水环境保护规划与管理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,课程,内容,水污染特征及水环境监测,第一章,-,问题、方法,水环境评价,第二章,-,标准、方法,水污染治理技术,第三章,-,目标、技术,水环境保护规划,第四章,-,目标、方法,1,第四章 水环境保护规划,概述,水环境系统控制规划,水污染物总量控制规划,2,第四章 水环境保护规划,概述,水环境系统控制规划,水污染物总量控制规划,3,水环境系统是由污染物发生系统、污染物承纳系统和污染物控制系统组成的综合系统。,水环境系统的组成,水环境系统,污染物承纳系统,污染物控制系统,污染物发生系统,工业废污水源,生活污水发生源,厂内单项治理,城市污水处理厂,土地处理氧化塘,河流水体,湖泊水体,海洋水体,土地系统,4,污染物发生系统,水污染发生系统是造成水环境污染的来源系统。该系统是由,人为活动,和,自然污染源,组成。水污染发生系统中包括,点源污染,和,非点源污染。,水环境系统的组成,水污染发生系统,自然污染,人为污染,自然侵蚀,水土流失,植物残骸,动物残骸,工业区,矿区,住宅居民区,农田径流,5,污染物承纳系统,污染物承纳系统一般是指天然的或人工的水体，如河流、湖泊、水库、海洋和地下水等等。污染物承纳系统内部发生着物质的迁移转化和能量的传递过程。,水污染物的承纳系统的质量是我们追求的目标和规划的出发点。,水污染控制系统,水污染控制系统是一个非常广泛的概念。,从广义上来说，,它可以涉及到人类的资源开发、人口规划、经济发展与水环境质量之间的协调平衡问题。,从地域上来说，,可以在一条河流的整个流域上进行水资源开发、利用和水污染防治规划，也可以再一个小区域内进行水质与污水处理，乃至一个具体的污水处理设施的规划、设计和运行。,水污染控制系统是保护水环境质量的措施系统，包括生产工艺的革新、污染物治理工程、水土保持、行政管理措施和法规等等。,水环境系统的组成,6,环境保护规划的一般概念,环境规划,环境容量,系统论,总量控制,系统规划,环境模拟,总量控制,环境规划是国民经济与社会发展规划的有机组成部分，是环境决策在时间、空间上的具体安排。这种规划是对一定时期内环境保护目标和措施所作出的规定，其目的是在发展经济的同时保护环境，使经济与环境协调发展，实现经济可持续发展。,7,内容之一：环境污染的发展,环境问题萌芽阶段,发展恶化阶段,第一次高潮阶段,第二次高潮阶段,内容之二：环境污染的治理历程,工业污染防治,城市环境综合治理,生态环境综合防治,区域环境综合防治,全球环境保护,环境保护规划学科的产生,8,内容之三：三个阶段,1973-1981,起步阶段,1981-1985,纳入国民经济,1986-2000,全面提升,内容之四：四个转变,污染防治,-,污染预防污染,污染防治与生态保护并重,循环经济、可持续发展,内容之五：工业：末端治理,综合防治,结构调整,环境保护规划学科的产生,9,环境保护规划学科的产生,“六、七、八五,”,属污染控制型规划，在规划中逐步实现了工业污染由末端治理为主转向以污染控制预防为主的转变；,“,九五,”,规划提出了生态保护和农村保护的内容，第一次编制了总量控制计划、重点项目规划和重点流域、区域规划；,“,十五,”,规划较好体现以人为本的思想和污染防治与生态保护并重的原则，提出了以污染污总量控制为主线，以防治区域的污染和遏制人为生态破坏为重点，以政府主导、市场推进、公众参与为机制创新的方向。,10,定义：,水环境保护规划是根据经济社会发展以及生态环境系统对水体质量的要求，以水环境承载能力和污染物排放状况为基础，通过总量控制，对各种污染源和污染物的排放作出安排，以达到控制污染改善水环境的目的。,目标,:,协调系统内部各组成或部分之间的关系，以最低的水污染控制费用满足水环境质量要求。,水环境保护规划,11,水环境保护规划的分类,从范围和层次来划分,:,流域规划,任务：在一个流域范围内确定水污染控制的战略目标，包括环境质量目标和经济目标。,主要内容：在流域范围内协调各个重要污染源之间的关系，以保证流域范围内的各个河段和支流满足水质要求。,12,水环境保护规划的分类,从范围和层次来划分,:,区域规划,区域规划是指流域范围内具有复杂的污染源的城市或工业区的水污染控制规划。区域规划是在流域规划的指导下进行的，其目的是将流域规划的结果,排放总量分配给各个污染源，并为此制定具体的方案。