u n tc o n t r o la n dc o m b i n i n gt h ea c t u a ls i t u a t i o no ft h r e eg o r g e s r e s e r v o i ra r e a ，t h et o t a la m o u n tc o n t r o lf o rt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e aw a ss t u d i e d w i t hs c i e n t i f i ca n dr a t i o n a lm e t h o d t h e r e f o r e ，t h i ss t u d yh a di m p o r t a n ts i g n i f i c a n c ef o r t h ep o l l u t i o np r e v e n t i o na n dw a t e rq u a l i t ya n ds a f e t yi nt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a k e y w o r d s ：t h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a , w a t e re n v i r o n m e n t a lc a p a c i t y , m a r g i no fs a f e t y , f i r s to r d e r e r r o ra n a l y s i s ，t o t a la m o u n tc o n t r o l 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 课题研究的背景和意义 三峡工程是我国著名的大型水利工程，它具有防洪、发电、航运等多种功能。 三峡工程的建设及运行，会对三峡库区及流域的生态环境将产生广泛而深远的影 响。 三峡库区水质保护面临极大的压力。2 0 0 8 年6 月，新修订的中华人民共 和国水污染防治法正式生效，规定水污染防治应当坚持预防为主、防治结合、 综合治理的原则，优先保护饮用水源，严格控制工业污染、城镇生活污染，防治 农业面源污染，积极推进生态治理工程建设，预防、控制和减少水环境污染和生 态破坏。国家环保部要求，从2 0 0 8 年起全国环保重点城市集中式饮用水源地主要 指标达标率必须达到1 0 0 。国家对重点水污染物实行总量控制制度，禁止新建不 符合国家产业政策的严重污染水环境的生产项目，禁止在饮用水水源一级保护区 内新建、改建、扩建与供水设施和保护水源无关的建设项目，禁止在饮用水源二 级保护区内新建、改建、扩建排放污染物的建设项目。同时国家实行水环境保护 目标责任制和考核评价制度，县级以上地方人民政府应当采取防治水污染的对策 和措施，并对本行政区域的水环境质量负责。2 0 0 8 年2 月，国务院批准实施的三 峡库区及其上游水污染防治规划( 修订本) 正式生效，规划水质目标到2 0 10 年三 峡库区及其上游主要控制断面水质整体上达到国家地表水环境质量i i 类标准。这 些新形势都要求库区水环境安全必须得到保障。2 0 0 7 年，国家七部委联合下发关 于印发 的通知要求从十三个方面进一步加 强河流污染防治工作，尽快改善河流水质。三峡工程17 5 m 蓄水后库区的水环境安 全存在诸多不确定因素、保障难度增大i l j ，城市污水处理厂配套管网建设进度滞后； 库区部分次级河流污染严重，回水区“水华”时间延长、程度加重，整治工作进 展缓慢1 2 】；库区内饮用水源地水质保护也面临全新的形势，部分饮用水源存在安全 隐患，需要优化取水点布局和加大保护力度1 3 j 。 库区部分次级河流水质污染程度较重。