《环境规划与管理》-第05章-水环境规划与管理-4学时

第五章水环境规划与管理第一节、水环境规划与管理的基础第二节、水环境规划与管理的技术措施章节简介指自然形成的淡水，它的功能通过水量、水质及水能三个方面来表现。“水资源”是指在一定时期内，能被人类直接或间接开发利用的那一部分水体；主要指河流、湖泊、地下水和土壤水等淡水，个别地方还包括微咸水。这几种淡水资源合起来约为1065×104km3，只占全球总水量的0.32％左右，所占比例虽小但极其重要。注意：土壤水虽然不能直接用于工业、城镇供水，但它是植物生长必不可少的，属于水资源范畴。至于大气降水，它是径流、地下水和土壤水形成的最主要，甚至唯一的补给来源。水量水质水能水资源的概念循环再生性与总量有限性时空分布的不均匀性功能的广泛性和不可替代性利弊两重性水资源的特点总量多，人均占有量少地区分配不均，水土资源配置不平衡年内分配不均，年际变化很大部分河流含沙量大我国水资源的分布及特点长江流域为全国平均值的1.4倍珠江流域为全国平均值的2.4倍淮河、黄河流域只有全国平均值20％海河、滦河流域为全国平均值的13.4％我国平均每公顷耕地径流量为2.8×104m3

辽河流域为全国平均值的29.8％长江流域及其以南地区，水资源总量占全国的81％，而耕地只占全国的36％；黄河、淮河、海河流域，水资源总量仅占全国的7.5％，而耕地却占全国的36.5％。水是人类赖以生存的重要资源。社会经济高速发展加重了水资源枯竭、水环境污染以及水生态退化的趋势。人类发展对水量、水质和水生态服务功能的需求却越来越高。如何协调人类社会经济发展与水环境保护之间的关系与矛盾，将直接影响到对水资源的节约利用、对水环境的有效保护乃至人类社会的可持续发展。水环境水资源开发利用中的环境问题是指水量、水质、水能发生了变化，导致水资源功能的衰减、损坏以至丧失。

河流、湖泊面积日益缩小，水文条件改变较大。水体污染日益严重，水生态环境受到严重破坏。地下水量日渐枯竭，地面沉降现象屡见不鲜。水环境问题水环境问题的成因砍伐森林，开垦草原，开发矿产资源，破坏地表植被，造成水土流失、水源枯竭，使江河水量减少、输沙量增加，河道和湖泊淤塞。围湖造田，使湖泊与湿地的数量、面积均大幅度减少。随着人口增加、经济发展，工业、农业、生活的用水量与污水排放量迅速增加。第一节水环境规划与管理的基础5.1.1水环境规划与管理的基本原则系统优化原则可持续原则自我调控原则经济生态化原则原则和谐共生原则水环境规划与管理的基本原则对社会经济活动的规范与对水环境系统的管理相结合，实施系统规划与管理。在一定阈值内，对外来的污染负荷与人为干扰，具备自我调节与稳定的机制，提高水环境系统的恢复力。体现代际与代内公平，兼顾不同时空的合理配置，保证社会经济系统持续发展对水环境的需求。构建立体化的生态经济系统，提高水资源利用与传输效率，实现经济平衡与水生态平衡的统一水环境与其它自然要素和谐是基础，人与水环境的和谐是目的与根本要求。5.1.2水环境规划与管理的时空尺度企业水环境规划与管理以企业为对象，对企业用水、污水处理、清洁生产、再生水循环利用、排污控制等进行规划与管理，是流域与区域水环境规划与管理的重要组成部分，属微观层面的规划与管理。区域水环境规划与管理一般以行政区划为单元，易于获取统计性资料，方便信息分析与处理，当前实践较多，其缺点是同一区域自然属性的协调性差。流域水环境规划与管理具有时间上的稳定性、空间上的可积性是实施水环境规划与管理最佳且合理的单元，规划与管理界限明确，有利于综合考虑整个流域的水环境容量及水资源承载力，兼顾上下游、左右岸间的关系。空间尺度年度年度规划与管理强调对具体工程实施与项目的安排与配置，突出实践操作性。中期（5~10年）中期（5年）规划与管理与我国国民经济与社会发展规划体系同步，是应用较多的规划。长期（>10年）长期规划与管理具有宏观性、战略性。时间尺度实践中的时空边界选择边界的选择主要是为了确定水环境影响分析的范围，合理安排规划与管理方案措施及后续监测、评估的时空范围。水环境及社会、经济系统均是开放系统，与外界进行着大量的能量、物质交换以及相互作用。由于食物链的作用及水环境本身具有一定的承纳能力，外界对水环境系统的干扰也就存在着空间与时间上的累积效应，且累积影响往往会随着水体的流动而传输到更大的空间范围，作用于更长的时间尺度。因此，水环境规划与管理活动不应局限于以行政单元与国家相关计划为主体的时空边界。时空边界的确定应是一个动态的反馈过程，应根据现状调查及相关监测的状况，对初步确定的边界进行调整与修改，必要时开展专家咨询，并最终确定技术合理、经济可行的边界。时间边界选择空间边界选择应向过去延伸一段时间，以了解环境演变过程、演变趋势与发展变化规律。向未来延伸，以关注长期的环境影响与实施效果，有助于提高整个规划与管理的可持续性。比较可行的方案是将流域与行政边界结合起来。未来，随着资源、环境等信息管理系统的完善与技术处理手段的提高，对行政边界的依赖性会大为降低，就能实现自然边界。时空边界5.1.3水环境规划与管理的目标与指标框架目标

