2024年3月16日发(作者:户意致)
规划解读
2011_23中国水利
水资源保护与纳污总量控制
骆辉煌’,魏开湄 ,史晓新
(1.中国水利水电科学研究院,100038,北京;2.水利部水利水电规划设计总院,100120,北京)
摘 要:在讨论水资源保护的总体思路和技术路线的基础上,阐述了水资源保护规划中水功能区划分、水功能区
纳污能力及污染物入河控制量核算等几个关键技术问题。在开展水功能区划分时,应充分考虑水体的自然状况
和经济社会发展情况,合理划分水功能区,并确定其使用功能及水环境质量目标。水体纳污能力核算应根据不同
水功能区类型及其水环境质量现状采用不同的方法开展。采用数值模型核算水功能区纳污能力时,应根据水体
状况,选择合理的模型方法及相关参数。在实际工作中,应根据水功能区纳污能力和污染物入河量,综合考虑水
功能区水质状况、当地技术经济条件和经济社会发展,核定不同规划水平年的污染物入河控制量。
关键词:水资源;规划;纳污能力;污染物;控制量
Water environmental protection and total amount control of poilutants//Luo Huihuang,Wei Kaimei,Shi Xiaoxin
Abstract:This paper presented several technical issues about water functional zoning,and the calculation of pollutant
bearing capacity of water functional zone as well as the cap of pollutant load to the rivers.For water functional zoning,
the natural water condition and socio—economic development situation should be taken into account thoroughly in order
to define the water functional zones.Besides,the functions and aquatic environmental quality objectives of distinct
water functional zones should also be determined.Different methods for calculating the pollutant bearing capacity
should be adopted in accordance with the type of and the status quo of aquatic environmental quality in different water
functional zones.When using numerical model to calculate the pollutant bearing capacity,the model and related
parameters should be selected based on the current situation of water resources in different water functional zones.In
practice,in order to determine the controlled quantity of pollutants load to the rivers of different planning years,several
factors should be taken into consideration,such as the pollutants bearing capacity and pollutant load to the rivers of the
water functional zones,water quality of the water functional zones,local technical and economic conditions as well as
socio-economic situation.
Key words:water resources;plan;pollutant bearing capacity;pollutant;controlled quantity
中图分类号:TV212.1 文献标识码:A 文章编号:1000—1123(2011)23—0073—06
随着我国经济社会发展和水资源情势的变化,水资源
短缺、水污染严重和生态环境恶化已成为我国经济社会可
持续发展的严重制约因素。目前,我国废污水排放量已达
污染物质.通过不同途径。最终经入河排污口或随地表径
流由陆域进入相应的水功能区水体.对水体质量产生影
响。当进入水域的污染物数量超过水域纳污能力时,水体
750亿t,大量污水进入水体,造成水体质量不断下降,湖泊
和水库富营养化加剧,一些水体的使用功能部分或全部丧
失。水污染导致我国可供利用的水源进一步减少.加剧了水
资源供需矛盾,危及供水安全。为贯彻国家新时期的治水方
针,实行最严格的水资源管理制度,合理确定水功能区的限
制排污总量,是加强水资源保护和水功能区管理的基础。
一
遭受污染.水质下降,水体使用功能受到威胁。据此,可建
立水功能区对应陆域范围的污染物排放量、人河量与功能
区水质之间的输入响应关系。反之,为了保护江河湖库水
体质量,首先要根据水功能区水质保护要求,合理核定水
域纳污能力。提出水域所能容纳的污染物总量;然后以受
纳水域所能容纳的污染物总量作为控制条件,提出未来一
、
水资源保护的总体思路和技术路线
段时期陆域污染物的入河控制量、人河削减量,作为水资
源保护综合调控的重要依据和目标阈值,为陆域污染源的
排放控制和削减提供依据和基础。按照水陆统筹、点源面
经济社会各类生产、生活污染源排放的废污水及其他
收稿日期:2011—11—08
作者简介:骆辉煌,高级工程师。
73
规划解读
CHINA WATER RESOURCES 201 1.23
水域
水功能区划 点源
陆域
面源
冲区和功能缓冲区。
开发利用区一般在水资源开发利
用程度较高、对水域有各种用水和排
水要求的城市江段,主要是具有满足
水质保护目标 污染物排放量 污染物产生量 1
爿}
廿
城镇生活、工农业生产、渔业、旅游娱
乐或排污等需求的水域。
保留区是目前开发利用程度不
高,为今后开发利用和保护水资源而
预留的水域。国界河流的出入流河段
一
纳污能力
l
放
控
制
量
污染物入河量1.
