流域水环境规划

流域水环境规划第1页/共91页主要内容：补充内容：中国水环境质量状况及流域水污染控制思考第一节流域水环境规划的内容和工作程序第二节水环境功能区划的基本原则和方法第三节水环境容量与水环境保护目标第四节流域水污染控制规划第五节邕江水环境综合整治规划第2页/共91页中国水环境问题：水资源日益枯竭；水环境污染日趋严重中国山西临汾水污染四十多年无人管，村民受灾：山西临汾市下康村书记王云峰带绿色和平调查人员看临汾造纸厂的污水排放口，臭味扑鼻而来。

第3页/共91页中国近年来的重大水污染事件：

沱江特大污染事故

·2004年3月，地处成都市青白江区的川化集团违法排污（高浓度氨氮），造成沱江特大污染事故。沱江特大污染事故导致沿江简阳、资中、内江三地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，造成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。这一事件给松花江沿岸特别是大中城市人民生活和经济发展带来严重影响。

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，无锡居民饮水受到严重影响，自来水开始出现变味、发臭等现象。第4页/共91页一.中国水环境监测网络概况二.

全国水环境质量状况三.

流域水污染控制思考补充：中国水环境质量状况与流域水污染控制思考第5页/共91页一、中国水环境监测网络概况全国省控以上监测：1868条河流、182个湖泊和440个水库，共设置监测断面9000多个。

国家地表水监测网络：由260个重点监测站组成，监测250条河流、18个湖泊和10个水库，监测断面759个。水质自动监测站：国家已建成82个；地方投资建设79个，总数已达161个。第6页/共91页水质自动监测站水质自动监测161个站其中国家建设82地方建设79个一、中国水环境监测网络概况第7页/共91页全国地表水环境监测站分布示意国控河流250条、湖泊水库28个监测断面（点位）759个一、中国水环境监测网络概况第8页/共91页2008年七大水系水质类别比例主要水系水质状况二.全国水环境质量状况第9页/共91页七大水系水质污染情况海河、淮河、辽河水系属于严重污染二.全国水环境质量状况黄河水系属于重度污染松花江属于中度污染长江、珠江水系水质基本良好第10页/共91页监测断面：55个

Ⅰ~Ⅲ类：14.5%Ⅳ~Ⅴ类：21.8%

劣Ⅴ类：63.7%2008年海河水系水质状况主要水系水质状况海河水系污染严重，水质以劣Ⅴ类为主。主要污染物为氨氮、高锰酸盐指数、石油类和生化需氧量海河水系水质类别比例第11页/共91页淮河水系水质类别比例

淮河水系

淮河干流监测断面：86个13个

Ⅰ~Ⅲ类：19.8%41.7%Ⅳ~Ⅴ类：36.0%41.7%

劣Ⅴ类：44.2%16.6%主要污染指标为氨氮、生化需氧量和高锰酸盐指数主要水系水质状况2008年淮河水系水质状况淮河干流水质类别比例第12页/共91页2008年辽河水系水质状况主要水系水质状况监测断面：35个

Ⅰ~Ⅲ类：20.1%Ⅳ~Ⅴ类：34.2%

劣Ⅴ类：45.7%整个辽河水系水体污染严重主要污染指标：生化需氧量、石油类、高锰酸盐指数、氨氮辽河水系水质类别比例第13页/共91页

“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

2008年：二.全国水环境质量状况第14页/共91页

三峡库区以Ⅱ、Ⅲ类水质为主；

2004～2008年，三峡库区水质未发生明显变化，库区蓄水后水质依然稳定特殊区域水质状况三峡库区水质状况二.全国水环境质量状况第15页/共91页2008年南水北调（东线）水质状况特殊区域水质状况监测断面：13个

Ⅰ~Ⅲ类：23.1%Ⅳ~Ⅴ类：53.9%

劣Ⅴ类：23.0%污染普遍。主要污染指标：生化需氧量、氨氮和高锰酸盐指数南水北调（东线）水质类别比例二.全国水环境质量状况第16页/共91页三.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。第17页/共91页河南境内农业灌溉蓄水在闸坝调控方面的争议淮河流域山东菏泽、临沂污水出路与江苏的争议河南、安徽在来水质量上的争议

