河段水环境容量计算模型研究

划 及河段的流量、流速等条件 ，依据实测 资料建 立了河段水环境容量 的一维模 型。模 型为水体纳污
能力相对模型 ，体现 了水体对不 同污染物 的容纳空间 。模型应用于天津外环河段 ，上下断面污染物 的 Ｃ Ｄｃ、 ＮＨ３Ｎ 、Ｔ 、Ｔ Ｏ ｒ — Ｎ Ｐ预 测值 与实测数据拟合较好 ，该模 型可以用于河段水环境容量计
Ｌ Ｐ ｉ ｉ Ｗ ＮＧＸ ｕｍ ． Ｓ ＮＳ ｕｈ ｎ ３ ｒｓ Ｉ ｅ－ｅ． Ａ ｊ ｉ— ｉ Ｕ ｈ —ｏ ｇ ， ｒｐ 搬 “。 ｅｏ
（ ． ｐ ｒ ｎ ｏ Ｈａ ｅ ｉｅ Ｍａａｅ ｎ， ｉｎｉ ｔ Ａｕｈ ｒ ， ｉ ｊ ０ ４ ０ Ｃ ｉａ ２ Ｊ ｉ １ Ｄｅａｔ ｔ ｆ ｉ Ｒｖ ｒ ｎ ｇｍｅ ｔＴａｊ ｍｅ ｈ ｎＷａ ｒ ｔｏｉ Ｔａ ｉ ３ ０ ０ ， ｈｎ ； ．ｉ ａ ｅ ｙ ｔ ｎｎ ｘ ｎＷａ ｒ ｔｏｉ ， ｉ ｊ ｔ Ａｕ ｒ Ｔａ ｉ ｅ ｈ ｔ ｙ ｎｎ
Ａｂ ｔａ ｔ ｔ ｓ ｈ ａ ｉ ｆ ｏ ｔ ｌｎ ｔｌ ｏ ｌｔｎｓｔ ａｃ ｌｔ ｖ ｒｗａｅ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔｌ ａ ａ ｉ ａ ｅ ｎｔｅｗａｅ ｕ ｌ ｓｒ ｃ ：Ｉ ｅｂ ｓｓｏ ｃ ｎｒ ｌ ｇｔ ａ ｌ ａ ｔ ｏｃ ｌｕａｅｒ ｅ ｔｒ ｖｒｎ ｎａ ｐ ｃｔ ｂ ｓｄｏ ｔｒｑ ａｉ ｉｔ ｏｉ ｏ ｐ ｕ ｉ ｅ ｃ ｙ ｈ ｙ ｔ
水 体环 境特 性是 指水 体 对 污染 物 输移 、稀释 、降 解 的特 性 ，及 水文 条件 （ 量 、流速 ） 流 、排 污条 件
（ 入河 排 污 口分 布 ）和 生 化 降解 。水环 境容 量 是 水 域 目标 管 理 的基本 依 据 ，也 是 水域 环 境规 划 的
Ｑ
Ｏ
ｃ 为第 ， ． 流 口 （ 污 口）第ｆ 个汇 排 时段 种污
通信作者 ：孙书洪 （９３ ，男 ，天津市人 ，教授 ，硕士，主要从事水文及水 资源工作 。Ｅｍ ｌ ｏｇｓ３ ２ ． ｍ。 １６ 一） － ａ ：ｈｎ ｓ ＠１６ ｏ ｉ ６ ｃ
・ ０・ ２
天 津 农 学 院 学 报
第 １ ８卷
境 容 量等 于 水 质量 标准 与本 底 的差 值 与水 体 总体 积 的乘积 ；③ 水环 境 容量 定 义 为水 体 白净 能 力 ， 自净 能 力是 水 体对 污染 物 输 移 、稀 释 、 降解 能力
容量仅指水环境 的纳污 能力：在满足某种使用功
能条 件 下 某 一 水 域 所 能容 纳 的污 染 物 最 大 负 荷
（ 排放标准 ） ２ １年 中央一号文件 明确提 出水的 ， ０１
量Ｌ。对环境容量的认识大致可分为 ：① 水环境 ５ Ｊ 容量是水质量标准与水体总体积的乘积 ；②水环
