松花江佳木斯江段水环境容量分析_赵红梅

DOI:10.16163/ ki.22-1123/n.2008.02.017
第40卷第2期东北师大学报(自然科学版)Vol.40N o.2 2008年6月Journal of N ortheast N ormal U niversity(N atural Science Edition)June2008
[文章编号]1000-1832(2008)02-0109-06
松花江佳木斯江段水环境容量分析
赵红梅1,徐宏恩2,王士君3
(1.佳木斯大学理学院,黑龙江佳木斯154007;
2.佳木斯市环境保护监测站,黑龙江佳木斯154003;
3.东北师范大学城市与环境科学学院,吉林长春130024)
[摘　要]　从水环境容量利用与管理的角度出发,在科学评价水环境质量现状的基础上,根据
水环境功能区的水质目标,通过建立污染源-水环境质量的输入响应关系和模型模拟计算,得
到了松花江佳木斯全江段符合不同水域区划要求的水环境容量,为管理提供了科学基础和技
术平台,为制定水环境保护专业规划提供了依据.同时,也为协调佳木斯市经济发展和环境变
化的关系,制定区域环境规划提供了科学依据.
[关键词]　松花江;环境容量;分析;佳木斯江段
[中图分类号]　X522 [学科代码]　610·3020 [文献标识码]　A
1　水环境容量研究的现状
环境容量是一种自然资源,开展环境容量的分析与研究,不仅可以揭示自然环境的内在属性,而且对制定污染物地方环境质量标准,开展区域环境污染的综合整治,实现区域的合理开发和工业的合理布局,以及环境影响评价和战略分析都有着直接的重要的作用.环境容量是指环境单元所允许承纳污染物的最大数量.某环境单元容量的大小与该环境单元本身的组成、结构及功能有关,可以通过人为调节控制污染物的物理、化学及生物学过程来改变物质循环转化方式,提高环境容量、改善环境污染状况[1].目前我国环境容量研究和应用最多的首推水环境容量,我国对水环境容量的研究开始于70年代,其发展大致经历了三个阶段:80年代初,主要结合环境质量评价等项目进行研究,研究集中在水污染自净规律、水质模型、水质排放标准制定的数学方法上,从不同角度提出和应用了水环境容量的概念;“六五”攻关期间,一部分高校和科研机构联合攻关,把水环境容量理论同水污染控制规划相结合,出现了一批有实效的成果,初步显示了水环境容量理论与实际相结合的威力,这一时期的研究对污染物在水体中的物理、化学行为进行了比较深入、系统的探讨;“七五”国家环保科技攻关研究把水环境容量理论推向系统化、实用化的新阶段,1985年以来,随着我国环保事业的发展,全国一些重点城市和地区相继提出了城市综合整治规划、水污染综合防治规划、污染物总量控制规划以及水环境功能区划,为环境容量理论的研究和实际应用提供了广阔的天地.
如何以环境容量为基础,结合社会经济发展水平、技术水平、人们可以承受的环境质量水平以及国家的产业政策,公平合理地配置环境容量资源,最大限度地发展经济,发挥环境容量的最高边际收益越[收稿日期]　2007-08-29
[基金项目]　国家自然科学基金资助项目(40471041).
[作者简介]　赵红梅(1965—),女,副教授,主要从事资源与环境学研究;王士君(1963—)男,博士,教授,博士研究生导师,主要从事经济地理和城市地理学研究.
来越受到人们的关注.目前,有许多国家,包括一些发展中国家和转轨经济国家,采取了排污费、使用费、排污权交易等做法,建立了一种新型的环境容量的配置方式[2].
2　松花江佳木斯江段水污染现状
2.1　松花江水文状况
松花江发源于吉林省长白山脉,全长1900km,流域面积54.6万km2,流经吉林省吉林市、黑龙江省哈尔滨市和佳木斯市等较大城市.佳木斯江段位于松花江的下游,佳木斯市境内长度297km,多年平均径流量为676.1亿m3,河槽宽度为500～2000m,平均水深4m,平均流速0.4m/s.松花江在同江市与黑龙江汇合.佳木斯市区江水水位平均标高76.0m,水流量历年平均为2149m3/s.松花江在佳木斯市的主要支流有汤旺河、梧桐河、安帮河等.
