水利工程論文-三峽水庫水環(huán)境容量計算.doc

水利工程論文-三峽水庫水環(huán)境容量計算摘要：本文分析了三峽庫區(qū)的污染狀況，提出了三峽水庫環(huán)境容量的計算原則、設計水文條件和水質保護目標。利用建立的三峽水庫一維水流水質數(shù)學模型、庫區(qū)排污口混合區(qū)平面二維和水平分層的三維紊流模型，計算了三峽水庫建庫前后CODMn和NH3-N總體環(huán)境和岸邊環(huán)境容量及其沿江分配。根據(jù)岸邊環(huán)境容量計算結果，提出了三峽水庫污染混合區(qū)的控制標準。同時，推薦了三峽水庫水環(huán)境容量的綜合方案。關鍵詞：三峽水庫水質模型污染混合區(qū)水環(huán)境容量環(huán)境容量是環(huán)境科學的一個基本理論問題，也是環(huán)境管理中的一個重要的實際應用問題。在實踐中，環(huán)境容量是環(huán)境目標管理的基本依據(jù)，是環(huán)境規(guī)劃的主要約束條件，也是污染物總量控制的關鍵技術支持1,2。從環(huán)境管理、監(jiān)測與監(jiān)督的角度出發(fā)，水環(huán)境容量是指水體在設計水文條件和規(guī)定的環(huán)境目標下所能容納的最大污染物量4,3。由于長江流量大，水流、地形十分復雜，加上三峽工程修建后水文情勢發(fā)生較大變化。三峽工程建成后，對庫區(qū)水質的影響一直是公眾十分關心的問題。由于過去在這方面缺乏深入、全面的研究，對水環(huán)境容量的影響一直是眾說紛紜。因此，在制定三峽庫區(qū)的水污染防治規(guī)劃時，往往缺乏完整的水環(huán)境容量科學依據(jù)。至今為止，尚未對三峽工程建成前、后水環(huán)境容量展開深入的研究4,5。計算三峽水庫水環(huán)境容量，已成為三峽水庫水污染控制、水環(huán)境管理與規(guī)劃過程中迫切需要解決的關鍵性問題。本文以三峽水庫已經(jīng)開展的一系列水環(huán)境保護研究成果為基礎，根據(jù)庫區(qū)水體水功能區(qū)劃和水質保護目標，擬定水環(huán)境容量計算設計方案，研究三峽水庫水環(huán)境容量及其沿江分配，為有效控制水體污染，促進三峽庫區(qū)水環(huán)境與社會經(jīng)濟的協(xié)調發(fā)展提供科學合理的依據(jù)。1三峽庫區(qū)水環(huán)境狀況1.1庫區(qū)江段污染源現(xiàn)狀1998年，庫區(qū)各類污染源進入長江的CODCr81.9萬t，BOD515.1萬t，NH3-N1.6萬t，TN13.9萬t，TP0.9萬t，Oil462t，-OH(酚)112t，TCu3.5t，TCr3.8t。調查研究表明：影響三峽水庫水質的主要因素依次為干支流入庫污染負荷、三個重點城市(重慶主城區(qū)、涪陵區(qū)和萬州區(qū))排污負荷量。這些主要因素的控制，對庫區(qū)水質改善起關鍵作用6。多年污染情況調查資料顯示，庫區(qū)江段主要污染物為CODCr,NH3-H等。三峽庫區(qū)污染源主要是城市生活污染源、工業(yè)污染源和農田徑流7。由于庫區(qū)江段的社會經(jīng)濟在空間上形成以重慶主城區(qū)、涪陵區(qū)、萬州區(qū)以及沿江縣城為中心的密集型發(fā)展態(tài)勢，因而也形成了以沿江城鎮(zhèn)為中心的污染源集中排放區(qū)域。1998年庫區(qū)工業(yè)及城市污水CODCr的年排放量為16.69萬t，其中重慶主城區(qū)排污量約占庫區(qū)江段排污總量的65%，涪陵區(qū)和萬州區(qū)分別占排污總量的10和6.4，只有18.6的污染源來自庫區(qū)江段的其余城鎮(zhèn)。1.2庫區(qū)江段水質狀況庫區(qū)污染物排放總量，與長江徑流量相比較而言較小，因而江段總體水質良好。多年常規(guī)水質監(jiān)測資料統(tǒng)計結果顯示，庫區(qū)江段主要水質指標的斷面平均濃度一般低于地表水類標準濃度，僅在排污集中的重慶主城區(qū)、涪陵區(qū)和萬州區(qū)的個別斷面水質綜合評價出現(xiàn)類，在一些大的城市排污口附近，已經(jīng)出現(xiàn)明顯的岸邊污染帶，局部區(qū)域水質污染嚴重，出現(xiàn)了超類、甚至超類的水體，主要污染指標為CODMn、NH3-N等。