三峡库区回水区段内“水华”频发， 已严重影响到居民饮用水安全，进一步改善水环境压力较大【4 “j 。特别是三峡工程 蓄水至1 7 5m 以后，将形成最大落差3 0 m 、以半年为周期的总面积约3 0 0 k m 2 的库 区消落带，可能会引发病原体繁殖、泥沙淤积等新的环境问题1 7 9 j 。近两年来，随 着三峡库区蓄水水位的提高，蓄水后库区干、支流流速变缓，将造成库区内污染 带范围进一步扩大，受温度、光照和污染物排放等方面的综合影响，大宁河、神 女溪、梅溪河、抱龙河、香溪河、神农溪等多条支流“水华”的频次逐年增多、 重庆大学硕士学位论文1 绪论 范围不断扩大、持续时间更长、富营养化程度更趋严重，沿江部分区县的饮用水 源安全受到严重威胁。 库区主要水污染物总量减排任务重。一是污染物减排压力大。2 0 0 6 年，国 家分别给重庆和湖北下达了总量减排指令性任务。但是，结合重庆和湖北“十一 五”经济社会发展规划，工业、城市生活污染、船舶污染、农业面源、畜禽养殖、 肥水养殖等产生的排污量必将明显增大。在库区新增建设项目必然增多、发展速 度必然加快，而在产业结构和增长：疗式短期内难以迅速改变的状况下，污染物排 放总量必然增加，而库区所有县城已基本建成污水处理厂，“十一五”期间的后3 年，重庆市县城生活污水削减量有限，因此减排压力更大，需要加大污染物削减 力度，为发展腾出环境容量空间。：二是部分工程措施未落实。目前库区部分水污 染综合整治项目建设进度滞后，部分县城污水处理厂和垃圾处理厂配套工程不完 善，部分区县污水处理厂虽已建成，但二、三级配套管网没有开工或开工后受阻， 导致污水处理厂实际处理效率偏低。多数次级河流综合整治工程未按预期完成或 启动。部分工业企业和城市污水处理厂在线监测建设和运行滞后。因此库区主要 污染物总量减排压力仍然较大。 综上所述，三峡水库蓄水至1 7 5 m 运行以来，库区流域的水污染态势严峻。排 污口以下岸边污染带的加剧、支流水污染严重、库区滞留区“水华”频发、消落 带生态脆弱程度加剧。近年来大量科学研究表明【1 0 1 2 】，导致三峡库区水质安全存 在重大风险和隐患的主要原因，可以归结为两个方面：1 ) 随着社会经济发展使污染 物排放增加，点源控制尚待强化，非点源污染影响日趋明显。2 ) 库区蓄水改变了水 文水动力学条件，导致了水污染的恶化。三峡库区从1 9 9 6 - - - 2 0 0 6 年间的水质监测 数据表明，库区水环境逐步由河流生态系统向湖泊生态系统演变，水体中的氮磷 等生源要素浓度升高，部分水体藻类数量、密度急剧增加，以至于产生“水华” 等现象，表明库区部分水体己经逐步向富营养化演变。 过去5 0 多年来，围绕三峡工程建设的生态环境保护问题，尽管我国环境科学 工作者开展了大量科学研究和论证工作，为工程建设提供了可靠的科学依据。但 是，三峡库区水质保护目标要求高，水环境承载力有限，又是经济欠发达地区， 环境保护与经济社会发展、人口增长的矛盾将长期存在并日益突出。人们对长江 三峡水利枢纽运营和调度管理中的水污染控制和水环境保护科学问题的研究还不 够，还需要加大力量开展这方面的工作。同时由于库区污染排放和水环境质量监 控体系不完善，缺乏库区污染物总量控制管理的技术体系支撑，库区水环境质量 管理和污染物排放管理脱节，难以有效地支持水环境管理和库区运行调控。要解 决这一困扰水环境管理的难题，必须以生态分区为基础，系统研究库区水环境演 变机制，基于流域统一管理，以库区水质保护目标为指针，以污染物总量控制管 2 重庆大学硕士学位论文 1绪论 理为手段，进行流域水环境承载力核算，确定流域污染负荷削减目标，制定库区 主要污染物削减方案，据此研发和集成适用的控污技术。 1 2 国内外总量控制研究现状 环境总量控制最早见于2 0 世纪6 0 年代日本，当时日本为了改善水和大气环 境质量，制定了专门的防治规划，在规划中首次提出了污染物排放总量控制的问 题，即把一定区域内进入大气或水体中的污染物总量控制在一定的范围内，达到 保护环境的目的，这就是最早的环境总量控制概念【1 3 16 1 。