水環(huán)境容量

定義一：是指在不影響水的正常用途的情況下,水體所能容納的污染物的量或自身調(diào)節(jié)凈化并保持生態(tài)平衡的能力。水環(huán)境容量是制定地方性、專業(yè)性水域排放標準的依據(jù)之一,環(huán)境管理部門還利用它確定在固定水域到底允許排入多少污染物。

定義二：

將給定水域和水文、水力學條件、給定排污口的位置。滿足水域某一水質(zhì)標準的排污口最大排容量，叫做該水域在上述條件下所能容納物質(zhì)總質(zhì)量。

（1）理論上是環(huán)境的自然規(guī)律參數(shù)和社會效益參數(shù)的多變量函數(shù)；反映污染物在水體中遷移、轉(zhuǎn)化規(guī)律，也滿足特定功能條件下對污染物的承受能力。

（2）實踐上是環(huán)境管理目標的基本依據(jù)，是水環(huán)境觀規(guī)劃的主要環(huán)境約束條件，也是污染物總量控制的關鍵參數(shù)。容量的大小與水體特征、水質(zhì)目標、污染物特征有關。

由兩部分組成：稀釋環(huán)境容量和自凈環(huán)境容量。

(1) 資源性

水環(huán)境容量是一種資源，具有自然屬性和社會屬性，依附于一定的水體和社會，自然屬性是社會屬性的基礎，社會屬性是自然屬性的社會化。水環(huán)境容量的自然屬性是其與人類社會密切相關的基礎，其社會屬性表現(xiàn)在社會和經(jīng)濟的發(fā)展對水體的影響及人類對水環(huán)境目標的要求，是水環(huán)境容量的主要影響因素。水環(huán)境容量作為一種資源，其主要價值體現(xiàn)在對排入污染物的緩沖作用，即水體既能容納一定量的污染物又能滿足人類生產(chǎn)、生活及環(huán)境的需要。但是，水環(huán)境容量是有限的，一旦污染負荷超過水環(huán)境容量，其恢復將十分緩慢、困難。

(2) 時空性

水環(huán)境容量具有明顯的時空內(nèi)涵。空間內(nèi)涵體現(xiàn)在不同區(qū)域社會經(jīng)濟的發(fā)展水平、人口規(guī)模及水資源總量、生態(tài)、環(huán)境等方面的差異，使得資源總量在相同的情況下，不同區(qū)域的水體在同一時間段上的水環(huán)境容量不同。時間內(nèi)涵則表現(xiàn)出的是在不同時間段同一水體的水環(huán)境容量是變化的，水環(huán)境容量的不同可能是由于水質(zhì)環(huán)境目標、經(jīng)濟及技術水平等在不同時間存在差異而導致的。由于各區(qū)域的水文條件、經(jīng)濟、人口等因素的差異，不同區(qū)域在不同時段對污染物的凈化能力存在差異，這導致了水環(huán)境容量具有明顯的地域、時間差異的特征。

(3) 系統(tǒng)性

水環(huán)境容量具有自然和社會屬性，牽涉經(jīng)濟、社會、環(huán)境、資源等多個方面，各個方面彼此關聯(lián)、相互影響。水環(huán)境是一個復雜多變的復合體，水環(huán)境容量的大小除受水生生態(tài)系統(tǒng)和人類活動的影響外還取決于社會發(fā)展需求的環(huán)境目標。因此，對其進行研究，不應僅僅限制在水環(huán)境容量本身，而應將其與經(jīng)濟、社會、環(huán)境等看作一個整體進行系統(tǒng)化研究。此外，河流、湖泊等水體一般處在大的流域系統(tǒng)中，水域與陸域、上游與下游等構成不同尺度空間生態(tài)系統(tǒng)，在確定局部水體的水環(huán)境容量時，必須從流域的整體角度出發(fā)，合理協(xié)調(diào)流域內(nèi)各水域水體的水環(huán)境容量，以期實現(xiàn)水環(huán)境容量資源的合理分配。

(4) 動態(tài)發(fā)展性

水環(huán)境容量的影響因素分為內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素主要包括水文條件、地理特征等，水生態(tài)系統(tǒng)是一個處于相對穩(wěn)定的變化系統(tǒng)；外部因素涉及社會經(jīng)濟、環(huán)境目標、科學技術水平等諸多發(fā)展變化的量，從而使內(nèi)部因素復雜多變。決定水環(huán)境容量的內(nèi)外因素都是隨社會發(fā)展變化的，故水環(huán)境容量應該是一個動態(tài)發(fā)展的概念，水環(huán)境容量動態(tài)性的本質(zhì)即為人類活動的動態(tài)性。水環(huán)境容量不但反映流域的自然屬性(水文特性)，同時也反映人類對環(huán)境的需求(水質(zhì)目標)，水環(huán)境容量將隨著水資源情況的變化和人們環(huán)境需求的提高而不斷發(fā)生變化。

