第五章水环境规划(必修).

四、水环境污染控制规划模型
在水污染控制系统规划中，规划方法的选择是决定规划
成败的关键，也是规划的核心内容。根据解决水污染问题
的途径，可将水污染控制系统规划分为两大类： 1. 系统的最优化问题 2. 规划方案的模拟选优问题
四、水环境污染控制规划模型
1. 最优化问题 所谓水污染控制系统的最优化问题，就是利用数学规划方
一 、水环境容量 ——设计条件
水环境容量的设计条件是根据已出现过的各种环境条件和
污染条件，如水文、水温、流速、流量、水质、排污浓度和排 污量等，考虑各种可预测到的未来变化范围，寻求最不利于控 制污染的自然条件，并提出这种自然条件下的环境目标条件及 其他约束条件。 平均化过程是设计条件的主要过程，即在稳态条件下平均 化，或在概率分布条件下平均化。由此构成了两类设计条件： 随机（或概率分布）设计条件和稳态（或定常）设计条件。 设计条件的内容主要包括自然条件、排污条件、目标条件 和约束条件等。时期、时段和保证率是建立这些条件必不可少 的三要素。具体内容包括：设计自然条件；设计排污条件；设 计目标条件；设计约束条件。
法，科学地组织污染物的排放或协调各个治理环节，以便用最
小的费用达到所规定的水质目标。对于这类问题可分为三种： 排污口最优化处理(水质规划问题) 最优化均匀处理（厂群规划问题） 区域最优化处理
四、水环境污染控制规划模型
2. 模拟选优问题
规划方案的模拟选优与最优规划方法不同，其是先进行污
水输送与处理设施规划研究，提出各种可供选择比较的规划方 案，这时，可先不考虑污水输送和处理系统与水体之间的关系， 然后对各种方案中的污水排放与水体之间的关系进行水质模拟 计算，检验规划方案的可行性，最后从可行方案中找出比较好 的方案。该方法将定性分析与定量计算结合在一起，先定性确 定模拟的范围再进行定量的模拟计算，最后选优确定最佳实用 方案。
水污染控制单元划分
牛栏江小流域及其水污染控制单元划分
根据牛栏江小流域系统特征，在污染负荷分析的基础上，将牛
栏江划分为3个水污染控制单元。 控制单元I（工业污染重点控制区）：牛栏江上游流入该单元的 天然径流较小，且该段河床的渗透性较强，根据城市功能分区， 寻甸县的工业绝大部分都分布在该单元的集水区内，该单元特 征为天然水量小、河床渗透强、未来污染强度大。 控制单元II（生活点源污染重点控制区）：该单元流经县城任德 镇，城镇人口较多，县城的工业和生活污水主要汇入该单元内， 从而大大增加了牛栏江的污染负荷。 控制单元III（水质恢复区）：单元内产业结构以农业为主，基 本无工业，可考虑作为牛栏江的自净河段，充分利用河段水体 自净作用，以便减轻牛栏江出水水质对下游带来的不利影响。
第三节 水环境规划的技术措施
水环境污染整治的途径大致有两种： 1. 减少污染物排放负荷 包括清洁生产工艺、污染物排放浓度控制和总量控制
（容量总量控制、目标总量控制、行业总量控制）、污水处理等。
2. 提高或充分利用水体的自净能力
包括河流流量调控、河内人工复氧和污水调节等。
第四节 规划方案的综合评价
题的矛质越来越尖锐。 水环境规划作为解决这一问题的有效手段，因而受到了 普遍的重视，并在实践中得到了广泛的应用。
第一节 水环境规划的内容和类型
一 、水环境规划的内容
水环境规划是对某一时期内的水环境保护目标和措施所作
出的统筹安排和设计。目的是在发展经济的同时保护好水质， 合理地开发和利用水资源，充分地发挥水体的多功能用途，在 达到水环境目标的基础上，寻求最小（或较小）的经济代价或 最大（或较大）的经济和环境效益。 水环境规划是区域规划和城市规划的重要组成部分，在规 划中必须贯彻经济建设与环境保护协调发展的原则。在水环境 规划时，首先应对水环境系统进行综合分析，摸清水量水质的 供需情况，合理确定水体功能和水质目标，进而对水的开采、 供给、使用、处理和排放等各个环节作出统筹的安排和决策。 水环境规划过程简图
数的多变量函数；它反映污染物在水体中的迁移、转化规律，也
满足特定功能条件下水环境对污染物的承受能力。在实践上，水 环境容量是环境目标管理的基本依据，是水环境规划的主要环境 约束条件，也是污染物总量控制的关键参数。 水环境容量的大小与水体特征、水质目标和污染物特性有关。
还与污染物的排放方式和排放的时空分布有关。
资源性、区域性、系统性、客观性、社会性……
一 、水环境容量 ——分类
水环境容量可根据应用机制的不同进行分类
自然 水环境容量
耗养 有机 物水 环境 容量 有毒 有机 物水 环境 容量
稀释 容量
可更 新容量
可分配 容量
按水 环境
按污 染物 分类
按降解 机制 分类
按可 再生 性分类
按可 分配
性分类
目标 分类
管理 水环境容量
重金 属水 环境 容量
自净 容量
不可更 新容量
不可 分配 容量
一 、水环境容量 ——计算步骤