/\
/
/污染物\ 河 人
般划分为保留区。
水功能二级区的划分原则为:
’
水资源保护对策措施
图1 水资源保护总体思路图
薹
①饮用水水源区主要根据已建生
活取水El的布局状况,结合规划水平
年内生活用水发展要求,将取水13相
对集中的水域划为饮用水水源区。划
区时尽可能选择上游或受其他开发利
用影响较小的水域。
源统筹、以水定陆、污染物源头控制和传输过程控制相结
合,控制入河污染负荷与提高水环境承载能力相结合的污
染防治思路,制定相应的对策措施,达到保护和改善水环
②工业用水区根据工业取水13的分布现状,结合规划
水平年内_[业用水发展要求.将工业取水13较为集中的水
域划为工业用水区。
境的目的。以控制污染物人河总量为核心的水资源保护总
体思路见图1
③农业用水区根据农业取水口的分布现状,结合规划
水平年内农业用水发展要求,将农业取水13较为集中的水
域划为农业用水区。
④渔业用水区根据鱼类重要产卵场、栖息地和重要的
水产养殖场位置及范围划分
水资源保护的主要技术路线是在系统评价现状污染
状况与水环境承载状况,分析污染源排放与入河机理、水
环境状况响应机理与关系的基础上。根据水功能区的水质
目标核定功能区纳污能力,确定水域限制排污总量。在研
究提出污染物人河总量以及排放控制方案的基础上,制定
⑤景观娱乐用水区根据当地是否有重要的风景名胜
及度假、娱乐和运动场所涉及的水域划分。
相应的污染物人河总量削减、污染物排放量控制和削减的
各项对策措施。水资源保护技术路线见图2。
⑥过渡区根据相邻功能区的用水要求确定是否设置
过渡区。其范围可根据实际情况和经验来确定,低功能区
对下游高功能区水质影响较大时,过渡区的范围应适当大
一
二、水功能区划
1.水功能区的划分
根据《中国水功能区划(试行)》水功能区划分为两级
些,规划时根据纳污能力计算结果对范围进行复核。
⑦排污控制区排污13较为集中,且位于开发利用区下
游或对其他用水影响不大的水域可设置排污控制区。排污
控制区的设置和范围应从严掌握。
区划,一级区划分为保护区、缓冲区、开发利用区和保留
区。二级区划将开发利用区细分为饮用水水源区、工业用
2.水功能区水质目标的确定
水功能区划定后.应根据水功能区的水质现状、排污
状况、水功能区水质类别要求以及当地技术经济等条件,
水区、农业用水区、渔业用水区、景观娱乐用水区、过渡区
和排污控制区,如图3所示。
保护区为对水资源保护、自然生态及珍稀濒危物种保
护有重要意义的水域.包括国家级和省级自然保护区水
拟定各一、二级水功能区水质目标值。
保护区、保留区和缓冲区水质目标为保持现状水质,
即为枯水期的平均值。当现状水质较差时,根据当地经济
社会条件和需求,可适当提高水质目标值。
缓冲区水质目标的拟定需与有关相邻省(自治区、直
辖市)协调。
域,已建或在规划水平年内将实施的大型调水工程水源
地、调蓄水库及其主要输水线路,大型集中式饮用水水源
地和重要河流的源头。
缓冲区是为协调省(自治区)际用水关系以及在水质
要求较低水功能区与水质要求较高水功能区衔接时,为满
足较高水功能区水质要求而划分的水域,包括省界(际)缓
开发利用区各二级水功能区水质目标值拟定需要考
虑的综合因素有:水功能区水质类别、水功能区水质现状、
一74
水环境质量全面改善
图2水资源保护技术路线图
水功能区划
保护区 ll 保留区 l f开发利用区 l f 缓冲区
饮
工
农 渔
景
过
排
用 业 业
业
观
渡
污
水
用 用 用
娱
区
控
水
水 水 水
乐
制
源
区 区 区
用
区
区
水
区
图3水功能区划体系
规划解读
2011.23中国水利
相邻水功能区的水质要求、水功能区排
污现状与相应的规划、现状和规划年用
水部门对水功能区水质的要求、社会经
济状况及特殊要求。一般在实际工作中
将水功能区水质现状与功能区主导功
能水质类别指标进行比较后,按下述情
况进行处理:①当现状水质未满足功能
区水质类别要求时.在综合考虑上述因
素后,拟定水质目标值,该I1标值可在
不同规划水平年实现。②当现状水质满
足水功能区水质类别要求时,原则上按
照水体污染负荷不增加的原则,拟定
规划水质目标值。
三、水功能区纳污能力
1.水功能区纳污能力涵义
水功能区纳污能力指在满足水功
能区水域使用功能要求的前提下.按照
给定的水功能区水质目标、设计水量、
排污口位置及排污方式.水功能区水体
所能容纳的最大污染物量,以 表示。
由于污染物进入水环境之后,会
受到水体的稀释、迁移和同化作用,因
此,水体对污染物的总容量等于水体
对污染物的稀释容量和水体对污染物
的迁移容量以及水体对污染物的净化
容量三者之和。
水功能区纳污能力是以功能区水
质目标和水体稀释自净规律为依据
的。一切与功能区水质目标和水体稀
释自净规律有关的因素,如水环境质
量标准,水体自然背景值,水量及水量
随时间的变化,水体的物理、化学、生
物学及水力学特性以及排污点的位置
和方式等均能影响水功能区纳污能
力。水质模型是这些因素相互关系的
数学表达式。因此,水功能区纳污能力
可以通过选择适当的水质数学模型进
行计算求得。
当水功能区设计发生变化时.水
功能区纳污能力亦将发生变化。如全
国水资源综合规划中规划水平年优化
配置后的水量与现状水平年水量相比
有一定的变化,因此水资源综合规划
需分别核算现状条件和优化配置后的
75■
规划解读
CHINA WATER RES0URCES 201 1.23
水功能区纳污能力。
2水功能区纳污能力核算的基本原则
(1)保护区、保留区和缓冲区
一
般而言,水环境质量较好的保护区、保留区和缓冲
区的水质目标原则上是维持现状,以其污染物现状人河量
作为其纳污能力。部分保护区、保留区和缓冲区水环境质
量较差,水环境质量需要改善,则其纳污能力需通过合理
的技术方法计算得出。
(2)开发利用区
开发利用区需根据其水功能二级区的设计条件和水
质目标,选择适当的数学模型计算求得其纳污能力。
3.水域纳污能力核算的设计条件
(1)设计流量
对于江河,一般采用最近10年最枯月平均流量(水
量)或90%保证率最枯月平均流量(水量)作为设计流量
(水量)。集中式饮用水水源地,采用95%保证率最枯月平
均流量(水量)作为其设计流量(水量)。对于北方地区部分
河流,宜根据实际情况适当调整设计保证率.也可选取平
偏枯典型年的枯水期流量作为设计流量。如选取75%保证
率的枯水期平均流量作为设计流量。对于季节性河流或枯
季水量很小的河道,可根据流域实际情况确定设计标准。
有冰封期的河流.也可根据流域实际情况确定设计标准。
湖(库)的设计水量一般采用近l0年最低月平均水位
或90%保证率最枯月平均水位相应的蓄水量。北方地区增