由此可見，盡管三峽庫區(qū)總體水質良好，但是局部區(qū)域水質不容樂觀。1.3三峽庫區(qū)水污染治理狀況19971999年國家計委主持編制了長江上游水污染整治規(guī)劃，規(guī)劃范圍從重慶市巫山縣到四川省宜賓市的長江干流以及嘉陵江、沱江、烏江等主要支流下游地區(qū)，規(guī)劃總面積12.47萬km2。規(guī)劃的重點地區(qū)是重慶主城區(qū)、萬州、涪陵、瀘州、宜賓、自貢、內江等城市。2001年由國家環(huán)保總局主持編制了三峽庫區(qū)及其上游水污染防治規(guī)劃(20012010年)，規(guī)劃范圍包括三峽庫區(qū)和重慶主城區(qū)20個區(qū)縣市、影響區(qū)42個區(qū)縣市、上游地區(qū)38個地市的214個區(qū)縣。規(guī)劃總面積79萬km2。三峽庫區(qū)及其上游水污染防治規(guī)劃(20012010年)與長江上游水污染整治規(guī)劃相比，規(guī)劃范圍擴大，三峽庫區(qū)部分工程項目規(guī)劃進度提前。規(guī)劃存在的主要問題之一是污染物控制或消減方案與水質保護目標之間沒有輸入響應定量關系，缺乏總量控制的技術支撐。另外，即使從行政管理角度提出了污染物總量(如COD)控制指標，但沒有把總量分配到江段或污染源上。因此，規(guī)劃在水環(huán)境容量問題上科學依據(jù)不夠充分，更沒有考慮建庫后水環(huán)境容量的變化問題7。從2002年開始，國家和地方投入巨資，正在按照規(guī)劃全面展開三峽庫區(qū)及長江上游水污染的治理工2三峽水庫水環(huán)境容量計算條件確定環(huán)境容量的定義，是指水體在一定的規(guī)劃設計條件下的最大允許納污量，其大小隨規(guī)劃設計目標的變化而變化，反映了特定水體水質保護目標與污染物排放量之間的動態(tài)輸入響應關系。因此，為了計算水環(huán)境容量，首先必須確定規(guī)劃設計條件，包括水功能區(qū)劃和水質保護目標、設計水文條件、排污口位置、控制污染物指標和上游來水水質狀況等條件。作者提出：針對長江的水污染特點，水環(huán)境容量計算須分為總體環(huán)境容量和岸邊環(huán)境容量。總體環(huán)境容量是以一維水質模型計算的斷面平均濃度控制的水環(huán)境容量；岸邊環(huán)境容量是二維水質模型計算的岸邊排污混合區(qū)控制情況的水環(huán)境容量。本文以1998年專題調查的庫區(qū)污染源和水質狀況代表三峽水庫現(xiàn)狀水質，2010年為水質規(guī)劃設計年。用庫區(qū)干流朱沱斷面、嘉陵江北碚斷面和烏江的武隆斷面作為三峽水庫上游入庫控制斷面?？傮w環(huán)境容量研究范圍包括長江干流和兩條重要支流嘉陵江和烏江(匯入流量占庫區(qū)支流總流量93的兩條重要支流)，其中，庫區(qū)干流從重慶上游的朱沱到三斗坪，全長約730km；嘉陵江從北碚至長江匯流口，全長約60km；烏江從武隆至長江匯流口，全長約68km；庫區(qū)內其他江段內的支流將以源匯方式考慮其對水庫水流水質影響。在總體環(huán)境容量計算結果的基礎上，岸邊環(huán)境容量研究重慶主城區(qū)、涪陵城區(qū)和萬州城區(qū)3個重點城市江段。水環(huán)境容量計算的水質控制指標確定為CODMn和NH3N。2.1水環(huán)境容量的計算原則、設計水文條件及水質控制指標2.1.1計算原則(1)水庫總體水質保持類。經(jīng)國家批準的長江三峽水利樞紐環(huán)境影響報告書中明確指出：水庫建成以后總體水質應滿足類水標準?？紤]三峽水庫的水質現(xiàn)狀以及水體主要功能需求和社會經(jīng)濟發(fā)展程度，庫區(qū)重點城市江段(如重慶主城區(qū)、涪陵城區(qū)和萬州城區(qū))允許局部水域存在類水體。(2)建庫后水質狀況不能比現(xiàn)狀差。據(jù)1998年以前的監(jiān)測調查，三峽庫區(qū)干流江段現(xiàn)狀水質良好，主要污染物控制指標CODMn和NH3-N的斷面平均濃度基本上都低于類水質標準濃度。為能繼續(xù)保持水質良好，作者提出：三峽水庫建成以后庫區(qū)水質狀況既要滿足功能區(qū)確定的水質類別要求，又不能比現(xiàn)狀水質差。現(xiàn)狀水質以1998年斷面平均濃度值為基準。三峽水庫入庫主要水質指標