基于水質(zhì)目標(biāo)的永定河流域張家口段排污許可限值精細(xì)化研究

基于水質(zhì)目標(biāo)的永定河流域張家口段排污許可限值精細(xì)化研究一、引言1.1研究背景與意義1.1.1研究背景永定河流域作為京津冀地區(qū)重要的生態(tài)廊道和水源涵養(yǎng)區(qū)，對(duì)區(qū)域生態(tài)平衡和經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有不可替代的重要作用。其張家口段處于流域上游，不僅承擔(dān)著為下游地區(qū)提供清潔水源的重任，還在維持區(qū)域生態(tài)多樣性、調(diào)節(jié)氣候等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。近年來，隨著張家口地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口的增長，永定河流域張家口段面臨著日益嚴(yán)峻的水污染挑戰(zhàn)。工業(yè)廢水、生活污水以及農(nóng)業(yè)面源污染等各類污染物的排放，使得河流水質(zhì)惡化，對(duì)流域生態(tài)系統(tǒng)和居民生活用水安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。工業(yè)方面，張家口地區(qū)的一些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，如鋼鐵、化工、建材等，在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量含有重金屬、有機(jī)物等污染物的廢水。盡管部分企業(yè)已采取了一定的污染治理措施，但由于技術(shù)水平有限、治理設(shè)施老化等原因，仍有部分企業(yè)存在超標(biāo)排放的現(xiàn)象。例如，某些鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高濃度含鉻、鎳等重金屬廢水，若未經(jīng)有效處理直接排入永定河，會(huì)在河水中積累，對(duì)水生生物和土壤環(huán)境造成長期的危害。生活污水排放也是一個(gè)不容忽視的問題。隨著城市化進(jìn)程的加速，張家口市的城市人口不斷增加，生活污水排放量也隨之大幅上升。然而，部分污水處理廠的處理能力和處理工藝無法滿足日益增長的污水量需求，導(dǎo)致部分生活污水未經(jīng)充分處理就直接排入河流。此外，一些老舊城區(qū)的污水管網(wǎng)建設(shè)不完善，存在污水泄漏和雨污混流的情況，進(jìn)一步加劇了永定河的水污染問題。農(nóng)業(yè)面源污染同樣對(duì)永定河流域水質(zhì)產(chǎn)生了較大影響。張家口地區(qū)是農(nóng)業(yè)大市，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用化肥、農(nóng)藥和畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢棄物，通過地表徑流和農(nóng)田排水等方式進(jìn)入永定河。據(jù)相關(guān)研究表明，農(nóng)業(yè)面源污染中化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總磷等污染物的排放量在永定河流域污染物總量中占比較大。例如，過量使用的化肥和農(nóng)藥會(huì)隨著雨水沖刷進(jìn)入河流，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，引發(fā)藻類大量繁殖，破壞水生態(tài)平衡。當(dāng)前，我國對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的要求日益提高，永定河流域作為京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略中的重要生態(tài)板塊，其水質(zhì)改善和污染治理工作備受關(guān)注。因此，深入研究永定河流域張家口段基于水質(zhì)的排污許可限值，對(duì)于有效控制污染物排放、改善河流水質(zhì)、保障流域生態(tài)安全具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1.1.2研究意義本研究旨在通過對(duì)永定河流域張家口段基于水質(zhì)的排污許可限值進(jìn)行深入研究，為該流域的水污染防治和環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持，具有重要的理論和實(shí)踐意義。從理論層面來看，本研究有助于豐富和完善排污許可制度的理論體系。通過對(duì)永定河流域張家口段的實(shí)證研究，深入探討基于水質(zhì)的排污許可限值核定方法和分配機(jī)制，進(jìn)一步明確排污許可制度在水污染控制中的作用和地位，為排污許可制度的優(yōu)化和完善提供理論支撐。同時(shí)，研究過程中涉及到的環(huán)境容量計(jì)算、污染物擴(kuò)散模型、多目標(biāo)優(yōu)化等方法和技術(shù)，也將為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的相關(guān)研究提供新的思路和方法。在實(shí)踐意義方面，本研究成果對(duì)于永定河流域張家口段的水質(zhì)改善和生態(tài)保護(hù)具有直接的指導(dǎo)作用。通過科學(xué)合理地確定排污許可限值，可以有效控制各類污染源的污染物排放，減少污染物進(jìn)入永定河的總量，從而改善河流水質(zhì)，恢復(fù)和保護(hù)流域生態(tài)系統(tǒng)的健康和穩(wěn)定。例如，明確工業(yè)企業(yè)的排污許可限值后，企業(yè)將有明確的污染治理目標(biāo)和責(zé)任，促使其加大環(huán)保投入，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高污染治理水平，減少污染物排放。合理的排污許可限值設(shè)定還能夠?yàn)榄h(huán)境管理部門提供有力的監(jiān)管依據(jù)，提高環(huán)境監(jiān)管的科學(xué)性和有效性。環(huán)境管理部門可以根據(jù)排污許可限值對(duì)企業(yè)的排污行為進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督和管理，對(duì)超標(biāo)排放的企業(yè)依法進(jìn)行處罰，從而規(guī)范企業(yè)的排污行為，維護(hù)良好的水環(huán)境秩序。從區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的角度來看，本研究對(duì)于促進(jìn)張家口地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。良好的水環(huán)境是區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)和保障，通過改善永定河流域水質(zhì)，可以提升區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，增強(qiáng)區(qū)域的吸引力和競(jìng)爭(zhēng)力，為張家口地區(qū)的產(chǎn)業(yè)升級(jí)、生態(tài)旅游等綠色產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造有利條件。例如，清澈的河水和優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境可以吸引更多的游客前來旅游觀光，促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)的發(fā)展，帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的繁榮，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的良性互動(dòng)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在排污許可限值研究領(lǐng)域，國外起步較早，美國在1972年通過《聯(lián)邦水污染控制法》建立了國家污染物排放消除體系（NPDES），該體系要求凡是通過點(diǎn)源向水體排放污染物的設(shè)施，都要獲取排污許可，其許可中污染物排放要求由基于技術(shù)或基于水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)來決定。當(dāng)基于技術(shù)的管控不能確保排放污染物后滿足受納水體水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的要求時(shí)，則要求制定更嚴(yán)格的限值，即基于水質(zhì)不惡化前提下制定可允許向水體排放污染物的最大限值。美國環(huán)保署（EPA）每年通過排放監(jiān)測(cè)報(bào)告（DMR）和有毒物質(zhì)排放清單（TRI）數(shù)據(jù)，分別對(duì)直接排放源和間接排放源進(jìn)行年度審查，以監(jiān)管工業(yè)廢水的排放情況。歐盟也建立了完善的排污許可制度，如《工業(yè)排放指令》（IED）整合了原有的大氣、水和廢棄物等相關(guān)指令，對(duì)工業(yè)活動(dòng)的污染物排放進(jìn)行統(tǒng)一管控。在限值核定方面，歐盟強(qiáng)調(diào)基于最佳可行技術(shù)（BAT）來確定排污許可限值，同時(shí)考慮環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)和區(qū)域差異。國內(nèi)排污許可制度始于20世紀(jì)80年代，從探索階段逐步發(fā)展成熟。2014年修訂的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》從國家立法層面確定了排污許可制度的法律地位，隨后《排污許可證管理暫行規(guī)定》和《排污許可管理辦法（試行）》相繼出臺(tái)，進(jìn)一步規(guī)范了排污許可證的申請(qǐng)、核發(fā)、執(zhí)行等行為。在排污許可限值核定技術(shù)方面，白穎杰等學(xué)者指出我國存在法律法規(guī)不完善、技術(shù)指導(dǎo)文件不詳細(xì)、基于技術(shù)的限值核定技術(shù)精確度低和基于水質(zhì)的限值核定技術(shù)缺乏等問題。在流域水質(zhì)研究方面，國外學(xué)者運(yùn)用多種模型和方法進(jìn)行深入探究。例如，利用QUAL2K、EFDC等水質(zhì)模型對(duì)流域水質(zhì)進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，分析污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，為制定合理的水質(zhì)保護(hù)策略提供科學(xué)依據(jù)。在流域水質(zhì)管理方面，強(qiáng)調(diào)多部門協(xié)作和公眾參與，通過建立流域管理機(jī)構(gòu)，整合各方資源，共同推進(jìn)流域水質(zhì)的改善。國內(nèi)針對(duì)流域水質(zhì)的研究也取得了豐富成果。在永定河流域，張?jiān)碌韧ㄟ^將基于水環(huán)境容量約束和基于流域排放標(biāo)準(zhǔn)的允許排放量進(jìn)行對(duì)比，構(gòu)建了控制單元排污許可總量限值管理模式和污染源排污許可總量限值優(yōu)化方法，其實(shí)證研究表明，在執(zhí)行流域排放標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，北京段典型控制單元可滿足水環(huán)境質(zhì)量改善需求，但張家口段典型控制單元仍需要削減CODCr210.388t/a。王笑楠等利用環(huán)境基尼系數(shù)分析了永定河流域張家口段的土地面積、人口數(shù)量、國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）對(duì)區(qū)域內(nèi)水體污染物化學(xué)需氧量（CODCr）排放量的影響，并通過環(huán)境效率利用最大化與基尼系數(shù)最小化模型，優(yōu)化各控制單元的分配系數(shù)，制定相對(duì)公平的削減分配方案。然而，目前國內(nèi)外研究仍存在一些不足。在排污許可限值研究中，對(duì)于基于水質(zhì)的限值核定技術(shù)，雖然有一定的理論和方法，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于受到數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、模型適用性以及流域復(fù)雜環(huán)境條件等因素的影響，核定結(jié)果的可靠性和精度有待進(jìn)一步提高。在流域水質(zhì)研究方面，雖然對(duì)污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律有了一定的認(rèn)識(shí)，但對(duì)于多污染源、多污染物的復(fù)合污染問題，以及流域生態(tài)系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)變化的響應(yīng)機(jī)制研究還不夠深入。此外，在排污許可制度與流域水質(zhì)管理的協(xié)同性方面，缺乏系統(tǒng)的研究和實(shí)踐，如何將排污許可限值與流域水質(zhì)目標(biāo)有效銜接，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治污，仍需進(jìn)一步探索。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究以永定河流域張家口段為研究區(qū)域，旨在通過對(duì)該區(qū)域水質(zhì)狀況的深入分析，結(jié)合相關(guān)法律法規(guī)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)合理地確定排污許可限值，為永定河流域張家口段的水污染防治和環(huán)境管理提供有力的技術(shù)支持。具體研究內(nèi)容如下：研究區(qū)域水質(zhì)現(xiàn)狀分析：全面收集永定河流域張家口段的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總磷、總氮等主要污染物指標(biāo)的濃度數(shù)據(jù)，以及水溫、pH值、溶解氧等水質(zhì)參數(shù)。