1. 水域概化。将天然水域（河流、湖泊水库）概化成计算水域。 天然河道可概化成顺直河道，复杂的河道地形可进行简化处理， 非稳态水流可简化为稳态水流等。水域概化的结果，是能够利 用简单的数学模型来描述水质变化规律。支流、排污口、取水 口等影响水环境的因素也要进行相应概化。若排污口距离较近， 可把多个排污口简化成集中的排污口。 2. 基础资料调查与评价。调查与评价水域水文资料、水域水质 资料，收集水域内的排污口资料（废水排放量与污染物浓度）、 支流资料（支流水量与污染物浓度）、取水口资料（取水量， 取水方式）、污染源资料等（排污量、排污去向与排放方式）， 进行数据一致性分析，形成数据库。
Qp——上游来水设计水量，m3/s；Qw——污水流量， m3/s；
K——衰减系数，d-1； Cs——控制河段水质标准，mg/L； U——河流平均流速，m/s，取实测值0.05m/s； x——稀释混合区的长度，m；由于流量较小，稀释混合区取5000m。
总 量 控 制 方 案
水环境规划方案
工业点源污染主要分布在控制单元Ⅰ和Ⅱ内，城镇生活点源主要集 中在控制单元Ⅱ内，水土流失及农村和农业面源污染在3 个单元内均有 分布。 控制单元污染特点及其景观格局决定了污染控制方案的实施级 别。首先根据国内外在流域水污染防治中采用的技术，结合区域内具 体情况进行初步筛选，得到备选技术方案。 a. Ⅰ级：水土流失防治。多采用顺水坝、拦砂坝、谷坊和潜坝等工程措 施，结合退耕还林、封山育林和低效林改造等森林生态恢复措施。 b. Ⅱ级：点源和面源污染控制。点源污染控制措施有工业清洁生产， 污水管网系统的完善，建设污水处理厂和人工湿地，城镇固体废物收 集与处置等；面源污染控制措施有平衡施肥、保护性耕作、等高耕作、 条状种植、植物覆盖、保护性作物轮作、营养物管理、有害物质综合 管理、生态农业、植草水道、人工湿地、多水塘系统、农村固体废物 处置以及畜禽养殖业废物综合利用和资源化等。 c. Ⅲ级：河道生态修复与污染控制。生态堤岸、缓冲带、前置库等。 d. Ⅳ级：河道内源疏浚。河道清淤、人工增氧和水生植被恢复等。
环境规划课程讲义
第五章 水环境规划
第五章 水环境规划
水环境规划是协调人类社会经济发展与水环境保发展起来的，特别是近20年来，由于人口和经济的 快速增长，以致对水量、水质的需求越来越高；但另一方
面，水资源日益枯竭、水环境污染日趋严重，使水环境问
水环境规划方案制定后，为了检验和比较各个方案的可行 性与可操作性，可通过费用一效益分析、可行性分析以及水 环境承载力分析，对规划方案进行综合评价，从而为最佳规
划方案的选择与决策提供科学依据。
实例 牛栏江小流域水环境规划
流域概况：牛栏江小流域位于云南省寻甸县东南部，其干流牛
栏江是寻甸县内最重要的河流，也是长江上游金沙江的一级支 流。 流域所在的寻甸县地处昆明市北部，横跨金沙江、南盘江 两流域之间 。牛栏江小流域流经了包括寻甸县城仁德镇在内的 7 个乡镇，流域面积1133 km2。 沿牛栏江两岸的寻甸坝子土地
河总量分别为2300 t/a 和131 t/a。牛栏江的水质近年来基本保持在
Ⅲ类，枯水期降为Ⅳ类。在现状调查的基础上预测污染负荷，由 于社会经济的快速发展，污染负荷呈大幅增加之势，到2010 年，
CODCr 和NH3-N 的入河总量分别上升为2967.2 t/a和196.6 t/a ，对
应的水质降为Ⅳ~Ⅴ类，无法满足水环境功能区划的要求。
是排入相应受纳水域的所有污染源的集合。
水污染控制单元作为可操作实体，既可体现输入响应关系 时间、空间与污染物类型的基本特征，又可以在单元内与单 元间建立量化的输入响应模型，反映出源与目标间、区域与 区域间的相互作用；优化决策方案可以在控制单元内得以实 施；复杂的系统问题可以分解为单元问题来处理，以使整个 系统的问题得到最终解决。 举例
——《全国水环境容量核定技术指南》2003年
一 、水环境容量 ——计算步骤
3. 选择控制点（或边界）。根据水环境功能区划和水域内的水 质敏感点位置分析，确定水质控制断面的位置和浓度控制标准。 对于包含污染混合区的环境问题，则需根据环境管理的要求确 定污染混合区的控制边界。 4. 建立水质模型。根据实际情况选择建立零维、一维或二维水 质模型，在进行各类数据资料的一致性分析的基础上，确定模 型所需的各项参数。 5. 容量计算分析。应用设计水文条件和上下游水质限制条件进 行水质模型计算，利用试算法（根据经验调整污染负荷分布反 复试算，直到水域环境功能区达标为止）或建立线性规划模型 （建立优化的约束条件方程）等方法确定水域的水环境容量。 6. 环境容量确定。在上述容量计算分析的基础上，扣除非点源 污染影响部分，得出实际环境管理可利用的水环境容量。
二 、水环境规划的类型及层次
根据水环境规划研究的对象，可将其大体分为两大类型：
1. 水污染控制系统规划*（或称水质控制规划）
以实现水体功能要求为目标，是水环境规划的基础。 ①流域水污染控制规划；②城市（区域）水污染控制规划； ③水污染控制设施规划； 2. 水资源系统规划（或称水资源利用规划）