,.,设施规划,设施规划的目的是按照区域规划的结果，来选择合理的污水处理设施，所选的污水处理设施既要满足污水处理效率的要求，又要使污水处理的费用最低。,13,水环境保护规划的分类,从不同管理目的来划分,针对水质管理的不同目的，水环境规划可以分为,水环境综合整治规划、水污染物总量控制规划、水污染系统规划、城市饮用水源保护规划,等类型。,水环境综合整理规划师根据经济社会发展需要和水资源开发利用现状编制的开发、利用、节约、保护水资源和防止水害的总体部署。而其它规划属于专业规划范畴。,14,水环境保护规划的基本原则和步骤,基本原则,以经济、社会可持续发展的战略思想为依据，明确水环境保护规划的指导思想；,水环境目标要切实可行，要有明确的时间要求和具体指标；,在制定区域经济社会发展规划的同时，制定区域水环境保护规划，两者要紧密结合，经济目标和环境目标之间要综合平衡后加以确定；,要进行全面的效益分析，实现环境效益与经济效益、社会效益的统一；,区域水污染物的排放要实现总量控制。,15,过程和步骤,功能区划分,确定相应水质指标,考察排污量与水质现状的定量关系,分析达到国标可供选择的方法,设计不同控制要求的总量控制方案,成本,-,效益分析,领导决策，,重新确定功能,16,第四章 水环境保护规划,概述,水环境系统规划,水环境总量控制规划,17,根据解决污染问题的途径，我们可以把河流污水系统控制规划分为两大类型,:,最优化规划问题,规划方案模拟问题,18,基本经济分析,以最小的经济代价改善水环境质量，这是水污染那控制规划的,核心思想,，也就是说经济合理性是评价水污染控制系统好坏的基本依据。,水环境保护规划的经济评价,以,收益,-,费用分析,来看，水污染控制所去除污染物的总量与收益和费用之间存在如下关系：,去除污染物量越大，临界费用越大，临界收益越小,。临界费用和收益是指去除单位污染物所需要费用价格和所得的收益价格。,19,污染控制的收益和费用，总的可以分为两大部分：,第一，,有关人为活动的收益和费用,，包括污染源的回收、处理活动，管道输送活动，污水处理活动，以及其他河流治理活动；,第二：,有关水资源的污染及其控制所造成的社会收益与费用。,包括直接影响和间接影响。,水环境保护规划的经济评价,20,人为活动的收益和费用,影响因素包括以下几个方面：,（,1,）污水处理活动的费用与污水处理的规模和处理效率有关，如图所示。,水环境保护规划的经济评价,污水处理费用的规模与处理效率的经济效应,21,（,2,）,当污水处理去除效率固定时,，规模的经济效应如下图所示。,水环境保护规划的经济评价,也就是当处理水量增加时，总费用随之增加，但处理污水的单价却降低，相当于图中曲线,C(Q,）的斜率随,Q,的增加而减小。,污水处理费用的规模与处理效率的经济效应,22,水环境保护规划的经济评价,但是，从污水处理与管道输水这两种活动来说，它们的分散与集中对费用又有相互的制约关系。当污水处理厂的数目,n,由大变小时，污水处理费用下降，但是由于输水管线总长度的增加，输水费用将不断上升，如图所示。,图中总费用曲线最低的点也就是污水处理厂的最优设置参数（或最优位置）,区域污水处理系统处理厂规模的费用变化及其构成,23,（,3,）,当污水处理厂的规模固定时，,处理效率与费用如图,A,中 ；也可表示为图,B,。,水环境保护规划的经济评价,也就是当处理效率提高时，总费用随之增加，但处理污水的单价，即图,B,中曲线段斜率却迅速增长。,图,A,图,B,24,（,4,）,在一定限度内，水体具有同化污染物质而保证水质满足某种功能要求的能力，即水体的自净能力。,水环境保护规划的经济评价,自净能力取决于水体自身的物理、化学和生物特性，也与污水的排放方式（包括排放位置、排污负荷）和水质要求有关。开发和利用这种资源可以代替污水人工处理的部分符合，从而降低污水处理的投资和运行费用。,25,（,4,）,在一定限度内，水体具有同化污染物质而保证水质满足某种功能要求的能力，即水体的自净能力。,水环境保护规划的经济评价,自净能力取决于水体自身的物理、化学和生物特性，也与污水的排放方式（包括排放位置、排污负荷）和水质要求有关。开发和利用这种资源可以代替污水人工处理的部分符合，从而降低污水处理的投资和运行费用。,26,主要评价指标,经济评价时水环境保护规划的核心内容之一，而平价规划的经济效果的优劣必须借助科学的评价指标。