YYH 第四章 水环境污染防治规划
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三、水污染控制系统规划数学模型
2. 均匀处理最优规划
工业发达国家，二级处理，是本模型基础；
全区域的污水处理费用最低为目标；
根据水域使用功能的要求，同时考虑行政区划、水域特 征和污染源分布特点等。划分原则：
（1）每个单元有单独进行评价、实施不同控制路线的可能；
（2）对不同污染物、不同保护目标，同一地区可以有多种 控制单元划分方案，以适应解决不同环境问题的需要；
（3）在每个控制单元内，污染物排放清单应齐全，水域水 质控制断面应有常规监测资料； （4）各控制单元之间的相互影响，应能通过污染物的输入、 输出来定量表达，做到水量平衡、物质质量量平衡。
（一）水环境容量的定义
定义：
指水体在特定的环境目标下所能容纳污染物的量。
内涵：
在理论上，是环境自然规律参数与社会效益参数的多 变量函数。反映污染物在水体中的迁移、转化规律； 及满足特定功能条件下，水体对污染物的承受能力； 在实践上，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。
寻求污水处理厂的位置与规模的最佳组合。
三、水污染控制系统规划数学模型
3. 区域处理最优规划
是排放口处理最优规划和均匀处理最优规划的综 合。
寻求最佳的污水处理厂的位置和处理量，又要寻 求污水处理厂处理效率的最佳组合。
二、水环境功能区划分的方法和步骤
（5）分析减少污染物排放的各种可能的途径和措施； （6）通过对多个可行方案的优化决策，确定技术、经 济最优的方案组合； （7）通过政策协调和管理决策，最终确定环境保护目 标和水环境功能区划分方案。
1 提出水环境 保护目标
2选择相应的 环境质量标准
3 现状功能可达性分析 确定主要人为污染源
7 政策协调 行政决策
6 负荷分配 工程规划 技术和经济 综合分析
5 污染控制 措施分析
4 建立排污量 与水环境质量 间的定量关系
图7-1 水环境功能区划系统分析过程
第三节 水环境容量与水环境保护目标
一、水环境容量
（一）水环境容量的定义 （二）水环境容量分类 （三）水环境容量的设计条件
二、水环境保护目标
2. 污水调节
枯水期，用蓄污池把污水暂时蓄存起来； 费用主要是建池费用。 缺点是占地面积大、有可能污染地下水等。
（二）提高或充分利用水体纳污容量
3. 河流流量调控
• 引水冲污； • 提高河流的枯水流量； • 可利用现有的水利设施，也可新建水利工程。
二、水污染控制单元
（一）水污染控制单元的划分
通过一系列环境保护指标来体现。通常包括水环 境质量目标和水污染物总量控制目标两类。
依据水体功能分区，执行相应的国家环境质量标 准，结合规划的具体要求来确定。 总量控制目标是以功能区环境容量为基础，确定 水域内可接受的某种污染物的总量。是制定流域 污染控制规划的基础和水体水质目标得以实现的 保证。
（国家环保总局2006年度中国环境统计公报）
水环境规划的任务
• 站在全局的角度，科学地划分不同水体的功能， 科学地分析水体的环境容量，合理利用水体的自 净能力，确定可行的污染物排放方案，提出水污 染防治措施，以满足流域内各功能区对水质的要 求，促进流域经济的可持续发展。
目前正在实施的重要规划
• 《长江中下游流域水污染防治规划（2011—2015 年）》
（一）减少污染物排放负荷
2. 浓度控制
是对人为污染源排入环境的污染物浓度所作的限量规 定。发展中国家多依据排入水体或城市下水道的污染 物浓度征收排污费。
实践发现，实施浓度控制之后，水体质量改善的程度 远未达到预期的目的。原因：
稀释排放法，可在浓度不超标条件下无限制地排放任何 污染物； 未考虑区域环境的现状负荷，如在排放源密集的地区； 浓度控制法未考虑区域的自然环境条件。
（二）水环境容量分类
• 1. 按水环境目标分类
（1）自然水环境容量
以污染物在水体中的基准值为 水质目标，则水体的允许纳污量wk.baidu.com为自然环境容量。 其模型为：
E K自 ( B基 ρ B )dV ρ