思考之一第18页/共91页围绕哈尔滨饮用水源地保护，出现黑、吉两省水污染责任的争议，引发了给水部门和水利部门使用江水与水库水源之争松花江流域思考之一第19页/共91页海河流域河南、山西卫河漳河污水与德州污水污染河北沧州、天津等水源地思考之一第20页/共91页长江流域三峡工程2003年蓄水发电，使四川、重庆市水污染防治时间表提前10年，要求06年前重庆市必须完成污水处理厂10座，垃圾处理厂13座，同时要求重庆市重新定位发展目标，调整城市功能，确保库区水质基本达II类。三峡库区思考之一第21页/共91页三.流域水污染控制思考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。第22页/共91页

2007年，我国GPD占全世界份额的5%，但物耗却占全球的7.4%-40%。其中，单位GPD能耗为美国的4.3倍，是日本的11.5倍。第23页/共91页我国能源消耗与G-7国家水平比较资料来源：根据《2007年中国可持续发展战略报告》第24页/共91页我国主要耗水指标与发达国家比较我国发达国家万元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第25页/共91页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。第26页/共91页三.流域水污染控制思考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。“十一五”期间，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。第27页/共91页在特定污染物、特定区域、有限时间范围内进行实施污染物总量控制；强调污染源排放量的严格监控制度和技术体系。部分国家实施：排污权市场交易、排污许可证制度。1、国外总量控制概念和方法：第28页/共91页“十一五”进行以容量总量为基础的总量核定工作。总量分配技术不完善、不规范，造成排污许可证制度不能全面建立和运行。总量监控技术理论和方法尚不完善，难以对流域排污总量进行有效监督。国家中长期科技规划中，明确进一步开展区域、流域的水污染物总量控制技术体系研究。2、国内总量控制实施情况第29页/共91页流域水污染防治的特点一是涉及地域宽，跨多个省域、市县区域

二是河流(或湖泊)水文条件复杂，变化大

三是同一水体兼具多种功能

第30页/共91页流域水污染防治规划的任务

站在全流域的角度，科学地划分不同水体的功能，科学地分析水体的环境容量，合理利用水体的自净能力，确定可行的污染物排放方案，提出水污染防治措施，以满足流域内各功能区对水质的要求，促进流域经济的可持续发展。

概述府河第31页/共91页1第一节流域水环境规划的内容和工作程序一、流域水环境规划的内容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

第32页/共91页二、流域水环境规划的工作程序第一节流域水环境规划的内容和工作程序第一，综合分析，找出主要问题。所需资料①

②

③④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

第33页/共91页黄浦江水系规划地图第34页/共91页第二，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，拟定规划措施第35页/共91页第五，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。第36页/共91页水体功能区:是指水体使用功能所占有的范围。第二节水环境功能区划的基本原则和方法水环境功能区划: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37页/共91页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）第38页/共91页。。。。地表水环境质量标准基本项目标准限值单位：mg/L第39页/共91页第40页/共91页上下游、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。

集中式饮用水源地优先保护；优质水优用及低质水低用；一、水环境功能分区原则原则水环境功能分区应遵循以下原则：第41页/共91页二、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第42页/共91页

水环境容量是指水体在特定的环境目标下所能容纳污染物的量。一、水环境容量第三节水环境容量与水环境保护目标

定义第43页/共91页水环境容量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的污染物量指由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。

决定因素？自净容量稀释容量+第44页/共91页

(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，则水体的允许纳污量称为自然环境容量。其模型为：

(7～1)式中：E——水环境容量；ρB基——污染物在水体中的基准值；ρB——污染物在水体中的背景浓度；V——水的体积；K自——水体自净系数。(二)水环境容量分类1、按水环境目标分类第45页/共91页式中：K标—以技术经济指标为约束条件的社会效益参数；

ρB标—污染物在水体中的标准值。(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，则水体的允许纳污量称为管理环境容量。当以水污染损害费用与治理费用之和最小为约束条件，规划允许排污量时，称为规划环境容量。

(7-2)第46页/共91页2污染物性质分312、按污染物性质分类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第47页/共91页二、水环境保护目标水环境目标

水环境质量目标

水总量控制目标第48页/共91页第四节流域水污染控制规划1、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。

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。(一)减少污染物排放负荷一、水污染控制的技术措施第49页/共91页