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空變化分析，明確不同區(qū)域、不同季節(jié)的水質(zhì)狀況，找出水質(zhì)污染較為嚴(yán)重的區(qū)域和時(shí)段。同時(shí)，通過實(shí)地調(diào)研，了解流域內(nèi)工業(yè)污染源、生活污染源和農(nóng)業(yè)面源污染的分布情況、排放特征及對(duì)水質(zhì)的影響程度，為后續(xù)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和實(shí)際依據(jù)。排污許可限值確定方法研究：綜合考慮流域水環(huán)境容量、水質(zhì)目標(biāo)、污染物排放現(xiàn)狀以及經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行性等因素，研究適合永定河流域張家口段的排污許可限值確定方法。在水環(huán)境容量計(jì)算方面，采用合適的模型，如QUAL2K水質(zhì)模型，結(jié)合流域的水文條件、水流特性、污染物降解系數(shù)等參數(shù)，準(zhǔn)確計(jì)算流域的水環(huán)境容量。根據(jù)國家和地方的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，以及流域的生態(tài)保護(hù)需求，確定合理的水質(zhì)目標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，通過建立多目標(biāo)優(yōu)化模型，以水環(huán)境容量為約束條件，以污染物減排成本最小化、經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益最大化為目標(biāo)函數(shù)，求解出最優(yōu)的排污許可限值。排污許可限值影響因素分析：深入分析影響永定河流域張家口段排污許可限值的各種因素，包括自然因素和人為因素。自然因素方面，研究流域的地形地貌、氣候條件、水文地質(zhì)等對(duì)污染物擴(kuò)散、遷移和降解的影響，以及這些因素如何通過改變水環(huán)境容量和水質(zhì)狀況來間接影響排污許可限值。例如，山區(qū)地形復(fù)雜，水流速度較快，可能有利于污染物的稀釋和擴(kuò)散，但也可能導(dǎo)致水土流失加劇，增加面源污染負(fù)荷。人為因素方面，重點(diǎn)分析工業(yè)發(fā)展水平、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、人口增長、污水處理能力等因素對(duì)排污許可限值的直接影響。例如，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，污染物排放量增加，如果污水處理能力跟不上，就需要更嚴(yán)格的排污許可限值來控制污染。此外，政策法規(guī)、環(huán)境管理水平等因素也會(huì)對(duì)排污許可限值的制定和實(shí)施產(chǎn)生重要影響。排污許可限值的合理性評(píng)估：建立科學(xué)合理的評(píng)估指標(biāo)體系，對(duì)確定的排污許可限值進(jìn)行合理性評(píng)估。評(píng)估指標(biāo)包括環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等方面。環(huán)境效益方面，通過模擬分析排污許可限值實(shí)施后流域水質(zhì)的改善情況，評(píng)估其對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)效果；經(jīng)濟(jì)效益方面，分析排污許可限值對(duì)企業(yè)生產(chǎn)成本、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響，評(píng)估其對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)或制約作用；社會(huì)效益方面，考慮排污許可限值對(duì)居民生活質(zhì)量、社會(huì)穩(wěn)定等方面的影響。通過綜合評(píng)估，及時(shí)發(fā)現(xiàn)排污許可限值存在的問題和不足，并提出相應(yīng)的調(diào)整建議，確保排污許可限值既能有效控制污染，又能促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。基于排污許可限值的污染防治策略研究：根據(jù)確定的排污許可限值，結(jié)合永定河流域張家口段的實(shí)際情況，制定針對(duì)性的污染防治策略。對(duì)于工業(yè)污染源，加強(qiáng)對(duì)企業(yè)的監(jiān)管，要求企業(yè)嚴(yán)格按照排污許可限值排放污染物，加大環(huán)保投入，改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高污染治理水平。對(duì)于生活污染源，加快污水處理設(shè)施建設(shè)和升級(jí)改造，提高污水處理能力和處理效率，完善污水管網(wǎng)，減少生活污水直排。對(duì)于農(nóng)業(yè)面源污染，推廣生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)，減少化肥、農(nóng)藥使用量，加強(qiáng)畜禽養(yǎng)殖廢棄物的處理和綜合利用，建設(shè)生態(tài)溝渠、濕地等設(shè)施，攔截和凈化農(nóng)業(yè)面源污染物。同時(shí)，加強(qiáng)區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控，建立健全跨區(qū)域的水污染防治協(xié)調(diào)機(jī)制，共同推進(jìn)永定河流域張家口段的水污染防治工作。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)上述研究目標(biāo)，本研究將綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究結(jié)果的科學(xué)性、準(zhǔn)確性和可靠性。具體研究方法如下：文獻(xiàn)研究法：廣泛查閱國內(nèi)外關(guān)于排污許可制度、流域水質(zhì)管理、水環(huán)境容量計(jì)算、污染物擴(kuò)散模型等方面的文獻(xiàn)資料，包括學(xué)術(shù)期刊論文、學(xué)位論文、研究報(bào)告、政策法規(guī)文件等。對(duì)這些文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)梳理和分析，了解相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)和前沿技術(shù)，借鑒已有的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為本研究提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。通過文獻(xiàn)研究，明確研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，確定研究思路和方法，避免重復(fù)研究，提高研究效率。實(shí)地監(jiān)測(cè)法：在永定河流域張家口段設(shè)置多個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，定期采集水樣，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室分析，獲取水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總磷、總氮等主要污染物指標(biāo)，以及水溫、pH值、溶解氧等水質(zhì)參數(shù)。同時(shí)，對(duì)流域內(nèi)的工業(yè)污染源、生活污染源和農(nóng)業(yè)面源污染進(jìn)行實(shí)地調(diào)查，了解其排放情況、污染治理設(shè)施運(yùn)行狀況等信息。通過實(shí)地監(jiān)測(cè)和調(diào)查，掌握研究區(qū)域的水質(zhì)現(xiàn)狀和污染源分布情況，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和模型模擬提供真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)支持。模型模擬法：運(yùn)用QUAL2K、EFDC等水質(zhì)模型，對(duì)永定河流域張家口段的水質(zhì)進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)。通過建立流域的水文水動(dòng)力模型和水質(zhì)模型，結(jié)合實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和相關(guān)參數(shù)，模擬不同工況下污染物在水體中的遷移、轉(zhuǎn)化和擴(kuò)散過程，預(yù)測(cè)水質(zhì)變化趨勢(shì)。利用模型模擬結(jié)果，分析不同排污情景對(duì)水質(zhì)的影響，評(píng)估排污許可限值的合理性和可行性，為制定污染防治策略提供科學(xué)依據(jù)。例如，通過模型模擬可以預(yù)測(cè)在現(xiàn)有排污情況下，流域水質(zhì)是否能達(dá)到設(shè)定的水質(zhì)目標(biāo)，如果不能達(dá)到，需要削減多少污染物排放量才能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，從而為確定排污許可限值提供參考。數(shù)據(jù)分析方法：運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法、地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)等對(duì)收集到的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、污染源調(diào)查數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析處理。通過統(tǒng)計(jì)分析，了解水質(zhì)指標(biāo)的時(shí)空變化規(guī)律、污染物排放的特征和趨勢(shì)等。利用GIS技術(shù)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化處理，直觀展示流域內(nèi)水質(zhì)狀況、污染源分布等信息，便于分析和決策。例如，通過繪制水質(zhì)濃度空間分布圖，可以清晰地看出哪些區(qū)域水質(zhì)污染較為嚴(yán)重；通過繪制污染物排放量隨時(shí)間變化曲線，可以分析污染物排放的變化趨勢(shì)。此外，還可以運(yùn)用相關(guān)性分析、主成分分析等方法，探究水質(zhì)指標(biāo)與污染源之間的關(guān)系，找出影響水質(zhì)的主要因素。專家咨詢法：邀請(qǐng)環(huán)境科學(xué)、水利工程、環(huán)境管理等領(lǐng)域的專家學(xué)者，就研究過程中遇到的關(guān)鍵問題和技術(shù)難題進(jìn)行咨詢和討論。組織專家座談會(huì)、研討會(huì)等活動(dòng)，聽取專家的意見和建議，對(duì)研究方案、排污許可限值確定方法、污染防治策略等進(jìn)行論證和優(yōu)化。專家的豐富經(jīng)驗(yàn)和專業(yè)知識(shí)可以為研究提供新的思路和視角，確保研究結(jié)果的科學(xué)性和實(shí)用性。例如，在確定排污許可限值時(shí)，專家可以根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)行業(yè)的了解，對(duì)模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行評(píng)估和修正，使其更符合實(shí)際情況。1.4研究創(chuàng)新點(diǎn)研究視角創(chuàng)新：本研究將排污許可限值與流域水質(zhì)緊密結(jié)合，以永定河流域張家口段為特定研究區(qū)域，從區(qū)域生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，綜合考慮流域的自然地理?xiàng)l件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r以及水生態(tài)系統(tǒng)的特點(diǎn)，深入研究排污許可限值的確定方法和影響因素。這種基于特定流域的精細(xì)化研究視角，區(qū)別于以往對(duì)排污許可限值的宏觀研究，能夠更有針對(duì)性地解決永定河流域張家口段的水污染問題，為區(qū)域水環(huán)境管理提供更具操作性的建議。研究方法創(chuàng)新：在研究過程中，綜合運(yùn)用多種先進(jìn)的技術(shù)和方法，如QUAL2K、EFDC等水質(zhì)模型與多目標(biāo)優(yōu)化模型相結(jié)合。通過水質(zhì)模型準(zhǔn)確模擬污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化過程，計(jì)算流域的水環(huán)境容量，再利用多目標(biāo)優(yōu)化模型，以水環(huán)境容量為約束，以污染物減排成本最小化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益最大化為目標(biāo)，求解出最優(yōu)的排污許可限值。這種多模型融合的方法，充分考慮了水環(huán)境系統(tǒng)的復(fù)雜性和多目標(biāo)性，提高了排污許可限值確定的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，為同類研究提供了新的方法借鑒。成果應(yīng)用創(chuàng)新：本研究不僅僅局限于理論研究和方法探討，更注重研究成果的實(shí)際應(yīng)用。通過建立排污許可限值的合理性評(píng)估指標(biāo)體系，對(duì)確定的排污許可限值進(jìn)行全面評(píng)估，并根據(jù)評(píng)估結(jié)果提出針對(duì)性的污染防治策略。這些策略將直接應(yīng)用于永定河流域張家口段的水污染防治工作中，為環(huán)境管理部門制定政策、加強(qiáng)監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)，實(shí)現(xiàn)從理論研究到實(shí)際應(yīng)用的有效轉(zhuǎn)化，推動(dòng)永定河流域張家口段的水質(zhì)改善和生態(tài)保護(hù)工作取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。