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水环境容量是指在给定水域范围内,根据水体水质目标及入河排污口排污方式,在特定水文条件下所计算的单位时间内该水域的最大允许纳污量[1]。其值与水域特性、环境功能要求、污染物质类型和排污方式等诸多因素有关。科学有效地进行水环境容量核算是保障水功能区水质达标的根本方法,同时可为实施区域污染物总量控制提供科学的依据[2-4]。
目前,对于水环境容量的计算已经开展了大量的研究。区域水环境质量总体上与上游来水水质、区域点源污染负荷和面源污染负荷有关,文献[5-6]重点考察了工业污染源和城镇生活污染源,而未将农村生活污染源和分散畜禽养殖污染源等面源污染纳入统计和计算。文献[7]通过一维水质模型核算出流域平水期水环境容量,在此基础上利用TMDL分配模式(污染物最大负荷通量分配)实施流域内污染物总量控制,该方法将各污染源的排放总量进行了具体的分配,详细分解到点源及面源污染中,且考虑了一定的安全余量,但利用平水期水环境容量指导区域污染物总量控制,可能导致丰水期水环境容量不能充分利用,而枯水期入河污染物超标,难以实现流域水环境的有效管控。文献[8]考虑了汇入水体的径流污染受降雨量及季节变化的影响,计算出该地区一年内不同水文时期的水环境容量,发挥了水环境容量动态特性带来的环境效益,但是根据不同时期多年平均降雨量分析计算径流污染不具有典型代表性,不能确保计算得出的水环境容量满足水质长期稳定达标的基本要求。综上,在以往的研究中,水环境容量的计算着重关注点源污染,而面源污染的处理方式通常过于简化,且有关点源、面源入河与丰水、枯水期的关系以及降雨产汇流、产污时空分配的研究较少。与点源污染相比,面源污染具有污染发生时间随机性,发生方式间歇性、机理过程复杂性、排放途径及排放量不确定性、污染负荷时空变异性、监测模拟与控制困难性等特点[9-10],因而造成了面源污染难以准确核算,而随着点源污染治理逐步成熟,面源污染已经成为区域水环境整治不容忽视的问题。事实上,点、面源污染具有一定的季节性特征,具体表现:在枯水期,随地表径流一同入河的面源污染物较少,区域水环境质量主要受点源污染影响;在丰水期,面源污染占污染负荷的比重较大,对周边受纳水体的影响不容忽视。因此,需要综合考虑丰水、枯水期点、面源污染特征来确定点源、面源污染协同影响的水环境容量,也可为管理部门制定更为具体的污染控制方案和管理措施提供科学的依据。
文章以太湖流域某水系为例,以控制断面水质90%达标保证率为约束条件,基于产汇流、产污分布式模型以及河网水动力、水质模型,建立枯水期点源污染负荷与控制断面污染物浓度的数学响应关系以及丰水期点源、面源污染负荷与控制断面污染物浓度的数学响应关系,综合考虑丰水、枯水期点源、面源污染特征确定点、面源污染协同影响的水环境容量。
基于丰水、枯水期点源、面源水污染特征的水环境容量计算方法
——以太湖流域某水系为例A calculation method of water environmental capacity based on water pollution characteristics of point and non-point sources in abundant and dry season ——A case study of a river system in Taihu Basin
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摘要: 为准确分析平原河网区水环境容量,文章提出了基于点、面源入河季节性特征的水环境容量计算方法。以太湖流域某水系为例,基于控制断面水质90%达标保证率,利用产汇流、产污分布式模型以及河网水动力、水质模型,建立了污染负荷与控制断面污染物浓度的数学响应关系,并综合考虑了丰水、枯水期点、面源污染特征确定点和面源污染协同影响的水环境容量。结果表明,控制断面各污染物均以大于90%的频率实现水质目标,计算方法合理可行。该方法使得水环境容量在丰水、枯水期均得以有效利用,有利于制定分期污染物削减方案。Abstract: In order to accurately analyze the water environmental capacity of the plain river network area, a calculation method of water environmental capacity considering the seasonal characteristics of point and non-point source inflow river is proposed. Taking a river system in Taihu Basin as an example, based on the 90% assurance rate of water quality at the control section, the mathematical response relationship between the pollution load and the pollutant concentration at the control section is established by using the distribution model of runoff and pollutant in production and sink, as well as the hydrodynamic and water quality models of river network. Considering the characteristics of point and non-point source pollution in abundant season and dry season, the water environmental capacity under the synergistic influence is determined. The result shows that all the pollutants at the control section achieve the water quality target with more than 90% , and the calculation method is reasonable and feasible. Based on this method, the water environment capacity can be used effectively in both abundant and dry season, and it is beneficial to formulate the pollutant reduction schemes in different hydrological periods.
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表 1 点、面源允许排放量计算结果 t·a−1
污染指标 COD NH3-N 点源允许排放量 2 461.49 108.06 面源允许排放量 1 139.53 172.01 -
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