收稿 日期 ：２ １－ ０ －０ ０１ ７ ８ 作者 简介：李培杰 （ ９ ２ ，男，天津 市人，助理工程师 ，硕士 ，主要从 事水环 境保 护方面的工作 。Ｅｍａ ：ｓｅｇｉ ８ ６ ． ｍ。 １８ 一） － ｉ ｈｎ ｉ ９ ＠１３ ｏ ｌ ｅ ｃ
水环 境 容量 研 究是 水污 染 防治 的重 要基 础 依
据 ，是水 体 污 染 总量 控 制 的依据 。人 们对 水 污染 的控 制 经 历 了浓 度 控 制 和 目标 总 量 控 制 两 个 阶 段 。浓度 控 制 （ 放 标准 ）虽 然对 遏 制环 境 质量 排 恶 化 起 到 了一 定 的作 用 ，但 由于没 有 建立 污 染物 排 放 量和 水 环境 质 量 之 间 的定量 对 应 关系 ，所 以
三条 红 线 ，提 出总量 控 制红 线 。总量 控 制是解 决
水环 境 污染 的重要 措 施 ，在 推行 污 染 物 总量控 制
的大 背 景下 ，区域 水 环境 容 量 计算 是 水环 境 管理 中一 个重 要 的实 际应 用 问题 。 Ｊ
１ 水环境 容量
１１ 水环 境 容 量的 概念 ．
２２２ 水 环境 容 量模 型 ．． 根据 水 功能 区 的水 质要 求 构建 河段 一 维水环
区域 水环 境 容量 在 不 同 时段对 某种 污 染物 的
容 纳能 力是 不 同 的，将 区域划 分 为 个功 能区 ，第
ｋ 功 能区ｋ Ｉ ，… … ，第 ｉ 个 Ｃ － ＝ ，２ 时段 ｉ １ ，…ｍ ＝ ，２ （ 一 年 分 成ｍ个 时段 ，可 以是 旬 或 月 ） 将 Ｐ ，对 第 ，
ｏ ｏｌｔｎ ａｒｉｇｃｐ ｃ ， ｅ ｅｔｄｔｅｈ ｌｉｇｓａ ｅｏ ｔ ｏ ｉｅｅ ｔ ｏｌｔｎｓ Ｔ ｉ ｍｏ ｅ ｗ ｓａ ｐｉ ｉ ｊ ｎｐ ｌ ａｔ ｒ ｎ ａａｉ ｒｆ ｃｅ ｏｄｎ ｐｃ ｆ ｅ ｆｒｄｆ ｒｎ ｐ ｌ ａ ｔ． ｈｓ ｄｌ ａ ｐ ｌ ｄｔ Ｔａ ｉ ｕ ｃ ｙ ｙ ｔ ｌ ｈ ｗａ ｒ ｕ ｅ ｏ ｎｎ
的综合；④水环境容量 是指某水环境单元所允许
承 纳 的污 染物 质 的最 大数 量 【。本 文 倾 向于 水环 ６ ］ 境 容 量 为 ：水质 量 标准 减 去 本底 值 的差值 与水 体 总 体积 的乘 积 再加 输移 、稀 释 、 降解 能力 。
１ 水 环境 容量 的影响 因素 ． ２
的功 能要 求 ， 可用水 环 境 质量 标 准 表示 ，是 一个 确 定指 标 ； 染物 特性 是 指污 染源 排污 量和 浓度 ； 污
Ｃ１ 为下游段面 第ｆ 时段射 种污染物 的浓度
（ ｇＬ） ａ ｒ ／ ；
Ｃｏ 为上游段面第ｆ 时段鳓 种污染物 的浓度
（ ／ ； ｍｇＬ）
一 种 污染 物 （ 以是地 面 水 环境 质 量标 准 所列 的各 可
ｌ ｌ
境容 量模 型如 式 （ ）所示 ： ３
＝
［ ＋ （
ｒ ＝ －ＩБайду номын сангаас
∑ Ｐ 一 ｏ－Ｉ Ｃｅ ｔ ｊ ｉ ￣
ｒｌ ＝
（） ３ 式中：