二、永定河流域張家口段概況2.1自然地理特征永定河流域張家口段地理位置獨(dú)特，處于東經(jīng)113°21’09”-114°07’47”與北緯40°26’40”-41°26’27”之間，是連接華北平原與內(nèi)蒙古高原的重要生態(tài)廊道。該區(qū)域東鄰潮白河、北運(yùn)河，西鄰黃河，南為大清河，北為內(nèi)陸河，在區(qū)域水系格局中占據(jù)關(guān)鍵位置。永定河作為海河水系的最大支流，被譽(yù)為北京的“母親河”，其在張家口段的流域面積廣闊，對(duì)區(qū)域生態(tài)平衡和水資源調(diào)配起著至關(guān)重要的作用。從地形地貌來看，張家口段呈現(xiàn)出復(fù)雜多樣的特征。整體地勢(shì)西北高、東南低，西北部多為山地和丘陵，地勢(shì)起伏較大，海拔較高，其中部分山區(qū)海拔可達(dá)1500米以上。這些山區(qū)地形陡峭，山谷幽深，河流落差大，水流湍急，對(duì)河流水質(zhì)和水量的變化有著重要影響。例如，在山區(qū)的峽谷地段，水流速度快，水體的自凈能力相對(duì)較強(qiáng)，但同時(shí)也容易受到水土流失的影響，導(dǎo)致河水中泥沙含量增加。而東南部則以平原和河谷平原為主，地勢(shì)較為平坦，海拔相對(duì)較低，一般在500米以下。平原地區(qū)地勢(shì)開闊，河流流速相對(duì)緩慢，有利于農(nóng)業(yè)灌溉和人類活動(dòng)，但也容易造成污染物的積聚。流域內(nèi)的地形地貌對(duì)河流水系的發(fā)育和分布產(chǎn)生了顯著影響。山地和丘陵地區(qū)的河流多呈樹枝狀或羽毛狀分布，河道狹窄且彎曲，水流受地形約束明顯。而平原地區(qū)的河流則較為平直，河道寬闊，河網(wǎng)密度相對(duì)較大。這種地形地貌特征不僅影響了河流的水文特征，還對(duì)污染物的遷移和擴(kuò)散路徑產(chǎn)生了重要作用。在山區(qū)，污染物可能會(huì)隨著湍急的水流迅速向下游輸送，而在平原地區(qū)，污染物則更容易在河水中擴(kuò)散和沉積。張家口段屬于暖溫帶半干旱氣候，四季分明，氣候特征對(duì)河流水質(zhì)有著重要影響。春季干燥多風(fēng)，氣溫回升較快，蒸發(fā)量大，這使得河流水量減少，污染物濃度相對(duì)升高。同時(shí)，大風(fēng)天氣容易引發(fā)沙塵天氣，沙塵攜帶的污染物會(huì)進(jìn)入河流，進(jìn)一步影響水質(zhì)。夏季炎熱多雨，降水集中，且多以暴雨形式出現(xiàn)。降水對(duì)河流水質(zhì)具有雙重影響，一方面，適量的降水可以稀釋河水中的污染物，改善水質(zhì)；另一方面，暴雨可能會(huì)引發(fā)山洪暴發(fā)，攜帶大量泥沙、農(nóng)藥、化肥等污染物進(jìn)入河流，導(dǎo)致水質(zhì)惡化。秋季天高氣爽，氣溫逐漸降低，降水減少，河流水量相對(duì)穩(wěn)定，但由于蒸發(fā)作用，水質(zhì)可能會(huì)出現(xiàn)一定程度的變化。冬季寒冷干燥，氣溫較低，河流會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，冰層覆蓋會(huì)影響水體的復(fù)氧能力，導(dǎo)致水中溶解氧含量降低，進(jìn)而影響水質(zhì)。該區(qū)域年平均氣溫為6.9℃，年降水量為439毫米，且大部分降水集中在夏季。降水的時(shí)空分布不均，使得河流水量在不同季節(jié)和年份存在較大差異。在降水較多的年份，河流水量充沛，水質(zhì)相對(duì)較好；而在干旱年份，河流水量減少，水質(zhì)惡化的風(fēng)險(xiǎn)增加。永定河流域張家口段水系發(fā)達(dá)，主要支流包括洋河、桑干河等。洋河發(fā)源于內(nèi)蒙古自治區(qū)興和縣北山山麓，是永定河的重要支流之一，在張家口段流經(jīng)多個(gè)縣區(qū)，對(duì)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水和居民生活用水起著重要的支撐作用。桑干河起源于山西省寧武縣境的管涔山，也是永定河的主要源頭之一，其在張家口段的流域面積較大，河流沿線分布著眾多的城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村，經(jīng)濟(jì)活動(dòng)較為頻繁，對(duì)河流水質(zhì)的影響也較為顯著。這些支流與永定河相互連通，形成了復(fù)雜的水系網(wǎng)絡(luò)。水系的分布格局受到地形地貌和氣候條件的影響，在山區(qū)，支流多短小急促，而在平原地區(qū)，支流則相對(duì)平緩且流程較長。水系的連通性對(duì)污染物的擴(kuò)散和遷移有著重要影響，一旦某個(gè)支流受到污染，污染物可能會(huì)通過水系網(wǎng)絡(luò)迅速擴(kuò)散到整個(gè)流域，對(duì)其他河流和水體造成污染。例如，若洋河某段受到工業(yè)廢水污染，污染物可能會(huì)隨著水流迅速擴(kuò)散到永定河，進(jìn)而影響整個(gè)永定河流域的水質(zhì)。2.2社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況永定河流域張家口段的人口分布呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域差異。在城市和縣城等經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)、基礎(chǔ)設(shè)施相對(duì)完善的地區(qū)，人口密度較高。以張家口市主城區(qū)為例，由于其作為政治、經(jīng)濟(jì)和文化中心，吸引了大量的人口聚集，人口密度可達(dá)每平方公里[X]人以上。而在一些偏遠(yuǎn)的山區(qū)和農(nóng)村，由于自然條件相對(duì)較差，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低，人口密度則相對(duì)較低，部分山區(qū)的人口密度甚至不足每平方公里[X]人。近年來，隨著城市化進(jìn)程的加速，張家口段的人口逐漸向城市聚集。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2010-2020年期間，張家口市主城區(qū)的人口增長率達(dá)到了[X]%，而一些農(nóng)村地區(qū)的人口則出現(xiàn)了不同程度的減少。這種人口分布的變化對(duì)永定河流域的水資源利用和水污染防治產(chǎn)生了重要影響。城市人口的增加導(dǎo)致生活用水需求大幅上升，同時(shí)生活污水的排放量也相應(yīng)增加，給城市污水處理設(shè)施帶來了巨大壓力。例如，張家口市主城區(qū)部分污水處理廠在高峰時(shí)期的處理負(fù)荷已接近或超過其設(shè)計(jì)能力，導(dǎo)致部分生活污水未經(jīng)充分處理就直接排入永定河，對(duì)河流水質(zhì)造成了污染。在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)方面，張家口段呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展態(tài)勢(shì)，但仍以傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)。工業(yè)領(lǐng)域中，鋼鐵、化工、建材等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)占據(jù)了較大比重。這些產(chǎn)業(yè)在生產(chǎn)過程中消耗大量的水資源，同時(shí)產(chǎn)生大量含有重金屬、有機(jī)物等污染物的廢水。例如，鋼鐵企業(yè)在煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，會(huì)產(chǎn)生含有高濃度的鐵、錳、鉻等重金屬的廢水，若未經(jīng)有效處理直接排放，會(huì)對(duì)永定河的水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。盡管近年來部分傳統(tǒng)企業(yè)加大了環(huán)保投入，采用了一些先進(jìn)的污染治理技術(shù)和設(shè)備，但由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)偏重，整體的污染排放水平仍然較高。農(nóng)業(yè)方面，張家口段是重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，主要種植玉米、小麥、蔬菜等農(nóng)作物。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用化肥、農(nóng)藥，以及畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢棄物，通過地表徑流和農(nóng)田排水等方式進(jìn)入永定河，成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，張家口段農(nóng)業(yè)面源污染中化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總磷等污染物的排放量在流域污染物總量中占比較大，分別達(dá)到了[X]%、[X]%和[X]%。例如，在蔬菜種植過程中，為了提高產(chǎn)量，農(nóng)民往往會(huì)過量使用化肥和農(nóng)藥，這些化學(xué)物質(zhì)在降雨或灌溉時(shí)會(huì)隨著地表徑流進(jìn)入河流，導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化和農(nóng)藥殘留超標(biāo)等問題。近年來，隨著京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)和張家口市對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視，張家口段積極推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)，大力發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)。新能源、大數(shù)據(jù)、生態(tài)旅游等新興產(chǎn)業(yè)逐漸興起。例如，張家口市憑借其豐富的風(fēng)能和太陽能資源，大力發(fā)展風(fēng)電和光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)，截至2020年底，全市可再生能源裝機(jī)規(guī)模已達(dá)到[X]萬千瓦，占電力總裝機(jī)的[X]%。大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)也取得了顯著進(jìn)展，懷來大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)基地和張北云計(jì)算基地吸引了眾多知名企業(yè)入駐，投運(yùn)服務(wù)器數(shù)量不斷增加。生態(tài)旅游產(chǎn)業(yè)更是蓬勃發(fā)展，依托永定河流域的自然風(fēng)光和歷史文化資源，開發(fā)了一系列生態(tài)旅游項(xiàng)目，如懷來官廳水庫國家濕地公園、涿鹿桑干河大峽谷等，吸引了大量游客前來觀光旅游。2023年，張家口市旅游接待人數(shù)達(dá)到8901.1萬人次，旅游總收入達(dá)到1049.07億元，同比增長190.06%和316.73%。這些新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不僅減少了對(duì)水資源的依賴和污染物的排放，還為當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)增長注入了新的活力。從經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平來看，張家口段整體處于中等發(fā)展水平，但與京津冀地區(qū)的一些發(fā)達(dá)城市相比，仍存在一定差距。2023年，張家口市地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）為[X]億元，人均GDP為[X]元，低于京津冀地區(qū)的平均水平。經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的差異對(duì)環(huán)境保護(hù)投入和污染治理能力產(chǎn)生了重要影響。一方面，由于經(jīng)濟(jì)實(shí)力相對(duì)較弱，張家口段在環(huán)?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)、污染治理技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用等方面的投入相對(duì)不足。例如，部分污水處理廠的設(shè)備老化，處理工藝落后，無法滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求；一些工業(yè)企業(yè)由于資金有限，難以購置先進(jìn)的污染治理設(shè)備，導(dǎo)致污染物排放超標(biāo)。另一方面，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較低也限制了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和轉(zhuǎn)型升級(jí)的速度，使得傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中仍占據(jù)較大比重，進(jìn)一步加劇了環(huán)境污染問題。然而，隨著京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的深入實(shí)施和一系列政策支持的出臺(tái)，張家口段迎來了新的發(fā)展機(jī)遇。在交通基礎(chǔ)設(shè)施方面，京張高鐵的開通運(yùn)營，大大縮短了張家口與北京的時(shí)空距離，加強(qiáng)了區(qū)域間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)系和產(chǎn)業(yè)合作。在產(chǎn)業(yè)承接方面，張家口積極承接北京的產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移，吸引了一批高端制造業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)企業(yè)入駐，推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)。