水环境容量(Water Environment Capacity)
目录 |
水环境容量是指在不影响水的正常用途的情况下,水体所能容纳的污染物的量或自身调节净化并保持生态平衡的能力。水环境容量是制定地方性、专业性水域排放标准的依据之一,环境管理部门还利用它确定在固定水域到底允许排入多少污染物[1]。
广义的水环境容量包含3个方面的内容：一是水资源对各类用水的承载能力：二是水环境对水体量的容纳能力，包括行洪、排涝、蓄滞洪水的能力；三是水环境的纳污能力。狭义的水环境容量仅指水环境的纳污能力[2]。
水环境容量的特征包括以下四个方面：
一是区域性。即由于受到各个区域不同的地理、水文、气象条件等一系列因素的影响，具有差异性的水域对污染物的化学、物理、生物等手段的净化能力存在着很大的不同，进而致使水环境容量具有鲜明的地域性特征，水环境容量进行测算与核定的主要目标为通过划分水域控制单元并设置水质考核机制，以达到有效控制断面与各个单元的污染物排放数量的目的；
二是资源性。即水环境容量的价值是对排入污染物起到一定的缓冲作用，在充分满足人类生活与生产以及生态系统的需求的前提下容纳一定含量的污染物，但水环境容量属于一种有限的可再生自然资源，污染负荷超过水环境的最大负荷量极有可能造成严重的水环境污染；
三是发展需要性。即水环境容量在反映人类对水环境需求的同时也可以充分反映水域的水文特性，其伴随着人们对环境需求的提升与水资源环境的变化而产生变化；
四是系统性。即由于湖泊、河流等水域处于面积较大的流域系统之中，上游与下游、陆域与水域、右岸与左岸构成具有不同尺度的生态空间系统，所以从流域差异性的层面上出发，科学协调流域中各个水域之间的水环境容量。
根据机理的不同将水环境容量划分为输移容量、稀释容量和自净容量。
(1)输移容量是指污染物在水体中随水流的对流运动产生的输移量。输移容量的最大值是流量与水质标准浓度的乘积。
(2)稀释容量是指水体中的本底水质浓度低于水质标准浓度时，由于对流及扩散作用(紊流及分子扩散)，使排人的污染物逐渐均匀分布至整个水体，当其浓度达到标准浓度极限值时水体增加的污染物容量。
(3)自净容量是指污染物在水体中由于物理、化学、生化作用产生降解，水体对污染物的这种自净作用而获得的环境容量。
1．调查分析首先，确定研究水域的范围。其次，调查该水域的水文条件，如面积、流量、流速、流向变化等。最后，分析水域目前的水质状况。
2.水域概化天然水域受到各种环境因素的共同作用，形状往往呈现不规则性。水域概化既能减少水环境容量计算的工作量，也能保证其相对准确性。可根据《全国水环境容量核定技术指南》的要求，对研究水域进行概化。将天然水域(河流、湖泊、水库等)概化成计算单元，如天然河道概化为笔直河道，复杂河道地形的简化，非稳态水流简化为稳态水流等。同时，支流、排污口等也需要进行一定程度的概化，如多个较近排污口可简化为集中排污口。
3.水功能区划和水质指标的确定不同水体自然特征不同，人们对其利用程度不同，相应的污染程度也不同，这就体现了水功能区划的必要性。它对不同的水体赋予适当的使用功能，并为水域监督管理提供依据。由于水体的受污染状况及其功能不同，水质目标也有所不同。根据水域的具体污染特征，选择相应的污染控制因子，目前选的最多的是氨氮和COD。
4.水质模型选取水质模型是水环境容量计算的核心。模型的选择取决于水域的流速流量、宽深比、迁移扩散速率等诸多因素。模型的计算实际上是一个概化的过程，选取最适的模型既能减少计算的工作量从而节约成本，又能使计算结果与实际偏差最小，从而保证准确度。
5.模型参数确定参数确定是水环境容量计算的灵魂，下面介绍几个重要的参数及其确定方法。
(1)本底浓度。本底浓度是水域的初始浓度，其取值应该是研究水域中上断面的污染物浓度。如果上断面污染物的真实浓度低于上断面的水质标准所规定的浓度，则取上断面的水质标准浓度 。