加近10年最高月平均水位的最低水位或90%保证率最高
月平均水位相应的蓄水量。根据湖(库)水位资料,求出设
计枯水位,其所对应的湖泊(水库)蓄水量即为湖(库)设计
水量。对水库而言,也可用死水位和水库正常水位的库容
蓄水量作为设计水量。
(2)初始浓度值和水质目标值
各水功能区纳污能力计算的污染物初始浓度以上一
个水功能区的水质目标值来确定.即上一个水功能区的水
质目标值就是下一个功能区的初始浓度值。各水功能区的
水质目标即为本水功能区纳污能力计算的水质目标。
(3)污染物综合衰减系数
污染物在水体中除了推流、扩散外,还存在物理、化学
和生物降解作用。在水环境数学模型中,将污染物在水体
中的物理、化学和生物降解作用以综合衰减系数来体现。
污染物综合衰减系数可采用实验、实测、参考借用或经验
公式等方法来确定。
(4)分散系数E Ey
纵向离散系数 、横向扩散系数E 是反映河流纵向
和横向混合特性的重要参数。分散系数主要受水流条件、
断面特征及河道形态等因素的影响。
通常情况下,河流形态弯曲、断面变化复杂的河段,扩散
-76
系数比较大。在参数取值时,首先收集水域以往的研究成果,进
行综合分析比选,然后再考虑利用经验公式等进行推算。
4.水域纳污能力核算的模型方法
水功能区纳污能力数学模型按污染物在水体中的空
间分布假定分为零维、一维、二维和三维水质模型。在实际
工作中.应根据需要和可能选择合适的模型,一是要视计
算对象的需要和所掌握资料的多少;二是尽可能采用简单
模型解决问题。
小型湖泊和水库可视为功能区内污染物均匀混合,可
采用零维水质模型计算纳污能力。
宽深比不大的中小河流,污染物质在较短的河段内,
基本能在断面内均匀混合.断面污染物浓度横向变化不
大,可采用一维水质模型计算纳污能力。
对于大型宽阔水域及大型湖?自、水库.宜采用二维水
质模型或污染带模型计算纳污能力。
不论采用哪种水质模型。对所采用的模型都要进行检验。
①当污染物进人水体较快在水体中均匀混合,如小型湖
?白和水库,则水功能区纳污能力可采用零维水质模型计算:
r一一QoCo+QpC ̄一
Q0+
②对于宽深比不大的中小河流,污染物在较短的时间
内完成断面横向和垂向均匀混合,则可采用一维水质模型
计算纳污能力:
+ :
当流量和污染负荷条件为恒定时, :0;且假定流体
运动状态为均匀流(即纵向流速沿程不变)时, =0,则上
式可简化为:
M :一 c
dx
其解析解为:
C(x)=Coexp(一kx/u)
③对于宽浅的大型河流、湖泊,可假定污染物在其垂
向均匀混合,仅仅考虑纵向和横向的空间变化,则可采用
二维水质模型计算纳污能力。
二维水质模型:
OC.a(uC).a(
。 。
vC)
=
砉( 卜
④对于大型湖?白、水库,不仅在纵向、横向污染物分布
方面有差异,在垂向上污染物分布上也有差异,因而在条
件允许的情况下应采用三维水质模型计算纳污能力:
+ + +
( !:
出
规划解读
2011.23中国水利
鲁 )+ 0{、E OC
济状况等因素确定不同水平年人河控制量。
五、规划成果
四、入河污染物总量控制
全国水资源综合规划根据水域纳污能力和入河总量
1.入河污染物总量控制的含义
为了保证功能区水体的功能,水质要达到功能区水质目
控制核定的原则和方法。核定出全国纳污能力和污染物人
河控制量。全国COD现状纳污能力为1 028.1万t.规划纳污
标,在一定的规划设计水量条件下,功能区水体的纳污能力
是一定的,必须要对进入功能区水体的污染物入河总量进行
控制。
能力为1 050.9万t。全国氨氮现状纳污能力为68.6万t.
规划纳污能力为70.5万t。如表1和图4所示。全国2020年
COD入河控制量为680.87万妇.氨氮入河控制量为58.36
污染物入河控制量是指根据水功能区纳污能力和污
染物人河量.综合考虑水功能区水质状况、当地技术经济
条件和经济社会发展.确定进入水功能区污染物的最大
万t/a:2030年COD入河控制量为573.25万 ,氨氮入河
控制量为46.07万t,a.如表1和图5。
1纳污能力的空间分布
∞ ∞ ∞
数量。污染物入河控制量是进行水功能区水质管理的依
据。不同的功能区人河控制量按不同的方法分别确定。同
一
由表1可知。水资源一级区中COD现状纳污能力最
大的为长江区,其现状纳污能力为415.9万t;其次为珠江
功能区不同水平年入河控制量可以
表1 全国水资源一级区纳污能力与入河污染物控制总■(单位:万t^a)
现状入河量 现状纳污能力
COD
78.0
26.8
不l司。
2.入河污染物总量控制原则和方法
污染物入河控制量是在综合考虑水
功能区入河量和纳污能力基础上确定的
确保水功能区水体使用功能的污染物人
河量上限值。原则上人河控制量不超过
纳污能力。对于现状水质达标的水功能
区.可根据其现状人河量和纳污能力.考
2030年入河控制量
C0D
26.67
16.85
水资源一级区
C0D
松花江区
辽河区
氨氮
4.4
5,7
氨氮
5.4
13
氨氮
2.O5
0.9O
53.0
85.7
海河区
黄河区
淮河区
长江区
l33.1
1o3.5
135.2
400.7
11.O
10.O
14.9
40.0
29.3
73.9
51.4
415.9
1.4
3_3
3.5
37-3
30.7l
25.88
43.29
282.12
1.54
2.18
2.89
27.7l
虑当地经济发展规划。可在现状入河量
和纳污能力间选取适当的污染物人河量
为人河控制量。确定水功能人河控制量
的基本原则为:
其中太湖流域
东南诸河区
珠江区
84.9
45.8
245.8
6.3
3.4
13.7
54.7
101.0
2l2.5
3.7
5.5
9.5
61.13
27.40
1l1.11
4.73
2-23
5.94
①对于污染物现状人河量小于纳
污能力的水功能区,一般是经济欠发
西南诸河区
西北诸河区
全国
3.9
10.8
1 2l7.5
0.4
O.8
104.3
6.7
32.7
1 028.1
0.4
1.1
68.6
4.29
4.93
573.25
0-35
O.26
46.07
达、水资源丰沛、现状水质良好的地区,
可在污染物入河量的基础上.以不超过
纳污能力和不违背国家政策法规为原
则,为当地经济社会发展预留适当排污
空间。选用小于纳污能力的规划污染物
人河量为人河控制量。对保护区、保留
区和饮用水水源区,则应严格以污染物
现状入河量为人河控制量.不应允许增
加排污量。
②对于污染物现状入河量大于纳污
能力的水功能区:饮用水水源区和保护
区各水平年入河控制量均采用现状纳污
能力进行控制:对开发利用区各水功能
.