同時(shí)，張家口還充分利用自身的生態(tài)優(yōu)勢(shì)和資源優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)，如生態(tài)農(nóng)業(yè)、生態(tài)旅游等，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的良性互動(dòng)。例如，懷來縣依托官廳水庫的生態(tài)資源，發(fā)展生態(tài)旅游和休閑農(nóng)業(yè)，打造了一批特色旅游小鎮(zhèn)和生態(tài)農(nóng)業(yè)園區(qū)，不僅促進(jìn)了當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展，還提升了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。2.3水資源及利用現(xiàn)狀永定河流域張家口段水資源總量豐富，多年平均水資源總量約為[X]億立方米，其中地表水資源量約為[X]億立方米，地下水資源量約為[X]億立方米。然而，由于該地區(qū)降水時(shí)空分布不均，且受氣候變化和人類活動(dòng)的影響，水資源總量存在一定的波動(dòng)。在降水偏少年份，水資源總量明顯減少，如2015年，受持續(xù)干旱影響，該地區(qū)水資源總量降至[X]億立方米，較多年平均值減少了[X]%。水資源開發(fā)利用程度是衡量一個(gè)地區(qū)水資源利用狀況的重要指標(biāo)。近年來，永定河流域張家口段的水資源開發(fā)利用程度總體呈上升趨勢(shì)。目前，該地區(qū)水資源開發(fā)利用率已達(dá)到[X]%，超過了國際公認(rèn)的40%的警戒線，屬于水資源開發(fā)利用程度較高的地區(qū)。其中，農(nóng)業(yè)用水占水資源開發(fā)利用總量的比重最大，達(dá)到了[X]%，主要用于農(nóng)田灌溉；工業(yè)用水占比為[X]%，隨著工業(yè)的發(fā)展，工業(yè)用水量呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢(shì)；生活用水占比為[X]%，隨著城市化進(jìn)程的加快和人口的增長，生活用水量也在不斷上升。在用水結(jié)構(gòu)方面，農(nóng)業(yè)用水占據(jù)主導(dǎo)地位。張家口段是重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，農(nóng)業(yè)灌溉用水量大，且灌溉方式相對(duì)粗放，大部分地區(qū)仍采用大水漫灌的方式，水資源利用效率較低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，該地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉水有效利用系數(shù)僅為[X]，遠(yuǎn)低于先進(jìn)地區(qū)0.7-0.8的水平，這意味著大量的水資源在灌溉過程中被浪費(fèi)。例如，在一些農(nóng)田灌溉中，由于渠道滲漏和田間跑水等原因，實(shí)際用于作物生長的水量不足灌溉水量的一半。工業(yè)用水方面，雖然占比相對(duì)農(nóng)業(yè)用水較小，但部分高耗水行業(yè)，如鋼鐵、化工等，用水效率較低，存在較大的節(jié)水潛力。一些鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中，噸鋼耗水量高達(dá)[X]立方米，而先進(jìn)的鋼鐵企業(yè)噸鋼耗水量可控制在[X]立方米以下。這表明，通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝和加強(qiáng)水資源管理，工業(yè)用水效率有望得到顯著提高。生活用水方面，隨著居民生活水平的提高和節(jié)水意識(shí)的增強(qiáng)，人均生活用水量有所下降，但城市供水管網(wǎng)漏損問題仍然較為嚴(yán)重。據(jù)相關(guān)調(diào)查顯示，張家口市部分老舊城區(qū)的供水管網(wǎng)漏損率高達(dá)[X]%，這不僅造成了水資源的浪費(fèi)，還增加了供水成本。為了緩解水資源供需矛盾，提高水資源利用效率，張家口段采取了一系列節(jié)水措施。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，大力推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，如滴灌、噴灌等，建設(shè)高效節(jié)水灌溉示范區(qū)。截至目前，張家口段高效節(jié)水灌溉面積已達(dá)到[X]萬畝，占灌溉總面積的[X]%。通過推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，有效減少了農(nóng)業(yè)灌溉用水量，提高了水資源利用效率。例如，在涿鹿縣的一些高效節(jié)水灌溉示范區(qū)，采用滴灌技術(shù)后，每畝農(nóng)田的灌溉用水量較傳統(tǒng)大水漫灌減少了[X]立方米，節(jié)水效果顯著。在工業(yè)領(lǐng)域，加強(qiáng)對(duì)企業(yè)的用水監(jiān)管，鼓勵(lì)企業(yè)采用節(jié)水工藝和設(shè)備，開展中水回用等。一些企業(yè)通過實(shí)施節(jié)水改造項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用，降低了用水量。例如，某化工企業(yè)投資建設(shè)了中水回用設(shè)施，將生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水經(jīng)過處理后回用于生產(chǎn)，使企業(yè)的新鮮水取用量減少了[X]%，既節(jié)約了水資源，又降低了生產(chǎn)成本。在生活領(lǐng)域，加大節(jié)水宣傳力度，提高居民節(jié)水意識(shí)，推廣使用節(jié)水器具。同時(shí)，加強(qiáng)城市供水管網(wǎng)改造，降低管網(wǎng)漏損率。近年來，張家口市累計(jì)改造老舊供水管網(wǎng)[X]公里，管網(wǎng)漏損率下降了[X]個(gè)百分點(diǎn)。通過這些措施，有效減少了生活用水浪費(fèi)，提高了生活用水效率。三、永定河流域張家口段水質(zhì)現(xiàn)狀分析3.1水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集與整理本研究的數(shù)據(jù)主要來源于河北省張家口市生態(tài)環(huán)境局、中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站等官方機(jī)構(gòu)發(fā)布的水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告，同時(shí)結(jié)合了部分科研團(tuán)隊(duì)在永定河流域張家口段開展的實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)時(shí)間跨度為2018-2022年，涵蓋了不同季節(jié)和水文條件下的水質(zhì)狀況，以全面反映該區(qū)域水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化。在監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的設(shè)置上，充分考慮了永定河流域張家口段的水系分布、地形地貌以及污染源分布情況，共設(shè)置了[X]個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，包括永定河干流及其主要支流洋河、桑干河等。這些監(jiān)測(cè)點(diǎn)位均勻分布在流域內(nèi)，能夠較好地代表不同區(qū)域的水質(zhì)狀況。例如，在洋河的上游、中游和下游分別設(shè)置了監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，以監(jiān)測(cè)河流在不同河段的水質(zhì)變化；在桑干河與永定河的交匯處也設(shè)置了監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，以分析兩條河流交匯后對(duì)水質(zhì)的影響。監(jiān)測(cè)指標(biāo)選取了化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH?-N）、總磷（TP）、總氮（TN）、溶解氧（DO）、pH值等常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)，以及重金屬汞（Hg）、鎘（Cd）、鉛（Pb）、砷（As）等污染物指標(biāo)。這些指標(biāo)能夠全面反映永定河流域張家口段的水質(zhì)污染狀況，其中COD、氨氮、總磷、總氮是衡量水體有機(jī)污染和富營養(yǎng)化程度的重要指標(biāo)，溶解氧和pH值則反映了水體的物理化學(xué)性質(zhì)，重金屬指標(biāo)則用于監(jiān)測(cè)水體中重金屬污染情況。在數(shù)據(jù)收集過程中，嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行操作，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。水樣采集后，及時(shí)送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析檢測(cè)，采用國家標(biāo)準(zhǔn)分析方法對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。例如，化學(xué)需氧量采用重鉻酸鹽法測(cè)定，氨氮采用納氏試劑分光光度法測(cè)定，總磷采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定，總氮采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定，溶解氧采用電化學(xué)探頭法測(cè)定，pH值采用玻璃電極法測(cè)定，重金屬指標(biāo)則采用原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等先進(jìn)儀器分析方法進(jìn)行測(cè)定。對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行了系統(tǒng)的整理和預(yù)處理，剔除了異常數(shù)據(jù)和缺失值，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，以便后續(xù)的數(shù)據(jù)分析和模型模擬。通過數(shù)據(jù)整理，建立了詳細(xì)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫，為深入分析永定河流域張家口段的水質(zhì)現(xiàn)狀和變化趨勢(shì)提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。3.2水質(zhì)評(píng)價(jià)方法與標(biāo)準(zhǔn)為了準(zhǔn)確評(píng)估永定河流域張家口段的水質(zhì)狀況，本研究采用了單項(xiàng)污染指數(shù)法和綜合污染指數(shù)法。單項(xiàng)污染指數(shù)法是將實(shí)測(cè)值與國家標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，以確定該指標(biāo)是否超標(biāo)。除了pH、DO外，計(jì)算公式為：P_i=C_i/S_i，其中P_i為污染物i的單項(xiàng)污染指數(shù)，C_i為污染物i的實(shí)測(cè)值，S_i為污染物i的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值。該方法可以確定單因子超標(biāo)情況，但不能確定綜合水質(zhì)級(jí)別。若單項(xiàng)污染指數(shù)大于1，則該河流的此項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)超標(biāo)，比值即為超標(biāo)倍數(shù)；若小于或等于1則達(dá)標(biāo)。pH值標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)公式為：當(dāng)pH\leq7.0時(shí)，P_{pH}=\frac{7.0-pH_i}{7.0-pH_{x}}；當(dāng)pH>7.0時(shí)，P_{pH}=\frac{pH_i-7.0}{pH_{s}-7.0}，其中P_{pH}為pH的污染指數(shù)，pH_i為pH的實(shí)測(cè)濃度值，pH_{x}為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中pH值下限，pH_{s}為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中pH值上限。DO的標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)公式為：DOf=\frac{468}{31.6+T}，其中DOf為水中飽和溶解氧濃度，DO_j為實(shí)測(cè)水中溶解氧濃度，DO_s為水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中DO標(biāo)準(zhǔn)值。綜合污染指數(shù)法是對(duì)各污染指標(biāo)的相對(duì)污染指數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出代表水體污染程度的數(shù)值，該方法可以確定研究水體的污染程度。綜合污染指數(shù)的計(jì)算是在單項(xiàng)污染指數(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計(jì)算公式為：P=\sqrt{\frac{(P_{i\max})^2+(\overline{P_{i}})^2}{2}}，其中P為綜合污染指數(shù)，P_{i\max}為單項(xiàng)污染指數(shù)中的最大值，\overline{P_{i}}為單項(xiàng)污染指數(shù)的平均值。根據(jù)計(jì)算，綜合污染指數(shù)越高則河流的污染越嚴(yán)重，該指標(biāo)為相對(duì)值，表示監(jiān)測(cè)河流的相對(duì)污染情況，不能作為實(shí)際值使用。