對地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中水溫的探討樣本

對《地表水環(huán)境質(zhì)量原則》中水溫探討毛興華（上海市水文總站，上海，32）摘要：水體熱污染是近幾年水環(huán)境一種突出問題。本文結(jié)合工作實(shí)際，在對《地表水環(huán)境質(zhì)量原則（GB3838-）》中水溫規(guī)定進(jìn)行進(jìn)一步探討后以為，由于原則沒有對溫升和溫降基準(zhǔn)，以及溫升和溫降超標(biāo)范疇做出明確闡明，原則在實(shí)際應(yīng)用中存在不夠嚴(yán)密和可操作性不強(qiáng)問題，解決這些問題在客觀上也有很大困難。要徹底解決這些問題，需要引入水環(huán)境熱容量概念，從熱排放總量控制角度對水體熱污染進(jìn)行治理。在既有技術(shù)條件下，可以借鑒其她關(guān)于原則，就溫升和溫降超標(biāo)范疇做出明確規(guī)定，以使得原則可操作性更強(qiáng)，更易于實(shí)際應(yīng)用。核心詞：水溫評價(jià)原則探討概述由原國家環(huán)保總局和國家質(zhì)量監(jiān)督檢查檢疫總局聯(lián)合發(fā)布《地表水環(huán)境質(zhì)量原則（GB3838-）》[1]（簡稱《原則》）于4月28日發(fā)布并于6月1日開始實(shí)行。該原則實(shí)行，對于國內(nèi)水資源科學(xué)運(yùn)用和合理規(guī)劃，保護(hù)水環(huán)境、水生態(tài)，保障經(jīng)濟(jì)社會健康發(fā)展，保障人民群眾安全用水等發(fā)揮了十分重要作用。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，用電負(fù)荷增長迅速，大小規(guī)?；痣姀S被立項(xiàng)、建設(shè)，加上近幾年一項(xiàng)新興制冷技術(shù)即江水源熱泵技術(shù)運(yùn)用，使越來越大量熱負(fù)荷被排放到水體中，導(dǎo)致水體熱污染。由溫排水引起水體熱污染在近幾年水環(huán)境問題中顯得很突出。熱污染可以導(dǎo)致水體理化性質(zhì)重大變化，水溫升高使水體溶解氧下降，非離子氨含量升高[2,3]，尚有也許使總磷、總氮濃度偏高[4]，這都會使水質(zhì)變差。熱污染與其她水環(huán)境污染因素共同作用，導(dǎo)致水體生態(tài)系統(tǒng)失衡，導(dǎo)致有益物種減少和有害物種過度繁殖，甚至導(dǎo)致某些物種滅絕[5]。熱污染還會使制冷設(shè)備運(yùn)營效率下降，使能耗增大，增長生產(chǎn)成本。存在問題關(guān)于水溫，《原則》中是這樣規(guī)定：“人為導(dǎo)致環(huán)境水溫變化應(yīng)限制在：周平均最大溫升≤1℃，周平均最大溫降≤2℃”。依照近年水資源論證、水環(huán)境評價(jià)經(jīng)歷，筆者以為本規(guī)定尚有值得商榷之處。在實(shí)際應(yīng)用中，本規(guī)定也許存在著提法不夠嚴(yán)密，操作有困難問題。詳細(xì)體當(dāng)前如下兩個(gè)方面。評價(jià)基準(zhǔn)關(guān)于水溫變化，《原則》中沒有規(guī)定是以什么樣水溫作為基準(zhǔn)來判斷水溫升高或者減少與否超過限值，這樣就存在判斷不夠精確問題。由于對水溫基準(zhǔn)缺少明確規(guī)定，在實(shí)際應(yīng)用中，對基準(zhǔn)選取比較隨意。大多數(shù)做法是以溫排水受納水體現(xiàn)狀水溫作為基準(zhǔn)值來評判溫升與否超標(biāo)。但這也同步帶來一種問題，即對于水體溫升累積效應(yīng)無法做出有效判斷。這一問題在關(guān)于研究中已提出過[6]。例如，一座火電廠向一條河道排放冷卻水，溫排水引起該河道水溫升高0.8℃，按照《原則》規(guī)定是符合規(guī)定。如果日后又有另一項(xiàng)工程也向該河道排放溫排水，其引起河道水溫升高為0.7℃，雖然兩項(xiàng)工程所引起水溫升高都在容許范疇內(nèi)，但很顯然，這兩項(xiàng)工程引起水溫累積升高已經(jīng)超過了《原則》規(guī)定限值。這種狀況浮現(xiàn)，就是由于判斷基準(zhǔn)不明確所引起。超標(biāo)范疇《原則》對“人為導(dǎo)致環(huán)境水溫變化”即超過限值范疇沒有做出闡明。這樣就會存在對溫升超標(biāo)嚴(yán)重性判斷上缺少客觀根據(jù)。