河道最小環(huán)境需水量確定方法及其應用研究 - 應用-

1、河道最小環(huán)境需水量確定方法及其應用研究(應用王西琴,楊志峰,劉昌明(北京師范大學環(huán)境模擬與污染控制國家重點聯(lián)合實驗室,教育部水沙科學重點實驗室,北京100875摘要:以黃河支流渭河為例,概算了渭河4個斷面及其干流現(xiàn)狀年及不同水文年的河道最小環(huán)境需水量.結果表明,在多年平均狀況下,渭河最小環(huán)境需水量為1918億m 3a ,占年徑流量的1219%,占基流量的6419%.考慮河道環(huán)境用水后渭河的水資源利用率應為1412%,比未考慮環(huán)境用水的利用率降低約14%.為滿足最小環(huán)境需水量的要求,渭河廢污水排放量必須低于1998年水平.關鍵詞:河道;環(huán)境需水量;河流功能;應用;黃河流域Method of re

2、solving the low est environmental w ater demands in rivercourse (applicationW ANG X iqin ,Y ANG Zhifeng ,LIU Changm ing (S tate JointK ey Laboratory of Environment S imulation and P ollution C ontrol ,K eyLaboratory for W ater and Sediment Sciences ,M inistry of Education ,Beijing N ormal University

3、 ,Beijing 100875Abstract :The lowest environmental water demands in 1998and in different hydrological year of the Y ellow River s branch 2W ei River and its 4sections as an exam ple were studied.The results indicated that the lowest environmental water demands of W ei River is 1918×108m 3per ye

4、ar ,which accouns for 1219%of runoff and 6419%of basic runoff.W ater res ources utilization ratio will reduce to 1412%that is lower 14%than that not calculating environmental water demands.I t is pointed out that in order to meet the demands of lowest environmental water con 2sum ption ,the am ount

5、of wastewater discharges must be under that of 1998.K eyw ords :river course ;environmental water demands ;river function ;application ;the Y ellow River收稿日期:2000211203;修訂日期:2001201215基金項目:國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃(973項目(編號:G 19990436-05作者簡介:王西琴(1965,女,博士前文1提出了河道最小環(huán)境需水量的概念及其確定方法,本文將以黃河支流渭河(陜西段為例,對其進行實證分析.1功能區(qū)段劃分

6、及斷面設計沿渭河分布著寶雞、咸陽、西安、渭南等4個地級市,根據(jù)實際需要,按行政區(qū)設計環(huán)境需水量斷面.河道環(huán)境需水量設計斷面除寶雞市選在林家村外,其余3個市均選在行政區(qū)界.這樣,就將整個河段按照行政區(qū)分為4個小段(表12.各小段的長度、主要功能及水質控制標準等指標均列入表1.并假設寶雞林家村、眉縣魏家堡、臨潼交口引水抽渭工程水量維持不變,也沒有境外水的調入和調出.第21卷第5期2001年9月環(huán)境科學學報ACT A SCIE NTI AE CIRCUMST ANTI AEV ol.21,N o.5Sep.,2001表1渭河(陜西段河段斷面設計及功能區(qū)劃分T able 1Section design

7、 and function area dividing for W ei River of Shaanixi segment行政區(qū)水域范圍起止距離,km主要功能適用國家標準類(級別地面水質量標準污水綜合排放標準寶雞林家村至咸陽行政區(qū)界010415市區(qū)飲用水源地工業(yè)用水類一級二級咸陽咸陽行政區(qū)界至咸陽鐵橋10415185農(nóng)灌水源二級保護區(qū)類二級一級西安咸陽鐵橋至交口提水站185245水源二級保護區(qū)農(nóng)灌類一級二級渭南交口提水站至渭河入黃口245365水源二級保護區(qū)農(nóng)灌類一級二級2最小環(huán)境需水量計算根據(jù)1998年陜西省環(huán)境統(tǒng)計資料,沿渭河4個地區(qū)的廢污水排放情況如表2所示.表21998年污水排放量(

