水利工程論文-三峽水庫(kù)水環(huán)境容量計(jì)算.doc

水利工程論文-三峽水庫(kù)水環(huán)境容量計(jì)算摘要：本文分析了三峽庫(kù)區(qū)的污染狀況，提出了三峽水庫(kù)環(huán)境容量的計(jì)算原則、設(shè)計(jì)水文條件和水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)。利用建立的三峽水庫(kù)一維水流水質(zhì)數(shù)學(xué)模型、庫(kù)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(jì)算了三峽水庫(kù)建庫(kù)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(jì)算結(jié)果，提出了三峽水庫(kù)污染混合區(qū)的控制標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，推薦了三峽水庫(kù)水環(huán)境容量的綜合方案。關(guān)鍵詞：三峽水庫(kù)水質(zhì)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(xué)的一個(gè)基本理論問題，也是環(huán)境管理中的一個(gè)重要的實(shí)際應(yīng)用問題。在實(shí)踐中，環(huán)境容量是環(huán)境目標(biāo)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(guān)鍵技術(shù)支持1,2。從環(huán)境管理、監(jiān)測(cè)與監(jiān)督的角度出發(fā)，水環(huán)境容量是指水體在設(shè)計(jì)水文條件和規(guī)定的環(huán)境目標(biāo)下所能容納的最大污染物量4,3。由于長(zhǎng)江流量大，水流、地形十分復(fù)雜，加上三峽工程修建后水文情勢(shì)發(fā)生較大變化。三峽工程建成后，對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)的影響一直是公眾十分關(guān)心的問題。由于過去在這方面缺乏深入、全面的研究，對(duì)水環(huán)境容量的影響一直是眾說紛紜。因此，在制定三峽庫(kù)區(qū)的水污染防治規(guī)劃時(shí)，往往缺乏完整的水環(huán)境容量科學(xué)依據(jù)。至今為止，尚未對(duì)三峽工程建成前、后水環(huán)境容量展開深入的研究4,5。計(jì)算三峽水庫(kù)水環(huán)境容量，已成為三峽水庫(kù)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(guān)鍵性問題。本文以三峽水庫(kù)已經(jīng)開展的一系列水環(huán)境保護(hù)研究成果為基礎(chǔ)，根據(jù)庫(kù)區(qū)水體水功能區(qū)劃和水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)，擬定水環(huán)境容量計(jì)算設(shè)計(jì)方案，研究三峽水庫(kù)水環(huán)境容量及其沿江分配，為有效控制水體污染，促進(jìn)三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)合理的依據(jù)。1三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境狀況1.1庫(kù)區(qū)江段污染源現(xiàn)狀1998年，庫(kù)區(qū)各類污染源進(jìn)入長(zhǎng)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(diào)查研究表明：影響三峽水庫(kù)水質(zhì)的主要因素依次為干支流入庫(kù)污染負(fù)荷、三個(gè)重點(diǎn)城市(重慶主城區(qū)、涪陵區(qū)和萬州區(qū))排污負(fù)荷量。這些主要因素的控制，對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)改善起關(guān)鍵作用6。多年污染情況調(diào)查資料顯示，庫(kù)區(qū)江段主要污染物為CODCr,NH3-H等。三峽庫(kù)區(qū)污染源主要是城市生活污染源、工業(yè)污染源和農(nóng)田徑流7。由于庫(kù)區(qū)江段的社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(shì)，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(kù)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(kù)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(kù)區(qū)江段的其余城鎮(zhèn)。1.2庫(kù)區(qū)江段水質(zhì)狀況庫(kù)區(qū)污染物排放總量，與長(zhǎng)江徑流量相比較而言較小，因而江段總體水質(zhì)良好。多年常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，庫(kù)區(qū)江段主要水質(zhì)指標(biāo)的斷面平均濃度一般低于地表水類標(biāo)準(zhǔn)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(gè)別斷面水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)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(zhì)污染嚴(yán)重，出現(xiàn)了超類、甚至超類的水體，主要污染指標(biāo)為CODMn、NH3-N等。由此可見，盡管三峽庫(kù)區(qū)總體水質(zhì)良好，但是局部區(qū)域水質(zhì)不容樂觀。