,静态指标：,不考虑资金时间价值的评价指标，主要包括投资利润率、投资收益率、投资收入率、投资回收期与抵偿年限等。,动态指标：,考虑了资金时间价值及项目在整个寿命期内收入与支出的全部经济数据后所得到的评价指标。,水环境保护规划的经济评价,27,环境费用效益分析,费用效益分析方法是环境等公共项目经济评价的主要方法,环境费用效益分析的一般步骤如图所示：,水环境保护规划的经济评价,弄清问题,各种对策方案的费用,环境破坏的程度与环境功能损坏关系,环境功能分析,费用现值的计算,各种对策方案环境改善的程度,各种对策方案环境保护措施的效益,费用效益比较,输出结果,效益现值的计算,28,排放口最优化处理,最优化均匀处理,区域最优化处理,河流污水系统控制规划,29,一、排放口最优化处理,排放口优化处理问题,-,以每个小区的污水处理厂为基础，在水体水质条件的约束下，求解各个污水处理厂的最佳处理效率组合。,排放口优化处理问题，在水污染控制系统中研究最多，技术也最为成熟，它是建立在河流水质状况模拟基础上的优化问题。,30,约束条件：,目标函数：,（,1,）排放口优化处理,数学模型,31,（,2,）模型求解方法,线性规划方法（,LP,）,近似规划及小步梯度法的应用,动态规划法处理,32,A,、线性规划方法（,LP,）,应用费用函数的线性方法，可将目标函数化为线性方程，并将的排污口排入河流中,BOD,5,的浓度改为已经过处理后的浓度代入约束方程中，也就是 。经过这一变换后即可用单纯形法求最优。,33,B,、近似规划及小步梯度法的应用,根据本地区能搜集到的资料来建立费用函数，对于这些非线性的费用函数（目标函数）选定后，应用,数学规划教程,中近似规划法即可求得最优解。若考虑到污水处理厂的处理效率有上、下限的约束，即，可行解域不允许超过上、下限，这时可用小步梯度法来求解，这里也不再重复。,34,C,、动态规划法处理,污流的水污染控制系统是一个典型的多级串联系统，或者说是一个序列系统，对于序列系统寻求目标函数最优的方法应用动态规划是能收到满意的效果的。,35,二、最优化均匀处理,在实际的河流污水系统中常与城市污水系统（或工业区）联系在一起，需均衡考虑污水处理厂规模及经济效益问题，也就是一个小区的污水可能进行处理，也可能输往另一个小区后作集中处理，这就出现最优化均匀处理问题。,36,（,1,）最优化的均匀处理模型,这一问题是上节问题缩小到某个排放口，已由河流排放标准约束求得该排放口最优排放后，再来求该排放口以上区域内，各小区污水如果汇集或处理问题。因此在处理效率已确定的情况下，其目标函数就应是污水处理规模最优的问题。,37,约束条件：,这一问题的约束条件是各个小区的水量平衡必须满足。,目标函数：,式中： 为第,i,个污水处理厂的污水处理费用； 为由,i,地输往,j,地的污水输送费用； 为由,i,地输往,j,地的污水量， 。 为在,i,地收集的污水量； 为在,i,地处理的污水量。,由于费用函数是非线性函数，均匀处理最优化规划模型也是非线性模型。,38,（,2,）全部处理与全不处理,由于污水处理厂的规模一经确定后，为发挥其经济效应，在某一个节点汇集来的污水，不可能把它“分裂”为两部分或多部分进行处理。对一个节点来说，它本身收集的污水加上由其它节点转输来的污水，只存在两种可能选择：或者全部处理，或者全部转输到其它节点上去处理，这就是“全部处理与全不处理”的决策。,39,将一个水污染控制系统划分为,n,个小区，第一个小区设有一个潜在的污水处理厂，各污水处理厂之间可以互相转输污水量，用下图表示其中第,i,个小区和第,i+1,个小区的两个节点，方框表示相应的污水处理厂。由图所示可知：,i,i+1,河 流,Q,i+1,Q,i,Q,i-1,i,Q,i,i+1,Q,i+1,i+2,q,i,q,i+1,相邻处理厂的关系,40,对于第,i,个小区来说，污水处理费用可以写成为,对于一条线路确定的管线，输水费用可以写成为,对于含有,n,个小区的系统，总费用可以写为上述两项费用之和,41,目标函数：,约束条件为水量平衡，可以写出为（对第,i,个节点）,而对于含,n,个小区系统总的约束条件,42,（,3,）求解方法,对于这一问题，由于是多项式形态的非线性规划问题，我们可应用,数学规划教程,中的拉格朗日乘子转化法为无约束条件情况下求根值问题，得拉格朗日函数：,43,求出上式的海森（,Hessian,）矩阵可知，,L,函数的二阶导数在主对角线全部小于,0,；其余元素全为,0,。