广 义 的水 环境 容 量包 含 三方 面 的含 义 ：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 ４ 】
始实 施 以水质 限制 为基点 的排放总量 控制至 今【。 ２ 】 我 国一 直 以 来 在 水 污 染 控 制 方 面 采 用 浓 度 控 制
ｓａ ｄ ｒ ｓｉ ｔｒｆｎ ｔ ｎ ａｅ ．Ａ ｎ — ｉ ｎ ｉｎ ｌｒ ｅ ｔｒｅ ｖｒ ｎ ｅ ｔｌｃ ｐ ｃｔ ｄ ｌＷａ ｅ ｅｏ ｅ ａ ｅ ｎ ｔｅ ｔｎ ａｄ ｎ ｗａｅ ｕ ｃｉ ｒａ ｏ ｏ ｅ ｄｍｅ ｓｏ ａ ｉ ｒｗａｅ ｎ ｉｏ ｖ ｍ ｎａ ａ ａ ｉ ｍｏ ｅ ｓ ｄ ｖ ｌｐ ｄ ｂ ｄ ｏ ｙ ｓ ｈ
ｍｅ ｕ ｅ ａ ａ ａ ｄ ｔ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔｏ ｉ ｉｉ ｎ ｒｖ ｒｆｏ ａ ｄ ｓ ｅ ｄ ｗｅ ｅ ｃ ｎ ｉ ｅ ｅ ｉ ａ ｅ ． ｉ ｍｏ ｅ ， ｌｔ ｅｍｏ ｅ ｓ ａ ｒ ｄ ｄ ｔ ， ｎ ｉ ｒ ｕ ｃ ｉ ｎ ｄ ｖ ｓｏ ， ｉｅ ｗ ｎ ｐ ｅ ｒ ｏ ｓｄ ｒ ｄ ｉ ｔ ｓｐ ｐ ｒ Ｔｈ ｓ ｈ ｖ ｆ ｌ ｎ ｈ ｄ ｌ ａｒ ａ ｉ ｄ ｌ ｅ ｖ
ｏ ｔ ｒｒｎ ｉ ｅ ， ｄ ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗｅ ａ ｅ ｓｍｕ ａ ｅ ａ ｕ ｓ ｗｅ ｅ ｉ ｏ ｄ ａ ｅ ｍｅ ｔｗｉ ａ ｕ ｅ ａｕ ｓｏ ｏ ｌｔ ｎ ｓ ｕ ｅ ｉ ｇ ｒ ｒ ａ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｄ ｔ ｔｔ ｉ ｌｔ ｄ ｖ ｌ ｅ ｒ ｎ ｇ ｏ ｇ ｅ ｎ ｔ ｍｅ ｒ ｄ ｖ ｌ ｅ ｆｐ ｌ ａ ｔ， ｖ ｎ ｈ ｓ ｈ ｈ ｒ ｈ ｓ ｕ ｓｃ ｕ ｈ ａ ＣＯＤｅ ， ｓ ｒ ＮＨ３ Ｎ， － ＴＮ， ａ ｄ Ｔ ａ ｐ ￣ｅ ｍ ｄ ｄ ｗｎ ｔ ａ ｓ ｃｉ ｎ Ｉ ｉ ｄ ｃ ｔ ｓｔ ａ ｈ ｓｍｏ ｅ ａｌｂ ｓ ｄ ｔ ａｃ ｌｔ ｎ Ｐ ｔｕ ｓ ａ ａ ｏ ｓｒ ｍ ｅ ｔ ． ｔ ｎ ｉａ ｅ ｔ ｉ ｄ ｌ ｌ ｅ ｕ ｅ ｃ ｌｕ ａ ｅ ｎ ｅ ｏ ｈ ｔ ｃ ｏ
，Ｌ
染物 的浓 度 （ ／ ； ｍｇＬ）
主 要约 束条 件 。
为水体对第， 种污染物 的降解系数；
ｒ
Ｒ＋ ∑
、
２ 河段水环境容 量计 算模型 ｇ
２１ × 境容 量 空 间 ． 水环
Ｃ¨ Ｕ
为 汇 流 口 （ 污 口 ）距 下 游 段 面 的距 离 排
（ ｍ ） ｋ 。
ｔｅｒｖ ｒ ｔｒ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔｌ ａ ａ ｉ ． ｈ ｉｅ ｅ ｖｒ ｍ ｎ ｐ ｃｔ ｗａ ｅ ｏ ａ ｃ ｙ