式中：E——水环境容量； ρB基——污染物在水体中的基准值； ρB——污染物在水体中的背景浓度； V——水的体积；K自——水体自净系数。
二、流域水环境规划的工作程序
明确 问题 确定规 划目标
选定规 划方法
规划 方案
提出供 选方案
拟定规 划措施
第一，找出水环境的主要问题。
水量、水质、水资源利用等方面的问题，查明问题 的根源所在。 获得基础性资料：①地图；②水体的水文与水质现 状数据，以及用水现状；③污染源清单。包括污染 源一览表、各排污口位置、排放方式、污染物排放 量、治理现状和规划，以及非点污染源的一般情况； ④规划范围内的土地利用规划和经济发展规划；⑤ 可考虑采用的水污染控制方法及其技术经济和环境 效益的资料。
（二）水污染控制单元解析归类
①划分水污染控制单元； ②对各单元的主要功能进行说明； ③水质现状与控制断面分析； ④污染物排放情况与主要污染源分析； ⑤排污量与水质预测； ⑥主要水环境问题诊断； ⑦确定控制路线； ⑧确定容许排放量。
三、水污染控制系统规划数学模型
1. 排污口最优规划模型
排污口最优规划是以各小区的污水处理厂为基础， 以总处理费用最低为目标，在水体水质条件的约束 下，寻求各处理厂处理效率的最佳组合，其数学模 n 型为
• 《重点流域水污染防治规划(2011－2015年)》 • ……
第一节 流域水环境规划的内容和工作程序
一、流域水环境规划的内容 二、流域水环境规划的工作程序
一、流域水环境规划的内容
1. 依据国家有关法规和各种标准，提出水体功能 区划和水质控制指标；
2. 确定水质超标河段和主要污染物； 3.确定各河段主要污染物的环境容量； 4. 确定各排污口的允许排污量； 5. 预测污染治理费用，提出最佳规划方案。
（一）减少污染物排放负荷
3. 总量控制
就是依据某一区域的环境容量确定该区域污染物容 许排放总量，再按照一定原则分配给区域内的各个 污染源，同时制定出一系列政策和措施，以保证区 域内污染物排放总量不超过容许排放总量。
可划分为三种类型：
（1）容量总量控制。从受纳水体容许纳污量出发来制定 （2）目标总量控制。从控制区域容许排污量控制目标制定 （3）行业总量控制。在行业中以能源、资源合理利用为控 制基点，从最佳生产工艺和实用处理技术两方面进行总 量控制负荷分配。
第二，确定规划目标。
根据国民经济和社会发展要求，同时考虑客观条件， 从水质和水量两个方面拟定水环境规划目标。
第三，选定规划方法。
数学规划法和模拟比较法。
第四，拟定规划措施。
可供考虑的措施包括：调整经济结构和工业布局， 实施清洁生产工艺，提高水资源利用率，充分利用 水体的自净能力和增加污水处理设施等。
第四节 流域水污染控制规划
一、水污染控制的技术措施
减少污染物排放 提高或充分利用水体自净
二、水污染控制单元
单元划分 单元解析归类
三、水污染控制系统规划数学模型 排污口、均匀处理、区域处理、模拟优选 四、规划方案的综合评价
一、水污染控制的技术措施
（一）减少污染物排放负荷
1. 清洁生产工艺
（2）设计排污条件 包括设计排污流量、浓度、排放地 点、排放方式和排放强度等。 （3）设计目标条件 主要包括设计污染控制因子、控制 区段与断面和水质标准及达标率等。 （4）设计约束条件 包括与确定总量控制指标及控制方 案有关的约束性因素，如经济投资约束条件、工业布 局及城市规划约束条件等。
二、水环境保护目标
Ⅴ类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。
地表水环境质量标准基本项目标准限值 单位：mg/L
集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值 mg/L
一、水环境功能分区原则
集中式饮用水源地优先保护； 不得降低现状使用功能； 优质水优用及低质水低用； 统筹考虑专业用水标准要求；
上下游、区域间互相兼顾，适当考虑潜在功能要 求；合理利用水体自净能力和环境容量；
• 地表水普遍受到不同程度的污染；
• 水污染情况复杂：水文条件、地域、同一水体兼 多种功能、污染源种类多……
北方地区 水量型缺水
东南地区 水质型缺水