一 . .. … . . .~
二级区、需改善水质的保护区及水质污
染严重的缓冲区,应综合考虑功能区水
质状况、功能区达标计划和当地社会经
圈4全国水资源一级区纳污能力分布
77
规划解读
CHINA WATER RESOURCES 201 1.23
% OCOD_氨氮
为长江区,COD人河控制量为282.12
万t/a.氨氮人河控制量为27.71万 a,
分别占全国的49.21%和60.16%;其次
为珠江区,COD入河控制量为111.11
万t/a.氨氮入河控制量为5.94万 ,
分别占全国的19.38%和12.90%;淮河
区COD入河控制量为43.29万t/a,氨
∞∞∞∞加m 0
n_ .r_]__..广一.厂1|, rI. . …一
氮人河控制量为2.89万t,a。分别占全
国的7.55%和6.28%:然后分别是海河
区、东南诸河区、松花江区、黄河区、辽
河区、西北诸河区和西南诸河区。西北
图5全国水资源一级区污染物入河控制量分布
诸河区COD入河控制量、氨氮入河控
制量分别占全国的0.86%和0.57%;西
南诸河区COD入河控制量、氨氮人河控制量分别占全国
的0.75%和0.75%
区,其纳污能力为212.5万t;然后依次为东南诸河区、松花
江区、黄河区、淮河区、西北诸河区、海河区、辽河区和西南
诸河区。水资源一级区中COD规划纳污能力最大的为长
江区,其规划纳污能力为415.7万t:其次为珠江区,其
规划纳污能力为222.2万t:然后依次为东南诸河区、黄
河区、松花江区、淮河区、海河区、辽河区、西北诸河区
和西南诸河区。
六、小结
①水域水功能区划、纳污能力核算和污染物入河控制
量核定是水功能区管理工作的基础,合理、规范地开展水
功能区划、纳污能力核算和污染物人河控制量核定T作均
应有其相应的基本原则和技术要求。 水资源一级区中氨氮现状纳污能力最大的为长江
区,其现状纳污能力为37.3万t;其次为珠江区,其纳污
能力为9.5万t;然后依次为东南诸河区、松花江区、淮河
区、黄河区、海河区、辽河区、西北诸河区和西南诸河区。水
资源一级区中氨氮规划纳污能力最大的为长江区,其规划
②水功能区划是最基础性的工作,应充分考虑水体的
自然状况和经济社会发展情况及趋势,合理划分水功能
区.并确定其使用功能及水环境质量目标。
③水体纳污能力应根据不同水功能区类型及其水环
境质量现状采用不同方法进行核算。采用数值模型核算水
功能区纳污能力时,应根据水体状况,选择合理的模型方
法及相关参数。
纳污能力为37.8万t;其次为珠江区,其纳污能力为10.2
万t:然后依次为东南诸河区、松花江区、黄河区、淮河区、
海河区、辽河区、西北诸河区和西南诸河区。
从图4全国水资源分区纳污能力分布来看,长江区水
资源量最大。其纳污能力占全国的比重最高,COD现状纳
污能力和规划纳污能力分别占40.45%和39.56%。氨氮现
状纳污能力和规划纳污能力分别占54.29%和53.62%;其
次为水资源丰富的珠江区,COD现状纳污能力和规划纳污
④水功能区污染物人河控制量是污染物控制的依
据。在实际工作中,应根据水功能区纳污能力和污染物
入河量,综合考虑水功能区水质状况、当地技术经济条
件和经济社会发展,核定不同规划水平年的污染物入河
控制量。
能力分别占20.67%和21.14%。氨氮现状纳污能力和规划
纳污能力分别占13.83%和l4.47%;然后依次为东南诸河
区、松花江区、黄河区、淮河区、西北诸河区、海河区和辽河
区。西南诸河区虽然水资源丰富,由于开发利用程度低,西
南诸河区区划河长17 599 km中仅l 270 km为开发利用
⑤依据相关的基本原则和技术,开展了全国水功能区
纳污能力和污染物入河控制量的核定。全国COD现状纳
污能力为1 028.1万t,规划纳污能力为1 050.9万t。全国氨
氮现状纳污能力为68.6万t,规划纳污能力为7O.5万t。
2030年COD入河控制量为573.25万t/a,氨氮入河控制量
为46.O7万t/a 一
区.占7.2%:区划面积1 488 km 中仅31 km2为开发利用
区,占2.1%。由此可见,西南诸河区90%以上水体为水环
境状况良好的保护区、保留区和缓冲区,它们的纳污能力
为污染物现状入河量,因而西南诸河区纳污能力在全国各
水资源一级区中最小。
参考文献:
『11水利部水利水电规划设计总院.全国水资源综合规划地
表水资源保护技术培训讲义『R].2003.
『21中国水利水电科学研究院.全国水资源综合规划地表水
资源保护规划成果技术分析报告fR1.2009.