所谓的环境总量控制， 也简称总量控制，它是指在综合考虑一个区域自然环境的自净能力和国家或地区 的环境标准，控制污染源向环境中排放污染物的总量，使得该区域的自然环境能 够承受排放的污染物量而不会造成环境污染。随后日本开始对环境总量控制进行 研究，1 9 7 3 年制定了獭户内海环境保护临时措施法，该措施将c o d 指标进行 限额并颁发排污许可证。1 9 7 5 年日本环境厅提出环境容量计算化调查研究报告， 报告中阐述了环境容量的概念，并研究了环境容量的计算方法，这成为污染物总 量控制的理论基础。1 9 7 7 年日本环境厅正式提出了“污染总量控制”方法，并于 1 9 7 8 年修改了部分水污染防治法，将水污染物排放总量控制正式纳入国家法制管 理。1 9 7 9 年日本政府规定水污染物排放总量控制的基本方法、方针并将年度削减 量加入政府工作计划之中。19 8 4 年日本第一个水污染总量控制规划得到实际运用。 日本在实施污染物总量控制后，污染控制及生态环境保护效果非常明显，环境质 量得到明显改善i l 。 美国于1 9 7 2 年在全国范围内实行污染物许可排放制度，在制度实施初期，采 用以判断为依据的方法，即最佳专业判断( b p j ) 法，后来采用以技术为依据的方法， 此法是美国目前实施排污许可制度的主要方法【1 8 】。它是针对工业行业及其子行业 颁发排放限值准贝, 0 ( e l g s ) 的方法。1 1 9 8 3 年，美国将实施以水质限制为基点的排放 总量控制正式立法。在总量控制中，由于使用的技术方法不同，总量控制有三种 不同的模式：容量总量控制、目标总量控制以及行业总量控n v 9 j 。美国在实施排 污许可制度的同时，也提出了最大日负荷量( t o t a lm a x i m u md a i l yl o a d ，简称 t m d l ) 的概念。1 9 7 2 年，美国颁布了清洁水法，其中将水体点源和非点源纳入 统一的管理范围内，同时对各州、各个领域水体的水质标准和t m d l 计划的制定 和实施都做了相应的规定1 2 ”2 3 j 。所谓最大日负荷量是指在满足水体水质标准的条 件下，水体所能承受的最大日污染负荷，随着技术的发展，t m d l 技术在美国已 经相当成熟，应用于各个流域和水体。2 1 世纪初，e p a 为了进一步提高国家的水 体质量，不断地努力改善t m d l 计划。在2 0 0 3 和2 0 0 4 年，被批准或实施的t m d l 计划超过5 3 0 0 个。新批准的t m d i 。在不断呈上升趋势，从1 9 9 6 年的1 4 3 个上升 重庆大学硕士学位论文1 绪论 到2 0 0 4 年的2 6 5 7 个1 2 4 1 。 在欧洲，为了综合整治莱茵河，联邦德国和欧盟各国采用水污染物排放总量 控制管理方法，加强排入莱茵河的工业废水和生活污水的处理和排放总量控制。 经过综合整治，莱茵河水质明显好转1 2 5 1 。欧洲其他国家如瑞典、俄罗斯、韩国、 罗马尼亚、波兰等国家也都相继实行污染物排放总量控制管理方法，取得了较好 的效果。如瑞典在全国范围内实施氨氮削减总量控制目标，规定到2 0 0 0 年全国3 0 3 5 的城市污水处理厂必须设有除氮工艺过程，使氮的排放量在1 9 8 5 年的基础上 削减4 0 1 2 6 1 。澳大利亚制定了专门的污染物排放总量控制环境保护法令和制度， 在污染控制和改善环境质量上也取得了良好效果1 2 7 。 我国的总量控开始始于1 9 世纪7 0 年代末，最早的实践是对第一松花江b o d 负荷量进行分配，并制定了流域b o d 总量控制标准【2 8 】。从7 0 年代末到8 0 年代初， 我国的研究者们在各个评价项目中，如北京东郊环境质量评价、黄河兰州段、图 们江、松花江、漓江以及黄海、渤海的环境质量评价，分析了水体污染物的自净 作用，并提出了水环境容量的概念。 “六五”期间，国家将水环境容量研究作为环保科技重点攻关项目，夏青等 人例改进溶解氧模型，并提出用离散规划的方法进行总量分配，选择四川沱江【3 0 】、 湖南湘江【3 l 】以及广东深圳河为研究区域，开展水环境容量研究。同时上海针对黄 浦江水质污染，提出了以水环境容量为依据的综合治理方案，并于1 9 8 5 年在黄浦 江流域内实行污染物排放许可制度1 3 2 】。 “七五”、“八五”期间，国家继续重视环境总量控制的发展，大量的科研机 构对总量控制进行研究，水环境容量理论研究更加系统和实用化。总量控制也在 我国水环境管理和规划中大量应用1 1 3 3 , 3 4 。1 9 8 8 年3 月，国家环保部下达了以总量 控制为核心的水污染排放许可证管理暂行办法和开展排放许可证试点工作的 通知，这标志着我国开始进入总量控制、强化水质管理的新阶段。此后，水环境 容量的研究在全国多个水域开展，并把研究成果实际运用于污染物总量控制。在 此期间，水污染防治和水污染物总量控制的研究在淮河淮南段、渭河咸阳段、长 江安庆、松花江佳木斯段和湘江湘潭段等3 0 多个水域展开。 “九五”期间我国制定了专门的“九五 环境目标，在全国范围内对环境危 害较大的1 2 种污染物实行总量控制。经过“九五”期间的努力，全国以“三江三 湖”为重点的流域总量控制机制已经基本建立1 3 引，并且为改善各个流域的水环境 质量起到了很好的促进作用。 “十五”期间，氨氮被列入总量控制目标，渤海碧海行动计划开始实施， 对流域排污提出限制要求。在此背景下，流域水环境容量研究列入了国家重点攻 关项目计划。“十五”计划中明确提出“十五”期间全国主要污染物排放总量削减 4 重庆大学硕士学位论文1绪论 1 0 的目标，首次把污染物排放总量控制指标纳入国民经济和社会发展计划【3 6 1 。 “十一五”期间，国家对水污染控制提出了更高的要求，到2 0 1 0 年重点流域 要率先建立以水环境保护优化经济增长的发展模式，重点保护流域内集中式饮用 水源地水质，明显改善跨省界断面水环境质量，工业企业实现全面稳定达标排放， 流域水环境监管、水污染预警和应急处置能力显著增强【3 7 】。 1 3 国内外安全边际研究现状 1 9 7 2 年，美国颁布实施的清洁水法，其中对t m d l 进行了明确具体的规 定，t m d l = w l a + l a + b l a + m o s ，其中m o s 为安全边际( m a r g i no f s a f e t y ，简称 m o s ) ，是指关于污染物负荷和受纳水体水质之间的不确定关系【3 引。m o s 概念最 早是作为t m d l 研究提出的，他是研究t m d l 的一个必要因素。安全边际是对未 来污染负荷的预留量，n o v o t n y t 3 9 c d e1 9 9 9 年提出将模型承载力与水质未达标的可 能性进行综合考虑。安全边际的确定是计算t m d l 的关键。国外安全边际确定方 法各不相同，但都不是随意取值，它通常是根据实际数据以及以往已有的实例来 确定。安全边际值的确定是很困难的，根据其定义我们知道，安全边际是一个不 确定的关系，它包括点源和非点源的影响。安全边际的不确定性主要表现在模型 的不确定性以及模型计算中数据的差异性，对此b o r s u k ，r e c k h o w ，d i l k sa n d f r e e d m a n ， z h a n ga n dy u 掣4 0 4 3 】都进行了阐述。d i l k sa n df r e e d m a n 指出，在安 全边际计算中存在3 个问题：缺乏估计环境因素不确定性的实际经验；缺少 相关的安全边际行业标准；在安全边际选择时，数据的多样性以及不确定性使 得最终t m d l 缺乏实用性。 目前国外确定安全边际的方法有三种可选方式】：模糊法、简单明确法、严 格明确法。所有的方法都得出一个安全边际，但它们的精确性和实施分析所要求 的条件是不同的。