水环境保护水生态建设

水资源利用社会经济发展侧重于水质的保障。以水资源利用的可持续性为最高目标。从水生态系统完整性的角度提出具体要求。约束社会经济发展规模，规范发展模式，优化产业布局。水环境规划与管理的目标水环境规划与管理目标的要求一般规划目标的共性规划与管理的目标必须全面、科学，必须有时间上的限制和空间上的约束，要反映水环境系统的现状与管理的要求，同时，也要反映规划专家与专业人员的经验认知。与社会经济活动协调水环境规划与管理的主要目的之一是促进社会、经济系统与水环境之间的和谐，保障社会、经济与水环境系统的协调发展。应处理好两者之间的冲突与矛盾。保证可操作性充分考虑对水环境系统的经济投入，考虑现行的水环境改善与水生态修复技术现状，与现行水政、水环境管理体制和政策法规相融。满足先进性与前瞻性反映当前水环境综合管理与生态系统一体化管理的思路，考虑当前先进水质改善、生态修复技术的可借鉴性，引入先进理念。指标体系框架水环境规划与管理的指标体系是一个整体，既应全面反映水环境系统以及与其相关的社会经济系统的发展特征，又要涵盖水环境各要素的发展现状与未来趋势，还要有反映以上各要素之间相互协调的动态变化和发展趋势的指标，并反映水环境系统与社会经济系统相互支持与制约的相互关系。5.1.4水环境容量与总量控制在给定水域和水文、水力学条件，给定排污口位置与排污方式，满足水域保护目标要求的排污口允许排放量，叫做该水域在上述条件下的允许纳污量，也称水环境容量。简而言之，水环境容量源于环境容量，是指某水体在特定的环境目标下所能容纳污染物的量。在理论上，水环境容量是水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，也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，水环境容量是水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。水环境容量的大小与水体特征、水质目标、污染物特性和排污方式有关。水环境容量自然水环境容量管理水环境容量按水环境目标分类耗O2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按污染物分类稀释容量自净容量按降解机制分类可更新容量不可更新容量按可再生性分类按可分配性分类不可分配容量可分配容量水环境容量的分类影响水环境容量的因素目标