由此可知，根据多元函数极值定理判断原函数必在区间内取得极大值。这说明原目标函数在上述区间内对流量的变化不取极小值，所以根据这一性质来确定污水处理厂规模的策略就称为“全部处理或全不处理”的策略。,这一结论用来研究污染水控制系统内部结构的分解和组合时，可以大大缩小问题的求解空间，它把一个具有无穷多组流量组合的问题变成为一个有限多组求解的问题。这对于水污染控制系统规划有重要的意义。,求解均匀处理系统的最优规划问题还有应用混合整数规划法，试探法等 。,44,三、区域最优化处理,区域最优化处理的规划，实际这是排放口最优化处理和最优化均匀处理有两者的综合，而后两者又是前者的特例。,系统的分解,试探法,45,（,1,）区域最优化处理的规划模型,目标函数,约束条件,46,（,2,）求解方法,试探分解技术,试探分解法的基础是“全部处理处理或全部不处理”策略。也就是，把任意一个小区的污水作为一个决策变量，试探着把他送到各个相邻节点去处理，对产生的结果（总的系统费用）进行直接比较，选出费用最低的解作为当前最优解，并作为下一次试探的初始目标。这种试探按一定的规则反复进行直至预定的程序约束。,在进行第一次试探之后，原问题就分解成为两个新的子问题：排放口最优化处理问题与输水管线的最优计算问题。按上二节独立寻求最优化费用，两者之和就是一次试探的总费用，把这个总费用再返回到原问题进行协调，与上次试探保留的最优解进行比较，舍劣存优。然后重复进行分解和协调，不断改进，直至取得满意的解。,47,区域最优化处理问题的试探分解协调过程可用下面框图来表示。,区 域 协 调,Z,=,Z,1,+,Z,2,排放口最优化处理,i,Z,1,输水管线最优计算,D,ij,Z,2,Q,i,Z,1,Z,2,Q,ij,试探分解协调过程,48,区域最优化处理系统规划的分解可以通过试探法进行，试探法是一种直接寻优的方法，它没有固定的运算程序。在试探过程中主要的要点是力求在制定的程序中包含最大数量的组合方案，从中选出目标值最优解。,常用的试探法：,开放节点试探,封闭节点试探,最优输水路线试探,49,A,、开放节点试探,开放节点,就是建有污水处理厂节点，它处理本小区收集的污水和由其它小区转输来的污水。封闭节点,又称转输节点，是指那些不设污水处理厂，而将污水送到邻近小区去处理的节点。,开发节点试探的目的是探讨封闭污水处理系统中每一个开放节点的可能性。,对一个原先开放的节点来说，它担负着本地区收集的污水和由其它节点转输来的污水的处理任务。在进行开放节点试探时，将被试节点的污水送到相邻的开放节点去处理，而将原来的污水处理厂关闭。若所试探的节点是,i,，与其相邻的另一个开放节点是,j,（,j,可以在,i,的上游，也可以在,i,的下游），则,i,节点是否应关闭的依据是：,50,B,、封闭节点试探,封闭节点试探是开放节点试探的反过程，任务是试探封闭节点开放的可能性。一个封闭节点一旦重新开放，则该节点处收集的本小区的污水及经由该节点转输的污水全部在该节点进行处理。,假定我们试探的节点是,i,、原接受,i,节点的污水的相邻开放节点是,j,，那么，确定该封闭节点是否应该开放的判别式为：,51,若不等式成立，则节点,i,应该开放，否则，应该继续封闭。,封闭节点试探也根据节点编号依次进行，若在一个封闭节点的试探循环中产生任何的目标费用改进，就返回第一个子程序,开放节点试探子程序。,否则，进入下一个子程序输水路线子程序。,52,C,、输水路线试探,在试探法的前两个子程序中，各个节点的污水输送都是按节点编号顺序进行的。在实际地理环境中，一个节点的污水送到另一节点去处理，有可能不必经由中间转输节点，在两个节点之间有可能存在捷径，本子程序就是要探索这种输水捷径。,53,如图所示，,i,和,K,是两个封闭节点，,j,是一个接它们的污水开放点，根据前两个子程序试探结果已得到（,a,）图，现在若按（,b,）图，哪种转输途径费用低？这时，不涉及污水处理厂的流量重新组合问题，只需进行污水输送费用的比较，判别原则是：,i,j,i,j,K,K,转输节点,污水处理厂,(a),(b),最优输水线路试探,若不等式成立，则表明,i,节点的污水应直接输送到,j,点，否则仍需转由节点,K,输送至,j,。