在水質(zhì)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)方面，本研究依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）進(jìn)行評(píng)價(jià)。該標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)地表水水域環(huán)境功能和保護(hù)目標(biāo)，按功能高低依次將水質(zhì)劃分為五類，對(duì)應(yīng)地表水上述五類水域功能，將地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)基本項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)值分為五類，不同功能類別分別執(zhí)行相應(yīng)類別的標(biāo)準(zhǔn)值。水域功能類別高的標(biāo)準(zhǔn)值嚴(yán)于水域功能類別低的標(biāo)準(zhǔn)值。同一水域兼有多類使用功能的，執(zhí)行最高功能類別對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。具體標(biāo)準(zhǔn)值如下表所示：序號(hào)項(xiàng)目I類II類III類IV類V類1化學(xué)需氧量（COD）氮（NH?-N）≤0.150.51.01.52.03總磷（以P計(jì)）≤0.02（湖、庫0.01）0.1（湖、庫0.025）0.2（湖、庫0.05）0.3（湖、庫0.1）0.4（湖、庫0.2）4總氮（湖、庫，以N計(jì)）≤0.20.51.01.52.05溶解氧≥飽和率90%（或7.5）65326pH值（無量綱）6-96-96-96-96-97汞（Hg）≤0.000050.000050.00010.0010.0018鎘（Cd）≤0.0010.0050.0050.0050.019鉛（Pb）≤0.010.010.050.050.110砷（As）≤0.050.050.050.10.1其中，I類主要適用于源頭水、國家自然保護(hù)區(qū)；II類主要適用于集中式生活飲用水地表水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產(chǎn)卵場(chǎng)、仔稚幼魚的索餌場(chǎng)等；III類主要適用于集中式生活飲用水地表水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)、魚蝦類越冬場(chǎng)、洄游通道、水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)等漁業(yè)水域及游泳區(qū)；IV類主要適用于一般工業(yè)用水區(qū)及人體非直接接觸的娛樂用水區(qū)；V類主要適用于農(nóng)業(yè)用水區(qū)及一般景觀要求水域。I類水質(zhì)良好，地下水只需消毒處理，地表水經(jīng)簡易凈化處理（如過濾）、消毒后即可供生活飲用；II類水質(zhì)受輕度污染，經(jīng)常規(guī)凈化處理（如絮凝、沉淀、過濾、消毒等）后，可供生活飲用；III類水質(zhì)經(jīng)過處理后也能供生活飲用；IV類以下水質(zhì)惡劣，不能作為飲用水源。3.3水質(zhì)時(shí)空變化特征分析為了深入了解永定河流域張家口段水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，本研究對(duì)2018-2022年的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了時(shí)空變化特征分析，包括不同季節(jié)、年份以及不同區(qū)域的水質(zhì)變化情況。在季節(jié)變化方面，永定河流域張家口段的水質(zhì)呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性差異。夏季和秋季的水質(zhì)相對(duì)較差，主要污染指標(biāo)如氨氮、總磷、化學(xué)需氧量等濃度較高。以2020年為例，夏季氨氮平均濃度達(dá)到了[X]mg/L，超出III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[X]%；總磷平均濃度為[X]mg/L，超出III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[X]%。這主要是由于夏季和秋季降水較多，且多以暴雨形式出現(xiàn)，大量的地表徑流攜帶農(nóng)業(yè)面源污染、生活污水和工業(yè)廢水等污染物進(jìn)入河流，導(dǎo)致水質(zhì)惡化。農(nóng)業(yè)面源污染中，農(nóng)田中大量使用的化肥、農(nóng)藥在雨水沖刷下進(jìn)入河流，使得河水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)含量增加，引發(fā)水體富營養(yǎng)化。同時(shí)，部分生活污水管網(wǎng)在暴雨期間出現(xiàn)溢流現(xiàn)象，未經(jīng)處理的生活污水直接排入河流，進(jìn)一步加重了水污染。而春季和冬季的水質(zhì)相對(duì)較好，各項(xiàng)污染指標(biāo)濃度相對(duì)較低。春季，隨著氣溫回升，河流的自凈能力逐漸增強(qiáng)，污染物濃度有所下降。冬季，由于氣溫較低，河流流速減緩，水體中污染物的擴(kuò)散和遷移能力減弱，但同時(shí)工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)活動(dòng)相對(duì)減少，污染物排放也相應(yīng)減少，使得水質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定。例如，2021年冬季，氨氮平均濃度為[X]mg/L，總磷平均濃度為[X]mg/L，均符合III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。從年份變化來看，2018-2022年期間，永定河流域張家口段的水質(zhì)總體呈現(xiàn)出改善的趨勢(shì)，但仍存在波動(dòng)。化學(xué)需氧量、氨氮、總磷等主要污染指標(biāo)的濃度在部分年份有所下降。以氨氮為例，2018年氨氮平均濃度為[X]mg/L，到2022年下降至[X]mg/L，下降了[X]%。這得益于張家口市近年來加強(qiáng)了對(duì)水污染的治理力度，加大了對(duì)工業(yè)污染源、生活污染源和農(nóng)業(yè)面源污染的管控。例如，對(duì)部分鋼鐵、化工等重點(diǎn)污染企業(yè)實(shí)施了強(qiáng)制性的清潔生產(chǎn)審核，推動(dòng)企業(yè)改進(jìn)生產(chǎn)工藝，減少污染物排放；加快了污水處理設(shè)施的建設(shè)和升級(jí)改造，提高了污水處理能力和處理效率，使生活污水得到有效處理。然而，在某些年份，由于受到極端氣候事件、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等因素的影響，水質(zhì)出現(xiàn)了短暫的惡化。2020年，受暴雨洪澇災(zāi)害的影響，部分地區(qū)的農(nóng)業(yè)面源污染和生活污水大量進(jìn)入河流，導(dǎo)致該年度部分時(shí)段的水質(zhì)惡化，氨氮、總磷等指標(biāo)濃度明顯升高。此外，在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整過程中，一些傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的淘汰和新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也可能導(dǎo)致短期內(nèi)污染物排放的波動(dòng)，從而影響水質(zhì)。在空間變化上，永定河流域張家口段不同區(qū)域的水質(zhì)存在顯著差異。上游地區(qū)水質(zhì)相對(duì)較好，各項(xiàng)污染指標(biāo)濃度較低，基本能夠達(dá)到II類或III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。這主要是因?yàn)樯嫌蔚貐^(qū)人口密度較低，工業(yè)和農(nóng)業(yè)活動(dòng)相對(duì)較少，污染源相對(duì)較少，且河流的自凈能力較強(qiáng)。例如，在洋河上游的某些監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，2022年化學(xué)需氧量平均濃度為[X]mg/L，氨氮平均濃度為[X]mg/L，均符合II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。而下游地區(qū)水質(zhì)相對(duì)較差，污染較為嚴(yán)重，部分指標(biāo)甚至超過了V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。下游地區(qū)是張家口市的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)域，人口密集，工業(yè)企業(yè)眾多，生活污水和工業(yè)廢水排放量較大。一些工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中，由于環(huán)保設(shè)施不完善或運(yùn)行不正常，導(dǎo)致污染物超標(biāo)排放。生活污水方面，雖然污水處理廠的處理能力在不斷提高，但部分老舊城區(qū)的污水管網(wǎng)存在老化、破損等問題，導(dǎo)致生活污水收集不徹底，部分污水直接排入河流。農(nóng)業(yè)面源污染在下游地區(qū)也較為突出，大量的農(nóng)田集中在下游，化肥、農(nóng)藥的使用量較大，且畜禽養(yǎng)殖廢棄物的處理和利用水平較低，對(duì)河流水質(zhì)造成了較大影響。以桑干河下游的某監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為例，2021年總磷平均濃度高達(dá)[X]mg/L，超出V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[X]%，化學(xué)需氧量平均濃度為[X]mg/L，超出V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[X]%。不同支流的水質(zhì)也存在差異。洋河作為永定河的重要支流，其水質(zhì)狀況對(duì)永定河整體水質(zhì)有著重要影響。洋河部分河段水質(zhì)較好，但在流經(jīng)城市和工業(yè)集中區(qū)域時(shí)，水質(zhì)受到一定程度的污染。桑干河的水質(zhì)相對(duì)較差，尤其是在一些農(nóng)業(yè)灌溉區(qū)和畜禽養(yǎng)殖集中區(qū)域，由于農(nóng)業(yè)面源污染和畜禽養(yǎng)殖廢棄物的排放，導(dǎo)致河水中的氮、磷等污染物含量較高。清水河作為永定河的另一條支流，在市區(qū)段由于人口密集，生活污水和內(nèi)源污染問題較為突出，水質(zhì)相對(duì)較差。在崇禮區(qū)，農(nóng)業(yè)面源污染是主要污染來源，導(dǎo)致水體中總氮含量超標(biāo)；而在市區(qū)，內(nèi)源污染和生活污染較為嚴(yán)重，使得水質(zhì)惡化。3.4主要污染因子及來源解析通過對(duì)永定河流域張家口段水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的深入分析，結(jié)合水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果，確定了該區(qū)域的主要污染因子為化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH?-N）、總磷（TP）和總氮（TN）。這些污染因子在不同區(qū)域和時(shí)段的超標(biāo)情況較為突出，對(duì)河流水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重影響?；瘜W(xué)需氧量（COD）是衡量水體中有機(jī)物污染程度的重要指標(biāo)，其超標(biāo)表明水體中存在大量的有機(jī)污染物。在永定河流域張家口段，COD的主要來源包括工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)業(yè)面源污染。工業(yè)方面，張家口地區(qū)的鋼鐵、化工、建材等行業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量含有機(jī)污染物的廢水。例如，鋼鐵企業(yè)在煉鋼、軋鋼等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，會(huì)產(chǎn)生含有大量有機(jī)物的冷卻廢水和清洗廢水；化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中會(huì)排放含有各種有機(jī)化合物的廢水，這些廢水若未經(jīng)有效處理直接排入河流，會(huì)導(dǎo)致河水中COD含量大幅升高。生活污水也是COD的重要來源之一。隨著張家口市城市化進(jìn)程的加速，城市人口不斷增加，生活污水排放量也隨之上升。部分老舊城區(qū)的污水管網(wǎng)建設(shè)不完善，存在污水泄漏和雨污混流的情況，使得大量生活污水未經(jīng)處理就直接排入永定河。此外，一些農(nóng)村地區(qū)的生活污水收集和處理設(shè)施缺乏，生活污水直接排放到周邊水體，也對(duì)永定河的水質(zhì)造成了污染。農(nóng)業(yè)面源污染中，農(nóng)田中大量使用的有機(jī)肥料、農(nóng)藥以及畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的糞便等，在雨水沖刷下進(jìn)入河流，也會(huì)增加河水中的COD含量。例如，在農(nóng)田施肥后，若遇到降雨，肥料中的有機(jī)物會(huì)隨著地表徑流進(jìn)入河流，導(dǎo)致水體中COD升高。氨氮（NH?-N）是水體中氮素污染的主要形式之一，其超標(biāo)會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，影響水生生物的生存和繁殖。在永定河流域張家口段，氨氮的主要來源包括工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)業(yè)面源污染。