8、Q w ,108m 3aT able 2The am ount of waste water discharge in 1998(Q w ,108m 3a 地區(qū)根據(jù)渭河以有機物污染(C OD 為主的特征,渭河水質要求及主要控制指標設計如下:水質類別,級;主要控制指標,C OD ;設定保證率p 090%.由主要控制指標的污水排放標準與河流水環(huán)境標準可知,河流的稀釋系數(shù)一般不得低于5.所以本文取=5.按照文獻1不等式(5,1998年渭河各小段及干流僅滿足納污功能的河道最小環(huán)境需水量(Q v 計算結果如表3所示.根據(jù)19861998年渭河水文資料,以及設計保證率p p 0(90,可以得到現(xiàn)狀年實際流

9、量(Q t 和不同水文年各河段的河道流量.表3渭河各小段及全段最小環(huán)境需水量(108m 3aT able 3The lowest environmental water demands of each section and whole segment in W ei River (108m 3a 河段寶雞咸陽西安渭南全河段50%719821526141219119182由表3看出,現(xiàn)狀年渭河最小環(huán)境需水量應為31112億m 3,而實際流量為16137億m 3,比環(huán)境需要的最小水量少約47%.也就是說,在不考慮渭河環(huán)境容量背景值的情況下,1998年除寶雞外,咸陽、西安、渭南排入渭河的廢污水,遠

10、超出相應河段河水稀釋降解能力的范圍,按照河道實際流量,上述3個城市分別需削減70%、68%、48%的廢污水,才能滿足渭河河段的環(huán)境95期王西琴等:河道最小環(huán)境需水量確定方法及其應用研究(應用功能要求.在設定保證率達90%、頻率為50%、75%、95%及多年平均水文年的情況下,渭河河道各小段的實際流量如表3所示,渭河總的實際流量分別為1718億m3a、12143億m3a、6116億m3a、19188億m3a,也即按照本文計算方法所要求的最小環(huán)境需水量.渭河河道最小環(huán)境需水量的概算結果表明,為滿足最小環(huán)境功能的要求,沿渭河4個城市的廢污水排放量必須低于現(xiàn)狀年.在頻率為50%、75%、95%及多年平

11、均水文年,寶雞、咸陽、西安、渭南4市允許排入渭河的廢污水分別為:3156億m3a、2149億m3a、1123億m3a、3196億m3a.3與T ennant法計算結果的比較T ennant法3是美國目前使用的河道內(nèi)流量確定的方法,其河流流量推薦值以預先確定的年平均流量的百分數(shù)為基礎(表4.該法通常作為在優(yōu)先度不高的河段研究河流流量推薦值使用,或作為其它方法的一種檢驗.表4保護魚類、野生動物和有關環(huán)境資源的河流流量狀況T able4The runoff situation of fish,wild animals and relative environmental res ources pro

12、tected流量的敘述性描述推薦的基流(103月平均流量,%推薦的基流(49月平均流量,%流量的敘述性描述推薦的基流(103月平均流量,%推薦的基流(49月平均流量,%最大200200好2040最佳范圍6010060100中或差1030極好4060差或最小1010非常好3050極差010010雖然T ennant法考慮的是河流的生態(tài)與環(huán)境功能,與本文討論的河道環(huán)境需水量有所區(qū)別,但是,鑒于目前河道環(huán)境需水研究工作的實際情況,僅用來作為一種與其他方法計算結果的比較說明,仍是可取的.由于本文是對最小河道環(huán)境需水量的計算,同時考慮到研究區(qū)實際情況,擬選用T ennant法10%平均流量的推薦基流與本

13、文計算結果進行比較.結果如表5所示.表5兩種方法計算結果比較(108m3aT able5Results calculated by tw o methods(108m3a河段寶雞咸陽西安渭南全河段年徑流量(自產(chǎn)加入境10%年徑流量(T ennant法計算值段首控制法計算值占年徑流量的百分比(%兩種方法的比較(段首控制法計算值與T ennant法計算值之差055環(huán)境科學學報21卷由表5可以看出,用本文方法計算所得結果基本與T ennant法計算所得結果相符.渭河干流最小環(huán)境需水量約占多年平均徑流量的12%,基本符合10%平均流量的推薦流量,介于10%15%之間.可以滿足表4中敘述性描述的差或最小