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？第50页/共91页总量控制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。第51页/共91页补充：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第52页/共91页非数学优化分配(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。第53页/共91页非数学优化分配(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,BOD标准,制糖业:100mg/l;皮革业:150mg/l.第54页/共91页(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。非数学优化分配第55页/共91页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。

第56页/共91页xj≥0数学优化分配目标函数:约束条件:

第57页/共91页

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、污水处理第58页/共91页(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。

苏州河整治工程图第59页/共91页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。另：流域水资源规划第60页/共91页南水北调第61页/共91页第62页/共91页二、水污染控制单元水污染控制单元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。第63页/共91页(一)水污染控制单元的划分①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：第64页/共91页规划

排污口最优规划是以各小区的污水处理厂为基础，以总处理费用最低为目标，在水体水质条件的约束下，寻求各处理厂处理效率的最佳组合，其数学模型为：1、排污口最优规划模型三、水污染控制系统规划数学模型第65页/共91页1、排污口最优规划模型第66页/共91页【补充例题】有三个化工厂①②③每天分别排放BOD5760t、110t和250t到河流，河流最后注入湖泊，如图。根据环保要求，进入湖泊的BOD5不超过315t/d。已知三个化工厂排放的BOD5到入湖口时的降解率分别为45%、30%、40%；三个化工厂BOD5处理费用分别为1.25万元/t、2.0万元/t和1.75万元/t。写出既能达到湖泊污染物控制要求，又使总处理费用最小的各厂处理效率的组合。化工厂2河流化工厂1化工厂3湖泊第67页/共91页化工厂2河流化工厂1化工厂3湖泊设化工厂①、②、③的氰化物处理率分别为x1、x2、x3，则三个化工厂的处理费用之和为：

则目标函数为：

MinZ=1.25×760x1+2.0×110x2+1.75×250x3

约束条件为：

第68页/共91页最优规划

均匀处理最优规划，以全区域的污水处理费用最低为目标，寻求污水处理厂的位置与规模的最佳组合。2、均匀处理最优规划第69页/共91页3、区域处理最优规划

区域处理最优规划是排放口处理最优规划和均匀处理最优规划的综合。模型的目标函数既是污水处理规模的函数，又是处理效率的函数。在区域处理最优规划中，既要寻求最佳的污水处理厂的位置和处理量，又要寻求污水处理厂处理效率的最佳组合。第70页/共91页4、模拟选优规划方案的模拟选优与最优规划方法不同，它是先进行污水输送与处理设施规划，提出几种可供选择的规划方案，然后采用水质模型，计算各种方案中污水排放后水域控制断面的水质，找出比较好的方案。这种方法选优的结果，在很大程度上取决于规划人员的经验，因此，采用模拟选优方法时，要求尽可能多提出一些初步规划方案，以供筛选。第71页/共91页四、规划方案的综合评价评价方案一般从水环境质量目标的可达性、污水处理投资的可行性两个方面进行。1、水环境目标的可达性水环境质量目标的可达性，可利用已建立的水质模型，对各个方案实施可能对水质产生的影响进行模拟，来检验规划方案是否能达到预定的水环境质量目标。第72页/共91页2、污水处理投资的可行性按环保投资占国民生产总值比例，占工业基础建设投资比例来估算投资能否得到落实。国际经验表明，当污染治理投入占国民生产总值的比例达到1％～1.5％时，才能基本控制环境污染；提高到2％～3％时，才能改善环境质量。目前我国这一比例在1.6％左右。应考虑社会投资第73页/共91页——邕江水环境综合整治规划第五节流域水环境规划案例邕江是过境河流郁江在南宁市的一段，穿越南宁市城区中心，为南宁市最大河流。邕江河段全长133.8km，流域面积6120km2，是南宁市城市及工农业的主要水源，也是通向市内外的航运干线。第74页/共91页