据2006年同价，全国共排放废水/污水（不含农业、养殖业排放 的污水） 536.8 亿吨，COD（化学需氧量）1428.2 万吨，氨氮 141.3 万吨。 废水/ 污水量 COD 氨氮
与工业合理布局相结合； 实用可行，便于管理等。
二、水环境功能区划分的方法和步骤
（1）对环境保护目标进行全面分析，既考虑环境保护 的需要，又考虑经济、技术的可行； （2）将环境目标具体化为环境质量标准中的数值； （3）对功能可达性进行分析，确定引起污染的主要人 为污染源； （4）建立污染源与水质目标之间的响应关系，将各种 污染源排放的污染物输入各类水质模型，以评价污染 源对水质目标的影响；
第四章 流域水环境规划
杨毅红
• 水环境规划的内容是什么？
• 规划是如何制定出来的？
内容提要
背景 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
流域水环境规划的内容和工作程序 水环境功能区划的基本原则和方法 水环境容量与水环境保护目标 流域水污染控制规划 案例介绍
背景
• 我国人口众多，人均年水资源占有量仅相当于世 界人均的1/4；
式中：K标——以技术经济指标为约束条件的社会效益 参数，一般K标≥1； ρ B标——污染物在水体中的标准值。
（二）水环境容量分类
2. 按污染物性质分类
（1）耗氧有机物的水环境容量；
（2）有毒有机物的水环境容量;
（3）重金属的水环境容量。
（三）水环境容量的设计条件
（1）设计自然条件 水量、水温、流速和上游设计断面 及其水质浓度、横向混合系数和纵向混合系数等。
第五，提出供选方案
可通过费用—效益分析、方案可行性分析和水环 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。 第六，规划实施。 一个规划的成功与否，就是看最终的规划方案能 否被采纳、执行并取得相应的效果。体现了规划 自身的价值与作用。
第二节 水环境功能区划的基本原 则和方法
对生产过程和产品实施综合防治战略，以减少对人 类和环境的风险。对生产过程，包括节约原材料和 能源，革除有毒材料，减少所有排放物的排污量和 毒性；对产品来说，则要减少从原材料到最终处理 产品的整个生命周期对人类健康和环境的影响。
是深化我国工业污染防治工作，实现可持续发展战 略的根本途径，也是水环境规划中的重要措施。
（一）减少污染物排放负荷
4. 污水处理
建立污水处理厂是水环境规划方案中应考虑采用的 重要措施。准确估算污水处理费用是评价污水处理 措施的关键环节。
（二）提高或充分利用水体纳污容量
1. 人工复氧
是改善河流水质的重要措施之一，借助增氧器； 在溶解氧浓度很低的河段使用； 费用可表示为增氧机功率的函数。
是流域水环境规划的重要基础性工作。 水体功能区—水体使用功能所占有的范围。
水体环境区划--- 根据水体不同区段的自然条件、 区域内的用水需求，按照相关法规标准，对水体 不同区段按功能加以划分，并确定相应的环境质 量目标
水环境功能区别
根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）: Ⅰ类 主要适用于源头水、国家自然保护区； Ⅱ类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级 保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚 幼鱼的索饵场等； Ⅲ类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级 保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔 业水域及游泳区； Ⅳ类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触 的娱乐用水区；
• （2）管理（或规划）环境容量 以污染物在水体中的标准值为水质目标，则水体 的允许纳污量称为管理环境容量；当以水污染损害费 用与治理费用之和最小为约束条件，规划允许排污量 时，称为规划环境容量。其模型为：
