第12讲流域水环境规划与管理课件.ppt

流域水环境规划与管理,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与管理 第五节邕江水环境综合整治规划,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 二、流域水环境规划的工作程序,一、流域水环境规划的内容,1. 依据国家有关法规和各种标准，提出水体功能区划和水质控制指标。 一个水域往往需要满足多种用水需求。对每一种用途，国家都有相应的管理法规和水质标准。根据河段的位置、水质与水文状况、用水需求、输送与处理费用等，确定不同河段的功能，选择表征水质状况的水质指标，如地表水的水温、pH、溶解氧浓度、COD、BOD等。 2. 确定水质超标河段和主要污染物,一、流域水环境规划的内容,3. 确定各河段主要污染物的环境容量 根据河水水质监测结果，采用恰当的分析、评价方法，判断各河段水质是否能满足目标要求，确定超标的河段和主要污染物。 4. 确定各排污口的允许排污量 根据污染源所在位置、排污种类、排污量、排污方式和污染物的扩散规律等信息，并考虑河段相关区域的发展规划，将确定的河段内可接纳的污染物总量，分配给每个排污口。 5. 预测污染治理费用，提出最佳规划方案,二、流域水环境规划的工作程序,第一，找出水环境的主要问题。 一般情况，需要获得以下基础性资料：地图。图上应标明拟做规划的流域范围和河流分段情况；规划范围内水体的水文与水质现状数据，以及用水现状；污染源清单。包括排入各段水体的污染源一览表（最好以重要性顺序排序）、各排污口位置、排放方式、污染物排放量、治理现状和规划，以及非点污染源的一般情况；流域水资源规划、流域范围内的土地利用规划和经济发展规划等有关的规划资料；可考虑采用的水污染控制方法及其技术经济和环境效益的资料。,二、流域水环境规划的工作程序,第二，确定规划目标。 根据国民经济和社会发展要求，同时考虑客观条件，从水质和水量两个方面拟定水环境规划目标。规划目标是经济与水环境协调发展的综合体现，是水环境规划的出发点和归宿。 第三，选定规划方法。 在水环境规划中，通常可以采用两类规划方法：数学规划法和模拟比较法。采用何种规划方法，应视具体的水环境规划类型和资料的情况来确定。 第四，拟定规划措施。 在制定水环境规划的方案中，可供考虑的措施包括：调整经济结构和工业布局，实施清洁生产工艺，提高水资源利用率，充分利用水体的自净能力和增加污水处理设施等。,二、流域水环境规划的工作程序,第五，提出供选方案。将各种措施综合起来，提出可供选择的实施方案。为了检验和比较各种规划方案的可行性和可操作性，可通过费用效益分析、方案可行性分析和水环境承载力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。 第六，规划实施。水环境规划的实施也是制定规划的一个重要内容。一个规划的成功与否，就是看最终的规划方案能否被采纳、执行并取得相应的效果。规划方案的实施，体现了规划自身的价值与作用。,第二节 水环境功能区划的基本原则和方法,一、水环境功能分区原则与分区 二、水环境功能区划分的方法与步骤,一、水环境功能分区原则,水环境功能分区应遵循以下原则： (1)集中式饮用水源地优先保护； (2)不得降低现状使用功能； (2)优质水优用及低质水低用； (4)统筹考虑专业用水标准要求； (5)上下游、区域间互相兼顾，适当考虑潜在功能要求；合理利用水体自净能力和环境容量； (6)与工业合理布局相结合； (7)实用可行，便于管理等。,二、水环境功能区划分的方法与步骤,（1）对环境保护目标进行全面分析，既考虑环境保护的需要，又考虑经济、技术的可行； （2）将环境目标具体化为环境质量标准中的数值； （3）对功能可达性进行分析，确定引起污染的主要人为污染源；,二、水环境功能区划分的方法与步骤,（4）建立污染源与水质目标之间的响应关系，将各种污染源排放的污染物输入各类水质模型，以评价污染源对水质目标的影响； （5）分析减少污染物排放的各种可能的途径和措施； （6）通过对多个可行方案的优化决策，确定技术、经济最优的方案组合； （7）通过政策协调和管理决策，最终确定环境保护目标和水环境功能区划分方案。,图7-1 水环境功能区划系统分析过程,第三节 水环境容量与水环境保护目标,一、水环境容量 二、水环境保护目标,一、水环境容量,（一）水环境容量的定义 （二）水环境容量分类 （三）水环境容量的设计条件,（一）水环境容量的定义,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。 在理论上，水环境容量是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。,（二）水环境容量分类,1. 按水环境目标分类 （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： 式中：E水环境容量； B基污染物在水体中的基准值； B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,（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。