河道最小环境需水量确定方法及其应用研究 - 应用-

1、河道最小环境需水量确定方法及其应用研究(应用王西琴,杨志峰,刘昌明(北京师范大学环境模拟与污染控制国家重点联合实验室,教育部水沙科学重点实验室,北京100875摘要:以黄河支流渭河为例,概算了渭河4个断面及其干流现状年及不同水文年的河道最小环境需水量.结果表明,在多年平均状况下,渭河最小环境需水量为1918亿m 3a ,占年径流量的1219%,占基流量的6419%.考虑河道环境用水后渭河的水资源利用率应为1412%,比未考虑环境用水的利用率降低约14%.为满足最小环境需水量的要求,渭河废污水排放量必须低于1998年水平.关键词:河道;环境需水量;河流功能;应用;黄河流域Method of re

2、solving the low est environmental w ater demands in rivercourse (applicationW ANG X iqin ,Y ANG Zhifeng ,LIU Changm ing (S tate JointK ey Laboratory of Environment S imulation and P ollution C ontrol ,K eyLaboratory for W ater and Sediment Sciences ,M inistry of Education ,Beijing N ormal University

3、 ,Beijing 100875Abstract :The lowest environmental water demands in 1998and in different hydrological year of the Y ellow River s branch 2W ei River and its 4sections as an exam ple were studied.The results indicated that the lowest environmental water demands of W ei River is 1918×108m 3per ye

4、ar ,which accouns for 1219%of runoff and 6419%of basic runoff.W ater res ources utilization ratio will reduce to 1412%that is lower 14%than that not calculating environmental water demands.I t is pointed out that in order to meet the demands of lowest environmental water con 2sum ption ,the am ount

5、of wastewater discharges must be under that of 1998.K eyw ords :river course ;environmental water demands ;river function ;application ;the Y ellow River收稿日期:2000211203;修订日期:2001201215基金项目:国家重点基础研究发展规划(973项目(编号:G 19990436-05作者简介:王西琴(1965,女,博士前文1提出了河道最小环境需水量的概念及其确定方法,本文将以黄河支流渭河(陕西段为例,对其进行实证分析.1功能区段划分

6、及断面设计沿渭河分布着宝鸡、咸阳、西安、渭南等4个地级市,根据实际需要,按行政区设计环境需水量断面.河道环境需水量设计断面除宝鸡市选在林家村外,其余3个市均选在行政区界.这样,就将整个河段按照行政区分为4个小段(表12.各小段的长度、主要功能及水质控制标准等指标均列入表1.并假设宝鸡林家村、眉县魏家堡、临潼交口引水抽渭工程水量维持不变,也没有境外水的调入和调出.第21卷第5期2001年9月环境科学学报ACT A SCIE NTI AE CIRCUMST ANTI AEV ol.21,N o.5Sep.,2001表1渭河(陕西段河段断面设计及功能区划分T able 1Section design

7、 and function area dividing for W ei River of Shaanixi segment行政区水域范围起止距离,km主要功能适用国家标准类(级别地面水质量标准污水综合排放标准宝鸡林家村至咸阳行政区界010415市区饮用水源地工业用水类一级二级咸阳咸阳行政区界至咸阳铁桥10415185农灌水源二级保护区类二级一级西安咸阳铁桥至交口提水站185245水源二级保护区农灌类一级二级渭南交口提水站至渭河入黄口245365水源二级保护区农灌类一级二级2最小环境需水量计算根据1998年陕西省环境统计资料,沿渭河4个地区的废污水排放情况如表2所示.表21998年污水排放量(

8、Q w ,108m 3aT able 2The am ount of waste water discharge in 1998(Q w ,108m 3a 地区根据渭河以有机物污染(C OD 为主的特征,渭河水质要求及主要控制指标设计如下:水质类别,级;主要控制指标,C OD ;设定保证率p 090%.由主要控制指标的污水排放标准与河流水环境标准可知,河流的稀释系数一般不得低于5.所以本文取=5.按照文献1不等式(5,1998年渭河各小段及干流仅满足纳污功能的河道最小环境需水量(Q v 计算结果如表3所示.根据19861998年渭河水文资料,以及设计保证率p p 0(90,可以得到现状年实际流

9、量(Q t 和不同水文年各河段的河道流量.表3渭河各小段及全段最小环境需水量(108m 3aT able 3The lowest environmental water demands of each section and whole segment in W ei River (108m 3a 河段宝鸡咸阳西安渭南全河段50%719821526141219119182由表3看出,现状年渭河最小环境需水量应为31112亿m 3,而实际流量为16137亿m 3,比环境需要的最小水量少约47%.也就是说,在不考虑渭河环境容量背景值的情况下,1998年除宝鸡外,咸阳、西安、渭南排入渭河的废污水,远

10、超出相应河段河水稀释降解能力的范围,按照河道实际流量,上述3个城市分别需削减70%、68%、48%的废污水,才能满足渭河河段的环境95期王西琴等:河道最小环境需水量确定方法及其应用研究(应用功能要求.在设定保证率达90%、频率为50%、75%、95%及多年平均水文年的情况下,渭河河道各小段的实际流量如表3所示,渭河总的实际流量分别为1718亿m3a、12143亿m3a、6116亿m3a、19188亿m3a,也即按照本文计算方法所要求的最小环境需水量.渭河河道最小环境需水量的概算结果表明,为满足最小环境功能的要求,沿渭河4个城市的废污水排放量必须低于现状年.在频率为50%、75%、95%及多年平