2.2　松花江水质现状分析
进行河流水质状况监测时,合理地选择断面是非常重要的.依据松花江水环境功能区划和各区段的水体使用功能,本文在佳木斯江段共选择了5个监测断面,分别为大来、桦川、江南屯、富锦、同江断面.
大来断面水质已经受到上游城市排水的污染,主要污染特征为有机污染,主要超标项目为氨氮、化学耗氧量(COD cr)、总磷和总氮.总氮超标率最高,为66.7%;其次为氨氮,超标率为25%.枯水期氨氮和总氮超标率更加严重,均高达100%[3].这充分说明,上游来水枯水期已不具备Ⅳ类水体的使用功能.究其原因主要是吉林、哈尔滨两城市大量工业废水和生活污水入江造成的.
江水流经佳木斯市区后,由于市区工业企业的排污,下游桦川断面的污染略有加重,氨氮超标率没有改变,但浓度增加了0.008mg/L.从污染水期看,枯水期氨氮超标严重,超标率仍为100%,其他水期不超标[3].但总磷、COD cr在平、丰水期污染较重,总氮是4项指标中污染最重的一项,3个水期均出现超标现象.综上所述,江水流经市区后,只有氨氮浓度略有增加,表明佳木斯市区的污染贡献是非常有限的,没有改变水体污染级别.
同江断面是松花江出境的控制断面,按其水域功能划分,执行Ⅲ类水体功能,主要污染指标为COD cr和生化需氧量(BOD5).
总的看来,松花江佳木斯江段以有机污染为主,主要污染指标为氨氮、总氮、总磷、COD cr和BOD5.污染原因首先是上游城市大量工业废水和生活污水排放造成的,其次是与佳木斯市区和沿江各县工业废水以及未经任何处理的生活污水排放有关.
另外,沿江各县、市农业生产大量施用的化肥、农药随地表径流入江,畜禽养殖产生的排泄物的随意排放也是造成松花江水体严重污染的主要原因.从丰、平水期污染重于枯水期的事实就能证明这一点.
3　松花江佳木斯江段水环境容量计算
3.1　确定计算单元
根据松花江佳木斯江段水环境功能区划的结论以及污染源的实际分布情况,将佳木斯江段划分为两个功能区,即大来断面至江南屯断面,长度127.7km,水质目标为实现Ⅳ类水体功能;江南屯断面至同江断面,长度167.5km,水质目标为实现Ⅲ类水体功能.
3.2　容量计算模型的选择
根据松花江水体江面宽阔、江水流量大等特点,为了更加科学地计算松花江佳木斯江段的水环境容量,认为选择二维模型计算容量比较客观,同时也选择一维模型进行比较计算,以便分析两种模型计算的差异.
二维模型基本公式如下:
=m
exp-
z2u x
u
).
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此模型适用于无对岸影响的岸边排放及大江大河岸边点源连续排放浓度场的计算.上式中所有水文参数采用市水文站提供的近10年的水文观测数据.
计算模式中K 值(污染物降解系数)的确定至关重要,我们采用黑龙江省环境科学研究院和佳木斯环境保护监测站1987年共同完成的“松花江佳木斯江段二维水质扩散模型研究”课题中确定的K 值0.07[4-5].
3.3　容量计算结果
在水环境容量计算过程中,我们充分考虑了松花江佳木斯江段的实际情况,选用江段最枯月份的水文参数和冰封期的有机物降解系数进行计算.同时也考虑了松花江平、丰水期的实际情况,即此时段松花江江水流量增加、复氧条件良好,有利于有机物的自然降解,但此时地面径流造成的面源污染强度要比枯水期大得多,实际剩余的环境容量也将减少.应用二维模型计算的容量结果见表1及表2.
