河流流域水环境容量计算研究_董飞

水利水电技术第43卷2012年第12期

河流流域水环境容量计算研究

董

飞，彭文启，刘晓波，吴文强

（中国水利水电科学研究院水环境研究所，北京100038）

摘要：在剖析现有水环境容量定义并指出其不足的基础上，提出对水环境容量概念的认识，并分析

了水环境容量及其主要相关概念内涵的差异。在分析一般水环境容量计算方法的基础上，提出基于不同设计水文条件的河流流域水环境容量计算方法，并以我国辽河流域的太子河流域为例进行实例研究，计算结果可以为太子河流域的水环境管理提供技术支撑。关键词：水环境容量；设计水文条件；河流流域；一维计算；太子河

中图分类号：TV131+X143

文献标识码：A

文章编号：1000-0860（2012）12-0009-07

Study on calculation of water environmental capacity of river basin

DONG Fei ，PENG Wenqi ，LIU Xiaobo ，WU Wenqiang

（Department of Water Environment ，China Institute of Water Resources and Hydropower Research ，Beijing 100038，China ）Abstract ：On the basis of dissecting the existing definition of the water environmental capacity （WEC ）and pointing out its de-fects ，a new understanding on WEC ，which emphasizes the dynamic characteristics of it ，is given herein ；and then the difference between WEC and its connotations of the relevant concepts is analyzed as well.Furthermore ，the method for calculating WEC based on various design hydrological conditions is put forward in accordance with the analysis made on the general method con-cerned.Moreover ，a case study is made by taking Taizihe River Basin as an actual case ；from which the result can provide a tech-nical support to the water environment management of the basin.

Key words ：water environmental capacity ；design hydrological condition ；river basin ；1-D calculation ；Taizihe River

收稿日期：2012-03-11

基金项目：国家水专项（2009ZX07208-010-T003，2009ZX07212-005-3）。作者简介：董

飞（1983—），男，博士研究生。

我国于20世纪70年代引入了“环境容量”的概念，进而开始了“水环境容量”的研究［1］。三十多年来，我国在水环境容量基本理论、水环境容量涉及的水质模型、水环境容量计算方法及水环境容量的应用实践方面均取得重大进展。“十五”及“十一五”期间，为实现污染物排放从浓度控制、目标总量控制向容量总量控制的转变，水环境容量模拟计算技术的研究更加得到重视［2－3］。随着水环境污染问题的日益突出，采用适宜的方法科学合理地计算并利用水体的水环境容量成为值得研究的重要课题［4］。然而当前的水环境容量计算中所采用的设计水文条件仅是单一的设计条件，这种基于单一设计水文条件所得的计算结果不能适应我国河流、湖库等水体年内或年际间水文情势多变的情况，不能真实反映和充分利用水环境容量，无法满足水环境管理的需求。本文提出基于多项设计水文条件的准动态水环境容量计算方法，并以太子河

为例进行应用研究。结果表明：基于多项设计水文条件的准动态水环境容量可以较真实地反映水环境容量随水文条件的变化，可为流域水环境管理提供重要的技术支持。

1

水环境容量基本概念

1.1

水环境容量的定义

20世纪70年代，“环境容量”概念进入我国，

在研究初期，国内外学者提出的环境容量的定义有以下几类［1］：（1）环境容量是污染物容许排放总量与相应的环境标准浓度的比值。（2）环境容量是环境的自净同化能力。（3）环境容量是指不危害环境