责任编辑张凯
2.污染物入河控制量空间分布
由表1和图2可知,2030年污染物入河控制量最高的
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2024年3月16日发(作者:户意致)
规划解读
2011_23中国水利
水资源保护与纳污总量控制
骆辉煌’,魏开湄 ,史晓新
(1.中国水利水电科学研究院,100038,北京;2.水利部水利水电规划设计总院,100120,北京)
摘 要:在讨论水资源保护的总体思路和技术路线的基础上,阐述了水资源保护规划中水功能区划分、水功能区
纳污能力及污染物入河控制量核算等几个关键技术问题。在开展水功能区划分时,应充分考虑水体的自然状况
和经济社会发展情况,合理划分水功能区,并确定其使用功能及水环境质量目标。水体纳污能力核算应根据不同
水功能区类型及其水环境质量现状采用不同的方法开展。采用数值模型核算水功能区纳污能力时,应根据水体
状况,选择合理的模型方法及相关参数。在实际工作中,应根据水功能区纳污能力和污染物入河量,综合考虑水
功能区水质状况、当地技术经济条件和经济社会发展,核定不同规划水平年的污染物入河控制量。
关键词:水资源;规划;纳污能力;污染物;控制量
Water environmental protection and total amount control of poilutants//Luo Huihuang,Wei Kaimei,Shi Xiaoxin
Abstract:This paper presented several technical issues about water functional zoning,and the calculation of pollutant
bearing capacity of water functional zone as well as the cap of pollutant load to the rivers.For water functional zoning,
the natural water condition and socio—economic development situation should be taken into account thoroughly in order
to define the water functional zones.Besides,the functions and aquatic environmental quality objectives of distinct
water functional zones should also be determined.Different methods for calculating the pollutant bearing capacity
should be adopted in accordance with the type of and the status quo of aquatic environmental quality in different water
functional zones.When using numerical model to calculate the pollutant bearing capacity,the model and related
parameters should be selected based on the current situation of water resources in different water functional zones.In
practice,in order to determine the controlled quantity of pollutants load to the rivers of different planning years,several
factors should be taken into consideration,such as the pollutants bearing capacity and pollutant load to the rivers of the
water functional zones,water quality of the water functional zones,local technical and economic conditions as well as
socio-economic situation.
Key words:water resources;plan;pollutant bearing capacity;pollutant;controlled quantity
中图分类号:TV212.1 文献标识码:A 文章编号:1000—1123(2011)23—0073—06
随着我国经济社会发展和水资源情势的变化,水资源
短缺、水污染严重和生态环境恶化已成为我国经济社会可
持续发展的严重制约因素。目前,我国废污水排放量已达
污染物质.通过不同途径。最终经入河排污口或随地表径
流由陆域进入相应的水功能区水体.对水体质量产生影
响。当进入水域的污染物数量超过水域纳污能力时,水体
750亿t,大量污水进入水体,造成水体质量不断下降,湖泊
和水库富营养化加剧,一些水体的使用功能部分或全部丧
失。水污染导致我国可供利用的水源进一步减少.加剧了水
资源供需矛盾,危及供水安全。为贯彻国家新时期的治水方
针,实行最严格的水资源管理制度,合理确定水功能区的限
制排污总量,是加强水资源保护和水功能区管理的基础。
一
遭受污染.水质下降,水体使用功能受到威胁。据此,可建
立水功能区对应陆域范围的污染物排放量、人河量与功能
区水质之间的输入响应关系。反之,为了保护江河湖库水
体质量,首先要根据水功能区水质保护要求,合理核定水
域纳污能力。提出水域所能容纳的污染物总量;然后以受
纳水域所能容纳的污染物总量作为控制条件,提出未来一
、
水资源保护的总体思路和技术路线
段时期陆域污染物的入河控制量、人河削减量,作为水资
源保护综合调控的重要依据和目标阈值,为陆域污染源的
排放控制和削减提供依据和基础。按照水陆统筹、点源面
经济社会各类生产、生活污染源排放的废污水及其他
收稿日期:2011—11—08
作者简介:骆辉煌,高级工程师。
73
规划解读
CHINA WATER RESOURCES 201 1.23
水域
水功能区划 点源
陆域
面源
冲区和功能缓冲区。
开发利用区一般在水资源开发利
用程度较高、对水域有各种用水和排
水要求的城市江段,主要是具有满足
水质保护目标 污染物排放量 污染物产生量 1
爿}
廿
城镇生活、工农业生产、渔业、旅游娱
乐或排污等需求的水域。
保留区是目前开发利用程度不
高,为今后开发利用和保护水资源而
预留的水域。国界河流的出入流河段
一
纳污能力
l
放
控
制
量
污染物入河量1.