從理論上講，只要溫排水溫度與受納水體溫度相差超過1℃，就會存在一種混合區(qū)，在這個(gè)混合區(qū)，水溫變化將超過1℃。按照《原則》規(guī)定，這就屬于超標(biāo)了。如果是這樣話，可以斷定大某些有溫排水項(xiàng)目將不符合規(guī)定，不能立項(xiàng)建設(shè)。但事實(shí)上，如果溫升超標(biāo)水域占受納水體比例很小，溫升也不會對整個(gè)水體產(chǎn)生明顯環(huán)境和生態(tài)效應(yīng)，不會有多大負(fù)面影響。這就引出一種問題，即水溫升高超過1℃范疇不超過多少，才是水環(huán)境和水生態(tài)所能容許？解決思路關(guān)于評價(jià)基準(zhǔn)與其她指標(biāo)相比，水溫指標(biāo)是一種比較特殊項(xiàng)目。其她指標(biāo)都以含量為零作為判斷水質(zhì)優(yōu)劣最后基準(zhǔn)，而對于水溫來講，不存在一種類似于“零”含量這樣基準(zhǔn)來判斷水質(zhì)之優(yōu)劣，而只能以水溫相對變化來判斷與否超標(biāo)。此外，在自然狀態(tài)下，天然水體水溫也在發(fā)生變化。以上海市蘇州河為例，依照蘇州河閘橋站水溫監(jiān)測成果，其水溫月平均值8月和1月相差23.7℃，月內(nèi)水溫變化極差也在6℃左右（見表1）。從黃浦江黃浦公園站水溫監(jiān)測成果來看，也有相似特性（表2）。對于天然水體這樣大水溫變化幅度，規(guī)定溫排水周平均最大溫升不超過1℃，這種規(guī)定太過于嚴(yán)格，表1蘇州河閘橋站水溫特性值表（℃）1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均6.89.111.616.422.125.630.030.425.620.616.711.7最大8.812.813.819.425.627.731.632.229.325.019.814.6最小3.46.09.213.218.823.827.028.224.218.212.55.6極差5.46.84.66.26.83.94.64.05.16.87.39.0原則偏差1.722.321.311.931.871.131.271.111.271.352.132.26表2黃浦公園歷年各月平均水溫（℃）月份1月2月3月4月5月6月7月8月9月10月11月12月平均水溫6.06.710.215.621.225.429.330.327.321.916.19.4水溫作為一種物理指標(biāo)，事實(shí)上對人體健康及安全等并無直接危害，其環(huán)境效應(yīng)重要體當(dāng)前現(xiàn)個(gè)方面：一是水溫變化對水生生物生長和發(fā)育存在著加速或抑制作用，激烈變化甚至導(dǎo)致死亡，而從既有研究來看，絕大某些水生生物均有一種比較寬溫度適應(yīng)范疇；二是水溫對其她水質(zhì)指標(biāo)環(huán)境效應(yīng)有協(xié)同作用，例如在其她水質(zhì)指標(biāo)含量不變狀況下，水溫升高或者減少，也許會導(dǎo)致某些環(huán)境災(zāi)害現(xiàn)象發(fā)生。依照水溫這種環(huán)境效應(yīng)特點(diǎn)，筆者以為，和設(shè)立某個(gè)溫升值作為溫排水排放與否達(dá)標(biāo)相比，通過引入水環(huán)境熱容量概念也許會更徹底地解決這個(gè)問題。水環(huán)境熱容量從水環(huán)境容量大概念引申而來，它是指水體環(huán)境在一定功能規(guī)定、設(shè)計(jì)水文條件和水質(zhì)目的下，所容許水體溫度范疇，即容許水體最低溫度和最高溫度。擬定了水體容許溫度范疇，那么只要溫排水引起水溫升高不超過這個(gè)范疇，都是可以容許。一旦超過這個(gè)范疇，闡明水環(huán)境熱容量已經(jīng)達(dá)到飽和，不容許再有新熱負(fù)荷加入，否則會引起一系列環(huán)境問題。水環(huán)境熱容量是以環(huán)境目的和水體稀釋自凈規(guī)律為根據(jù)。一切與環(huán)境目的和水體稀釋自凈規(guī)律關(guān)于因素，如水環(huán)境質(zhì)量原則、水體自然背景值、水量及其隨時(shí)間變化、水環(huán)境物理、化學(xué)、生物學(xué)及水力學(xué)特性，以及排污點(diǎn)位置和方式等均能影響水環(huán)境熱容量。