DOI:10.13928/ki.wrahe.2012.12.005

董飞，等∥河流流域水环境容量计算研究

的最大允许纳污能力。（4）环境容量是环境标准值与本底值确定的基本环境容量和自净同化能力确定的变动环境容量之和。以上环境容量定义的内涵有着显著的差异。

到1988年，张永良等［1］提出了“水环境容量”的简明定义：水体环境在规定的环境目标下所能容纳的污染物量。自此以后，虽有不少新的关于水环境容量的定义，但其本质含义大同小异，大都指向水体在一定条件下所能“容纳污染物的量”这一实质。以下再列举几例水环境容量的定义［5－8］。（1）水环境容量是满足水环境质量标准要求的最大允许污染负荷量，或纳污能力。（2）水环境容量是水体环境在一定功能要求、设计水文条件和水环境目标下，所允许容纳的污染物量。（3）水环境容量是在一定环境目标下，某一水域所能承担的外加的某种污染物的最大允许负荷量。（4）水环境容量是在不影响某一水体正常使用的前提下，满足社会经济可持续发展和保持水生态系统健康的基础上，参照人类环境目标要求某一水域所能容纳的某种污染物的最大负荷量或保持水体生态系统平衡的综合能力。

通过以上几例关于水环境容量的定义可以看出，定义在提到“设计水文条件”时并没有限定或指出是“单一”的水文条件还是“多个”水文条件。而现行的关于水环境容量的计算方法对于“设计水文条件”的限定均是指单一的水文条件，如90%保证率最枯月平均流量或近十年最枯月平均流量［3］。通过此种方法得到水环境容量是一个稳态的阈值，而实际的水环境容量随水温、水量、水质的时间变化而变化，应是一条动态变化的曲线，如图1所示。采用90%设计保证率或最枯月条件下水量作为设计条件，计算结果不能反映水环境容量的动态变化，这样的计算结果无论对于枯水还是丰水都是安全的，而对于丰水期或丰水年来说则是一种浪费。为了适应我国降水年内和年际分配不均的状况，充分利用水环境容量资源，需要对枯、平、丰水期的水环境容量资源给予合理地开发利用，以满足当前经济发展对水环境、水资源的需要。本文强调水环境容量的计算要针对不同的设计水文条件，即动态设计水文条件。基于对水环境容量理论及其计算方法的分析，综合前人提出的水环境容量的定义，为了突出强调水环境容量的动态特性，本文认为水环境容量是为满足水环境管理的需求而提出的一个概念，是基于一定的（单个或多个）设计水文条件、规定的水质控制目标及限定的排污混合区下单位时间（一般为年）

内水体所能容纳的某种污染物的最

图1水环境容量动态变化过程示意

大数量。

1.2与相关概念的差异分析

在我国的水资源保护及水污染防治管理中，与水环境容量相关的概念包括水域纳污能力、限制排放总量等，此外还有以水环境容量为重要约束指标的流域水环境承载力及水资源承载力等概念。流域或区域限制排放总量则是以水域纳污能力为依据，结合水域受纳污染物负荷现状，针对陆域提出的污染物限制排放总量。

1.2.1水环境容量与纳污能力

文献［9］关于纳污能力的定义为：在设计水文条件下，某种污染物满足水功能区水质目标要求所能容纳的该污染物的最大数量。程声通［7］认为水环境容量中可以被利用的那部分称为纳污能力。两者的分歧在于纳污能力是否等同于水环境容量，程声通认为纳污能力与水环境容量是两个不同的概念，纳污能力在数值上要小于水环境容量。

根据文献［9］确定的纳污能力的计算方法，可以发现所谓的水域纳污能力是最严格水文条件下的水环境容量，是一个静态的阈值，而一般意义上的水环境容量应具有动态特征，因此，所谓的纳污能力可以理解为水环境容量的最小值。所以，相对水环境容量而言，纳污能力更多地体现管理的需求与意义。

文献［9］采用枯水流量条件计算纳污能力，排除了丰水期水文条件，因此主要适用于点源污染控制，难以关注汛期水质达标要求，也就在非点源负荷控制纳入管理方面存在不足。水环境容量则以水质目标达标为目标，可以综合考虑不同水期的水文条件，可以将各种类型的污染源纳入分析体系。1.2.2水环境容量与水环境承载力

自20世纪90年代我国学者首次提出环境承载力的概念以来［10］，国内外学者从不同角度论述了水环