/\
/
/污染物\ 河 人
般划分为保留区。
水功能二级区的划分原则为:
’
水资源保护对策措施
图1 水资源保护总体思路图
薹
①饮用水水源区主要根据已建生
活取水El的布局状况,结合规划水平
年内生活用水发展要求,将取水13相
对集中的水域划为饮用水水源区。划
区时尽可能选择上游或受其他开发利
用影响较小的水域。
源统筹、以水定陆、污染物源头控制和传输过程控制相结
合,控制入河污染负荷与提高水环境承载能力相结合的污
染防治思路,制定相应的对策措施,达到保护和改善水环
②工业用水区根据工业取水13的分布现状,结合规划
水平年内_[业用水发展要求.将工业取水13较为集中的水
域划为工业用水区。
境的目的。以控制污染物人河总量为核心的水资源保护总
体思路见图1
③农业用水区根据农业取水口的分布现状,结合规划
水平年内农业用水发展要求,将农业取水13较为集中的水
域划为农业用水区。
④渔业用水区根据鱼类重要产卵场、栖息地和重要的
水产养殖场位置及范围划分
水资源保护的主要技术路线是在系统评价现状污染
状况与水环境承载状况,分析污染源排放与入河机理、水
环境状况响应机理与关系的基础上。根据水功能区的水质
目标核定功能区纳污能力,确定水域限制排污总量。在研
究提出污染物人河总量以及排放控制方案的基础上,制定
⑤景观娱乐用水区根据当地是否有重要的风景名胜
及度假、娱乐和运动场所涉及的水域划分。
相应的污染物人河总量削减、污染物排放量控制和削减的
各项对策措施。水资源保护技术路线见图2。
⑥过渡区根据相邻功能区的用水要求确定是否设置
过渡区。其范围可根据实际情况和经验来确定,低功能区
对下游高功能区水质影响较大时,过渡区的范围应适当大
一
二、水功能区划
1.水功能区的划分
根据《中国水功能区划(试行)》水功能区划分为两级
些,规划时根据纳污能力计算结果对范围进行复核。
⑦排污控制区排污13较为集中,且位于开发利用区下
游或对其他用水影响不大的水域可设置排污控制区。排污
控制区的设置和范围应从严掌握。
区划,一级区划分为保护区、缓冲区、开发利用区和保留
区。二级区划将开发利用区细分为饮用水水源区、工业用
2.水功能区水质目标的确定
水功能区划定后.应根据水功能区的水质现状、排污
状况、水功能区水质类别要求以及当地技术经济等条件,
水区、农业用水区、渔业用水区、景观娱乐用水区、过渡区
和排污控制区,如图3所示。
保护区为对水资源保护、自然生态及珍稀濒危物种保
护有重要意义的水域.包括国家级和省级自然保护区水
拟定各一、二级水功能区水质目标值。
保护区、保留区和缓冲区水质目标为保持现状水质,
即为枯水期的平均值。当现状水质较差时,根据当地经济
社会条件和需求,可适当提高水质目标值。
缓冲区水质目标的拟定需与有关相邻省(自治区、直
辖市)协调。
域,已建或在规划水平年内将实施的大型调水工程水源
地、调蓄水库及其主要输水线路,大型集中式饮用水水源
地和重要河流的源头。
缓冲区是为协调省(自治区)际用水关系以及在水质
要求较低水功能区与水质要求较高水功能区衔接时,为满
足较高水功能区水质要求而划分的水域,包括省界(际)缓
开发利用区各二级水功能区水质目标值拟定需要考
虑的综合因素有:水功能区水质类别、水功能区水质现状、
一74
水环境质量全面改善
图2水资源保护技术路线图
水功能区划
保护区 ll 保留区 l f开发利用区 l f 缓冲区
饮
工
农 渔
景
过
排
用 业 业
业
观
渡
污
水
用 用 用
娱
区
控
水
水 水 水
乐
制
源
区 区 区
用
区
区
水
区
图3水功能区划体系
规划解读
2011.23中国水利
相邻水功能区的水质要求、水功能区排
污现状与相应的规划、现状和规划年用
水部门对水功能区水质的要求、社会经
济状况及特殊要求。一般在实际工作中
将水功能区水质现状与功能区主导功
能水质类别指标进行比较后,按下述情
况进行处理:①当现状水质未满足功能
区水质类别要求时.在综合考虑上述因
素后,拟定水质目标值,该I1标值可在
不同规划水平年实现。②当现状水质满
足水功能区水质类别要求时,原则上按
照水体污染负荷不增加的原则,拟定
规划水质目标值。
三、水功能区纳污能力
1.水功能区纳污能力涵义
水功能区纳污能力指在满足水功
能区水域使用功能要求的前提下.按照
给定的水功能区水质目标、设计水量、
排污口位置及排污方式.水功能区水体
所能容纳的最大污染物量,以 表示。
由于污染物进入水环境之后,会
受到水体的稀释、迁移和同化作用,因
此,水体对污染物的总容量等于水体
对污染物的稀释容量和水体对污染物
的迁移容量以及水体对污染物的净化
容量三者之和。
水功能区纳污能力是以功能区水
质目标和水体稀释自净规律为依据
的。一切与功能区水质目标和水体稀
释自净规律有关的因素,如水环境质
量标准,水体自然背景值,水量及水量
随时间的变化,水体的物理、化学、生
物学及水力学特性以及排污点的位置
和方式等均能影响水功能区纳污能
力。水质模型是这些因素相互关系的
数学表达式。因此,水功能区纳污能力
可以通过选择适当的水质数学模型进
行计算求得。
当水功能区设计发生变化时.水
功能区纳污能力亦将发生变化。如全
国水资源综合规划中规划水平年优化
配置后的水量与现状水平年水量相比
有一定的变化,因此水资源综合规划
需分别核算现状条件和优化配置后的
75■
规划解读
CHINA WATER RES0URCES 201 1.23
水功能区纳污能力。
2水功能区纳污能力核算的基本原则
(1)保护区、保留区和缓冲区
一
般而言,水环境质量较好的保护区、保留区和缓冲
区的水质目标原则上是维持现状,以其污染物现状人河量
作为其纳污能力。部分保护区、保留区和缓冲区水环境质
量较差,水环境质量需要改善,则其纳污能力需通过合理
的技术方法计算得出。
(2)开发利用区
开发利用区需根据其水功能二级区的设计条件和水
质目标,选择适当的数学模型计算求得其纳污能力。
3.水域纳污能力核算的设计条件
(1)设计流量
对于江河,一般采用最近10年最枯月平均流量(水
量)或90%保证率最枯月平均流量(水量)作为设计流量
(水量)。集中式饮用水水源地,采用95%保证率最枯月平
均流量(水量)作为其设计流量(水量)。对于北方地区部分
河流,宜根据实际情况适当调整设计保证率.也可选取平
偏枯典型年的枯水期流量作为设计流量。如选取75%保证
率的枯水期平均流量作为设计流量。对于季节性河流或枯
季水量很小的河道,可根据流域实际情况确定设计标准。
有冰封期的河流.也可根据流域实际情况确定设计标准。
湖(库)的设计水量一般采用近l0年最低月平均水位
或90%保证率最枯月平均水位相应的蓄水量。北方地区增