计算结果表明,松花江佳木斯江段大来断面至江南屯断面COD cr 已没有容量,氨氮容量也已非常有限.各水期由于江水流量和污染物降解系数从枯到丰的增大,各功能区的容量也随之增大[6].
表1　松花江佳木斯江段水环境容量计算结果
t /a
容量类别大来断面至江南屯断面化学耗氧量氨氮江南屯断面至同江断面化学耗氧量氨氮理想水环境容量
2750013748642430水环境容量
2475012367778387最大允许排污量
2661213298642430现状入江量
381809423619335剩余水环境容量-13430294415952表2　松花江佳木斯江段各水期环境容量结果
控制单元名称水期类别
　流量/(m 3/s )流速/(m /s )理想水环境容量计算结果化学耗氧量/(t /a )氨氮/(t /a )枯水期
3290.41275001374大来断面至江南屯断面平水期
8040.52376511875丰水期
15300.72435822181枯水期
3330.418642430江南屯断面至同江断面平水期
8080.5213578680丰水期15340.7216724838
4　松花江佳木斯江段水环境容量分析
4.1　Ⅳ类水体功能区(大来至江南屯)容量分析
从松花江水环境容量的计算结果分析可知,枯水期Ⅳ类水体的COD cr 容量为24750t /a ,由于佳木斯市排入松花江的COD cr 为38180t /a ,因此造成次类水体的剩余容量为-13430t /a ,这就要求佳木斯市区及桦川县、汤原县必须加大所辖区域内排污企业的治理力度,最低限度要削减COD cr 13430t /a .氨氮虽然尚存一定的容量,但非常有限,沿江县市仍要结合松花江流域污染治理行动,削减氨氮排放量,为新建项目留有容量.
4.2　Ⅲ类水体功能区(江南屯至同江)容量分析
容量计算结果表明,Ⅲ类水体功能区容量明显大于Ⅳ类水体功能区,这主要是松花江下游水体稀释效应作用的结果;另外,Ⅲ类水体功能区沿江各县、市均属经济欠发达区域,缺少大型工业企业,人口也相对较少,因此在该功能区化学耗氧量和氨氮还有一定的环境容量.但由于农业面源的污染和上游来水的污染贡献,致使该功能区仍不能达到水体功能的要求.为此,沿江各县市要在抓工业污染防治的基础上,抓好农业面源污染治理.
5　水环境容量总量控制初步方案水环境容量总量控制是我国“九五”期间环保工作的重大举措,标志着我国环境管理的重大转变.根111
第2期赵红梅,等:松花江佳木斯江段水环境容量分析
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据总量控制,环保部门给排污单位颁发排污许可证,排污单位必须按排污许可证的要求排放.
总量控制是指以控制一定时段内一定区域中“排污单位”排放污染物的总量为核心的环境管理方法体系,它包含了三个方面的内容:一是排放污染物的总量;二是排放污染物总量的地域范围;三是排放污染物的时间跨度[7].污染物排放总量控制实质就是通过统一的有效措施,把排入水体的污染物总量控制在环境容量之内,并逐步降低排入水体的污染物负荷总量,使其水质达到目标要求.
5.1　基本原则
5.1.1　服从总量目标原则
对佳木斯市容量总量控制指标进行分解,各县(市)将下达的容量总量指标纳入本地经济和社会发展计划,确保完成下达的总量指标.
5.1.2　分期实施原则
容量总量控制工作分两步实施:第一步,2006年生活污染源达到削减总量的目标;第二步,到2010年工业企业达到削减总量的目标.
5.1.3　突出重点原则
重点污染企业和排污大户实施排污许可证制度,利用排污许可证严格控制重点污染源的排放量,对超量排放的重点污染源限期削减.
5.1.4　服从于水环境质量区别对待原则
凡是水环境功能区不达标的区域,不能再上污染物排放量大、加重环境污染的项目.凡是水环境质量较好,有较大水环境容量的功能区区域可适当放宽限制,容量总量指标可以在本辖区内调剂使用. 5.1.5　总量指标的有偿交易原则
新建项目增加的污染物排放总量,在不影响水环境质量的前提下,可以在区域内由当地政府和项目单位共同削减责任,有偿获得排污权.逐步推行自身污染治理困难企业,通过经济手段有偿获得排污权[8-9].