污染物特征水质目标

水体特征排污方式扩散特性、降解特性、高毒性、生物富集性几何参数（水体形式、河宽等河流形态）、水文参数（流量、流速、水温）、水化学参数（pH、离子含量）等不同的环境功能目标对应不同的环境标准，其污染物承载能力也不同集中排放比分散排放小，瞬时排放比连续排放小，岸边排放比江心排放小水环境容量的设计条件是根据已经出现过的各种环境条件和污染条件，如水温、流速、流量、水质、排污浓度和排污量等，考虑各种可预测到的未来变化范围，寻求最不利于控制污染的自然条件，并提出在这种自然条件下的环境目标条件及其它约束条件。平均化过程是设计条件的主要过程，即在稳态条件下平均化，或在概率分布条件下平均化。由此构成了两类设计条件：随机（或概率分布）设计条件和稳态（或定常）设计条件。设计条件的内容主要包括自然条件、排污条件、目标条件和约束条件等。水环境容量的设计条件水污染物总量控制把水域看作一个整体根据水体功能要求和污染源分布状况，建立水污染源与水质的“输入—响应”关系通过模型模拟计算达到水环境保护目标所允许的污染物排放量通过优化计算分配到各污染源，确定各源削减量污染负荷分配是水环境规划与管理的核心工作，其实质是依据水环境中污染物最大允许排放量的要求，根据排污地点、数量和方式，结合污染源排污总量削减的优先顺序和技术、经济的可行性等，对各控制区域或单元分配环境容量资源，从而确定各污染源或控制单元的最大允许排放量或削减量，是落实总量控制，实现水质管理目标的重要环节，也是我国现行水污染排放总量控制制度的技术关键所在。污染负荷或削减量分配方法有两种：一是将规划区域水污染物允许排放量分配到各个水污染控制单元，然后再根据源强预测，分别计算各污染控制单元各污染源削减量二是计算出规划区域内总的水污染物削减量，作为主要水污染物排放负荷削减指标，直接分配到各污染源。污染负荷分配费用最小分配方法以治理费用作为目标函数，以环境目标值作为约束条件，使系统水污染治理投资费用总和最小，求得各污染源的允许排放负荷。常用分配方法有4种：1、线性规划；2、非线性规划；3、动态规划；4、组合规划贡献率分配方法依据各污染源对水污染控制单元，或各区域水污染对水环境功能区内水质影响程度大小，按各污染源或各区域排放水污染物的贡献率大小来分配排放负荷。等比例分配方法要求在规划区范围内，承认各污染源排放现状，将允许排放总量等比例地分配到污染源，各污染源等比例地分担排放责任，简单易行。包括3种方法：1、一般等比分配；2、排污标准加权分配；3、单元加权分配。排污负荷/削减量分配方式水污染负荷分配方法的讨论等比例分配方法建立在承认现状的基础之上，通过绝对量上的公平进行水污染排放负荷分配，忽略了企业生产工艺、生产设备、水资源利用率、水污染治理水平等多方面的差异。按贡献率分配方法体现了每个污染源或水污染控制区平等共享水环境容量资源，要求平等承担控制排污负荷的责任，具有公平性，但它忽略了不同行业污染治理费用的差异。费用最小分配方法追求社会整体效益最大，忽略了各排污实体之间的公平问题，忽略了水污染排放企业监督和管理的成本因素以及实践中水污染治理效率、边际治理费用的高低，可能会导致管理得力的企业负担更多的污染负荷削减，不利于企业开展公平竞争，实践中会遇到极大的阻力。这些分配方法各有其特点，在公平和效率方面有着各自的优缺点。在水环境规划与管理实践中，水污染负荷分配方法的选取应与区域实践有机结合，从长远看，基于科学合理的初始分配，引入市场机制，推行排污交易，是未来水污染负荷分配最为合理的选择。5.1.5水环境功能区划与污染控制单元水环境功能区划是水环境保护的基础性工作，是我国目前实施的水环境分级管理以及环境管理目标责任制的基础，是确定和实施水污染物排放总量控制的基本单元以及水质评价的基础。我国的水环境功能区划工作主要是依据《地表水环境质量》（GB3838-2002）。编制完成全国的水环境功能区划：国家层次：具体包括全国水环境功能区划、国控断面和省界断面所在的水环境功能区划、分流域或水资源区的水环境功能区划、31个省市自治区的水环境功能区划。重点城市层次：113个环境保护重点城市城区的水环境功能区划。水环境功能区划集中式饮用水源地与敏感水域优先保护

原则统筹考虑、合理组合适当考虑潜在功能要求

不得降低现状使用功能同时兼顾未来更高的要求考虑经济技术可行性

合理利用水体自净能力和环境容量与陆域城市发展及产业布局相协调实用可行便于管理

考虑对地下饮用水源地污染的影响水环境功能区划原则水质功能区分类水域环境功能执行水质标准Ⅰ类源头水、国家级自然保护区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）水环境功能区分类