工業(yè)廢水方面，化工、制藥、食品加工等行業(yè)的廢水中含有較高濃度的氨氮。例如，化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生含有氨氮的廢氣洗滌廢水和工藝廢水；制藥企業(yè)的發(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生大量含氨氮的廢水，這些廢水若未經(jīng)處理達(dá)標(biāo)排放，會(huì)對(duì)河流水質(zhì)造成嚴(yán)重污染。生活污水中含有大量的含氮有機(jī)物，如蛋白質(zhì)、尿素等，在微生物的作用下會(huì)分解產(chǎn)生氨氮。隨著城市人口的增加和生活水平的提高，生活污水中氨氮的排放量也在不斷增加。部分污水處理廠的處理工藝對(duì)氨氮的去除效果有限，導(dǎo)致處理后的污水中仍含有較高濃度的氨氮，排入河流后會(huì)造成氨氮超標(biāo)。農(nóng)業(yè)面源污染中，化肥的大量使用是氨氮的重要來源。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)民為了提高農(nóng)作物產(chǎn)量，往往會(huì)過量使用氮肥，這些氮肥在土壤中經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)化后，部分會(huì)以氨氮的形式進(jìn)入水體。此外，畜禽養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞便和尿液中也含有大量的氨氮，若不進(jìn)行妥善處理，會(huì)隨著地表徑流進(jìn)入河流，導(dǎo)致氨氮污染。總磷（TP）和總氮（TN）是導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素，其超標(biāo)會(huì)引發(fā)藻類大量繁殖，破壞水生態(tài)平衡。在永定河流域張家口段，總磷和總氮的主要來源包括農(nóng)業(yè)面源污染、生活污水和工業(yè)廢水。農(nóng)業(yè)面源污染是總磷和總氮的主要來源之一。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，大量使用的化肥、農(nóng)藥以及畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢棄物中含有豐富的磷和氮元素。例如，磷肥的過量使用會(huì)導(dǎo)致土壤中磷元素的積累，在雨水沖刷下，這些磷元素會(huì)隨著地表徑流進(jìn)入河流，增加水體中的總磷含量。畜禽養(yǎng)殖廢棄物中含有大量的氮和磷，若隨意堆放或未經(jīng)處理直接排放，也會(huì)對(duì)水體造成污染。生活污水中也含有一定量的磷和氮，如含磷洗滌劑的使用會(huì)增加生活污水中的磷含量。部分污水處理廠對(duì)磷和氮的去除效果不佳，導(dǎo)致處理后的污水中仍含有較高濃度的總磷和總氮，排入河流后會(huì)加重水體富營養(yǎng)化問題。工業(yè)廢水方面，一些化工、印染、造紙等行業(yè)的廢水中含有較高濃度的磷和氮。例如，化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生含有磷和氮的廢水；印染企業(yè)的染色工藝中會(huì)使用含磷的助劑，產(chǎn)生的廢水中含有大量的磷；造紙企業(yè)的制漿過程中會(huì)產(chǎn)生含有氮和磷的廢水，這些廢水若未經(jīng)有效處理直接排放，會(huì)對(duì)河流水質(zhì)造成嚴(yán)重影響。四、永定河流域張家口段排污許可現(xiàn)狀分析4.1排污許可制度實(shí)施情況我國排污許可制度的發(fā)展歷程可追溯到20世紀(jì)80年代，當(dāng)時(shí)處于初步探索階段，旨在通過發(fā)放排污許可證對(duì)企業(yè)的排污行為進(jìn)行規(guī)范和管理。隨著環(huán)境保護(hù)工作的不斷深入，2014年修訂的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》從國家立法層面確立了排污許可制度的法律地位，為其進(jìn)一步發(fā)展和完善奠定了堅(jiān)實(shí)的法律基礎(chǔ)。此后，《排污許可證管理暫行規(guī)定》和《排污許可管理辦法（試行）》相繼出臺(tái)，對(duì)排污許可證的申請(qǐng)、核發(fā)、執(zhí)行等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，標(biāo)志著我國排污許可制度逐步走向規(guī)范化和制度化。在永定河流域張家口段，排污許可制度的實(shí)施穩(wěn)步推進(jìn)。目前，該地區(qū)已基本完成了重點(diǎn)行業(yè)排污許可證的核發(fā)工作，涵蓋了鋼鐵、化工、建材、造紙、印染等多個(gè)行業(yè)。截至[具體時(shí)間]，張家口段累計(jì)核發(fā)排污許可證[X]份，其中重點(diǎn)管理排污許可證[X]份，簡化管理排污許可證[X]份。這些行業(yè)的企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的污染物，對(duì)永定河水質(zhì)有著重要影響，通過實(shí)施排污許可制度，能夠有效約束企業(yè)的排污行為，減少污染物排放。以鋼鐵行業(yè)為例，張家口段的多家鋼鐵企業(yè)已獲得排污許可證。這些企業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生含有重金屬、有機(jī)物等污染物的廢水，以及含有二氧化硫、氮氧化物等污染物的廢氣。在獲得排污許可證后，企業(yè)需嚴(yán)格按照許可證規(guī)定的排放限值、排放方式和排放去向等要求進(jìn)行排污。例如，某鋼鐵企業(yè)的排污許可證規(guī)定其化學(xué)需氧量（COD）排放限值為[X]mg/L，氨氮排放限值為[X]mg/L，企業(yè)必須確保其排放的廢水中COD和氨氮濃度不超過這一限值，否則將面臨嚴(yán)厲的處罰。在管理體系方面，張家口段建立了較為完善的排污許可管理體系。生態(tài)環(huán)境部門負(fù)責(zé)排污許可證的核發(fā)、監(jiān)管和執(zhí)法工作，通過定期檢查、不定期抽查等方式，對(duì)企業(yè)的排污行為進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督。同時(shí)，利用信息化手段，建立了排污許可管理信息平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了排污許可證的網(wǎng)上申請(qǐng)、審核、發(fā)放和管理，提高了管理效率和透明度。企業(yè)則需要按照規(guī)定開展自行監(jiān)測(cè)，記錄并上報(bào)排污數(shù)據(jù)，接受社會(huì)監(jiān)督。例如，張家口市生態(tài)環(huán)境局會(huì)定期組織執(zhí)法人員對(duì)企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢查，檢查內(nèi)容包括企業(yè)的污染治理設(shè)施運(yùn)行情況、排污口規(guī)范化建設(shè)情況、自行監(jiān)測(cè)開展情況以及排污數(shù)據(jù)的真實(shí)性等。對(duì)于發(fā)現(xiàn)的問題，責(zé)令企業(yè)限期整改，并依法進(jìn)行處罰。在信息化管理方面，企業(yè)可通過排污許可管理信息平臺(tái)實(shí)時(shí)上傳自行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，生態(tài)環(huán)境部門能夠及時(shí)掌握企業(yè)的排污動(dòng)態(tài)，對(duì)數(shù)據(jù)異常的企業(yè)進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)管。4.2現(xiàn)有排污許可限值設(shè)定依據(jù)及存在問題目前，永定河流域張家口段排污許可限值的設(shè)定主要依據(jù)《永定河流域水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB13/5880-2023）等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)流域內(nèi)不同區(qū)域的功能定位和環(huán)境敏感程度，將排污許可限值劃分為A、B兩類。其中，排入洋河干流（下花園區(qū)、懷來縣和涿鹿縣境內(nèi)段）、桑干河干流（涿鹿縣境內(nèi)段）、永定河干流（懷來縣境內(nèi)段）的城鎮(zhèn)污水處理廠以及廊坊市城鎮(zhèn)污水處理廠水污染物排放執(zhí)行A類限值，其他排污單位水污染物排放執(zhí)行B類限值。A類限值相當(dāng)于地表水準(zhǔn)Ⅳ類，B類限值相當(dāng)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》國家標(biāo)準(zhǔn)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。在化學(xué)需氧量（COD）指標(biāo)上，A類限值為30mg/L，B類限值為50mg/L；氨氮（NH?-N）指標(biāo)，A類限值為1.5（2.5）mg/L（括號(hào)外數(shù)值為水溫≥12℃時(shí)的控制限值，括號(hào)內(nèi)數(shù)值為水溫＜12℃時(shí)的控制限值），B類限值為5（8）mg/L。這些限值的設(shè)定旨在通過控制污染物排放，改善永定河流域的水質(zhì)狀況，保護(hù)水生態(tài)環(huán)境。然而，現(xiàn)有排污許可限值設(shè)定存在一些問題。首先，與水質(zhì)關(guān)聯(lián)性弱。雖然標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)不同區(qū)域劃分了限值，但在實(shí)際設(shè)定過程中，對(duì)流域內(nèi)不同河段的具體水質(zhì)狀況、水體自凈能力以及污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等因素考慮不夠充分。例如，在一些河流流速較快、自凈能力較強(qiáng)的河段，當(dāng)前的排污許可限值可能過于嚴(yán)格，限制了企業(yè)的合理發(fā)展；而在一些水流緩慢、自凈能力較弱的河段，限值可能又不夠嚴(yán)格，無法有效保障水質(zhì)達(dá)標(biāo)。這導(dǎo)致排污許可限值與實(shí)際水質(zhì)需求之間存在一定的脫節(jié)，難以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)治污。其次，缺乏動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制也是現(xiàn)有排污許可限值設(shè)定的一大問題。永定河流域的水質(zhì)狀況受到多種因素的影響，如氣候變化、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、污水處理設(shè)施升級(jí)等，這些因素會(huì)導(dǎo)致流域的水環(huán)境容量和水質(zhì)目標(biāo)發(fā)生變化。然而，目前的排污許可限值一旦確定，很少根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。以張家口段某化工企業(yè)為例，近年來隨著企業(yè)生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和污染治理技術(shù)的提升，其污染物排放強(qiáng)度大幅降低，但由于排污許可限值未及時(shí)調(diào)整，企業(yè)在滿足現(xiàn)有限值的情況下，難以進(jìn)一步挖掘減排潛力，造成了資源的浪費(fèi)。同樣，當(dāng)流域內(nèi)出現(xiàn)極端氣候事件或重大污染源變化時(shí)，現(xiàn)有排污許可限值無法迅速做出響應(yīng)，導(dǎo)致水質(zhì)惡化風(fēng)險(xiǎn)增加。此外，現(xiàn)有排污許可限值在制定過程中，對(duì)不同行業(yè)的差異性考慮不足。張家口段涵蓋了鋼鐵、化工、建材、食品加工等多個(gè)行業(yè)，各行業(yè)的生產(chǎn)工藝、污染物產(chǎn)生特點(diǎn)和治理難度存在很大差異。但目前的排污許可限值在設(shè)定時(shí)，往往采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，沒有充分考慮到各行業(yè)的實(shí)際情況。例如，鋼鐵行業(yè)在生產(chǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生大量含有重金屬和高溫廢水的污染物，其治理難度較大；而食品加工行業(yè)的污染物主要以有機(jī)物為主，治理相對(duì)容易。對(duì)于這兩個(gè)行業(yè)采用相同的排污許可限值，顯然不合理，既可能導(dǎo)致鋼鐵行業(yè)因難以達(dá)到限值要求而面臨較大的環(huán)保壓力，影響企業(yè)的正常生產(chǎn)經(jīng)營，也可能使食品加工行業(yè)在污染治理上投入不足，無法充分發(fā)揮其減排潛力。4.3污染源分布及排污特征永定河流域張家口段的工業(yè)污染源主要集中在宣化區(qū)、下花園區(qū)、懷來縣等區(qū)域。這些地區(qū)工業(yè)基礎(chǔ)相對(duì)雄厚，擁有鋼鐵、化工、建材等多個(gè)產(chǎn)業(yè)集群。例如，宣化區(qū)是張家口市的工業(yè)重鎮(zhèn)，擁有多家大型鋼鐵企業(yè)，如宣化鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司。這些鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量含有重金屬、有機(jī)物等污染物的廢水。其中，重金屬污染物如鉻、鎳、鉛等，若未經(jīng)有效處理直接排放，會(huì)在土壤和水體中積累，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重危害。同時(shí)，鋼鐵企業(yè)在生產(chǎn)過程中還會(huì)產(chǎn)生含有二氧化硫、氮氧化物等污染物的廢氣，這些廢氣排放到大氣中，會(huì)形成酸雨等環(huán)境污染問題，進(jìn)一步影響河流水質(zhì)?；て髽I(yè)也是永定河流域張家口段的重要工業(yè)污染源之一。下花園區(qū)的化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生含有各種有機(jī)化合物和重金屬的廢水。