由于水溫所引起環(huán)境效應(yīng)最重要體現(xiàn)為生態(tài)效應(yīng)，以及與其他水質(zhì)指標(biāo)協(xié)同效應(yīng)，因而在擬定一種地區(qū)水環(huán)境熱容量也即水體容許溫度范疇時(shí)，必要要考慮兩個(gè)方面問題：①水溫變化不能導(dǎo)致原有水生生態(tài)系統(tǒng)破壞，更不能導(dǎo)致重要物種滅亡；②水溫變化不能導(dǎo)致有害物種過度繁殖而產(chǎn)生災(zāi)害性環(huán)境問題，如不能引起赤潮和藍(lán)藻暴發(fā)等問題。依照有關(guān)研究，水溫與氣溫存在著密切有關(guān)關(guān)系，其有關(guān)系數(shù)可以達(dá)到0.99左右[7]，而水生態(tài)系統(tǒng)是在水生生物與水溫條件長期適應(yīng)過程中形成一種平衡系統(tǒng)，具備很強(qiáng)地區(qū)性。由于國內(nèi)幅員遼闊，每個(gè)地方水環(huán)境熱容量必定有很大差別，很難定出統(tǒng)一原則。但筆者以為，可以依照國內(nèi)氣候區(qū)劃分，相應(yīng)地進(jìn)行水環(huán)境分區(qū)劃分，并按照劃分出來水環(huán)境分區(qū)，分析每個(gè)分區(qū)內(nèi)水環(huán)境及水生態(tài)系統(tǒng)特點(diǎn)，并依照河流水文特性和水體受污染狀況，以及本地也許發(fā)生水污染災(zāi)害類型，運(yùn)用數(shù)學(xué)模型等技術(shù)，擬定每個(gè)分區(qū)水環(huán)境熱容量，也即每個(gè)分區(qū)水環(huán)境容許最高水溫和最低水溫。在這方面，關(guān)于學(xué)者已經(jīng)作過某些研究，如汪錫鈞,吳定安等對幾種淡水魚溫度基準(zhǔn)值作了較全面研究，以為太湖大銀魚最大體死高溫為38.6℃，上海草魚最大體死高溫為39.4℃[8]。JiangL.F研究了熱沖擊對魚類影響[9]，陳全震等對魚類熱忍耐溫度研究作了全面考察[10]。這些研究為區(qū)域水環(huán)境熱容量擬定提供了重要參照。正如廢污水污染物排放濃度控制并不能從主線上達(dá)到治理污染目，需要引入總量控制治污思路同樣，引入水環(huán)境熱容量思想，也是一種總量控制水體熱污染治理辦法，是解決問題主線關(guān)于超標(biāo)范疇引入水環(huán)境熱容量思想，對水體熱污染進(jìn)行治理和控制，雖然是解決問題主線途徑，但在既有技術(shù)水平和條件下，要比較合理地?cái)M定區(qū)域水環(huán)境熱容量，客觀上也存在著很大困難，需要通過大量基本研究，才有也許實(shí)現(xiàn)。就當(dāng)前《原則》中對水體溫升規(guī)定，如果要采納，筆者以為也有必要對周平均最大溫升和周平均最大溫降空間范疇作出規(guī)定，否則如前所述，在實(shí)際使用中就會存在困難。從水體形態(tài)來劃分，普通可以分為線狀水體和面狀水體，前者重要指河流，狹窄山溝湖泊等，后者如普通湖泊、海洋等。由于溫排水在線狀水體中擴(kuò)散基本呈一維運(yùn)動，在面狀水體中擴(kuò)散屬于二維運(yùn)動，有時(shí)甚至要考慮三維狀況。因而，對于線狀水體，可以考慮溫排水向上下游縱向擴(kuò)散長度作為水體周平均最大溫升或溫降容許范疇，而對于面狀水體，可以考慮溫排水?dāng)U散面積作為周平均最大溫升或溫降容許范疇。固然，究竟應(yīng)當(dāng)采用擴(kuò)散長度，還是擴(kuò)散面積，并不是截然能分開，需要視詳細(xì)狀況而定。例如對于一條河面比較寬闊河流，溫排水橫向擴(kuò)散比較明顯，不可以忽視，這時(shí)就需要同步考慮縱向和橫向擴(kuò)散距離。至于1℃溫升影響空間范疇究竟應(yīng)當(dāng)多大才適當(dāng)，從當(dāng)前國內(nèi)外關(guān)于原則來看，都沒有提出明確說法。依照《污水海洋處置工程污染控制原則（GB18486-）》[11]中對污水混合區(qū)規(guī)定，混合區(qū)面積約占海域面積0.5%，筆者以為這個(gè)規(guī)定可以借鑒到這里。即對于溫排水而言，水體最大溫升不超過1℃范疇不超過面狀水體水面積0.5%，溫排水向線狀水體排放時(shí)，最大溫升不超過1℃縱向范疇不超過線狀水體長度7.0此外，對于河流等線狀水體，假設(shè)不考慮水體與大氣熱量互換，設(shè)河流流量為q1，溫排水流量為q2，溫排水與河流溫差為⊿t，并且假定兩者可以充分混合，則如果規(guī)定周平均最大溫升不超過1℃溫排水排入受納河流后，絕大多數(shù)呈帶狀向上下游擴(kuò)散，兩者不也許完全混合，此外出于對魚類洄游通道等保護(hù)，對于大某些河流來講，上式以不大于0.5較為適當(dāng)。