14、中或差一級.4計算結果分析從河道環(huán)境需水量的分析,地表水開發(fā)利用應該有一個閾值.國際上公認的地表水合理開發(fā)利用率是30%,極限開發(fā)利用率是40%.目前,渭河流域地表水的開發(fā)利用率已達25%左右,而且,由于河道基流容易被開發(fā)利用,其年際變化亦較小,渭河流域引用水量基本上是河道基流量.按照水文分割法可求得各小段的基流量(表6,并根據(jù)公式(3計算出Q m(表6.表6渭河流域未考慮和考慮環(huán)境需水量的水資源利用情況T able6The water res ources utilizations situation of calculating and not calculating environmen

15、talwater demands in W ei River basin指標頻率寶雞咸陽西安渭南全河段水資源量,108m3可利用率,%可利用率,%環(huán)境需水量占基流量的百分比,%環(huán)境需水量與基流量的差值Q m=Q v-q gt,108m350%-7198-0159-2158-1157-12172 75%-10145-1116-4106-2142-18109 95%-12157-1176-6170-3133-24136多年平均-7104-0143-1189-1134-10170基流可利用率(考慮環(huán)境需水量后,%由渭河最小環(huán)境需水量及基流量可知,渭河各段及整個河段的最小環(huán)境需水量(平均依次分別約占河

16、道基流量的53%、85%、77%、68%、65%.由基流量可以估算出在考慮了河道環(huán)境用水情況下的基流可利用率(表5.如在頻率為50%、75%、95%及多年平均水文年,渭河基流量的利用率分別為4117%、5913%、7918%、3511%.由渭河流域各行政區(qū)不同水文年水資源155關中地區(qū)水資源合理開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護研究課題組1關中地區(qū)水資源合理開發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護研究119995期王西琴等:河道最小環(huán)境需水量確定方法及其應用研究(應用量、可利用量,可以估算出在考慮了河道環(huán)境用水情況下的水資源可利用率(表6.如在75%水文年,寶雞、咸陽、西安、渭南各段及整個渭河的水資源可利用率分別為1411

17、%、1512%、1412%、1317%、1412%,比未考慮環(huán)境用水的利用率分別降低約15%、11%、17%、11%、14%.5結語本文從水環(huán)境污染問題出發(fā),對滿足河流納污功能需要的河道最小環(huán)境需水量進行了討論,其是在一定的假設條件下進行的.如果假設條件發(fā)生變化,河道的最下環(huán)境需水量也將產(chǎn)生相應的變化.由于河道水量本身的動態(tài)性,以及河流環(huán)境需水量的復雜、綜合性,使河道環(huán)境需水量的研究工作十分艱難.本文只是做了一些探索性的研究工作,在理論研究、計算方法的應用等方面尚有待于深入,需更多的實際研究以改進和完善河道最小環(huán)境需水量的計算.參考文獻:1王西琴,劉昌明,楊志峰1河道最小環(huán)境需水量確定方法及其

18、應用研究(理論J 1環(huán)境科學學報,2001,21(5:5445472司全印,冉新全,周孝德1區(qū)域水污染控制與生態(tài)環(huán)境保護研究M1北京:中國環(huán)境科學出版社12000120213T ennat D L.Instream flow regimens for fish ,widlife ,recreation ,and related envirnmental res ourcesA.In :Orsborn J F ,Allman C H (eds.Proceedings of Sym posium and S pecility C on ference on Instream Flow Needs .American Fisheries S ocietyC.Bethesda ,國家計量認證單位中國科學院水生生物研究所二檢測實驗室簡介中國科學院水生生物研究所二檢測實驗室是以環(huán)境分析化學和生態(tài)毒理學為基礎,以現(xiàn)代科學技術和現(xiàn)代精密儀器的聯(lián)用技術為手段的研究和檢測單位。本室擁有專門用于二分離純化實驗室、高分辨質譜分析實驗室、生化實驗室、細胞實驗室和色譜分析實驗室;擁有一批大中型先進的儀器設備;高分辨色質聯(lián)用儀(HRG C HRMS 、HRG C LRMS 、高效液相色譜(HP LC 、氣相色譜(G C 等。實驗室自1995年以來在二研究領域已具備了近