模糊法，通过在计算可分配负荷时使用保守的假设，导出一 个安全边际。简单明确法，该方法是先算出分配负荷，不考虑安全因素。再根 据相关参数，同时考虑模型分析的严格程度和期望的保护水平求出安全边际的值。 严格明确法，在决定安全边际中提供最直接考虑模型的不确定性。t m d l 将计 算模型预测的不确定性，然后立足这一不确定性和期望保护的水平明确界定安全 边际。为了进一步准确确定安全边际，国外学者对简单明确法和模糊估算法进行 了改进，h a r r yxz h a n g ，ma s c e 掣4 5 j 采用一阶误差分析法( f o e a ) ，对模型中关 键参数的敏感性和差异性进行分析，然后估算安全边际。s a m u e l af r a n c e s c h i n i 等1 4 6 】 通过对不确定性进行风险分析，进而估算出安全边际。 我国在制定t m d l 计划中，安全边际的估算大多数依据国外的方法和以往的 经验。王彩艳等【4 7 】在制定东湖t m d l 计划中，采用e p a 所推荐的经验数据，t m d l 重庆大学硕士学位论文 l绪论 的5 - 1 0 。夏建新等h 8 1 对深圳湾海域制定t m d l 计划中，根据水质模型的计算 误差和不确定因素的影响，确定安全边际为1 0 。 1 4 研究方法、内容及技术路线 1 4 1 研究方法 目前我国确定污染物排放总量一般有两种方法：容量控制法，是依据区域 环境容量，来反推算排入环境的污染物总量；目标总量控制法，是依据一个既 定的环境目标或污染物削减目标，以限定污染物排放总量。在本论文的研究中， 采用容量总量控制法。 本论文是在重庆市环境科学研究院划分的三峡库区流域水污染控制单元和长 江水资源保护科学研究所计算的三峡库区水环境容量的基础上，通过对水环境容 量的优化分配和现状排污状况分析，确定三峡库区主要污染指标的总量控制目标， 并采用一阶误差分析法确定各个控制单元的环境容量安全边际。在满足控制总量 安全边际的情况下，提出三峡库区流域控制单元主要污染物环境总量分配方案和 污染物削减建议。 1 4 2 研究内容 流域主要污染物入库负荷现状调查。系统分析库区流域经济社会现状和发 展规划，开展库区点源和非点源污染源现状调查；基于流域分布式非点源模型， 计算主要污染物现状入库负荷量。 流域控制单元安全边际研究。针对流域水文过程、面源负荷、点源调查及 目标污染物迁移转化等过程的数据质量和认识不足的限制，以长江水资源保护科 学研究所研究的环境容量计算模型为基础，分析总量控制安全边际的确定方法， 提出科学合理的安全边际方案。 流域控制单元主要污染物环境总量分配及污染物削减潜力分析。在考虑安 全边际基础上，对比国内外环境总量分配方法，选取最佳总量分配方法，对三峡 库区环境总量按控制单元进行总量分配，并进行削减潜力分析。 本论文研究技术路线见图1 1 。 6 重庆大学硕士学位论文 1绪论 图1 1 三峡库区水环境总量控制研究技术路线图 f i g 1 1 t e c h n i c a lr o u t eo fr e s e a r c ho nt h et o t a lc o n t r o lt h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e aw a t e r e n v i r o n m e n tc a p a c i t y 7 重庆大学硕士学位论文2 三峡库区环境概况 2 三峡库区环境概况 2 1 三峡库区自然环境概况 长江三峡库区位于北纬2 9 0 3 1 0 5 0 ，东经1 0 6 0 2 0 1 1 0 0 3 0 ，地处四川盆地与 长江中下游平原的过渡地带，北屏大巴山、南依川鄂高原，西起重庆市江津区， 东至湖北宜昌区，沿长江狭长分布，总面积达5 9 97 了k m 2 【4 。