以上海吳涇二發(fā)電燃?xì)怆姀S工程為例，該工程向黃浦江取水作為冷卻用水，年取水量為1.764億m3，相稱于取水流量5.59m3/s，冷卻水最后仍排放到黃浦江，機(jī)組夏季排水溫升為9.0℃，冬季排水溫升為12.0℃。在黃浦江近年平均徑流量330m3/s條件下，依照上式粗略計(jì)算，夏季約為0.15，冬季約為0.20結(jié)語熱污染作為當(dāng)前水環(huán)境問題一種重要方面，越來越引起人們注重，而其評判原則嚴(yán)密性和可操作性就顯得特別重要?！对瓌t》在對水體溫升（降）評判嚴(yán)密性和可操作性上，存在著一定局限性，要徹底解決這些問題，需要引入水環(huán)境熱容量概念，對水體熱污染進(jìn)行控制和治理，這方面需要做大量基本研究。在當(dāng)前既有條件下，就原則應(yīng)用問題，仍存在如何限制水體溫升空間范疇問題。由于大多數(shù)水質(zhì)原則對水溫規(guī)定都不是特別詳細(xì)，只能借鑒有關(guān)原則如《污水海洋處置工程污染控制原則（GB18486-）》中對混合區(qū)規(guī)定，筆者以為，把這個(gè)規(guī)定經(jīng)適度修改后，應(yīng)用到GB3838-中是可行。參照文獻(xiàn)GB3838-.地表水環(huán)境質(zhì)量原則[S].北京:中華人民共和國環(huán)境科學(xué)出版社,盛連喜,孫剛.電廠熱排水對水生生態(tài)系統(tǒng)影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)保,,19(6):330~331孫艷濤,王惠民,吳修鋒.溫排水對水體生態(tài)環(huán)境影響分析及解決[J].水資源保護(hù),,24(2):70~72胡國強(qiáng).水體熱污染[J].環(huán)境導(dǎo)報(bào),1989,(3):27-28吳健,黃沈發(fā),楊澤生.熱排放對水生生態(tài)系統(tǒng)影響及其緩和對策[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),,29(增):127~129賀益英.對大水域電廠群溫排水環(huán)境熱影響研究結(jié)識[J].水利水電科技進(jìn)展,,28(4):27~29,94許桂水,王東方,陳鐵帥.水溫及其預(yù)報(bào)辦法初探[J].工程數(shù)學(xué),,18(1):17~22汪錫鈞,吳定安.幾種重要淡水魚類溫度基準(zhǔn)值研究[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào),1994,18(2):93~100GB18486-.污水海洋處置工程污染控制原則[S].北京:中華人民共和國環(huán)境科學(xué)出版社,JiangLF.Effectsofthermalshockonfishes[J].JFishSciChina,,7(2):77-81.陳全震等.魚類熱忍耐溫度研究進(jìn)展[J].水產(chǎn)學(xué)報(bào),,28(5):562~567作者簡介：毛興華，男，漢族，1973年4月生，籍貫甘肅民樂，工程師，研究生，重要從事水文水資源調(diào)查與評價(jià)，建設(shè)項(xiàng)目水資源論證與GIS應(yīng)用開發(fā)工作聯(lián)系方式：上海市徐匯區(qū)龍華西路241號，上海市水文總站信息科，郵編：32聯(lián)系電話：E-mail：DiscussionofWaterTemperatureIndexinGB3838-StandardMaoXinghua(ShanghaiHydrologicalAdministration，Shanghai，32，China)Abstract：Thethermalpollutionofwaterenvironmentisprominentinrecentyears.Withactualworkandbasedonin-depthdiscussionaboutwatertemperatureindexinEnvironmentalQualityStandardforSurfaceWater(GB3838-)，thispaperconsidersthatthestandardisnotrigidandexercisableenough.Andthereasonisthat