5.2　控制措施
(1)严格控制新污染.要把容量总量控制工作纳入建设项目管理,在“环境影响评价”和“三同时”管理中,应根据“以新带老”、“增产不增污”、“增产减污”、“区域总量平衡”的原则确定污染防治措施[10-11].
(2)所有新、改、扩和技术改造项目,其污染物排放量必须同时满足该地容量总量控制和排放标准要求.在“环境影响评价”审批中,不得突破流域和功能区已规定的容量总量控制指标.
(3)对不达标的水环境功能区区域,原则上不得新建导致水环境质量继续恶化的项目.
(4)大力推行清洁生产.改变污染源末端治理思想,从末端治理向源头和全过程控制转变,尽量将污染物消灭在生产过程中,减少末端治理的费用[12].
(5)加快产业结构调整工作.按着国家产业结构调整的要求,进一步淘汰落后工艺设备和过剩生产能力及高耗能、高污染工艺.通过产业结构调整和企业升级,逐步解决结构性工业污染问题,保证大幅度削减污染物排放总量目的.
(6)对实行容量总量控制的单位,实施排污许可证制度,要求排污单位按排污许可证分配的总量进行排污,超量部分必须限期削减,否则给予重罚[13].
(7)加强生态环境保护和恢复力度.加大水土流失治理力度,科学施肥、施药,减少农药、化肥施用量.恢复植被,在汇流区植树种草减少地面径流所造成的污染.同时加强农村的生态保护和建设,通过生态环境建设和保护,减少非点源对河流本底的贡献量[14].
5.3　具体措施及实施方案
5.3.1　污水处理设施建设
佳木斯市区人口居住比较集中,主要在沿江分布的区域,所以该江段也就成了生活污水的主要受纳水体,大量生活污水通过市政污水管网及音达木河、英格吐河排入松花江,严重影响了沿江江段的水环境质量和景观.为了改善沿江的环境质量,市政府积极引进外资,投入9000万元,对沿江5个生活排污口进行截流,同时也是为污水处理厂做前期准备.目前,沿江截流干管完成截流管道1300m.通过污水截流工程将区域内污水汇集到污水处理厂进行集中处理.
佳木斯市城区污水采用城市污水生化处理厂集中处理的方式,这种污水处理方式具有处理效率高、运行效果稳定、占地面积小、卫生环境好等优点,是目前中等城市污水处理的首选处理方式.
根据佳木斯市城市总体规划和排水工程具体实施进程,2007年在佳木斯市区东湾吴家小通建成污水处理厂,日处理废水能力10万t ,接受佳东区、南岗区、中心区的生活污水和部分生产废水,二期工程达到日处理20万t 的能力.2010年在佳西区公路大桥下游600m 处再建设一座处理能力为10万t 的污水处理厂,接收市区西部和部分南岗区污水.汤原县、富锦市、同江市各建设日处理2万t 规模的生活污水处理厂.
依据污水处理厂的设计指标最低可以消减污染物量为:
W =Q (C J -C C )/100000.
式中,W :COD cr 消减量,t /a ;
Q :处理水量3650万t (一期工程),7300万t (二期工程);
C J :进水浓度315.2mg /L (CO
D cr ),36.4mg /L (NH 4-N );
C C :出水浓度120mg /L (CO
D cr ),25mg /L (NH 4-N ).
经计算佳木斯东区一期工程全部完成后COD cr 可削减7125t ,氨氮可削减233.6t ;佳木斯西区污水处理厂可削减COD cr 7125t ,氨氮233.6t ;汤原县、富锦市、同江市三县(市)可削减COD cr 4275t ,氨氮140t .
所有污水处理厂工程完工后,佳木斯江段沿江各县(市)将形成日处理26万t 废水的处理规模,每年削减COD cr 14250t ,氨氮607t .