加近10年最高月平均水位的最低水位或90%保证率最高
月平均水位相应的蓄水量。根据湖(库)水位资料,求出设
计枯水位,其所对应的湖泊(水库)蓄水量即为湖(库)设计
水量。对水库而言,也可用死水位和水库正常水位的库容
蓄水量作为设计水量。
(2)初始浓度值和水质目标值
各水功能区纳污能力计算的污染物初始浓度以上一
个水功能区的水质目标值来确定.即上一个水功能区的水
质目标值就是下一个功能区的初始浓度值。各水功能区的
水质目标即为本水功能区纳污能力计算的水质目标。
(3)污染物综合衰减系数
污染物在水体中除了推流、扩散外,还存在物理、化学
和生物降解作用。在水环境数学模型中,将污染物在水体
中的物理、化学和生物降解作用以综合衰减系数来体现。
污染物综合衰减系数可采用实验、实测、参考借用或经验
公式等方法来确定。
(4)分散系数E Ey
纵向离散系数 、横向扩散系数E 是反映河流纵向
和横向混合特性的重要参数。分散系数主要受水流条件、
断面特征及河道形态等因素的影响。
通常情况下,河流形态弯曲、断面变化复杂的河段,扩散
-76
系数比较大。在参数取值时,首先收集水域以往的研究成果,进
行综合分析比选,然后再考虑利用经验公式等进行推算。
4.水域纳污能力核算的模型方法
水功能区纳污能力数学模型按污染物在水体中的空
间分布假定分为零维、一维、二维和三维水质模型。在实际
工作中.应根据需要和可能选择合适的模型,一是要视计
算对象的需要和所掌握资料的多少;二是尽可能采用简单
模型解决问题。
小型湖泊和水库可视为功能区内污染物均匀混合,可
采用零维水质模型计算纳污能力。
宽深比不大的中小河流,污染物质在较短的河段内,
基本能在断面内均匀混合.断面污染物浓度横向变化不
大,可采用一维水质模型计算纳污能力。
对于大型宽阔水域及大型湖?自、水库.宜采用二维水
质模型或污染带模型计算纳污能力。
不论采用哪种水质模型。对所采用的模型都要进行检验。
①当污染物进人水体较快在水体中均匀混合,如小型湖
?白和水库,则水功能区纳污能力可采用零维水质模型计算:
r一一QoCo+QpC ̄一
Q0+
②对于宽深比不大的中小河流,污染物在较短的时间
内完成断面横向和垂向均匀混合,则可采用一维水质模型
计算纳污能力:
+ :
当流量和污染负荷条件为恒定时, :0;且假定流体
运动状态为均匀流(即纵向流速沿程不变)时, =0,则上
式可简化为:
M :一 c
dx
其解析解为:
C(x)=Coexp(一kx/u)
③对于宽浅的大型河流、湖泊,可假定污染物在其垂
向均匀混合,仅仅考虑纵向和横向的空间变化,则可采用
二维水质模型计算纳污能力。
二维水质模型:
OC.a(uC).a(
。 。
vC)
=
砉( 卜
④对于大型湖?白、水库,不仅在纵向、横向污染物分布
方面有差异,在垂向上污染物分布上也有差异,因而在条
件允许的情况下应采用三维水质模型计算纳污能力:
+ + +
( !:
出
规划解读
2011.23中国水利
鲁 )+ 0{、E OC
济状况等因素确定不同水平年人河控制量。
五、规划成果
四、入河污染物总量控制
全国水资源综合规划根据水域纳污能力和入河总量
1.入河污染物总量控制的含义
为了保证功能区水体的功能,水质要达到功能区水质目
控制核定的原则和方法。核定出全国纳污能力和污染物人
河控制量。全国COD现状纳污能力为1 028.1万t.规划纳污
标,在一定的规划设计水量条件下,功能区水体的纳污能力
是一定的,必须要对进入功能区水体的污染物入河总量进行
控制。
能力为1 050.9万t。全国氨氮现状纳污能力为68.6万t.
规划纳污能力为70.5万t。如表1和图4所示。全国2020年
COD入河控制量为680.87万妇.氨氮入河控制量为58.36
污染物入河控制量是指根据水功能区纳污能力和污
染物人河量.综合考虑水功能区水质状况、当地技术经济
条件和经济社会发展.确定进入水功能区污染物的最大
万t/a:2030年COD入河控制量为573.25万 ,氨氮入河
控制量为46.07万t,a.如表1和图5。
1纳污能力的空间分布
∞ ∞ ∞
数量。污染物入河控制量是进行水功能区水质管理的依
据。不同的功能区人河控制量按不同的方法分别确定。同
一
由表1可知。水资源一级区中COD现状纳污能力最
大的为长江区,其现状纳污能力为415.9万t;其次为珠江
功能区不同水平年入河控制量可以
表1 全国水资源一级区纳污能力与入河污染物控制总■(单位:万t^a)
现状入河量 现状纳污能力
COD
78.0
26.8
不l司。
2.入河污染物总量控制原则和方法
污染物入河控制量是在综合考虑水
功能区入河量和纳污能力基础上确定的
确保水功能区水体使用功能的污染物人
河量上限值。原则上人河控制量不超过
纳污能力。对于现状水质达标的水功能
区.可根据其现状人河量和纳污能力.考
2030年入河控制量
C0D
26.67
16.85
水资源一级区
C0D
松花江区
辽河区
氨氮
4.4
5,7
氨氮
5.4
13
氨氮
2.O5
0.9O
53.0
85.7
海河区
黄河区
淮河区
长江区
l33.1
1o3.5
135.2
400.7
11.O
10.O
14.9
40.0
29.3
73.9
51.4
415.9
1.4
3_3
3.5
37-3
30.7l
25.88
43.29
282.12
1.54
2.18
2.89
27.7l
虑当地经济发展规划。可在现状入河量
和纳污能力间选取适当的污染物人河量
为人河控制量。确定水功能人河控制量
的基本原则为:
其中太湖流域
东南诸河区
珠江区
84.9
45.8
245.8
6.3
3.4
13.7
54.7
101.0
2l2.5
3.7
5.5
9.5
61.13
27.40
1l1.11
4.73
2-23
5.94
①对于污染物现状人河量小于纳
污能力的水功能区,一般是经济欠发
西南诸河区
西北诸河区
全国
3.9
10.8
1 2l7.5
0.4
O.8
104.3
6.7
32.7
1 028.1
0.4
1.1
68.6
4.29
4.93
573.25
0-35
O.26
46.07
达、水资源丰沛、现状水质良好的地区,
可在污染物入河量的基础上.以不超过
纳污能力和不违背国家政策法规为原
则,为当地经济社会发展预留适当排污
空间。选用小于纳污能力的规划污染物
人河量为人河控制量。对保护区、保留
区和饮用水水源区,则应严格以污染物
现状入河量为人河控制量.不应允许增
加排污量。
②对于污染物现状入河量大于纳污
能力的水功能区:饮用水水源区和保护
区各水平年入河控制量均采用现状纳污
能力进行控制:对开发利用区各水功能
.