综合分析阶段

定性判断阶段

定量模拟阶段

综合决策阶段水环境功能区划的技术路线1、收集基础资料与数据（包括区域自然环境，水情要素，区域发展现状与规划，水环境质量现状、污染源及治理措施，水质监测，水利设施，水资源开发利用情况，管理政策与法规）。2、综合分析与调查。1、对水体现状进行评价，预测污染源及污水量的增加与削减量，分析水体的现状使用功能。2、确定影响使用功能的污染因子和污染时段。3、分析资料是否合理可靠，是否具有代表性。4、确定污染源优先控制顺序。1、水环境功能的可达性分析、混合区范围划定、技术经济评价和方案选择。2、确定设计条件、选择水质模型及计算方法、计算混合区范围、优化模拟。1、结合上述定性分析与定量模拟，确定切实可行的区划方案。2、拟订保障区划目标的分期实施方案。功能分区提出保护目标选择相应的环境质量标准建立排污量与环境质量标准间的定量关系，开展污染源环境影响评价分析实现目标可供选择的方法，规划不同总量的控制途径，进行指定功能可达性分析污染负荷分配，工程规划，环境、技术和经济综合优化政策协调行政决策现状功能可达性分析，确定主要人工污染源ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ水环境功能区划的系统分析水污染控制单元是由污染源和水域两部分组成的可操作实体：水域是根据水体不同的使用功能并结合行政区划或行政管理需求而定；污染源是排入相应受纳水域的所有污染源的集合。水污染控制单元水污染控制单元与行政区划、水环境功能区、水域特征、污染源及排污口分布等紧密联系。水污染控制单元的划分原则基础数据完备要求在水污染控制单元内污染排放资料齐全，水文资料序列性好，控制断面具有水质监测资料，可控制单元之间的输入、输出及相互影响关系可定量化，满足水量平衡与物质平衡的要求。与目标相联系针对不同水质目标和污染物类型，同一区域可有多种控制单元划分方案，以解决不同问题，控制单元的划分与水环境规划与管理的目标密切相关。相对独立由于水陆交互、上下游的水力传导作用，水污染控制单元既相互影响，又具有独立性。因此，要求每一控制单元都可以进行环境评价、实施污染控制对策方案，并尽可能与现有行政管理区划相衔接。水污染控制单元的组成及其作用区域水环境系统是由水污染控制单元组成，它是开展水环境容量计算、落实水污染控制目标、实施总量控制与污染控制方案的基本单元。在我国，水污染控制单元还是实施环境管理目标责任制、综合整治与定量考核的基本单元。水污染控制单元作为可操作实体，可在单元内和单元间建立量化的水质模型，反映出源与目标间、区域与区域间的相互作用，建立污染源与水环境质量之间的输入-响应关系。水污染控制单元为优化决策方案的实施提供了载体，使复杂的水环境问题分解为单元问题，从而使整个系统的问题得到最终解决。单元划分与功能界定控制断面及水质现状调查污染排放情况和主要污染源识别排污量与水质预测主要水环境问题诊断容许排放量确定污染控制路线与方案制订水污染控制单元应用的技术流程5.1.6水生态系统健康与修复水生态系统健康取水、筑坝、分流、裁弯取直、河岸固化等建设活动，造成水生生态系统的破坏，传统的面向水量和水质管理的理念，已经不适应水环境系统规划与管理的要求。水生态系统健康作为一种综合考虑生态、社会、经济等多方面利益的管理理念，成为水环境管理的目标与方向。水生态系统健康应包含两个内涵：满足人类社会合理需求的能力和水生态系统本身自我维持和更新的能力。这种体现人类价值判断的理念将水体自然生态特征的保护与水生态系统服务的持续供给协调起来，认为健康的水域不仅要保持生态学意义上的完整性，还应该强调对人类生态服务的发挥。生态完整性影响水生态系统的恢复能力，水生态系统服务是水生态系统管理的重要目标之一，二者有机统一有助于实现水生态系统的良性循环和服务的持续供给，从而促进人水和谐。水生态系统健康的评价方法可分为：生物监测法和综合指标法。生物监测法通过监测水生生物的生物学、生态学与生理学指标来评估水体健康状态，常用的物种包括底栖无脊椎动物、鱼类、硅藻等。由于在流域范围内不可能存在对所有干扰都敏感的物种，因而，综合物理、化学、生物，甚至社会、经济指标，能够反映不同尺度信息的综合指标法成为水生态系统健康评价的重要方法。