例如，一些化工企業(yè)生產(chǎn)農(nóng)藥、化肥等產(chǎn)品，其廢水中含有高濃度的氨氮、總磷等污染物，這些污染物會(huì)導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，引發(fā)藻類大量繁殖，破壞水生態(tài)平衡。此外，化工企業(yè)的廢氣排放中還可能含有揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）等污染物，這些污染物不僅會(huì)對(duì)大氣環(huán)境造成污染，還會(huì)通過大氣沉降等方式進(jìn)入水體，影響河流水質(zhì)。在農(nóng)業(yè)污染源方面，永定河流域張家口段的農(nóng)田分布廣泛，農(nóng)業(yè)面源污染較為嚴(yán)重。主要集中在涿鹿縣、懷來縣等農(nóng)業(yè)大縣。這些地區(qū)的農(nóng)田大量使用化肥、農(nóng)藥，以提高農(nóng)作物產(chǎn)量。據(jù)統(tǒng)計(jì)，涿鹿縣每年化肥使用量達(dá)到[X]萬噸，農(nóng)藥使用量達(dá)到[X]噸。然而，由于化肥、農(nóng)藥的不合理使用，大部分未被農(nóng)作物吸收利用的化肥、農(nóng)藥會(huì)通過地表徑流和農(nóng)田排水等方式進(jìn)入永定河，成為農(nóng)業(yè)面源污染的主要來源。例如，在降雨或灌溉后，農(nóng)田中的化肥和農(nóng)藥會(huì)隨著地表徑流進(jìn)入河流，導(dǎo)致河水中的氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)含量增加，引發(fā)水體富營養(yǎng)化。畜禽養(yǎng)殖也是農(nóng)業(yè)污染源的重要組成部分。張家口段的畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)主要分布在農(nóng)村地區(qū)，養(yǎng)殖規(guī)模大小不一。部分養(yǎng)殖場(chǎng)的環(huán)保設(shè)施不完善，畜禽糞便和尿液未經(jīng)有效處理直接排放，對(duì)周邊水體和土壤環(huán)境造成污染。例如，一些小型養(yǎng)殖場(chǎng)沒有建設(shè)沼氣池、堆肥場(chǎng)等糞便處理設(shè)施，畜禽糞便隨意堆放，在雨水沖刷下，大量的有機(jī)物和病原體進(jìn)入河流，導(dǎo)致河流水質(zhì)惡化。據(jù)估算，張家口段畜禽養(yǎng)殖每年產(chǎn)生的化學(xué)需氧量（COD）排放量達(dá)到[X]噸，氨氮排放量達(dá)到[X]噸，對(duì)永定河水質(zhì)產(chǎn)生了較大影響。生活污染源主要分布在張家口市主城區(qū)、宣化區(qū)以及各個(gè)縣城等人口密集區(qū)域。隨著城市化進(jìn)程的加速，城市人口不斷增加，生活污水排放量也隨之大幅上升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，張家口市主城區(qū)每天生活污水排放量達(dá)到[X]萬噸。部分污水處理廠的處理能力和處理工藝無法滿足日益增長的污水量需求，導(dǎo)致部分生活污水未經(jīng)充分處理就直接排入河流。例如，張家口市某污水處理廠的設(shè)計(jì)處理能力為每天[X]萬噸，但實(shí)際污水排放量已超過設(shè)計(jì)能力的[X]%，部分污水只能經(jīng)過簡單處理后直接排放，其中的化學(xué)需氧量（COD）、氨氮等污染物含量超標(biāo)，對(duì)永定河水質(zhì)造成了污染。此外，一些老舊城區(qū)的污水管網(wǎng)建設(shè)不完善，存在污水泄漏和雨污混流的情況。在雨季，大量雨水?dāng)y帶污水進(jìn)入河流，進(jìn)一步加劇了永定河的水污染問題。例如，宣化區(qū)部分老舊小區(qū)的污水管網(wǎng)老化嚴(yán)重，經(jīng)常出現(xiàn)污水泄漏現(xiàn)象，不僅影響周邊居民的生活環(huán)境，還對(duì)附近的河流造成了污染。同時(shí)，由于雨污混流，雨水排水系統(tǒng)在雨季會(huì)將大量污水排入河流，增加了污水處理的難度和成本。五、基于水質(zhì)的排污許可限值確定方法5.1相關(guān)理論基礎(chǔ)水環(huán)境容量是指在一定的水域范圍和水文條件下，滿足規(guī)定的水質(zhì)目標(biāo)時(shí)，水體所能容納的某種污染物的最大負(fù)荷量。它反映了水體對(duì)污染物的自然凈化能力和承載能力，是確定排污許可限值的重要依據(jù)。水環(huán)境容量的大小受到多種因素的影響，包括水體的物理、化學(xué)和生物特性，如水流速度、水溫、溶解氧含量、水體的自凈能力等，以及污染物的種類、性質(zhì)和排放方式等。例如，在水流速度較快的河流中，污染物能夠更快地被稀釋和擴(kuò)散，水體的自凈能力相對(duì)較強(qiáng)，因此水環(huán)境容量相對(duì)較大；而在水流緩慢的湖泊或水庫中，污染物容易積聚，自凈能力較弱，水環(huán)境容量則相對(duì)較小。水質(zhì)模型是用于描述污染物質(zhì)在水環(huán)境中的混合、遷移和轉(zhuǎn)化過程的數(shù)學(xué)方程或方程組。它通過對(duì)水體中污染物的物理、化學(xué)和生物過程進(jìn)行抽象和簡化，建立起污染物濃度與各種影響因素之間的定量關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的模擬和預(yù)測(cè)。常見的水質(zhì)模型包括零維模型、一維模型、二維模型和三維模型等，不同的模型適用于不同的水體條件和研究目的。例如，零維模型適用于完全混合的小水體，如小型池塘或水庫；一維模型適用于河流等具有明顯一維流動(dòng)特征的水體；二維模型適用于湖泊、河口等具有平面二維流動(dòng)特征的水體；三維模型則適用于復(fù)雜的海洋環(huán)境或大型湖泊等。在永定河流域張家口段的研究中，可選用QUAL2K水質(zhì)模型來模擬污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化過程。QUAL2K模型是一個(gè)基于物理、化學(xué)和生物過程的穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型，它能夠考慮多種水質(zhì)參數(shù)，如化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH?-N）、總磷（TP）、溶解氧（DO）等，以及它們之間的相互作用。通過輸入流域的水文數(shù)據(jù)、水質(zhì)數(shù)據(jù)和污染源數(shù)據(jù)等，利用QUAL2K模型可以準(zhǔn)確地模擬不同工況下污染物在永定河中的濃度分布和變化趨勢(shì)，為水環(huán)境容量的計(jì)算和排污許可限值的確定提供科學(xué)依據(jù)?？偭靠刂剖侵冈谝欢▍^(qū)域內(nèi)，為了達(dá)到預(yù)定的環(huán)境目標(biāo)，對(duì)排入該區(qū)域的污染物總量進(jìn)行控制的管理措施。它是實(shí)現(xiàn)水污染防治的重要手段之一，通過限制污染物的排放總量，確保區(qū)域內(nèi)的水環(huán)境質(zhì)量達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。總量控制可以分為容量總量控制和目標(biāo)總量控制兩種類型。容量總量控制是根據(jù)水環(huán)境容量來確定污染物的排放總量，以確保水體的自凈能力不被破壞；目標(biāo)總量控制則是根據(jù)預(yù)定的環(huán)境目標(biāo)，如水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)或污染物削減目標(biāo)，來確定污染物的排放總量。在永定河流域張家口段，應(yīng)綜合考慮水環(huán)境容量和水質(zhì)目標(biāo)，實(shí)施總量控制措施，合理分配污染物排放指標(biāo)，以實(shí)現(xiàn)流域水質(zhì)的改善和保護(hù)。以化學(xué)需氧量（COD）為例，若通過水質(zhì)模型計(jì)算得出永定河流域張家口段某河段的水環(huán)境容量為[X]噸/年，而當(dāng)前該河段的COD實(shí)際排放量為[X+Y]噸/年，超過了水環(huán)境容量。為了實(shí)現(xiàn)總量控制目標(biāo)，需要對(duì)該河段的COD排放量進(jìn)行削減，削減量為[Y]噸/年。通過對(duì)流域內(nèi)各污染源的排放進(jìn)行控制和管理，確保COD排放總量不超過水環(huán)境容量，從而達(dá)到改善水質(zhì)的目的。這些理論基礎(chǔ)相互關(guān)聯(lián)，水環(huán)境容量是總量控制的依據(jù)，水質(zhì)模型是計(jì)算水環(huán)境容量和預(yù)測(cè)水質(zhì)變化的工具，而總量控制則是實(shí)現(xiàn)水質(zhì)目標(biāo)的重要手段。在確定永定河流域張家口段基于水質(zhì)的排污許可限值時(shí)，需要綜合運(yùn)用這些理論和方法，充分考慮流域的實(shí)際情況，以確保限值的科學(xué)性和合理性。5.2確定排污許可限值的技術(shù)路線確定永定河流域張家口段基于水質(zhì)的排污許可限值，需構(gòu)建一套科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)募夹g(shù)路線，涵蓋數(shù)據(jù)收集、水質(zhì)模擬、水環(huán)境容量計(jì)算、多目標(biāo)優(yōu)化以及限值確定與評(píng)估等關(guān)鍵環(huán)節(jié)。首先，全面收集研究區(qū)域的相關(guān)數(shù)據(jù)。一方面，廣泛收集永定河流域張家口段的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，包括化學(xué)需氧量（COD）、氨氮（NH?-N）、總磷（TP）、總氮（TN）等污染物指標(biāo)的濃度數(shù)據(jù)，以及水溫、pH值、溶解氧（DO）等水質(zhì)參數(shù)，時(shí)間跨度應(yīng)覆蓋多個(gè)年份，以充分反映水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化。另一方面，詳細(xì)收集流域的水文數(shù)據(jù)，如水位、流量、流速等，這些數(shù)據(jù)對(duì)于準(zhǔn)確模擬污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化過程至關(guān)重要。同時(shí)，深入了解流域內(nèi)污染源的分布情況，包括工業(yè)污染源、生活污染源和農(nóng)業(yè)面源污染的具體位置、排放規(guī)模和排放特征等信息，為后續(xù)的分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。運(yùn)用QUAL2K水質(zhì)模型對(duì)永定河流域張家口段的水質(zhì)進(jìn)行模擬。QUAL2K模型是一種基于物理、化學(xué)和生物過程的穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型，能夠綜合考慮多種水質(zhì)參數(shù)以及它們之間的相互作用。將收集到的水質(zhì)、水文和污染源數(shù)據(jù)輸入到QUAL2K模型中，通過模型的運(yùn)算，模擬不同工況下污染物在水體中的濃度分布和變化趨勢(shì)。例如，設(shè)置不同的排污情景，包括不同的污染物排放濃度和排放量，模擬在這些情景下永定河水質(zhì)的變化情況，分析污染物在河流中的遷移路徑、擴(kuò)散范圍以及對(duì)不同河段水質(zhì)的影響程度。通過模型模擬，可以直觀地了解到污染物在水體中的動(dòng)態(tài)變化過程，為后續(xù)的水環(huán)境容量計(jì)算和排污許可限值確定提供科學(xué)依據(jù)?；谒|(zhì)模擬結(jié)果，計(jì)算流域的水環(huán)境容量。水環(huán)境容量是指在一定的水域范圍和水文條件下，滿足規(guī)定的水質(zhì)目標(biāo)時(shí)，水體所能容納的某種污染物的最大負(fù)荷量。采用合適的方法計(jì)算水環(huán)境容量，如利用水質(zhì)模型結(jié)合污染物質(zhì)量守恒原理，考慮水體的自凈能力、稀釋能力以及污染物的降解速率等因素，確定永定河流域張家口段不同河段、不同污染物的水環(huán)境容量。例如，對(duì)于化學(xué)需氧量（COD），通過模型計(jì)算得出在滿足特定水質(zhì)目標(biāo)（如III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)）的情況下，某河段所能容納的COD最大負(fù)荷量。水環(huán)境容量的準(zhǔn)確計(jì)算是確定排污許可限值的關(guān)鍵，它為污染物排放總量的控制提供了重要的參考依據(jù)?？紤]多目標(biāo)因素，建立多目標(biāo)優(yōu)化模型。在確定排污許可限值時(shí)，不僅要考慮水環(huán)境容量的約束，還要兼顧污染物減排成本最小化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益最大化等目標(biāo)。以水環(huán)境容量為約束條件，以污染物減排成本和經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益為目標(biāo)函數(shù)，構(gòu)建多目標(biāo)優(yōu)化模型。在污染物減排成本方面，考慮企業(yè)為達(dá)到排污許可限值所需投入的污染治理設(shè)施建設(shè)費(fèi)用、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用以及采用清潔生產(chǎn)技術(shù)的成本等因素；在經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益方面，考慮企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、產(chǎn)值以及對(duì)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的貢獻(xiàn)等因素。通過多目標(biāo)優(yōu)化模型的求解，得到在不同目標(biāo)權(quán)重下的最優(yōu)排污許可限值方案，為決策者提供多種選擇。根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化模型的求解結(jié)果，確定排污許可限值。對(duì)不同的排污許可限值方案進(jìn)行綜合分析和評(píng)估，權(quán)衡環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等多方面因素。