E K自 ( B标 ρ B )dV K自 ( K 标ρ B标 ρ B )dV ρ
三、水污染控制系统规划数学模型
2. 均匀处理最优规划
工业发达国家，二级处理，是本模型基础；
全区域的污水处理费用最低为目标；
根据水域使用功能的要求，同时考虑行政区划、水域特 征和污染源分布特点等。划分原则：
（1）每个单元有单独进行评价、实施不同控制路线的可能；
（2）对不同污染物、不同保护目标，同一地区可以有多种 控制单元划分方案，以适应解决不同环境问题的需要；
（3）在每个控制单元内，污染物排放清单应齐全，水域水 质控制断面应有常规监测资料； （4）各控制单元之间的相互影响，应能通过污染物的输入、 输出来定量表达，做到水量平衡、物质质量量平衡。
（一）水环境容量的定义
定义：
指水体在特定的环境目标下所能容纳污染物的量。
内涵：
在理论上，是环境自然规律参数与社会效益参数的多 变量函数。反映污染物在水体中的迁移、转化规律； 及满足特定功能条件下，水体对污染物的承受能力； 在实践上，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。
寻求污水处理厂的位置与规模的最佳组合。
三、水污染控制系统规划数学模型
3. 区域处理最优规划
是排放口处理最优规划和均匀处理最优规划的综 合。
寻求最佳的污水处理厂的位置和处理量，又要寻 求污水处理厂处理效率的最佳组合。
二、水环境功能区划分的方法和步骤
（5）分析减少污染物排放的各种可能的途径和措施； （6）通过对多个可行方案的优化决策，确定技术、经 济最优的方案组合； （7）通过政策协调和管理决策，最终确定环境保护目 标和水环境功能区划分方案。
1 提出水环境 保护目标
2选择相应的 环境质量标准
3 现状功能可达性分析 确定主要人为污染源
7 政策协调 行政决策
6 负荷分配 工程规划 技术和经济 综合分析
5 污染控制 措施分析
4 建立排污量 与水环境质量 间的定量关系
图7-1 水环境功能区划系统分析过程
第三节 水环境容量与水环境保护目标
一、水环境容量
（一）水环境容量的定义 （二）水环境容量分类 （三）水环境容量的设计条件
二、水环境保护目标
2. 污水调节
枯水期，用蓄污池把污水暂时蓄存起来； 费用主要是建池费用。 缺点是占地面积大、有可能污染地下水等。
（二）提高或充分利用水体纳污容量
3. 河流流量调控
• 引水冲污； • 提高河流的枯水流量； • 可利用现有的水利设施，也可新建水利工程。
二、水污染控制单元
（一）水污染控制单元的划分
通过一系列环境保护指标来体现。通常包括水环 境质量目标和水污染物总量控制目标两类。
依据水体功能分区，执行相应的国家环境质量标 准，结合规划的具体要求来确定。 总量控制目标是以功能区环境容量为基础，确定 水域内可接受的某种污染物的总量。是制定流域 污染控制规划的基础和水体水质目标得以实现的 保证。
（国家环保总局2006年度中国环境统计公报）
水环境规划的任务
• 站在全局的角度，科学地划分不同水体的功能， 科学地分析水体的环境容量，合理利用水体的自 净能力，确定可行的污染物排放方案，提出水污 染防治措施，以满足流域内各功能区对水质的要 求，促进流域经济的可持续发展。
目前正在实施的重要规划
• 《长江中下游流域水污染防治规划（2011—2015 年）》
（一）减少污染物排放负荷
2. 浓度控制
是对人为污染源排入环境的污染物浓度所作的限量规 定。发展中国家多依据排入水体或城市下水道的污染 物浓度征收排污费。
实践发现，实施浓度控制之后，水体质量改善的程度 远未达到预期的目的。原因：
稀释排放法，可在浓度不超标条件下无限制地排放任何 污染物； 未考虑区域环境的现状负荷，如在排放源密集的地区； 浓度控制法未考虑区域的自然环境条件。
（二）水环境容量分类
• 1. 按水环境目标分类
（1）自然水环境容量
以污染物在水体中的基准值为 水质目标，则水体的允许纳污量wk.baidu.com为自然环境容量。 其模型为：
E K自 ( B基 ρ B )dV ρ
式中：E——水环境容量； ρB基——污染物在水体中的基准值； ρB——污染物在水体中的背景浓度； V——水的体积；K自——水体自净系数。