,输水路线试探对每一个封闭节点依次进行，计算结果，输出系统的一个满意解及其相应的费用。,54,对于区域最优化处理应用试探法进行试探，其试探过程的主程序可列出一框图，见下图。,试探法具有很多优点，它原理简单，方法易行，而且本身对目标函数的形式没有特别的要求，因此应用起来十分灵活，框图编出的程序，不仅可以计算区域最优规划问题，同时也可以计算排放口最优化处理问题和最优化均匀处理问题。,D,、试探法特点,55,数 据 输 入,求约束方程,排放口最优化处理,开放节点试探,Z,Z,0,？,封闭节点试探,Z,Z,0,？,输水路线试探,输出,系统总费用,满意解 处理厂规模,处理厂效率,Z,0,=,Z,最低费用,Z,0,最优解,0,排放口最优化处理,Z,1,输水管线最优计算,Z,2,Z,=,Z,1,+,Z,2,排放口最优化处理,Z,1,输水管线最优计算,Z,2,Z,=,Z,1,+,Z,2,输水管线最优计算,Z,2,是,否,是,否,试探法程序框图,*,Z,*,Q,r,*,h,r,56,四、例 题,Q,10,=10,L,10,=2,O,10,=8,k,13,=0.3,k,23,=0.6,t,3,=1,k,12,=0.3,k,22,=0.6,t,2,=1,k,11,=0.3,k,21,=0.6,t,1,=0.5,k,14,=0.3,k,24,=0.6,t,4,=1,Q,1,=0.5,L,1,=200,O,1,=1,Q,2,=0.3,L,2,=200,O,2,=1,Q,3,=0.4,L,3,=200,O,3,=1,Q,4,=0.5,L,4,=200,O,4,=1,0,Q,31,=0.2,Q,32,=1,Q,33,=0,Q,34,=1,57,1,、费用函数的线性化,令,58,2,、,BOD,5,的约束方程计算,59,将 代入水质约束,60,3,、非负约束,4,、计算结果,61,第四章 水环境保护规划,概述,水环境系统控制规划,水污染物总量控制规划,62,水功能区划,目的：,依据国民经济发展规划和水资源综合利用规划，结合区域水资源开发利用现状和社会需求，科学合理地在相应水域划定具有特定功能、满足水资源开发利用和保护要求，并能够发挥最佳效益的区域（即水功能区）；确定各水域的主导功能及功能顺序，制定水域功能不遭破坏的水资源保护目标；通过各功能区水资源保护目标的实现，保障水资源的可持续利用。,水污染物总量控制规划,63,指导思想,结合流域、区域水资源开发利用规划，根据水资源的可再生能力和自然环境的可承受能力，科学、合理地开发和保护水资源，即满足当代和本区域对水资源的需求，又不损害后代和其他区域对水资源的需求，促进经济、社会和生态的协调发展，实现水资源可持续利用，保障经济社会的可持续发展。,水污染物总量控制规划,64,水功能区划的原则,（,1,）前瞻性原则,水功能区划具有前瞻性，要体现社会发展的超前意识，结合未来经济社会发展需求，引入本领域和相关领域研究的最新成果，为将来的发展留有余地。,（,2,）统筹兼顾、突出重点的原则,水功能区划应将流域作为一个系统，统筹兼顾，充分考虑上下游、左右岸、近远期以及经济社会发展需求对水域功能的要求；与水资源综合开发利用相协调，发展与保护相协调。,水污染物总量控制规划,65,水功能区划的原则,（,3,）分级与分类相结合的原则,通过水功能区划分在宏观上对流域水资源的保护和利用进行总体控制，协调地区间的用水关系；在整体功能布局确定的前提下，再重点开发利用水域内详细划分各种用途的功能类别和水域界线，协调行业间的用水关系，建立功能区之间横向的并列关系和纵向的层次关系。,（,4,）便于管理、实用可行的原则,为了便于管理，水功能的分区界线尽可能与行政区界一致；类型划分中选用目前实际使用的、易于获取和测定的指标，定量和定性指标相结合。,水污染物总量控制规划,66,水功能区划的原则,（,5,）水质水量并重的原则,水功能区划分，既要考虑对水量的需求，又要考虑对水质的要求。水功能区类型的确立，应综合考虑水资源数量与质量，对常规情况下仅对资源单一属性（数量或质量）有要求的功能不做区划，如发电、航运等。,水污染物总量控制规划,67,水功能区划的技术体系,我国水功能区划分采用两级体系，即一级区划和二级区划。,水污染物总量控制规划,保护区,水功能区划分级分类系统,缓冲区,开发利用区,保留区,景观娱乐用水区,过渡区,排污控制区,渔业用水区,农业用水区,工业用水区,饮用水源区,一级区划,二级区划,68,水功能一级区分类及划分指标,（,1,）保护区,指对水资源保护、饮用水保护、生态环境及珍稀濒危物种的保护具有重要意义的水域。