城市河流生态系统健康评价指标体系水生态系统健康的评价标准评价标准直接影响评价结果的合理性，目前对于水生态系统的健康评价尚无明确的统一标准。评价标准的确定是水生态系统健康评价的重点和难点，具有相对性的特征。评价标准可以通过以下方法确认：历史资料法实地考察多区域水体比较分析（参照对比法）借鉴国家标准与相关研究成果公众参与专家评判水生态修复水生态修复是指在生态学原理指导下，以生物修复为基础，结合各种物理修复、化学修复以及工程技术措施，通过优化组合，使之达到最佳效果的综合修复受损水环境的方法。换言之，水生态修复是生态修复理论在水环境领域的细化。水生态修复的主要目的：减轻人类活动对水环境自然模式或多样性的限制，重建使水环境自然过程能够再生的状态，使水环境系统回归自然演替轨迹，合理控制人类干扰强度，保持水环境生态平衡。水生态修复一般包括恢复、重建、改建等三个方面的活动：恢复——是指使部分受损对象向原初状态发生改变；重建——是指使完全丧失功能的对象恢复至另一水平；改建——是指使部分受损对象进行改善，增加人类所期望的“人造”特点，减少人类不希望的“自然”特点。水生态修复的四大原理循环再生主要目标是使生态系统中的非循环组分成为可循环的过程，使水体中物质循环和再生的速度放大，加速受损水体的修复。和谐共存强调各种修复植物与微生物种群之间、各种修复植物与动物种群之间、各种微生物之间、生物与环境之间形成良好的作用机制。整体优化要求把水生态修复系统看做一个整体，对这些基本过程进行优化，从而达到充分发挥修复系统对污染物的净化功能和水资源的有效利用。区域分异根据各地的气温、水文过程以及植物、动物和微生物种群的差异，有区别地进行工艺与修复生物选择、结构配置及运行管理。水生态修复的时间尺度水生态修复的空间尺度第二节水环境规划与管理的技术措施5.2.1水环境规划的技术措施一、水环境规划的技术措施水环境质量受到产业发展水平、人口素质、污染治理水平、水环境容量等多方面因素的影响，水环境本身及所受干扰与胁迫具有系统性特征，并要求改善水环境质量的技术措施也要具有系统性和全面性。从水环境规划的技术体系分析，应该实现3个层面的结合：其一是宏观层面的产业布局、结构与规模调整、循环经济体系建设与微观层面上的清洁生产、排污动态调整相结合。其二是污染物源头控制与末端治理相结合；其三是陆域污染治理与水体自身净化能力的发挥和内源污染的控制相结合。通过3个结合，系统实施污染物排放量的控制与削减、污染排放的时空动态调整、水体净化能力的提高和底泥等内源污染的控制，从而实现水环境质量的整体改善。提高水体自净能力1、发展水体内污染修复生态工程（恢复水生植被，生物操纵等）2、曝气（动力设备、橡皮坝、跌水等）3、添加化学试剂（絮凝、杀藻、除臭）4、改善水动力条件（调水、闸坝联合调度→提高水量、水位和水体流动性）对污染排放进行时空动态调整1、生产力布局调整2、选择适宜的污水排放方式（排污时段、排污水体和排污方式选择）控制与削减污染物排放量1、调整产业结构与规模（对非理性产业化和结构性水污染的防控）2、提高水资源利用效率，降低污染强度（清洁生产审核与循环经济体系构建）3、建设市政污水处理与回用工程4、发展污水生态处理工程控制水体内源污染1、实施底泥环境疏浚（施肥或固化材料）2、控制底泥污染物释放（铝盐或覆盖）水环境规划的技术措施5.2.2常用的水环境管理手段水资源环境管理的途径和方法

水资源环境管理的原则管理体制管理组织机构有偿使用水环境资源的观念总量控制许可证制度安全保障和循环再利用系统加强水利建设积极开发水源水资源环境管理严格保护水源，包括严禁在水源地和水源补给区砍伐森林，开垦草原，硬化路面，排放有毒、有害废水和生活污水等。加强对合理分配用水的宏观调控。在用水水量分配方面注意在生活用水、工业用水、农业用水、生态用水之间的协调与平衡；在地域方面要注意上、中、下游之间的合理分配；在时间尺度上要注意丰、平、枯水期之间的调剂分配。鼓励工农业生产和日常生活中的节约用水，提高水资源的利用率。综合整治受污染的水体。不断完善水资源保护的法律法规，严格执法。一、水资源环境管理的原则水资源管理应把所辖地区的水（包括生活用水、生产用水、生态用水、生活污水、生产废水、地表水、地下水、空中水、土壤水、雨水及农田排水等）以及水体周边的陆地作为一个整体来