二、流域水环境规划的工作程序
明确 问题 确定规 划目标
选定规 划方法
规划 方案
提出供 选方案
拟定规 划措施
第一，找出水环境的主要问题。
水量、水质、水资源利用等方面的问题，查明问题 的根源所在。 获得基础性资料：①地图；②水体的水文与水质现 状数据，以及用水现状；③污染源清单。包括污染 源一览表、各排污口位置、排放方式、污染物排放 量、治理现状和规划，以及非点污染源的一般情况； ④规划范围内的土地利用规划和经济发展规划；⑤ 可考虑采用的水污染控制方法及其技术经济和环境 效益的资料。
（二）水污染控制单元解析归类
①划分水污染控制单元； ②对各单元的主要功能进行说明； ③水质现状与控制断面分析； ④污染物排放情况与主要污染源分析； ⑤排污量与水质预测； ⑥主要水环境问题诊断； ⑦确定控制路线； ⑧确定容许排放量。
三、水污染控制系统规划数学模型
1. 排污口最优规划模型
排污口最优规划是以各小区的污水处理厂为基础， 以总处理费用最低为目标，在水体水质条件的约束 下，寻求各处理厂处理效率的最佳组合，其数学模 n 型为
• 《重点流域水污染防治规划(2011－2015年)》 • ……
第一节 流域水环境规划的内容和工作程序
一、流域水环境规划的内容 二、流域水环境规划的工作程序
一、流域水环境规划的内容
1. 依据国家有关法规和各种标准，提出水体功能 区划和水质控制指标；
2. 确定水质超标河段和主要污染物； 3.确定各河段主要污染物的环境容量； 4. 确定各排污口的允许排污量； 5. 预测污染治理费用，提出最佳规划方案。
（一）减少污染物排放负荷
3. 总量控制
就是依据某一区域的环境容量确定该区域污染物容 许排放总量，再按照一定原则分配给区域内的各个 污染源，同时制定出一系列政策和措施，以保证区 域内污染物排放总量不超过容许排放总量。
可划分为三种类型：
（1）容量总量控制。从受纳水体容许纳污量出发来制定 （2）目标总量控制。从控制区域容许排污量控制目标制定 （3）行业总量控制。在行业中以能源、资源合理利用为控 制基点，从最佳生产工艺和实用处理技术两方面进行总 量控制负荷分配。
第二，确定规划目标。
根据国民经济和社会发展要求，同时考虑客观条件， 从水质和水量两个方面拟定水环境规划目标。
第三，选定规划方法。
数学规划法和模拟比较法。
第四，拟定规划措施。
可供考虑的措施包括：调整经济结构和工业布局， 实施清洁生产工艺，提高水资源利用率，充分利用 水体的自净能力和增加污水处理设施等。
第四节 流域水污染控制规划
一、水污染控制的技术措施
减少污染物排放 提高或充分利用水体自净
二、水污染控制单元
单元划分 单元解析归类
三、水污染控制系统规划数学模型 排污口、均匀处理、区域处理、模拟优选 四、规划方案的综合评价
一、水污染控制的技术措施
（一）减少污染物排放负荷
1. 清洁生产工艺
（2）设计排污条件 包括设计排污流量、浓度、排放地 点、排放方式和排放强度等。 （3）设计目标条件 主要包括设计污染控制因子、控制 区段与断面和水质标准及达标率等。 （4）设计约束条件 包括与确定总量控制指标及控制方 案有关的约束性因素，如经济投资约束条件、工业布 局及城市规划约束条件等。
二、水环境保护目标
Ⅴ类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。
地表水环境质量标准基本项目标准限值 单位：mg/L
集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值 mg/L
一、水环境功能分区原则
集中式饮用水源地优先保护； 不得降低现状使用功能； 优质水优用及低质水低用； 统筹考虑专业用水标准要求；
上下游、区域间互相兼顾，适当考虑潜在功能要 求；合理利用水体自净能力和环境容量；
• 地表水普遍受到不同程度的污染；
• 水污染情况复杂：水文条件、地域、同一水体兼 多种功能、污染源种类多……
北方地区 水量型缺水
东南地区 水质型缺水
据2006年同价，全国共排放废水/污水（不含农业、养殖业排放 的污水） 536.8 亿吨，COD（化学需氧量）1428.2 万吨，氨氮 141.3 万吨。 废水/ 污水量 COD 氨氮