指标包括集水面积、保护级别、调（供）水量等。,划分条件： 源头保护区； 国家级和省级自然保护区范围内的水域；已建和规划水平年内建成的跨流域、跨省区的大型调水工程水源地及其调水路线，省内重要的饮用水源地；对典型生态、自然生境保护具有重要意义的水域。,水污染物总量控制规划,69,水功能一级区分类及划分指标,（,2,）缓冲区,指协调省际间、矛盾突出的地区间用水关系；协调内河功能区划与海洋功能区划关系；以及在保护区与开发利用区相接时，为满足保护区水质要求需划定的水域。功能区划分指标包括跨界区域及相邻功能区间水质差异区域。,划分条件：跨省、自治区、直辖市行政区域河流、湖泊的边界水域；省际边界河流、湖泊的边界附件水域；水污染矛盾突出地区之间水域。,水污染物总量控制规划,70,水功能一级区分类及划分指标,（,3,）开发利用区,指具有满足工农业生产、城镇生活、渔业、游乐和净化水体污染等多种需水要求的水域和水污染控制、治理的重点水域。功能区指标包括水资源开发利用程度、产值、人口、水质及排污状况等。,划分条件：取（排）水口较集中，取（排）水量较大的水域（如流域内重要城市河段、具有一定灌溉用水量和渔业用水要求的水域等）。,水污染物总量控制规划,71,水功能一级区分类及划分指标,（,4,）保留区,指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。功能区划分指标包括水资源开发利用程度、产值、人口、水量、水质等。,划分条件：受人类活动影响较少，水资源开发利用程度较低的水域；目前不具备开发条件的水域；考虑到可维持发展的需要，为今后的发展预留的水域。,水污染物总量控制规划,72,水功能二级区分类及划分指标,（,1,）饮用水源区,指城镇生活用水需要的水域。,功能区划分指标,包括人口、取水量、取水口分布等。,划分条件：,已有的城市生活用水取水口分布较集中的水域，或在规划水平年内城市发展设置的供水水源区。,（,2,）工业用水区,指城镇工业用水需要的水域。,功能区划分指标,包括工业产值、取水总量、取水口分布等。,划分条件：,现有的或规划水平年内需设置的工况企业生产用水取水点集中的水域。,水污染物总量控制规划,73,水功能二级区分类及划分指标,（,3,）农业用水区,指农业灌溉用水需要的水域。,功能区划分指标,包括灌区面积、取水总量、取水口分布等。,划分条件：,已有的或规划水平年内需要设置的农业灌溉用水取水点集中的水域。,（,4,）渔业用水区,指具有鱼、虾、蟹、贝类产卵场、索饵场、越冬场及洄游通道功能的水域。,功能区划分指标,包括渔业生产条件及生产状况等。,划分条件：,具有一定规模的主要经济鱼类的产卵场、索饵场、洄游通道，历史悠久或新开辟人工放养和保护的渔业水域；水文条件良好，水交换畅通；有合适的地形、底质。,水污染物总量控制规划,74,水功能二级区分类及划分指标,（,5,）景观娱乐用水区,指以景观、疗养、度假和娱乐需要为目的水域。,功能区划分指标,为休闲、度假、娱乐、运动场所涉及的水域；水上运动场；风景名胜区所涉及的水域。,（,6,）过渡区,指为使水质要求有差异的相邻功能区顺利衔接二划定的区域。,功能区划分指标,包括水质与水量等。,划分条件：,下游用水要求高于上游水质状况；有双向水流的水域，且水质要求不同的相邻功能区之间。,水污染物总量控制规划,75,水功能二级区分类及划分指标,（,7,）排污控制区,指接纳生活、生产污废水比较集中，所接纳的污废水对水环境无重大不利影响的区域。,功能区划分指标,为排污量、排污口分布。,划分条件,为接纳废水中污染物可稀释降解，水域的稀释自净能力较强，其水文、生态特性适宜于作为排污区。,水污染物总量控制规划,76,纳污能力及水环境容量,纳污能力,是指水体在设计水文状态、规定环境保护目标和,排污口位置条件下,，所能容纳的最大污染物数量。,水环境容量,是指在给定水环境保护目标、设计水文条件和水域自然背景值条件下，水域所能够容纳的污染物的最大数量。,水污染物总量控制规划,77,纳污能力的计算,设计保证率,设计流量、流速、水位确定,纳污能力计算,水质目标值,C,S,的确定,参数的确定,水污染物总量控制规划,78,设计保证率,对于常年有水且水量较为丰沛得河道，采用多年最枯月平均流量作为样本，推算设计水量条件，设计保证率,P,采用,90,。