其模型为： 式中：K标以技术经济指标为约束条件的社会效益参数，一般K标1； B标污染物在水体中的标准值。,（二）水环境容量分类,2. 按污染物性质分类 （1）耗氧有机物的水环境容量； （2）有毒有机物的水环境容量。有毒有机物是指人工合成的毒性大、难降解有机物。这类有机物的同化容量极小，一般只考虑水体的稀释作用。有毒有机物应主要在污染源中消除，而不宜利用水体的环境容量；,（二）水环境容量分类,2. 按污染物性质分类 （3）重金属的水环境容量。重金属也可被水体稀释到阈值以下。重金属是保守性污染物，它只发生状态和空间位置的变化，而不能被分解，因此，重金属没有同化容量。且由于重金属易于在环境和生物体内积累，因此，要严格控制利用水体的环境容量。,（三）水环境容量的设计条件,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。时期、时段和保证率是建立这些条件必不可少的三要素。具体内容归纳如下： （1）设计自然条件 主要包括设计水量、水温、流速和上游设计断面及其水质浓度、横向混合系数和纵向混合系数等。,（三）水环境容量的设计条件,（2）设计排污条件 包括设计排污流量、浓度、排放地点、排放方式和排放强度等。 （3）设计目标条件 主要包括设计污染控制因子、控制区段与断面和水质标准及达标率等。 （4）设计约束条件 包括与确定总量控制指标及控制方案有关的约束性因素，如经济投资约束条件、工业布局及城市规划约束条件等。,二、水环境保护目标,环境保护目标是流域水环境规划的出发点与归宿。环境保护目标通过一系列环境保护指标来体现。水环境目标通常包括水环境质量目标和水污染物总量控制目标两类。 环境质量目标是依据水体功能分区，执行相应的国家环境质量标准，在此基础上，结合规划的具体要求，确定各水域的主要水质指标。 总量控制目标是以功能区环境容量为基础，确定水域内可接受的某种污染物的总量。总量控制目标是制定流域污染控制规划的基础，是水体水质目标得以实现的保证。,第四节 流域水污染控制规划与管理,一、水污染控制的技术措施 二、水污染控制单元 三、水污染控制系统规划数学模型 四、规划方案的综合评价,一、水污染控制的技术措施,（一）减少污染物排放负荷 （二）提高或充分利用水体纳污容量,（一）减少污染物排放负荷,1. 清洁生产工艺 清洁生产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。对生产过程，包括节约原材料和能源，革除有毒材料，减少所有排放物的排污量和毒性；对产品来说，则要减少从原材料到最终处理产品的整个生命周期对人类健康和环境的影响。 实施清洁生产是深化我国工业污染防治工作，实现可持续发展战略的根本途径，也是水环境规划中的重要措施。,（一）减少污染物排放负荷,2. 浓度控制 浓度控制是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。目前，许多发展中国家仍依据排入水体或城市下水道的污染物浓度征收排污费。 经若干年的实践发现，实施浓度控制之后，水体质量改善的程度远未达到预期的目的。究其原因，是因为浓度控制法有下述缺陷：,（一）减少污染物排放负荷,当排放源采用稀释排放法时，可以在浓度不超标条件下无限制地排放任何污染物； 浓度控制未考虑区域环境的现状负荷，如在排放源密集的地区，即使各个污染源都符合排放标准，但整个区域的环境质量也可能超过标准； 浓度控制法未考虑区域的自然环境条件。,（一）减少污染物排放负荷,3. 总量控制 总量控制就是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。总量控制可划分为三种类型：,（一）减少污染物排放负荷,（1）容量总量控制。从受纳水体容许纳污量出发，制定排放口总量控制指标。 （2）目标总量控制。从控制区域容许排污量控制目标出发，制定排放口总量控制指标。 （3）行业总量控制。在行业中以能源、资源合理利用为控制基点，从最佳生产工艺和实用处理技术两方面进行总量控制负荷分配。,（一）减少污染物排放负荷,4. 污水处理 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。准确估算污水处理费用是评价污水处理措施的关键环节。,（二）提高或充分利用水体纳污容量,1. 人工复氧 人工复氧是改善河流水质的重要措施之一，它是借助于安装增氧器来提高河水中的溶解氧浓度。在溶解氧浓度很低的河段使用这项措施尤为有效。人工复氧的费用可表示为增氧机功率的函数。 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。污水调节费用主要是建池费用。缺点是占地面积大、有可能污染地下水等。国外蓄存的污水大都是经过处理的水，避免或减轻了恶臭现象的发生。,（二）提高或充分利用水体纳污容量,3. 河流流量调控 国外对流量调控以及从外流域引水冲污的研究较早，并已应用于河流的污染控制。世界上很多河流的径流量时间上分配不均，在枯水期水质恶化，而在高流量期，河流的自净能力得不到充分利用。