Ｋｅ ｒ ｓ ｒ ｅ ；ｗａｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｔｌ ａ ａ ｉ ；ｃ ｌｕａｉｇｍｏ ｅ ｙｗｏ ｄ ： ｉ ｒ ｖ ｔｒｅ ｖｒ ｍ ｎａ ｐ ｃｔ ｏ ｃ ｙ ａｃ ｌｔ ｄ ｌ ｎ
即使所 有 排 污源 都 达 标排 放 ，某 些 功 能 区水 体仍
然 不 能 达 到水 环 境 质 量 要求 【 。要 在 根 本 上 实现 ｌ 】 水 环 境质 量 达标 ，必 须依 赖 于 实施 以水环 境 容量 为基 础 的排 污 总量 控 制制 度 。美 国从 １ ７ 年 开始 ９２ 实行 水 污 浓度 排 放 限值 准 则 （ Ｌ ） １ ８ 年 开 Ｅ ＧＳ ， ９ ３
文 章 编 号 ： １０ — ３ ４ （０ １ ３ ０ １— ４ ０ ８ ５ ９ ２ １ ）０ — ０ ９ ０
河段水环境容 量计算模型研 究
李培杰 ，王秀敏 ，孙书洪 通 储 ＇信
（ ．天津 水务局 海河管 理处，天津 ３ ０ ０ ； ．蓟县水务局 ，天津 ３ １ ０ ；３ １ ０４０ ２ ０ ９ ０ ．天津农学 院 水利工程系 ，天津 ３ ０ ８ ） ０ ３４ 摘 要：根据水 功能区水质标 准计算河段水环境容量是污染物 总量控制的依据 。 考虑 河段的功能区
第 １ ８卷 第 ３ 期 ２ １ 年 ９月 ０１
天 津 农 学 院 学 报 Ｊｕｎ ｌ ｆ ｉｎｉ ｇｉ ｌ ｒｌ ｉｅｓｙ ｏ ｒａ Ｔａｊ Ａ ｒ ｕｔ ａ ｖｒｉ ｏ ｎ ｃ ｕ Ｕｎ ｔ
Ｖ １１ ， ． ０ ＿ ． ８ Ｎｏ ３ Ｓ ｐｅ ｅ ， ０ ｅ ｔｍｂ ｒ ２ １ １
式 中：
Ｑ０为分 区河 段 上游 段 面 在第 ｆ 时段 的流 入 流
量 （ ／） ｍ ： ｓ
ｑ 第， 汇 流 口 （ 污 口）在 第 ｆ ｒ 为 个 排 时段 的流
入 流量 （ ／） ＝ｌ ，…Ｒ ｍ ，ｒ ，２ ｓ ；
环境 目标 、水体 环境 特 性 、污染 物特 性 是水 环 境 容量 的三类 影 响 因素 。环境 目标指 某种 水 体
３ １０ ， Ｃ ｉａ ． ｐｒ ｎ ｆ ｙ ｒｕｉＥ ｇｎｅｉｇ Ｔａｊ ｇｉｕ ｕａＵｎｖ ｒｔ， ｉ ｊ ０ ３ ４Ｃ ｉ ） ０ ９ ０ ｈｎ ；３ Ｄｅ ａｔ ｔ Ｈ ｄａｌ ｎ ｉｅｒ ， ｉ ｉ Ａ ｒ ｌ ｒｌ ｉｅｓ Ｔａ ｉ ３ ０ ８ ，ｈｎ ｍｅ ｏ ｃ ｎ ｎｎ ｃｔ ｉ ｙ ｎｎ ａ
算。
关键词 ：河段 ；水环境容量 ；计算模型 中图分类号：Ｔ ４ ＿ Ｖ１３３ 文献标识码 ：Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｌｕ ａ ｉ ｏ ｅ ｆＲｉ ｅ ａ ｅ ｓ ａ ｃ ｎ Ｃａｃ ｌ ｔｎｇＭ ｄ ｌ ｖ ｒＷ ｔ ｒＥｎｖ ｒ ｎ ｅ ｔ ｌ ｐａ ｉｙ ｏ ｉｏ ｍ ｎ ａ Ｃａ ｃｔ