,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。,水污染物总量控制规划,79,设计流量、流速、水位确定,各类模型需要的水量条件类型,零维水质模型（小型湖泊、水库）,一维水质模型,二维水质模型,入湖河道的流量、湖泊水位（库容）,解析解：本河段设计流量及水位,数值解：上游边界：流量或水位；,下游边界：流量或水位,解析解：,数值解：,上边界：流速；下边界：水位,80,设计流量、流速、水位计算,资料收集整理、生成,设计水量条件计算,水下地形资料、水文资料及缺资料水域的资料生成,设计流量、水位的计算,设计流速推算,水污染物总量控制规划,设计流量、流速、水位确定,81,水质目标值,C,S,的确定,功能区水质目标值的确定，是纳污能力计算的基本依据，其取值的大小直接影响纳污能力的大小。确定目标值时，必须以功能区类别为基本依据，在功能区类别相应的取值范围内，综合考虑与其相邻的上、下游功能区的相互关系，原则上不低于现状水质。,水污染物总量控制规划,82,参数的确定,各类模型需要的参数：,零维模型,：降解系数,K,一维模型,：降解系数,K,二维模型,：降解系数,K,，横向扩散系数,E,Z,对已有成果的参数可直接选用；没有现成成果，但有相关观测资料，根据资料推算；没有现成成果，没有相关观测资料，采用类比法确定。,83,纳污能力的计算,零维模型,一维模型,二维模型,其他类型水体,水污染物总量控制规划,84,零维模型,适用条件,可应用于小型水库、湖泊,污染源概化,无需概化,计算条件的确定,考虑稳态的小型湖泊，设有几条河流汇入湖体，各支流流量及污染物浓度分别为,q,1,q,2,q,n,; c,01,c,02,c,0n,，设湖体水质目标为,C,S,，在这种情况下，计算湖体的水环境容量。,85,零维模型,计算方法,假定水量为稳态，出流流量,q,i,出流水质浓度：根据均匀混合假定，出流水质浓度应为,C,S,式中，,W,为纳污能力，,K,为降解系数（,l/s,）,V,为库容（,m,3,）,86,零维模型,算例,某湖泊在枯水保证率为,90,的设计标准下，平均水深为,H,2m,，湖面面积,S,3km,2,，有二条入湖河道流量分别为,q,1,7m,3,/s,q,2,=3m,3,/s,河道,1,位于饮用水源区内，相应水质标准为,C,S1,=12mg/l,，河道,2,位于过渡区内，湖区为景观娱乐区，相应水质标准为,C,S,15mg/l,，污染物降解系数,K,0.1/,天，求允许纳污量,W,W=(q,1,+q,2,)*C,S,-q,1,C,01,-q,2,C,02,)*86.4+KVC,S,=(7*15-7*12)*86.4+0.1*6*10,6,*15,=2714(kg/d),=0.365*2714(t/a),87,对宽深比不大的河流，污染物质在较短的河段内，基本上能在断面内均匀混合，污染物浓度在断面上横向变化不大，可用一维水质模型模拟污染物沿河流纵向的迁移问题。,一维模型,适用条件,污染源概化,可将排污口在功能区内的分布加以概化，即认为污染物排放口在同一功能区内沿河均匀分布。,88,一维模型,计算方法,设一功能区长为,L,，设计水位相应的河流断面面积为,A,，设计流量为,Q,，入流断面设计水质为,C,0,，降解系数,K,。,设纳污能力为,W,，根据概化，单位河长纳污量为,W/L,，在河段内选一微段，长为,dx,坐标为,x,，则此微段污染物输运至,x,L,处的剩余质量为：,相应浓度为：,纳污能力：,89,算例,某河流，若,L,10km,，,Q,100m,3,/s,，,A,500m,2,，,C,0,12mg/l,，,C,S,15mg/l,K=0.1/d,，计算,W,。,V,AL,510,6,u,0.2,K,0.1/86400=0.00000116,W,32677.2,（,kg/d,）,为验证公式的准确性，根据环境容量的定义计算环境容量：,W,86.4*Q(C,S,-C,0,)+KVC,S,86.4*100*(15-12)+0.1*5*10,6,*15/10,3,25920,7500,33420(kg/d),结论：纳污容量,环境容量,一维模型,90,二维模型,二维水质模型解析解计算宽阔水域纳污能力。,适用条件,污染源概化,功能分区及纳污能力计算分两岸进行，水域中任一点的浓度应为两岸排污的叠加。