因此，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。,二、水污染控制单元,（一）水污染控制单元的划分 （二）水污染控制单元解析归类,（一）水污染控制单元的划分,水污染控制单元的划分，是根据水域使用功能的要求，同时考虑行政区划、水域特征和污染源分布特点等。划分的原则为： （1）每个单元有单独进行评价、实施不同控制路线的可能；,（一）水污染控制单元的划分,（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； （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； （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。,（二）水污染控制单元解析归类,水污染控制单元解析归类包括以下内容： 划分水污染控制单元； 对各单元的主要功能进行说明； 水质现状与控制断面分析； 污染物排放情况与主要污染源分析； 排污量与水质预测； 主要水环境问题诊断； 确定控制路线； 确定容许排放量。,三、水污染控制系统规划数学模型,1. 排污口最优规划模型 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,三、水污染控制系统规划数学模型,2. 均匀处理最优规划 在均匀处理最优规划问题中，污水处理效率是已知值，处理费用只是污水处理规模的函数。在约束条件中不出现水质约束。模型表为：,三、水污染控制系统规划数学模型,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。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。 区域处理规划模型求解比较复杂，目前还没有比较成熟的技术求解这一类问题。试探分解法是较常用的方法。试探法的基础是“全部处理或全不处理”的策略。,三、水污染控制系统规划数学模型,4. 模拟选优 在许多情况下，采用数学方法进行最优化的条件难以具备，这时，规划方案的模拟选优就成为水污染控制系统规划的主要方法。 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。,四、规划方案的综合评价,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。也可根据规划确定的水域污染物总量控制目标的可达性，对方案进行分析。,四、规划方案的综合评价,2. 污水处理投资可行性分析 对于污水处理所需的费用，一般采用费用效益分析方法。 在水污染控制系统中，规划方案的费用主要由整个系统的污水处理费用与污水输送费用组成。,第五节邕江水环境综合整治规划,一、明确问题 二、确定规划目标与水域功能区划分 三、确定规划方法 四、拟订规划措施 五、计算水环境容量与提出供选方案 六、规划方案实施,郁江，珠江流域西江水系最大支流，位于广西壮族自治区南部。北源右江为正源，发源于云南省广南县境内的杨梅山；南源左江源于越南境内。左、右江在邕宁县宋村汇合后始称郁江。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134km，流域面积6120km2，是南宁市城市及工农业的主要水源，也是通向区内外的航运干线。是南宁的母亲河,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。 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。,二、确定规划目标与水域功能区划分,规划的总体目标，是保证邕江的多种水体功能的达到。 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：心圩江以上流域为类，心圩江至二坑为-类，大坑至青秀山风景区为类，青秀山至莲花为-类，莲花至六景为类，邕江各支流、心圩江、竹排冲为-类，大坑、二坑、水塘江为-V类，良风江为类，八尺江-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。,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，由于数十公里范围内无集中供水水源吸水口，排污口下游2000米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。,三、确定规划方法,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入邕江的，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BOD。,四、拟订规划措施,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。