(2)目标浓度。选取主要污染控制因子、划分控制断面后，根据各个控制断面的水质目标，按照《国家地表水环境质量标准》(GB3838-2002)要求，确定污染物对应的目标浓度值。
(3)设计流量。设计流量的计算方法主要有水文保证率法、最枯月平均流量法、径流系数法等，一般采用枯水期、保证率为90％ 以下的流量。
(4)流速。流速确定主要分为2种情况，当实测资料比较丰富时，能绘制出水位一流量、水位一面积关系曲线，若设计流量已知，则可推出各断面的设计水位和相应的面积；当资料不足时，可采用经验公式法计算各个断面的流速，也可通过实测法确定 。
(5)降解系数。降解系数是水环境容量计算的关键参数之一，它反映了污染物在水体作用下降解的快慢程度。影响因素包括水文特征、污染物自身陛质等。计算方法主要有类比法、实测法等。
我国从2O世纪7O年代后期引人环境容量概念，对水环境容量的理论研究也逐渐深入．并结合水环境现状加以拓展应用，其研究应用大致经历了以下几个阶段：
1.探索阶段
“六五”期间，研究重点在水环境容量概念及污染物自净规律的研究。早期主要采用稳态、准动态等数学模型，利用简单的数学解析方法．研究小河或大河的局部河段的耗氧有机物对水环境的影响。在中后期，容量研究被列为“六五”科技攻关课题，研究得到很大的发展。
2.初步实践阶段
“七五”期间．应用模型发展到结合自然与人工调控过程的水质一规划一管理模型体系。针对耗氧有机物、重金属、氮、磷负荷和油污染，研究湖泊、河口海湾及河网河流，甚至长江等大水系的水环境容量。
3.进一步深化阶段
“八五”期间，国家环保总局组织修订了《中华人民共和国水污染防治法》，完成年限制排放标准体系规划工作，同时将容量理论推向系统化、实用化。尤其是《淮河流域水污染防治规划和“九五”计划》的编制，表明中国的水质规划与总量控制研究工作已经进入政府领导下的有效实施阶段。
4.全面拓展阶段
“九五”、“十五”期间，为理论与应用研究的全面拓展阶段。“十五”科技攻关课题《流域水污染物总量控制》进一步完善和规范了现有的水污染总量控制指标体系与排污总量核算、分配和监控技术，对容量计算模型和参数选取技术进行研究，为我国流域水环境管理的国家战略提供指导。
“九五” 期间，COD排放总量控制指标正式被列为环境保护的考核目标．氨氮也在“十五”期间被列入总量控制目标。)国家先后组织编写“三河三湖”的“九五”和“十五”水污染防治规划。2003年汇总了全国水环境功能区划，并进行了第一轮的全国地表水环境容量核定工作。
另外，“十一五”期间，全国水环境管理以实现从目标总量控制向容量总量控制转变为目标，总量控制理论与技术方法进一步规范和完善，构建流域水污染总量控制指标体系．形成与现行水污染物排放标准和地表水质量标准相适应的统一的水环境容量核定办法。
1.加强特殊类型水体、非点源和混合区的研究
研究冰封对河流水体降解能力影响的方式和程度，找寻合理的水环境容量计算方法；加强非点源污染定量化研究，重视研究机理，开发适合不同地理、水文状况的讨 算模型，不断提高定量精度，拓展混合区理论研究．重点开展适合我国的混合区允许范围研究。
2.开展基于水环境容量的全国主体功能区确定工作
水环境问题是我国环境问题中的莺中之重，与生态功能区划、大气环境容量等相比，更具有紧迫性、可操作性和科学性。可以将水域对应陆域范围划分为禁止开发区、限制开发区、集约利用区等，在分省区环境管理的基础上，进一步细化管理，逐步建立全国水环境管理的分区分级体系。
3.开展更加实用的容量测算方法
发挥技术新优势，比如计算机编程既可增加效率，也可降低发展模型的推广难度，GIS技术可以很好降低大尺度区域容量测算的工作量；另外可以考虑构建容量基础信息库，降低相应的重复度。
4.全面推广水污染防治规划。科学编制、稳步实施
科学规划是可持续发展的前提．在承认基于水环境功能区划和水环境容量测算的水质目标和总量控制目标短期内很难实现的前提下，要肯定目前目标总量控制的必要性，经可行性分析后制定合理的短期目标，分阶段、分区域使我国总量控制由目标总量控制向容量总量控制过渡。