三峡库区包括的区 域为湖北省所辖的宜昌市、秭归县、兴山县、恩施州所辖的巴东县和重庆市所辖 的巫山县、巫溪县、奉节县、云阳县、开县、万州区、忠县、涪陵区、丰都县、 武隆县、石柱县、长寿区、江津区及重庆主城区( 包括渝中区、沙坪坝区、南岸区、 九龙坡区、渝北区、巴南区、大渡口区、北碚区和江北区) ，见图2 1 。三峡库区地 形复杂，土地类型多样，丘陵、山地面积大，平地面积小，土地结构复杂、垂直 差异明显，大部分地区山高谷深，岭谷相问。三峡库区气候属于亚热带大陆季风 气候，降水和气温有明显的季节变化，年平均气温1 4 9 。c 1 8 5 ；库区降雨时空 分布不均，在空间分配上，两岸山地为1 6 0 0 2 0 0 0m m ，盆地区为9 9 6 7 1 2 0 4 3 m m 。 在时间分配上，5 9 月为雨季，占年雨量的7 0 ，且多为暴雨。库区江河纵横， 水系发达，长江干流自西向东横穿三峡库区，北有嘉陵江、南有乌江汇入，形成 不对称的、向心的网状水系。另外，主要大的河流水系还有涪江、綦江、御临河、 龙溪河、大宁河、小江等几十条。 专。斤：；一一i 1 毒：斤 。 - _ ：- 一 - ， 。 、，囊：4 - 4 i o - ，、r 7 。： 2 。、黔一 - l ：。， t 友节泰 一， k ，皇。， - 鳃 图2 1长江i 峡水库区域全图 f i g 2 1 t h em a po f t h r e eg o r g e sr e s e r v o i ra r e a 重庆大学硕士学位论文2 三峡库区环境概况 2 2 三峡库区社会、经济环境概况 2 0 0 9 年重庆库区实现地区生产总值2 4 8 9 2 6 亿元，按可比价格计算，同比增 长1 6 8 ，经济总量占全市的比重达到3 8 1 。人均地区生产总值1 9 7 6 4 元，比上 年增长1 6 0 ，比全市平均水平快1 9 个百分点。 从地域看，8 个重点移民区县实现地区生产总值1 2 1 8 1 8 亿元，增长1 9 2 ， 增速高于全市4 3 个百分点。万州继续扮演龙头老大的角色，实现g d p 超过3 8 0 亿元，涪陵超过3 5 0 亿元，两区经济总量占库区的比重达到2 9 8 ，比上年提高了 o 9 个百分点，呈上升趋势。目前库区1 5 个区县中g d p 超过1 0 0 亿元的区县有7 个，渝北总量超过4 5 0 亿，其次是万州、涪陵，分别占据前3 位。从增速看，1 5 区县g d p 平均增速达到1 6 8 ，增速比一季度回升了6 8 个百分点，比上半年回 升了2 3 个百分点，比前三季度回升了1 2 个百分点，呈现逐季回升的态势，1 5 区 县中增速最快的万州达到2 5 7 ，最低的巫山为1 4 0 ，1 1 个区县增速均高于全市 平均水平。 9 重庆大学硕士学位论文3 三峡库区流域水污染控制单元划分 3三峡库区流域水污染控制单元划分 3 1 三峡库区流域水污染控制单元划分范围 三峡库区流域水污染控制单元的划分主要是为实施河流排污总量控制服务的。 库区实施排污总量控制的河流功能区范围即为本次河流水污染控制单元划分范围。 包括长江干流重庆市江津区花红堡至湖北省宜昌市三斗坪、嘉陵江重庆市北碚区 澄江镇至嘉陵江朝天门入长江口、乌江重庆市武隆县巷口镇到乌江涪陵区长江入 i s l 以及长江干流沿线集水面积大于1 0 0 k m 2 以上的綦江、大溪河( 九龙坡区) 、花溪 河、五步河、御临河、桃花溪、龙溪河、黎香溪、渠溪河、龙河、黄金河、东溪 河、汝溪河、壤渡河、苎溪河、小江、汤溪河、磨刀溪、长滩河、梅溪河、草堂 河、大溪河( 奉节) 、大宁河、抱龙河、官渡河、神农溪、青干河、童庄河、咤溪河、 香溪河、九畹溪、茅坪溪3 2 条支流。 3 2 三峡库区流域水污染控制单元划分原则 三峡库区流域水污染控制单元总的要求是：实事求是、科学规划、方便管理、 促进发展。对于过境河流或汇水河流应在保证出境水质或汇流口水质不影响下游 河段水功能目标实现的前提下，合理划分境内河段的控制单元，达到既保护水质， 又发展生产的目的。