11、均水文年,宝鸡、咸阳、西安、渭南4市允许排入渭河的废污水分别为:3156亿m3a、2149亿m3a、1123亿m3a、3196亿m3a.3与T ennant法计算结果的比较T ennant法3是美国目前使用的河道内流量确定的方法,其河流流量推荐值以预先确定的年平均流量的百分数为基础(表4.该法通常作为在优先度不高的河段研究河流流量推荐值使用,或作为其它方法的一种检验.表4保护鱼类、野生动物和有关环境资源的河流流量状况T able4The runoff situation of fish,wild animals and relative environmental res ources pro

12、tected流量的叙述性描述推荐的基流(103月平均流量,%推荐的基流(49月平均流量,%流量的叙述性描述推荐的基流(103月平均流量,%推荐的基流(49月平均流量,%最大200200好2040最佳范围6010060100中或差1030极好4060差或最小1010非常好3050极差010010虽然T ennant法考虑的是河流的生态与环境功能,与本文讨论的河道环境需水量有所区别,但是,鉴于目前河道环境需水研究工作的实际情况,仅用来作为一种与其他方法计算结果的比较说明,仍是可取的.由于本文是对最小河道环境需水量的计算,同时考虑到研究区实际情况,拟选用T ennant法10%平均流量的推荐基流与本

13、文计算结果进行比较.结果如表5所示.表5两种方法计算结果比较(108m3aT able5Results calculated by tw o methods(108m3a河段宝鸡咸阳西安渭南全河段年径流量(自产加入境10%年径流量(T ennant法计算值段首控制法计算值占年径流量的百分比(%两种方法的比较(段首控制法计算值与T ennant法计算值之差055环境科学学报21卷由表5可以看出,用本文方法计算所得结果基本与T ennant法计算所得结果相符.渭河干流最小环境需水量约占多年平均径流量的12%,基本符合10%平均流量的推荐流量,介于10%15%之间.可以满足表4中叙述性描述的差或最小

14、中或差一级.4计算结果分析从河道环境需水量的分析,地表水开发利用应该有一个阈值.国际上公认的地表水合理开发利用率是30%,极限开发利用率是40%.目前,渭河流域地表水的开发利用率已达25%左右,而且,由于河道基流容易被开发利用,其年际变化亦较小,渭河流域引用水量基本上是河道基流量.按照水文分割法可求得各小段的基流量(表6,并根据公式(3计算出Q m(表6.表6渭河流域未考虑和考虑环境需水量的水资源利用情况T able6The water res ources utilizations situation of calculating and not calculating environmen

15、talwater demands in W ei River basin指标频率宝鸡咸阳西安渭南全河段水资源量,108m3可利用率,%可利用率,%环境需水量占基流量的百分比,%环境需水量与基流量的差值Q m=Q v-q gt,108m350%-7198-0159-2158-1157-12172 75%-10145-1116-4106-2142-18109 95%-12157-1176-6170-3133-24136多年平均-7104-0143-1189-1134-10170基流可利用率(考虑环境需水量后,%由渭河最小环境需水量及基流量可知,渭河各段及整个河段的最小环境需水量(平均依次分别约占河

16、道基流量的53%、85%、77%、68%、65%.由基流量可以估算出在考虑了河道环境用水情况下的基流可利用率(表5.如在频率为50%、75%、95%及多年平均水文年,渭河基流量的利用率分别为4117%、5913%、7918%、3511%.由渭河流域各行政区不同水文年水资源155关中地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究课题组1关中地区水资源合理开发利用与生态环境保护研究119995期王西琴等:河道最小环境需水量确定方法及其应用研究(应用量、可利用量,可以估算出在考虑了河道环境用水情况下的水资源可利用率(表6.如在75%水文年,宝鸡、咸阳、西安、渭南各段及整个渭河的水资源可利用率分别为1411

17、%、1512%、1412%、1317%、1412%,比未考虑环境用水的利用率分别降低约15%、11%、17%、11%、14%.5结语本文从水环境污染问题出发,对满足河流纳污功能需要的河道最小环境需水量进行了讨论,其是在一定的假设条件下进行的.如果假设条件发生变化,河道的最下环境需水量也将产生相应的变化.由于河道水量本身的动态性,以及河流环境需水量的复杂、综合性,使河道环境需水量的研究工作十分艰难.本文只是做了一些探索性的研究工作,在理论研究、计算方法的应用等方面尚有待于深入,需更多的实际研究以改进和完善河道最小环境需水量的计算.参考文献:1王西琴,刘昌明,杨志峰1河道最小环境需水量确定方法及其

18、应用研究(理论J 1环境科学学报,2001,21(5:5445472司全印,冉新全,周孝德1区域水污染控制与生态环境保护研究M1北京:中国环境科学出版社12000120213T ennat D L.Instream flow regimens for fish ,widlife ,recreation ,and related envirnmental res ourcesA.In :Orsborn J F ,Allman C H (eds.Proceedings of Sym posium and S pecility C on ference on Instream Flow Needs .American Fisheries S ocietyC.Bethesda ,国家计量认证单位中国科学院水生生物研究所二检测实验室简介中国科学院水生生物研究所二检测实验室是以环境分析化学和生态毒理学为基础,以现代科学技术和现代精密仪器的联用技术为手段的研究和检测单位。本室拥有专门用于二分离纯化实验室、高分辨质谱分析实验室、生化实验室、细胞实验室和色谱分析实验室;拥有一批大中型先进的仪器设备;高分辨色质联用仪(HRG C HRMS 、HRG C LRMS 、高效液相色谱(HP LC 、气相色谱(G C 等。实验室自1995年以来在二研究领域已具备了近