拟对排入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污水，拟采取工程措施，要求其削减排污量。为满足水体其它功能要求，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。,五、计算水环境容量与提出供选方案,1. 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。,2. 允许排放量的计算,五、计算水环境容量与提出供选方案,3 提出允许排污量分配方案 南宁市的绝大部分工业废水和生活废水主要通过六条排污沟流入邕江。因此，控制六条排污沟的污染物总量，就能基本控制邕江水体的总纳污量。水污染控制单元的划分以各条排污沟为单位。,五、计算水环境容量与提出供选方案,六、规划方案实施,根据规划提出的各污染源的污染物削减量，限定时间，要求工厂采取必要的工程措施，减少污染物排放，同时采取经济措施，通过征收排污费，推动污染治理。,外秦淮河水环境综合整治规划,一、基本情况 秦淮河是长江下游南岸的一条支河，上游由溧水河、句容河两源组成。溧水河源自溧水县东庐山，长约35km，集水面积680km2；句容河源自句容县宝华山和茅山，河长约41km，集水面积1260km2；两源在江宁区西北村汇合后称为秦淮河干流，以下北流至南京三汊河入长江。秦淮河干流长约34km，流域总面积2631km2。,一、基本情况 溧水河上段一干河的天生桥支河，为明代人工开挖而成，沟通了秦淮河水系与石臼湖水系。秦淮新河为上世纪七十年代末人工开挖的分洪道，上起江宁区河定村与秦淮河干流分汊，向西流经铁心桥、西善桥，在雨花台区双闸乡金胜村附近入长江，长约17.0km。流域内现已建成中型水库8座(其中本市境内4座)，控制面积 390km2。干流上有武定门水利枢纽（节制闸、抽水站），秦淮新河上在距入江口1.75 km有水利枢纽（节制闸、抽水站、船闸），天生桥支河上建有节制闸控制河道水位。,外秦淮河水环境综合整治规划,二、存在问题 秦淮河干流武定门闸下三汊河口段习惯上称为外秦淮河，河长12.8公里。随着城市规模的扩大，河西地区建设经济的发展，外秦淮河已成为城市的中心河，而目前该河的现状与建设我市总体发展的要求已很不适应，改善外秦淮河水质与环境，进行水环境综合治理已迫在眉睫。,外秦淮河水环境综合整治规划,1.河道排洪未达标：按规划，外秦淮河排洪标准为600m3/s。现状河道行洪能力与规划的600 m3/s仍有一定差距，武定门闸实测最大下泄流量为465 m3/s（1991年6月14日）。 2.水质严重污染：秦淮河干流及部分支流河道水质已有不同程度的污染，局部河段污染比较严重。 3.两岸景观差：由于文革后期下放户回城等历史原因，沿河两岸的居民与单位在河道内违章搭建数量众多，向河内倾倒垃圾的现象普遍存在，河岸杂乱无序，严重影响沿河居民生活质量及南京城市景观现象。,外秦淮河水环境综合整治规划,三、水环境综合整治（防洪与调水）措施,1.防洪堤建设：按照南京城市防洪规划，外秦淮河三汊河口运粮河口段两岸堤防长约30.97公里，目前已实施防洪堤（墙）的长度约为19.47公里，尚未实施的长度为11.50公里应加大投入，加快实施城市防洪工程。在今后的河道堤防建设中，对尚未进行治理的河段，防洪工程的规划设计要结合河道环境综合考虑；对已建的防洪墙（堤），也要进行改造，使其在首先满足防洪功能的条件下，同时兼顾绿化、美化、环境、景观等方面的功能要求，建成复式河坡断面，营造亲水的人文空间。,三、水环境综合整治（防洪与调水）措施,2.河道清障、清淤：按该河段分洪流量Q=600 m3/s，相应水位组合：三汊河口9.69米、武定门闸上10.37米，作为设计控制标准，对外秦淮河（运粮河口三汊河口）进行清障、清淤。据初步测算，工程土方量291万米3，改建阻水桥梁7座。 3.调水改善河道水质，加快河道水体流动和置换。调水方案分为三条线路，线路一为引石臼湖水自流冲洗，流量约为20至30 m3/s。线路二为利用已建成的秦淮新河抽水泵站抽长江水冲洗，流量约为20至30 m3/s。线路三为引秦淮新河水冲洗南河（外秦淮河污染较严重的支流之一）流量10至15 m3/s。,三、水环境综合整治（防洪与调水）措施,(1)上述三条线路中，线路一按平水年每年可有半年左右的运行时间，主要时间为每年的5月10月。其优点为： 可充分利用石臼湖的天然水资源和现有的河道设施， 运行费用低。其缺点是有每年都有约半年的时间水位不满足自流条件。在线路一因水位条件不满足而无法运行时，可以按线路二运行。因需要秦淮新河抽水站开机翻水，运行费用会高于线路一，应考虑作为对线路一的补充。另外，对内秦淮河的南段东水关西水关长约公里的河道，也可采用上述水源（调用2至3个流量）进行冲洗，做到内河、外河一起冲。线路三的服务对象主要是南河，与线路一、二有所区别，其水源也视流域的情况而定。 规划工程总投资4.0亿元，计划分四年实施。,习题,1. 流域水环境规划的内容2. 水环境功能区划的基本原则3. 水环境功能区划分的步骤4. 什么是水环境容量？水环境容量在流域水环境规划与管理中有什么作用？,习题,1. 简述环境审计的内容2. 环境信息系统设计的原则3. 试述环境预测的内容4. 环境规划的基本原则有那些？,