例如，分析不同方案下污染物減排對(duì)水質(zhì)改善的效果，評(píng)估企業(yè)在滿足排污許可限值要求下的經(jīng)濟(jì)承受能力，考慮對(duì)當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響等。最終，結(jié)合永定河流域張家口段的實(shí)際情況，確定出科學(xué)合理、切實(shí)可行的排污許可限值。對(duì)確定的排污許可限值進(jìn)行合理性評(píng)估。建立評(píng)估指標(biāo)體系，從環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益等多個(gè)維度對(duì)排污許可限值進(jìn)行評(píng)估。在環(huán)境效益方面，通過模擬分析排污許可限值實(shí)施后流域水質(zhì)的改善情況，評(píng)估其對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和恢復(fù)效果，如分析水質(zhì)指標(biāo)是否達(dá)到預(yù)期的水質(zhì)目標(biāo)，水體中生物多樣性是否得到提升等；在經(jīng)濟(jì)效益方面，分析排污許可限值對(duì)企業(yè)生產(chǎn)成本、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的影響，評(píng)估其對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的促進(jìn)或制約作用，如計(jì)算企業(yè)為達(dá)到排污許可限值所需增加的成本，分析對(duì)不同行業(yè)企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力影響等；在社會(huì)效益方面，考慮排污許可限值對(duì)居民生活質(zhì)量、社會(huì)穩(wěn)定等方面的影響，如評(píng)估對(duì)居民飲用水安全的保障程度，對(duì)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)就業(yè)和社會(huì)和諧的影響等。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，對(duì)排污許可限值進(jìn)行必要的調(diào)整和優(yōu)化，確保其既能有效控制污染，又能促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。5.3模型構(gòu)建與參數(shù)率定在永定河流域張家口段的水質(zhì)研究中，選用QUAL2K水質(zhì)模型進(jìn)行模擬。QUAL2K模型是一種基于物理、化學(xué)和生物過程的穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型，能夠綜合考慮多種水質(zhì)參數(shù)以及它們之間的相互作用。在構(gòu)建QUAL2K模型時(shí)，需對(duì)永定河流域張家口段進(jìn)行概化處理，將其劃分為若干個(gè)計(jì)算單元，每個(gè)計(jì)算單元具有均勻的水質(zhì)和水力條件。根據(jù)流域的水系分布、地形地貌以及污染源分布情況，合理確定計(jì)算單元的數(shù)量和邊界。例如，對(duì)于河流的彎曲段和支流匯入處，可適當(dāng)增加計(jì)算單元的數(shù)量，以提高模型的模擬精度。模型參數(shù)的確定是模型構(gòu)建的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這些參數(shù)包括水流速度、彌散系數(shù)、污染物降解系數(shù)等，它們對(duì)模型的模擬結(jié)果有著重要影響。水流速度可通過實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)或采用水力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算。彌散系數(shù)反映了污染物在水體中的擴(kuò)散能力，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式或參考類似流域的研究成果進(jìn)行確定。污染物降解系數(shù)則與污染物的種類、水體的溫度、溶解氧含量等因素有關(guān)，可通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)或現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行估算。例如，對(duì)于化學(xué)需氧量（COD）的降解系數(shù)，可通過在不同溫度和溶解氧條件下的實(shí)驗(yàn)，測(cè)定COD的降解速率，從而確定其降解系數(shù)。在確定模型參數(shù)后，需要對(duì)模型進(jìn)行率定和驗(yàn)證。率定是通過調(diào)整模型參數(shù)，使模型模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)達(dá)到最佳擬合的過程。選取一定時(shí)間段內(nèi)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為率定數(shù)據(jù)，將模型模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，利用統(tǒng)計(jì)分析方法，如均方根誤差（RMSE）、平均絕對(duì)誤差（MAE）、相關(guān)系數(shù)（R）等，評(píng)估模型模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的吻合程度。通過不斷調(diào)整模型參數(shù)，使統(tǒng)計(jì)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)，從而確定最佳的模型參數(shù)。例如，在率定過程中，若發(fā)現(xiàn)模型模擬的氨氮濃度與實(shí)測(cè)值存在較大偏差，可適當(dāng)調(diào)整氨氮的降解系數(shù)和吸附系數(shù)，使模擬結(jié)果更接近實(shí)測(cè)值。驗(yàn)證是檢驗(yàn)?zāi)Ｐ涂煽啃缘闹匾襟E，選取另一時(shí)間段的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為驗(yàn)證數(shù)據(jù)，將率定后的模型應(yīng)用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)，再次計(jì)算統(tǒng)計(jì)指標(biāo)，評(píng)估模型的預(yù)測(cè)能力。若模型在驗(yàn)證階段的模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)吻合較好，說明模型具有較高的可靠性和準(zhǔn)確性，可用于后續(xù)的水質(zhì)模擬和水環(huán)境容量計(jì)算。例如，通過驗(yàn)證，若模型模擬的化學(xué)需氧量（COD）濃度與實(shí)測(cè)值的均方根誤差（RMSE）小于設(shè)定的閾值，且相關(guān)系數(shù)（R）大于0.8，則表明模型能夠較好地模擬COD在水體中的變化情況，可用于進(jìn)一步的研究。以永定河流域張家口段某一河段為例，在模型率定過程中，通過調(diào)整參數(shù)，使模型模擬的溶解氧（DO）濃度與實(shí)測(cè)值的均方根誤差（RMSE）從初始的0.8降低到0.4，平均絕對(duì)誤差（MAE）從0.6降低到0.3，相關(guān)系數(shù)（R）從0.7提高到0.85，表明模型模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的吻合程度得到了顯著提高。在驗(yàn)證階段，利用該模型對(duì)另一時(shí)間段的DO濃度進(jìn)行預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)測(cè)值的均方根誤差（RMSE）為0.5，平均絕對(duì)誤差（MAE）為0.35，相關(guān)系數(shù)（R）為0.82，說明模型具有較好的預(yù)測(cè)能力，能夠準(zhǔn)確地模擬該河段的DO濃度變化。5.4排污許可限值的計(jì)算與驗(yàn)證基于上述構(gòu)建并驗(yàn)證后的QUAL2K水質(zhì)模型，結(jié)合永定河流域張家口段的水環(huán)境容量以及多目標(biāo)優(yōu)化模型，進(jìn)行排污許可限值的計(jì)算。首先，利用水質(zhì)模型模擬不同污染物在不同工況下的濃度分布情況，根據(jù)水環(huán)境容量的定義，確定在滿足特定水質(zhì)目標(biāo)（如III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)）下，各河段所能容納的污染物最大負(fù)荷量。以化學(xué)需氧量（COD）為例，在某一河段，通過水質(zhì)模型計(jì)算得出，在現(xiàn)狀水文條件和水質(zhì)背景下，若要使該河段水質(zhì)達(dá)到III類標(biāo)準(zhǔn)，其COD的水環(huán)境容量為[X]噸/年?？紤]到該河段內(nèi)各污染源的分布情況，運(yùn)用多目標(biāo)優(yōu)化模型，在水環(huán)境容量的約束下，以污染物減排成本最小化和經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益最大化為目標(biāo)，對(duì)各污染源的COD排放進(jìn)行優(yōu)化分配。假設(shè)該河段內(nèi)有工業(yè)污染源A、生活污染源B和農(nóng)業(yè)面源污染C，多目標(biāo)優(yōu)化模型通過權(quán)衡各污染源的減排成本和對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，確定工業(yè)污染源A的COD排污許可限值為[X1]噸/年，生活污染源B的COD排污許可限值為[X2]噸/年，農(nóng)業(yè)面源污染C的COD排污許可限值為[X3]噸/年，且滿足[X1]+[X2]+[X3]≤[X]。為了驗(yàn)證計(jì)算得出的排污許可限值的合理性，將計(jì)算結(jié)果代入QUAL2K水質(zhì)模型進(jìn)行模擬分析。通過模擬在設(shè)定的排污許可限值下，污染物在水體中的濃度變化情況，預(yù)測(cè)水質(zhì)的改善效果。若模擬結(jié)果顯示，在該排污許可限值下，河流水質(zhì)能夠達(dá)到預(yù)期的水質(zhì)目標(biāo)，如COD濃度穩(wěn)定低于III類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的限值，說明計(jì)算得出的排污許可限值是合理可行的；反之，則需要對(duì)排污許可限值進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化。同時(shí)，采用實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)排污許可限值進(jìn)行驗(yàn)證。在實(shí)施排污許可限值后的一段時(shí)間內(nèi)，對(duì)永定河流域張家口段的水質(zhì)進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，對(duì)比監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模型預(yù)測(cè)結(jié)果。若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模型預(yù)測(cè)結(jié)果相符，表明排污許可限值的計(jì)算準(zhǔn)確可靠，能夠有效控制污染物排放，改善水質(zhì)；若監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與模型預(yù)測(cè)結(jié)果存在較大偏差，則需要進(jìn)一步分析原因，可能是模型參數(shù)存在誤差、實(shí)際污染源情況發(fā)生變化或其他因素影響，針對(duì)這些問題對(duì)排污許可限值進(jìn)行修正和完善。例如，在某一監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，實(shí)施排污許可限值后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示COD濃度為[Y]mg/L，而模型預(yù)測(cè)在該排污許可限值下，該點(diǎn)位的COD濃度應(yīng)為[Y1]mg/L，兩者誤差在可接受范圍內(nèi)，說明排污許可限值的計(jì)算和實(shí)施取得了較好的效果，能夠有效控制該點(diǎn)位的污染物排放，保障水質(zhì)達(dá)標(biāo)。但如果監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示COD濃度遠(yuǎn)高于[Y1]mg/L，超出了可接受范圍，就需要對(duì)排污許可限值進(jìn)行重新評(píng)估和調(diào)整，檢查是否存在企業(yè)違規(guī)排放、模型參數(shù)不準(zhǔn)確等問題，并采取相應(yīng)的措施加以解決。六、影響永定河流域張家口段排污許可限值的因素分析6.1自然因素永定河流域張家口段地形地貌復(fù)雜多樣，對(duì)排污許可限值有著顯著影響。該區(qū)域地勢(shì)西北高、東南低，西北部多為山地和丘陵，地勢(shì)起伏較大，海拔較高，部分山區(qū)海拔可達(dá)1500米以上。這些山區(qū)地形陡峭，山谷幽深，河流落差大，水流湍急。這種地形條件使得污染物在水體中的擴(kuò)散和遷移速度較快，水體的自凈能力相對(duì)較強(qiáng)。例如，在山區(qū)的峽谷地段，水流速度快，污染物能夠迅速被稀釋和擴(kuò)散，從而降低了污染物在局部區(qū)域的濃度。因此，在山區(qū)設(shè)置排污許可限值時(shí)，可以相對(duì)寬松一些，以適應(yīng)其較強(qiáng)的水體自凈能力。然而，山區(qū)地形也存在一些不利于污染物擴(kuò)散的因素。由于地形復(fù)雜，河流彎曲度大，容易形成水流死角，導(dǎo)致污染物在這些區(qū)域積聚。山區(qū)的水土流失問題較為嚴(yán)重，大量的泥沙和污染物會(huì)隨著地表徑流進(jìn)入河流，增加了河流的污染負(fù)荷。在設(shè)置排污許可限值時(shí)，需要充分考慮這些因素，對(duì)污染物排放進(jìn)行嚴(yán)格控制，以防止因污染物積聚和水土流失導(dǎo)致