水環(huán)境容量指設定河段滿足一定水質(zhì)量要求的，天然消納某種污染物的能力。 水環(huán)境容量包括稀釋容量和自凈容量。水環(huán)境容量是客觀存在的。因此，它與現(xiàn)狀排放無關，只與水量和自凈能力有關，這樣就使水環(huán)境容量的計算問題得到了簡化。水環(huán)境容量是一種資源，它也應該和使用功能無關。使用功能是人為的設定，功能區(qū)的設定和水環(huán)境容量分配有關，與水環(huán)境容量計算無關。這樣就可以使用統(tǒng)一的水質(zhì)標準計算水環(huán)境容量，既方便比較，又堅持了公平和公正性，也避免了有水資源而無水環(huán)境容量（水質(zhì)標準為I類和II類的水體）的矛盾現(xiàn)象。設定功能引起的　水環(huán)境容量的改變是對資源的重新分配。低功能區(qū)的高環(huán)境容量，所多利用的環(huán)境容量等于高功能區(qū)環(huán)境容量的減少。按照公正性原則，高功能區(qū)（低容量區(qū)）應當?shù)玫窖a償。

通常指在水資源利用區(qū)域內(nèi)，按給定的水質(zhì)目標和設計水量、水文條件，水體所能容納污染物的最大量。水環(huán)境容量作為水體污染物排放的臨界控制條件，是實現(xiàn)水質(zhì)達標的基礎。水體納污能力特征指水體在設計水文、規(guī)定環(huán)境保護目標和排污口位置條件下，所能容納的最大污染物量。水體納污能力是排污總量控制的基礎，其定量評價對于有效的保護水資源具有重要的現(xiàn)實意義。

W_T=W_d W_t W_s

式中W_T一一水環(huán)境對污染物的總?cè)萘浚?

W_d——水環(huán)境對污染物的稀釋容量；

W_t——水環(huán)境對污染物的遷移容量；

W_s——水環(huán)境對污染的凈化容量。

容量大小與水體特征，水質(zhì)目標，污染物特性及水環(huán)境利用方式有關。

1. 水體特征包括一系列的自然參數(shù)如幾何參數(shù)，水文參數(shù)，水化學參數(shù)及水體的物理化學和生物自凈作用，這些參數(shù)決定了水體對污染物的稀釋擴散能力，從而決定水環(huán)境容量的大小。

2. 水質(zhì)目標水體對污染物的納污能力是相對于水體滿足一定的功能和用途而言的，因而不同的水質(zhì)目標決定了水環(huán)境容量的大小。

3. 污染物特性不同污染物在水體中的允許量不同，因而水環(huán)境容量也因污染物的不同而不同。

4. 水環(huán)境利用方式

① 按照環(huán)境目標可以分為兩類。a．自然環(huán)境容量：以環(huán)境基準值作為環(huán)境目標是自然環(huán)境容量。b．管理環(huán)境容量：以環(huán)境標準值作為環(huán)境目標是管理環(huán)境容量。

嚴格的自然環(huán)境容量是很復雜的，當前水環(huán)境容量研究的主要對象應該是管理環(huán)境容量。管理環(huán)境容量不僅和自然因素有關，而且需要考慮各種社會和經(jīng)濟因素。管理水環(huán)境容量是相應于一定規(guī)劃設計條件下的最大允許納污量，并隨條件的變化而變化，不是抽象的不變量，而是和具體條件相聯(lián)系的可變量。應用上最重要的條件是水質(zhì)標準、水文條件和排污負荷分布。水環(huán)境的水質(zhì)標準不同，設計水文條件不同，水環(huán)境的管理環(huán)境容量顯然也就不同。通過改變水環(huán)境的功能要求來提高或降低水質(zhì)要求，通過工程措施或變更規(guī)劃設計標準來改變水文條件，都可以改變管理水環(huán)境容量值。

② 按照水環(huán)境容量的組成部分可以分為三類。a．存儲容量：指由于稀釋和沉積作用，污染物逐漸分布于水體和水底底泥中，其濃度達到基準值或標準值時水體所能容納的污染物量。b．輸移容量：指污染物進入流動水體之中，隨著水體向下游移動，隨水和底泥的移動，它表示水體輸移污染物的能力。C．自凈容量：水體對污染物進行降解或無害化的能力。若污染物為有機物，自凈容量也常稱為同化容量。