一、明确问题邕江水域具有集中式生活饮用水水源、工业用水、农业灌溉、航运、渔业、娱乐和纳污等功能。随着南宁市实行沿海开放城市政策，经济发展比较快，工农业用水和生活用水也不断增加。除市区固定用水人口80万、非农业用水人口74万外，还有一定数量的流动人口。因此，集中式生活饮用水水源成为邕江南宁段的首要功能。此外，随着城市经济的发展，污水量会越来越多，纳污也成为邕江的重要功能。如何协调不同层次的用水需求，是规划面临的主要任务。第75页/共91页二、确定规划目标与水域功能区划分规划的总体目标，是保证邕江达到多种水体功能。为此，首先需要进行水体功能的划分。根据水域功能区划的依据、原则、方法与步骤，以及邕江水质现状、社会经济发展对水资源的要求，将邕江水域的功能划分为五大类：心圩江以上流域为Ⅱ类，心圩江至二坑为Ⅱ～Ⅲ类，大坑至青秀山风景区为Ⅲ类，青秀山至莲花为Ⅱ～Ⅲ类，莲花至六景为Ⅲ类，邕江各支流、心圩江、竹排冲为Ⅲ～Ⅳ类，大坑、二坑、水塘江为Ⅳ～V类，良凤江为Ⅲ类，八尺江为Ⅲ～Ⅳ类。控制各河段水质达到相应的水质标准，是规划的具体目标。第76页/共91页三、确定规划方法1、混合区划分规划中常用的混合区标准有两类，一类是面积控制标准，另一类是距离控制标准，后者应用较广泛。距离控制标准允许排污口下游若干距离内水质超标，允许距离的长短，视河段的功能和所处位置的重要性而定。邕江混合区的划分采用距离控制标准。以竹排冲河段为例，由于数十千米范围内无集中供水水源吸水口，排污口下游2000m处的岸边污染物最大浓度达到功能区水质标准即可满足要求。第77页/共91页2、水质模型与水质指标的确定南宁市污水是通过几条排污沟流人邕江的，因此，控制排污沟与邕江入口处的排放量是水污染控制的关键。污水排放有两种方式，一是通过工程措施使断面均匀混合排放，二是岸边直接排放。前者的控制排放量可通过全江段一维模型进行计算，后者的控制排放量可通过污染带模型进行计算。根据南宁市水系分布特点，确定可能纳污点为马巢河口、可利江口等(共10个)。根据邕江的污染特点，确定代表性水质指标为COD和BOD5。第78页/共91页四、拟定规划措施首先采取措施保护饮用水源。邕江上已有四座饮用水厂，其中，凌铁水厂处在水质较差的支流大坑入口下游、亭子冲入口对面，受污染威胁较大，水质较差。拟对排人大坑支流的污水采取截流措施，将污水引至下游，经处理后排入邕江；亭子冲入口的污染带形成的原因，是南宁电厂的锅炉冲灰水、南宁制糖厂和造纸厂的工业废水污染所造成。拟采取工程措施，要求削减其排污量。为满足水体其他功能要求，拟通过各个河段的水环境容量的计算，确定相应污染源的污染物削减量。

第79页/共91页五、计算水环境容量与提出供选方案(一)水文条件设计江段水文条件是决定河道稀释自净能力的主要因素。根据国家标准规定，采用保证率为90％的最小月平均流量作为计算条件，同时选用保证率为50％的年均流量作为比较研究的计算条件。邕江南宁站90％保证率最小月平均流量为170m3/s，50％保证率年均流量为1330m3/s。第80页/共91页BOD5模型采用S—P模型：(1)BOD5约束：(二)允许排放量的计算1、断面均匀混合允许排放量的计算(7—8)

式中：L——河水中t时刻的BOD5浓度，mg/L；L0——初始断面BOD5浓度，mg/L；t——河水流经一定距离花费的时间(t=距离/流速)，当流速稳定时，表征河水流经的距离，d；Kd——河水中BOD5衰减(耗氧)速率常数，d-1。第81页/共91页

要求距纳污断面最近的下游水质控制断面的BOD5最大浓度(L)不能超过要求的水质标准值，可得L0，max，并由式：W+qv,s，Ls=L0,max(qv,s+qv,w)，求得允许排放量W(式中，qv,s为上游来水量；Ls为上游来水BOD5浓度；qv,w为污水量；W为BOD5允许排放量)。第82页/共91页(2)DO约束：根据L0,max，由下式计算：

(7—9)式中：O——河流中t时刻的溶解氧浓度，mg/L；Os——饱和溶解氧浓度，mg/L；O0——河段起始断面的溶解氧浓度，mg/L；DO0——河段起始断面的氧亏值，DO0=Os—O0，mg/L；Ka——河流复氧速率常数，d-1。计算控制断面的DO值OL，若OL<DO0(溶氧水质标准)，则减小L0