1.3三峽庫(kù)區(qū)水污染治理狀況19971999年國(guó)家計(jì)委主持編制了長(zhǎng)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(zhǎng)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(diǎn)地區(qū)是重慶主城區(qū)、萬州、涪陵、瀘州、宜賓、自貢、內(nèi)江等城市。2001年由國(guó)家環(huán)保總局主持編制了三峽庫(kù)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(kù)區(qū)和重慶主城區(qū)20個(gè)區(qū)縣市、影響區(qū)42個(gè)區(qū)縣市、上游地區(qū)38個(gè)地市的214個(gè)區(qū)縣。規(guī)劃總面積79萬km2。三峽庫(kù)區(qū)及其上游水污染防治規(guī)劃(20012010年)與長(zhǎng)江上游水污染整治規(guī)劃相比，規(guī)劃范圍擴(kuò)大，三峽庫(kù)區(qū)部分工程項(xiàng)目規(guī)劃進(jìn)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(zhì)保護(hù)目標(biāo)之間沒有輸入響應(yīng)定量關(guān)系，缺乏總量控制的技術(shù)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(biāo)，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(xué)依據(jù)不夠充分，更沒有考慮建庫(kù)后水環(huán)境容量的變化問題7。從2002年開始，國(guó)家和地方投入巨資，正在按照規(guī)劃全面展開三峽庫(kù)區(qū)及長(zhǎng)江上游水污染的治理工2三峽水庫(kù)水環(huán)境容量計(jì)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(shè)計(jì)條件下的最大允許納污量，其大小隨規(guī)劃設(shè)計(jì)目標(biāo)的變化而變化，反映了特定水體水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)與污染物排放量之間的動(dòng)態(tài)輸入響應(yīng)關(guān)系。因此，為了計(jì)算水環(huán)境容量，首先必須確定規(guī)劃設(shè)計(jì)條件，包括水功能區(qū)劃和水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)、設(shè)計(jì)水文條件、排污口位置、控制污染物指標(biāo)和上游來水水質(zhì)狀況等條件。作者提出：針對(duì)長(zhǎng)江的水污染特點(diǎn)，水環(huán)境容量計(jì)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(zhì)模型計(jì)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(zhì)模型計(jì)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(diào)查的庫(kù)區(qū)污染源和水質(zhì)狀況代表三峽水庫(kù)現(xiàn)狀水質(zhì)，2010年為水質(zhì)規(guī)劃設(shè)計(jì)年。用庫(kù)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(kù)上游入庫(kù)控制斷面?？傮w環(huán)境容量研究范圍包括長(zhǎng)江干流和兩條重要支流嘉陵江和烏江(匯入流量占庫(kù)區(qū)支流總流量93的兩條重要支流)，其中，庫(kù)區(qū)干流從重慶上游的朱沱到三斗坪，全長(zhǎng)約730km；嘉陵江從北碚至長(zhǎng)江匯流口，全長(zhǎng)約60km；烏江從武隆至長(zhǎng)江匯流口，全長(zhǎng)約68km；庫(kù)區(qū)內(nèi)其他江段內(nèi)的支流將以源匯方式考慮其對(duì)水庫(kù)水流水質(zhì)影響。在總體環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)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(gè)重點(diǎn)城市江段。水環(huán)境容量計(jì)算的水質(zhì)控制指標(biāo)確定為CODMn和NH3N。2.1水環(huán)境容量的計(jì)算原則、設(shè)計(jì)水文條件及水質(zhì)控制指標(biāo)2.1.1計(jì)算原則(1)水庫(kù)總體水質(zhì)保持類。經(jīng)國(guó)家批準(zhǔn)的長(zhǎng)江三峽水利樞紐環(huán)境影響報(bào)告書中明確指出：水庫(kù)建成以后總體水質(zhì)應(yīng)滿足類水標(biāo)準(zhǔn)?？紤]三峽水庫(kù)的水質(zhì)現(xiàn)狀以及水體主要功能需求和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度，庫(kù)區(qū)重點(diǎn)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(kù)后水質(zhì)狀況不能比現(xiàn)狀差。據(jù)1998年以前的監(jiān)測(cè)調(diào)查，三峽庫(kù)區(qū)干流江段現(xiàn)狀水質(zhì)良好，主要污染物控制指標(biāo)CODMn和NH3-N的斷面平均濃度基本上都低于類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度。為能繼續(xù)保持水質(zhì)良好，作者提出：三峽水庫(kù)建成以后庫(kù)區(qū)水質(zhì)狀況既要滿足功能區(qū)確定的水質(zhì)類別要求，又不能比現(xiàn)狀水質(zhì)差?，F(xiàn)狀水質(zhì)以1998年斷面平均濃度值為基準(zhǔn)。三峽水庫(kù)入庫(kù)主要水質(zhì)指標(biāo)