控制单元的划分是在长江水资源保护科学研究所研究的水域 功能区划分以及2 0 0 9 年污染源普查数据更新成果的基础上，按照控制单元水质目 标优于或不低于功能区水质目标的前提来划分水污染控制元。 三峡库区流域水污染控制单元划分遵照四个基本原则： 分水岭隔离原则，任一控制单元内污染源负荷与其相邻控制单元尽可能没 有陆域交换，便于从子流域集水区层面进行管理。 行政区划管理隔离原则，除主城九龙坡、大渡口、巴南、南岸、江北、渝 北区六区确因地理交错分布，无法逐一按行政区划管理隔离原则划分控制单元外， 其余控制单元都尽可能将同一区县所属的乡镇街道划归同一控制单元，便于从行 政区域进行管理。将湖北省与重庆市交界缓冲区按行政区划管辖范围分别划分控 制单元，有利于简化污染源管理，便于明确环境质量责任人。 水体特征隔离原则，尽可能将现有国控水质监测断面和重点考虑的长江一 级支流设置为控制单元上游或下游边界，便于与不同类别水体规划的衔接。 饮用水源保护区隔离原则，任一位于i i i 类以上水质目标水域的饮用水源保 护区都分别划分控制单元，便于有效保护饮用水源地水质不受上下游控制单元影 向。 1 0 重庆大学硕士学位论文3 三峡库区流域水污染控制单元划分 3 3 三峡库区流域水污染控制单元划分依据 三峡库区河流水污染控制单元划分主要是在长江水资源保护科学研究所研究 所的水环境功能区划的基础上，重点参考了重庆市城市总体规划( 2 0 0 5 2 0 2 0 ) ) ) 、 三峡库区移民环境规划、三峡库区及其上游水污染防治规划( 修订本) 、三峡 库区及其上游水污染防治规划实施方案、 2 0 0 5 - - 2 0 1 0 重庆市碧水行动实施方案、 重庆市“十一五”环境保护与生态建设规划( 2 0 0 5 - 2 0 1 0 ) 、重庆市“十二五” 环境保护与生态建设规划、重庆市水功能区修编报告( 市水利局2 0 1 0 ) 以及近年 来库区河流水质监测资料、河流水质评价报告、区县经济技术开发区、工业园区 建设情况等，综合分析后按照上述功能区划分原则，对长江、嘉陵江、乌江干流 及长江集水面积在l o o k m 2 以上的一级支流各个水环境质量功能区内的控制单元进 行了审定、调整和划分。 3 4 三峡库区流域水污染控制单元划分结果 库区长江、嘉陵江、乌江干流及3 2 条集水面积大于1 0 0 k m 2 以上重要支流水 污染控制单元划分结果见表3 1 ，表3 2 ，表3 3 。 表3 1 长江干流水污染控制单元划分结果( 重庆主城区段) t a b 3 1c l a s s i f i c a t i o nr e s u l t so fw a t e rp o l l u t i o nc o n t r o lu n i tw i t h y a n g t z er i v e r ( c e n t r a la r e ao fc h o n g q i n g ) 重庆大学硕士学位论文 3 三峡库区流域水污染控制单元划分 库区长江干流从重庆市江津区花红堡到湖北省宜昌市夷陵区三斗坪三峡大坝 坝址，全长6 5 7 k m 。沿程涉及2 1 个行政区县，共划分5 9 个水污染控制单元。 表3 2 嘉陵江、乌江水污染控制单元划分结果 t a b 3 2c l a s s i f i c a t i o nr e s u l t so fw a t e rp o l l u t i o nc o n t r o lu n i tw i t h j i a l i n g j i a n gr i v e ra n dw u j i a n g r i v e r 表3 2 部分长江：艾流水污染控制单元划分结果 t a b 3 2c l a s s i f i c a t i o nr e s u l t so fw a t e rp o l l u t i o nc o n t r o lu n i tw