5.3.2　提高工业企业的污水处理效率
在工业企业中推行清洁生产工艺.清洁生产是企业实现持续发展的关键因素,它既能避免排放废物带来的风险和处理、处置费用的增长,还会因提高资源利用率、降低产品成本而获得巨大的经济效益.目前佳木斯各大企业都在积极进行清洁生产技术改造,逐步提高工业用水的重复利用率.工业废水净化后直接排放对企业而言会造成水资源的浪费,若废水经过深度净化后回用,既可以减少污染物的排放量和新鲜水的补充量,又可以实现污水的再生利用.
佳木斯造纸股份有限公司是佳木斯市较大的污水排放企业,其污水治理工程日处理造纸废水10万t ,COD c r 进口浓度为450mg /L 升,出口浓度为120mg /L ,净去除COD cr 总量为10890t ,有效地减少了污染物的排放.
总之,通过上述水污染治理设施的投产和使用,大来断面至江南屯断面功能区的剩余COD cr 容量将由-13430t 升至8758t ,剩余氨氮的容量将由294t 升至901t .其他各功能区COD cr 、氨氮的容量也将随着治理力度的加大而增加.
6　结论
(1)对松花江佳木斯江段化学耗氧量、氨氮等有机污染特征代表指标容量的计算和对沿江工业企业污染物排放量的调查表明,佳木斯江段大来断面至江南屯断面的Ⅳ类水体化学耗氧量已无容量,氨氮容量也非常有限.因此,必须通过污染治理工程,严格削减城市生活污水和企业生产废水中污染物的排放量,获取更大的水体环境容量,为引进新建项目留有容量.
(2)佳木斯江段江南屯断面至同江断面的Ⅲ类水体环境容量较大,具有较大的发展空间,今后在新建项目的选址上,要尽量安排在佳木斯下游区域,以充分利用其环境容量.
(3)各级政府都要凭借国家“十一五”期间将松花江纳入水污染治理重点流域的契机,积极争取资金,加大对佳木斯市松花江污染治理资金的投入,确保各项污染整治工程的如期建成.只有这样,各项污染物才能得到削减,各水环境功能区才能达到水体功能的要求.
(4)水环境的污染整治是一个系统工程和战略工程,更具有流域的特殊性,上游江段环境质量的改善对下游能否达到功能区的要求至关重大.因此,要实现松花江佳木斯江段水环境质量的真正改善,满足水体使用功能的要求,整个江段沿江各城市都要完成各自的削减指标,确保流出的水体能够满足下游113
第2期赵红梅,等:松花江佳木斯江段水环境容量分析
114东北师大学报(自然科学版)第40卷城市水体的使用要求.
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Analysis and research of environmental capacity
of water in the Songhua River Jiamusi
ZHAO Hong-mei1,XU Hong-en2,WANG Shi-jun3
(1.S chool of S ciences,Jiamusi University,Jiamus i154007,China;
2.Jiamusi Environmental Protection and M onitoring Station,Jiamus i154003,China;
3.C ollege of Urban and Environmental Sciences,Northeast Normal University,Changchun130024,China)
A bstract:From the point of view capacity utilization and management of the w ater environment,on the ba-sis of the status quo of scientific evaluation of the quality of the w ater environment,according to the envi-ronmental function of w ater quality objectives,throug h the establishment of input-response relationship be-tween w ater quality and pollution sources and throug h simulation model,get w ater capacity of different w ith the w aters of the Song hua River in Jiamusi entire zoning requirements which provide the scientific basis for management and technical platfo rm for the professional planning fo r the development of w ater based on en-vironmental protection.Capacity of the environment is a natural resource.Through analysis and research ca-pacity of the environment,not only can reveal the inherent attributes of the natural environment,but also to develop quality standards fo r pollutants in the environment.Through the com prehensive treatment of re-gional pollution and the environmental impact assessment and strategic analysis have a direct and vital role, it w ill coo rdinate economic development and environmental changes in the city,to provide a scientific basis for the fo rmulation of reg ional enviro nmental planning.
Keywords:So nghua River;environmental capacity;analysis;research
(责任编辑:方　林)。