但若,B/H,很大，可独立进行。计算某一功能区的纳污能力时，假定污染物沿河岸均匀分布。假定此功能区的水质标准,C,S,，可近似地用出口断面浓度,C,S,来控制功能区水质。则沿岸均匀排放的所有污染物在出口断面产生的浓度应为,积分难以求解，可将河段中断集中排放产生的浓度代替各排污口产生的浓度。,91,计算方法,C,0,：入口断面浓度，取值根据上游功能区划确定,E,Z,：横向扩散系数,H,：水深,L,：功能区长度（,m,）,K,：降解系数（,1/s,）,W,：纳污能力（,t/a,）,二维模型,92,算例,某宽浅型微弯天然河道功能区划分如图所示，设计流量为,Q,，水位为,Z,，给出纳污能力的计算流程及计算方法。,C,SX,C,S,饮,饮用水源区,排污,控制区,过渡区,C,S,景,景观区,二维模型,93,算例,确定水力参数,ZA,H,Q/A,E,Z,=HU,*,由景观区,C,S,景,、过渡区实际排污,S,过,求出排污控制区最大出流浓度,二维模型,94,由,C,S,饮,、,C,求得,W,排,由,C,、,C,S,饮,求得,W,饮,二维模型,95,污染物总量控制管理,在一定的经济和技术条件下，实施污染物浓度控制，对水环境污染现状的改善确实起到了一定的作用，但是，存在一个,很大的弊端,，即没有考虑受纳水体的水环境容量，尽管一些单位排放废水的污染物浓度未超标，但是排入水域中的污染物总量相加超出水体的自净能力，导致水体质量下降和水质恶化。,实施总量控制可以避免上述弊端。,宏观上，可以有效控制污染；微观上，能使企业增强参与意识，积极主动地削减污染物排放量。,水污染物总量控制规划,96,污染物总量控制类型,容量总量控制：,将允许排放的污染物总量控制在受纳水体给定功能所确定的水质标准范围内。,目标总量控制：,将允许排放的污染物总量控制在管理目标所规定的污染负荷削减范围内。,行业总量控制：,从工艺着手，通过控制生产过程中的资源和能源的投入以及控制污染源的产生，使其排放的污染物总量控制在管理目标所规定的限额内。,水污染物总量控制规划,97,污染物总量分配原则与方法,等比例分配：,在承认各污染源排污现状的基础上，将总量控制系统内的允许排污总量等比例的分配到各个污染源，各污染源分担等比例排放责任。,费用最小分配：,以治理费用作为目标函数，以环境目标值作为约束条件，使得系统的污染治理费用总和最小，求得各污染源的允许排放负荷。,水污染物总量控制规划,98,污染物总量分配原则与方法,按贡献率削减排放量：,按各个污染源对环境容量总量控制区域内水质影响程度的大小，按照污染物的贡献率大小来削减污染负荷，对水质影响大的污染源多削减，反之则少削减。,其它分配原则：,按污染范围和程度大小进行分配；按污染物毒性大小承担污染责任分担率的原则；按企业污染治理的先进性考虑污染责任分担率和削减率的分配原则。,水污染物总量控制规划,99,污染物的最大允许排放量,总量控制的核心问题是要弄清楚水环境质量与受纳污染物的响应关系，确定在特定水域到底允许排放多少污染物。一般是在对水污染现状调查分析的基础上，根据受纳水体的纳污能力计算最大允许排放量，然后将最大允许排放量分割成若干个排放口的排放量。,水污染物总量控制规划,100,污染物的最大允许排放量,一般情况下，水功能区对应得陆域范围内的污染源所排放的污染物，仅有一部分能最终流入江河水域，进入河流的污染物量占污染物排放总量的比例即为污染物的入河系数，,水污染物最大允许排放总量等于点源最大允许入河量除以入河系数,，点源最大允许入河量等于环境容量扣除非点源污染入河量。,水污染物总量控制规划,101,水污染物削减量计算及分配,（,1,）削减量的计算方法,水污染削减率,=,预测排放量,允许排放量,预测排放量：即在源强变化中所做的警告性预测；,允许排放量：即功能水域（水环境功能区）保持规定的环境目标值，所能允许的某一种污染物的最大排放量。,水污染物总量控制规划,102,水污染物削减量计算及分配,（,2,）水污染物削减量的分配, 将规划区域的水污染物允许排放量作为总量控制目标，分配到各个水污染控制单元，各个水污染控制单元再根据污染现状和源强变化预测，分别计算各个污染控制单元的水污染物削减量；, 由全规划区统一计算出总的水污染物削减量，作为主要水污染物排放总量削减指标，分配到各个污染控制单元。,水污染物总量控制规划,103,