水環境容量

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水環境容量(Water Environment Capacity)

　　水環境容量是指在不影響水的正常用途的情況下,水體所能容納的污染物的量或自身調節凈化並保持生態平衡的能力。水環境容量是制定地方性、專業性水域排放標準的依據之一,環境管理部門還利用它確定在固定水域到底允許排入多少污染物^[1]。

　　廣義的水環境容量包含3個方面的內容：一是水資源對各類用水的承載能力：二是水環境對水體量的容納能力，包括行洪、排澇、蓄滯洪水的能力；三是水環境的納污能力。狹義的水環境容量僅指水環境的納污能力^[2]。

　　水環境容量的特征包括以下四個方面：

　　一是區域性。即由於受到各個區域不同的地理、水文、氣象條件等一系列因素的影響，具有差異性的水域對污染物的化學、物理、生物等手段的凈化能力存在著很大的不同，進而致使水環境容量具有鮮明的地域性特征，水環境容量進行測算與核定的主要目標為通過劃分水域控制單元並設置水質考核機制，以達到有效控制斷面與各個單元的污染物排放數量的目的；

　　二是資源性。即水環境容量的價值是對排入污染物起到一定的緩衝作用，在充分滿足人類生活與生產以及生態系統的需求的前提下容納一定含量的污染物，但水環境容量屬於一種有限的可再生自然資源，污染負荷超過水環境的最大負荷量極有可能造成嚴重的水環境污染；

　　三是發展需要性。即水環境容量在反映人類對水環境需求的同時也可以充分反映水域的水文特性，其伴隨著人們對環境需求的提升與水資源環境的變化而產生變化；

　　四是系統性。即由於湖泊、河流等水域處於面積較大的流域系統之中，上游與下游、陸域與水域、右岸與左岸構成具有不同尺度的生態空間系統，所以從流域差異性的層面上出發，科學協調流域中各個水域之間的水環境容量。

　　根據機理的不同將水環境容量劃分為輸移容量、稀釋容量和自凈容量。

　　(1)輸移容量是指污染物在水體中隨水流的對流運動產生的輸移量。輸移容量的最大值是流量與水質標準濃度的乘積。

　　(2)稀釋容量是指水體中的本底水質濃度低於水質標準濃度時，由於對流及擴散作用(紊流及分子擴散)，使排人的污染物逐漸均勻分佈至整個水體，當其濃度達到標準濃度極限值時水體增加的污染物容量。

　　(3)自凈容量是指污染物在水體中由於物理、化學、生化作用產生降解，水體對污染物的這種自凈作用而獲得的環境容量。

　　1．調查分析首先，確定研究水域的範圍。其次，調查該水域的水文條件，如面積、流量、流速、流向變化等。最後，分析水域目前的水質狀況。

　　2.水域概化天然水域受到各種環境因素的共同作用，形狀往往呈現不規則性。水域概化既能減少水環境容量計算的工作量，也能保證其相對準確性。可根據《全國水環境容量核定技術指南》的要求，對研究水域進行概化。將天然水域(河流、湖泊、水庫等)概化成計算單元，如天然河道概化為筆直河道，複雜河道地形的簡化，非穩態水流簡化為穩態水流等。同時，支流、排污口等也需要進行一定程度的概化，如多個較近排污口可簡化為集中排污口。

　　3.水功能區劃和水質指標的確定不同水體自然特征不同，人們對其利用程度不同，相應的污染程度也不同，這就體現了水功能區劃的必要性。它對不同的水體賦予適當的使用功能，併為水域監督管理提供依據。由於水體的受污染狀況及其功能不同，水質目標也有所不同。根據水域的具體污染特征，選擇相應的污染控制因數，目前選的最多的是氨氮和COD。

　　4.水質模型選取水質模型是水環境容量計算的核心。模型的選擇取決於水域的流速流量、寬深比、遷移擴散速率等諸多因素。模型的計算實際上是一個概化的過程，選取最適的模型既能減少計算的工作量從而節約成本，又能使計算結果與實際偏差最小，從而保證準確度。

　　5.模型參數確定參數確定是水環境容量計算的靈魂，下麵介紹幾個重要的參數及其確定方法。

　　(1)本底濃度。本底濃度是水域的初始濃度，其取值應該是研究水域中上斷面的污染物濃度。如果上斷面污染物的真實濃度低於上斷面的水質標準所規定的濃度，則取上斷面的水質標準濃度 。

　　(2)目標濃度。選取主要污染控制因數、劃分控制斷面後，根據各個控制斷面的水質目標，按照《國家地表水環境質量標準》(GB3838-2002)要求，確定污染物對應的目標濃度值。