一 . .. … . . .~
二级区、需改善水质的保护区及水质污
染严重的缓冲区,应综合考虑功能区水
质状况、功能区达标计划和当地社会经
圈4全国水资源一级区纳污能力分布
77
规划解读
CHINA WATER RESOURCES 201 1.23
% OCOD_氨氮
为长江区,COD人河控制量为282.12
万t/a.氨氮人河控制量为27.71万 a,
分别占全国的49.21%和60.16%;其次
为珠江区,COD入河控制量为111.11
万t/a.氨氮入河控制量为5.94万 ,
分别占全国的19.38%和12.90%;淮河
区COD入河控制量为43.29万t/a,氨
∞∞∞∞加m 0
n_ .r_]__..广一.厂1|, rI. . …一
氮人河控制量为2.89万t,a。分别占全
国的7.55%和6.28%:然后分别是海河
区、东南诸河区、松花江区、黄河区、辽
河区、西北诸河区和西南诸河区。西北
图5全国水资源一级区污染物入河控制量分布
诸河区COD入河控制量、氨氮入河控
制量分别占全国的0.86%和0.57%;西
南诸河区COD入河控制量、氨氮人河控制量分别占全国
的0.75%和0.75%
区,其纳污能力为212.5万t;然后依次为东南诸河区、松花
江区、黄河区、淮河区、西北诸河区、海河区、辽河区和西南
诸河区。水资源一级区中COD规划纳污能力最大的为长
江区,其规划纳污能力为415.7万t:其次为珠江区,其
规划纳污能力为222.2万t:然后依次为东南诸河区、黄
河区、松花江区、淮河区、海河区、辽河区、西北诸河区
和西南诸河区。
六、小结
①水域水功能区划、纳污能力核算和污染物入河控制
量核定是水功能区管理工作的基础,合理、规范地开展水
功能区划、纳污能力核算和污染物人河控制量核定T作均
应有其相应的基本原则和技术要求。 水资源一级区中氨氮现状纳污能力最大的为长江
区,其现状纳污能力为37.3万t;其次为珠江区,其纳污
能力为9.5万t;然后依次为东南诸河区、松花江区、淮河
区、黄河区、海河区、辽河区、西北诸河区和西南诸河区。水
资源一级区中氨氮规划纳污能力最大的为长江区,其规划
②水功能区划是最基础性的工作,应充分考虑水体的
自然状况和经济社会发展情况及趋势,合理划分水功能
区.并确定其使用功能及水环境质量目标。
③水体纳污能力应根据不同水功能区类型及其水环
境质量现状采用不同方法进行核算。采用数值模型核算水
功能区纳污能力时,应根据水体状况,选择合理的模型方
法及相关参数。
纳污能力为37.8万t;其次为珠江区,其纳污能力为10.2
万t:然后依次为东南诸河区、松花江区、黄河区、淮河区、
海河区、辽河区、西北诸河区和西南诸河区。
从图4全国水资源分区纳污能力分布来看,长江区水
资源量最大。其纳污能力占全国的比重最高,COD现状纳
污能力和规划纳污能力分别占40.45%和39.56%。氨氮现
状纳污能力和规划纳污能力分别占54.29%和53.62%;其
次为水资源丰富的珠江区,COD现状纳污能力和规划纳污
④水功能区污染物人河控制量是污染物控制的依
据。在实际工作中,应根据水功能区纳污能力和污染物
入河量,综合考虑水功能区水质状况、当地技术经济条
件和经济社会发展,核定不同规划水平年的污染物入河
控制量。
能力分别占20.67%和21.14%。氨氮现状纳污能力和规划
纳污能力分别占13.83%和l4.47%;然后依次为东南诸河
区、松花江区、黄河区、淮河区、西北诸河区、海河区和辽河
区。西南诸河区虽然水资源丰富,由于开发利用程度低,西
南诸河区区划河长17 599 km中仅l 270 km为开发利用
⑤依据相关的基本原则和技术,开展了全国水功能区
纳污能力和污染物入河控制量的核定。全国COD现状纳
污能力为1 028.1万t,规划纳污能力为1 050.9万t。全国氨
氮现状纳污能力为68.6万t,规划纳污能力为7O.5万t。
2030年COD入河控制量为573.25万t/a,氨氮入河控制量
为46.O7万t/a 一
区.占7.2%:区划面积1 488 km 中仅31 km2为开发利用
区,占2.1%。由此可见,西南诸河区90%以上水体为水环
境状况良好的保护区、保留区和缓冲区,它们的纳污能力
为污染物现状入河量,因而西南诸河区纳污能力在全国各
水资源一级区中最小。
参考文献:
『11水利部水利水电规划设计总院.全国水资源综合规划地
表水资源保护技术培训讲义『R].2003.
『21中国水利水电科学研究院.全国水资源综合规划地表水
资源保护规划成果技术分析报告fR1.2009.
责任编辑张凯
2.污染物入河控制量空间分布
由表1和图2可知,2030年污染物入河控制量最高的
78