（1）制定地區(qū)水污染物排放標準

（2）在環(huán)境規(guī)劃中的應用：

水環(huán)境容量的研究是進行水環(huán)境規(guī)劃的基礎工作，只有弄清了污染物的水環(huán)境容量，才能使所制訂定的水環(huán)境規(guī)劃真正體現(xiàn)出生態(tài)環(huán)境效益和經(jīng)濟效益，做到工業(yè)布局更加合理，污水處理設施的設計更加經(jīng)濟有效，對水環(huán)境的總體質(zhì)量才能呢個進行有效地控制

（3）在水資源綜合開發(fā)利用規(guī)劃中應用：

要相對水資源綜合開發(fā)利用，不僅要保證它能提供足夠質(zhì)量的水質(zhì)合格的水，而且還應考慮它接納污染物的能力。因此，一個地區(qū)的水環(huán)境容量大小也是該地區(qū)水資源是否豐富的重要標志之一。

（1）對于擬接納開發(fā)區(qū)污水的水體，如常年徑流的河流、湖泊、近海水域應估算其環(huán)境容量。

（2）污染因子應包括國家和地方規(guī)定的重點污染物，開發(fā)區(qū)可能產(chǎn)生的特征污染物和受納水體敏感的污染物。

（3）根據(jù)水環(huán)境功能區(qū)劃明確受納水體不同斷（界）面的水質(zhì)標準要求，通過現(xiàn)有資料或現(xiàn)場監(jiān)測分析清楚受納水體的環(huán)境質(zhì)量狀況；分析受納水體水質(zhì)達標程度。

（4）在對受納水體動力特性進行深入研究的基礎上，利用水質(zhì)模型建立污染物排放和受納水體水質(zhì)之間的輸入響應關系。

（5）確定合理的混合區(qū)，根據(jù)受納水體水質(zhì)達標程度，考慮相關區(qū)域排污的疊加影響；應用輸入響應關系，以受納水體水質(zhì)按功能達標為前提，估算相關污染物的環(huán)境容量（最大允許排放量或排放強度）。 2100433B

為了系統(tǒng)梳理水環(huán)境容量的基礎理論，加快完善水環(huán)境容量計算體系，作者結合相關課題研究成果及工作積累撰寫了本書。本書結合國家環(huán)境保護總局重大課題“全國地表水環(huán)境容量核定研究”，江蘇省環(huán)境保護廳重大基金課題“江蘇省水環(huán)境容量核定研究”、“江蘇省近岸海域水環(huán)境容量研究”，以及江蘇省水利廳重大基金課題“江蘇省地表水域水環(huán)境容量核定和限制排污總量研究”，圍繞水環(huán)境容量計算工作中幾個關鍵問題開展研究，針對不同水體的環(huán)境特點，提出了相應的水環(huán)境容量計算方法。例如，針對河網(wǎng)區(qū)水體，提出了考慮不均勻系數(shù)、雙向流訂正以及時空累計的方法；針對大江大河，提出了采用單個污染帶長度控制與污染帶長度占岸線長度比例控制相結合的方法；針對大型風生流淺水湖泊，提出了采用考慮風向風速頻率訂正、單個污染帶長度控制與污染帶長度占岸線長度比例控制相結合的方法等。

本項目是將數(shù)學物理反問題與水環(huán)境科學相結合，解決了水環(huán)境模擬、水環(huán)境容量與水污染控制中很多用正問題方法所難以解決和定量計算精度不高等問題。本項研究成果是能將分布式水質(zhì)數(shù)學模型應用于實際問題，充分反映了污染物在水體中的變化規(guī)律；能將水質(zhì)常微分方程中多個參數(shù)的優(yōu)選化為一個光滑系數(shù)的優(yōu)選、將分布式水質(zhì)模型中m×n個參數(shù)的優(yōu)選化為一個光滑系數(shù)的優(yōu)選問題，大大簡化了多參數(shù)確定的難度，并且比現(xiàn)有算法提高模型計算精度20%以上，本項目研究成果能夠彌補水質(zhì)資料之不足；能夠確定地進行水污染總量控制的定量計算，逆邊界逆時間混合控制算法是直接在水質(zhì)方程基礎上進行的，比現(xiàn)行優(yōu)化控制算法更精確而且物理意義更明確。本項研究成果得到了同行的好評。 2100433B