与工业合理布局相结合； 实用可行，便于管理等。
二、水环境功能区划分的方法和步骤
（1）对环境保护目标进行全面分析，既考虑环境保护 的需要，又考虑经济、技术的可行； （2）将环境目标具体化为环境质量标准中的数值； （3）对功能可达性进行分析，确定引起污染的主要人 为污染源； （4）建立污染源与水质目标之间的响应关系，将各种 污染源排放的污染物输入各类水质模型，以评价污染 源对水质目标的影响；
第四章 流域水环境规划
杨毅红
• 水环境规划的内容是什么？
• 规划是如何制定出来的？
内容提要
背景 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
流域水环境规划的内容和工作程序 水环境功能区划的基本原则和方法 水环境容量与水环境保护目标 流域水污染控制规划 案例介绍
背景
• 我国人口众多，人均年水资源占有量仅相当于世 界人均的1/4；
式中：K标——以技术经济指标为约束条件的社会效益 参数，一般K标≥1； ρ B标——污染物在水体中的标准值。
（二）水环境容量分类
2. 按污染物性质分类
（1）耗氧有机物的水环境容量；
（2）有毒有机物的水环境容量;
（3）重金属的水环境容量。
（三）水环境容量的设计条件
（1）设计自然条件 水量、水温、流速和上游设计断面 及其水质浓度、横向混合系数和纵向混合系数等。
第五，提出供选方案
可通过费用—效益分析、方案可行性分析和水环 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。 第六，规划实施。 一个规划的成功与否，就是看最终的规划方案能 否被采纳、执行并取得相应的效果。体现了规划 自身的价值与作用。
第二节 水环境功能区划的基本原 则和方法
对生产过程和产品实施综合防治战略，以减少对人 类和环境的风险。对生产过程，包括节约原材料和 能源，革除有毒材料，减少所有排放物的排污量和 毒性；对产品来说，则要减少从原材料到最终处理 产品的整个生命周期对人类健康和环境的影响。
是深化我国工业污染防治工作，实现可持续发展战 略的根本途径，也是水环境规划中的重要措施。
（一）减少污染物排放负荷
4. 污水处理
建立污水处理厂是水环境规划方案中应考虑采用的 重要措施。准确估算污水处理费用是评价污水处理 措施的关键环节。
（二）提高或充分利用水体纳污容量
1. 人工复氧
是改善河流水质的重要措施之一，借助增氧器； 在溶解氧浓度很低的河段使用； 费用可表示为增氧机功率的函数。
是流域水环境规划的重要基础性工作。 水体功能区—水体使用功能所占有的范围。
水体环境区划--- 根据水体不同区段的自然条件、 区域内的用水需求，按照相关法规标准，对水体 不同区段按功能加以划分，并确定相应的环境质 量目标
水环境功能区别
根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）: Ⅰ类 主要适用于源头水、国家自然保护区； Ⅱ类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级 保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚 幼鱼的索饵场等； Ⅲ类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级 保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔 业水域及游泳区； Ⅳ类 主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触 的娱乐用水区；
• （2）管理（或规划）环境容量 以污染物在水体中的标准值为水质目标，则水体 的允许纳污量称为管理环境容量；当以水污染损害费 用与治理费用之和最小为约束条件，规划允许排污量 时，称为规划环境容量。其模型为：
E K自 ( B标 ρ B )dV K自 ( K 标ρ B标 ρ B )dV ρ