　　(3)設計流量。設計流量的計算方法主要有水文保證率法、最枯月平均流量法、徑流繫數法等，一般採用枯水期、保證率為90％ 以下的流量。

　　(4)流速。流速確定主要分為2種情況，當實測資料比較豐富時，能繪製出水位一流量、水位一面積關係曲線，若設計流量已知，則可推出各斷面的設計水位和相應的面積；當資料不足時，可採用經驗公式法計算各個斷面的流速，也可通過實測法確定 。

　　(5)降解繫數。降解繫數是水環境容量計算的關鍵參數之一，它反映了污染物在水體作用下降解的快慢程度。影響因素包括水文特征、污染物自身陛質等。計算方法主要有類比法、實測法等。

　　我國從2O世紀7O年代後期引人環境容量概念，對水環境容量的理論研究也逐漸深入．並結合水環境現狀加以拓展應用，其研究應用大致經歷了以下幾個階段：

　　1.探索階段

　　“六五”期間，研究重點在水環境容量概念及污染物自凈規律的研究。早期主要採用穩態、準動態等數學模型，利用簡單的數學解析方法．研究小河或大河的局部河段的耗氧有機物對水環境的影響。在中後期，容量研究被列為“六五”科技攻關課題，研究得到很大的發展。

　　2.初步實踐階段

　　“七五”期間．應用模型發展到結合自然與人工調控過程的水質一規劃一管理模型體系。針對耗氧有機物、重金屬、氮、磷負荷和油污染，研究湖泊、河口海灣及河網河流，甚至長江等大水系的水環境容量。

　　3.進一步深化階段

　　“八五”期間，國家環保總局組織修訂了《中華人民共和國水污染防治法》，完成年限制排放標準體系規劃工作，同時將容量理論推向系統化、實用化。尤其是《淮河流域水污染防治規劃和“九五”計劃》的編製，表明中國的水質規劃與總量控制研究工作已經進入政府領導下的有效實施階段。

　　4.全面拓展階段

　　“九五”、“十五”期間，為理論與應用研究的全面拓展階段。“十五”科技攻關課題《流域水污染物總量控制》進一步完善和規範了現有的水污染總量控制指標體系與排污總量核算、分配和監控技術，對容量計算模型和參數選取技術進行研究，為我國流域水環境管理的國家戰略提供指導。

　　“九五” 期間，COD排放總量控制指標正式被列為環境保護的考核目標．氨氮也在“十五”期間被列入總量控制目標。)國家先後組織編寫“三河三湖”的“九五”和“十五”水污染防治規劃。2003年彙總了全國水環境功能區劃，併進行了第一輪的全國地表水環境容量核定工作。

　　另外，“十一五”期間，全國水環境管理以實現從目標總量控制向容量總量控制轉變為目標，總量控制理論與技術方法進一步規範和完善，構建流域水污染總量控制指標體系．形成與現行水污染物排放標準和地表水質量標準相適應的統一的水環境容量核定辦法。

　　1.加強特殊類型水體、非點源和混合區的研究

　　研究冰封對河流水體降解能力影響的方式和程度，找尋合理的水環境容量計算方法；加強非點源污染定量化研究，重視研究機理，開發適合不同地理、水文狀況的討 算模型，不斷提高定量精度，拓展混合區理論研究．重點開展適合我國的混合區允許範圍研究。

　　2.開展基於水環境容量的全國主體功能區確定工作

　　水環境問題是我國環境問題中的鶯中之重，與生態功能區劃、大氣環境容量等相比，更具有緊迫性、可操作性和科學性。可以將水域對應陸域範圍劃分為禁止開發區、限制開發區、集約利用區等，在分省區環境管理的基礎上，進一步細化管理，逐步建立全國水環境管理的分區分級體系。

　　3.開展更加實用的容量測算方法

　　發揮技術新優勢，比如電腦編程既可增加效率，也可降低發展模型的推廣難度，GIS技術可以很好降低大尺度區域容量測算的工作量；另外可以考慮構建容量基礎信息庫，降低相應的重覆度。

　　4.全面推廣水污染防治規劃。科學編製、穩步實施

　　科學規劃是可持續發展的前提．在承認基於水環境功能區劃和水環境容量測算的水質目標和總量控制目標短期內很難實現的前提下，要肯定目前目標總量控制的必要性，經可行性分析後制定合理的短期目標，分階段、分區域使我國總量控制由目標總量控制向容量總量控制過渡。