区域水生态承载力多目标优化方法与例证

水生态承载力是指维系水生态系统健康状态下的人类活动阈值,揭示的是某一区域人类活动与水生态系统之间的耦合规律,可为水生态环境保护与经济社会的协调发展提供依据. 基于水生态承载力的概念,构建了区域水生态承载力指标体系,建立了区域水生态承载力多目标优化模型,采用模糊方法进行求解,并采用遗传投影寻踪方法对方案进行优选. 以浙江省湖州市为例进行实证分析,以污染物环境容量利用率作为情景方案设定的依据,分别设定了双指标(COD_Cr、NH₃-N)、三指标(COD_Cr、NH₃-N、TN)、四指标(COD_Cr、NH₃-N、TN、TP)3种控制方案. 结果表明,3种控制方案的优化结果均具有一定的可行性和合理性,并推荐四指标控制方案为优选方案. 四指标控制方案优化结果表明:2020年状态指标水环境容量利用率、生态用水比例分别为99.3%、59.1%;调控指标GDP增长速度、人口增长速度、城镇化率分别控制在7.4%、0.5%、70.3%以下,污水治理资金占GDP的比例为0.9%,第三产业比例为52.1%,化肥施用强度为251.0 kg/hm2;在此基础上,湖州市2020年可承载目标人口总量为350.0×104人,GDP为2 965.4×108元.      

辽河流域重点行业产污强度及节水减排清洁生产潜力

基于环境统计数据,分析了辽河流域重点工业行业单位产值的新鲜用水量,COD_Cr和NH₃-N等的产生强度,并与松花江、海河、淮河流域及全国平均水平进行对比,研究了其产污特征. 建立了情景分析模型,预测了2015年在经济保持一定增长率、重点工业行业产污强度保持不同水平情景下的流域总污染物产生水平. 结果表明,2008年辽河流域工业新鲜用水强度,COD_Cr和NH₃-N产生强度均低于全国同期工业平均水平,也低于松花江、海河和淮河流域水平. 造纸及纸制品业COD_Cr产生强度为全国平均水平的5.04倍;黑色金属冶炼及压延加工业与化学原料及化学制品制造业COD_Cr产生强度、医药制造业COD_Cr和NH₃-N产生强度也较高,表明这些行业的清洁生产潜力较大. 根据辽河流域污染物产生量削减潜力情景分析,其中的高方案比较合理. 该方案下,2015年COD_Cr和NH₃-N产生量预计比2008年分别减少14%和9%,表明该方案有利于污染排放总量的削减.      

基于技术和水质相结合的排污许可限值核定技术研究

“十三五”期间,我国排污许可管理制度已基本建立;“十四五”时期,我国排污许可管理将逐步过渡到注重水质达标的管理阶段.为适应我国排污许可新的管理需求,研究了基于技术和水质相结合的排污许可限值核定技术.其中,基于技术的排放限值核定主要根据企业的行业属性和核定产能,结合环境影响评价批复的污染物排放额度,确定其排放浓度限值和排放总量限值;基于水质的排放限值核定需建立污染源与水质之间的响应关系,以地表水水质达标为目标,计算各污染源的最大允许排放量.最终的排污许可限值为基于技术的排污许可限值和基于水质的排污许可限值的最小值.以常州为例,从常州排污许可证核发重点行业选取了两家化工企业A和B,核算其基于技术的排放限值;采用水质模拟和污染物最大允许排放量分配技术,计算了污染物最大允许排放量,并分配到两家化工企业,作为基于水质的排放限值.结果表明:A化工企业COD_Cr和NH₃-N的最终排污许可限值分别为6.53和0.075 t/a,其中,COD_Cr的最终取值为基于水质的排放限值,NH₃-N基于技术和基于水质的排放取值相同;B化工企业COD_Cr和NH₃-N的最终排放限值分别为11.60和0.17 t/a,最终取值均为基于技术的排放限值.研究显示,基于水质的排许可限值受到企业自身和外部水环境容量的双重影响,应从严制定排污许可限值,既能达到企业行业排放标准和环境影响评价批复的要求,又能满足水环境质量达标的目标.      

基于L-THIA模型的四川省濑溪河流域非点源污染负荷分析

非点源污染是造成流域水环境恶化的重要原因之一,掌握非点源污染的时空分布特征是流域水环境污染防治和流域综合管理的基础性工作.为落实国家《水污染防治行动计划》,四川省启动了濑溪河等流域综合治理达标方案编制工作,探明濑溪河流域非点源污染负荷及其分布特征是该方案编制的前提.以四川省境内濑溪河流域为研究区域,基于GIS（地理信息系统）,利用L-THIA（long-term hydrologic impact assessment,长期水文影响评价）模型,基于2015年土地利用地图数据、土壤水文数据以及长时间序列（2009—2014年）逐日降雨数据,调整模型参数,使模型模拟径流量符合水文站监测数据,进而模拟2014—2015年流域内的非点源污染负荷空间分布.L-THIA模型模拟得到濑溪河流域径流量约为5.10×108 m3,和控制水文站实测径流量相比,模型模拟相对误差为5%,表明模型模拟质量较好,模拟结果可信度较高.结果表明,流域内TP、NH₃-N、COD_Cr非点源污染负荷分别为204.10、353.12、5 162.53 t;农业用地对研究区的非点源污染影响最大,林地最小;根据濑溪河水系分布特点将研究区划分为16个控制单元,各控制单元TP、NH₃-N、COD_Cr的空间分布特征及比例相似,研究区非点源污染平均负荷强度为3.72 t/km2,TP、NH₃-N、COD_Cr的输出范围分别为（0.08~0.15）（0.14~0.27）（2.19~3.89）t/km2.研究显示,流域非点源污染产生量的估算和空间分布特征的揭示为编制濑溪河流域水污染治理方案提供了科学参考.      

深圳湾流域面源与截排溢流污染特征及其对水环境的影响

随着点源污染逐步得到有效控制,面源与截排溢流污染对水环境的胁迫日益突出。基于土地遥感数据、城市排水管网等资料,构建流域—海湾一体化水环境模型,探讨深圳湾流域面源与截排溢流污染特征及其对水环境的影响,研究表明：（1）雨季COD、NH₃-N和TP单位面积面源与截排溢流污染负荷分别为17.21 t/km²与10.21 t/km²、0.17 t/km²与0.69 t/km²、0.04 t/km²与0.07 t/km²;（2）面源与截排溢流污染时间上主要集中于大雨及以上等级降水较多的5月和8月,空间上主要分布在截排工程集中、下垫面面积较大且坡度较陡的深圳河、大沙河和新洲河流域;（3）面源与截排溢流水体COD、NH₃-N和TP浓度可达地表水V类标准的3.7倍、18.2倍和8.5倍;（4）雨季COD、NH₃-N和TP浓度高于旱季的区域分别超过深圳湾总面积的40%、60%和65%。     

小流域水环境规划方法框架及应用

在界定小流域概念的基础上,将流域分析方法引入到小流域水环境规划中,初步建立了典型小流域水环境规划方法框架.该方法遵循了污染物在小流域中的运移规律,针对影响河流水质的主要因素--"源头-途径-末端-汇",采取了相应的对策措施,能够反映出不同污染物对流域水质的影响规律.以云南省寻甸县牛栏江小流域为例,在对其水环境现状分析及发展趋势预测的基础上,进行了水污染控制单元的划分,以确定重点污染控制区域和敏感地带,同时制定了其总量削减计划,提出了以水土流失防治、点源和面源控制、河道生态修复及河流内源疏浚为主体的水环境规划方案.该方案实施后,COD_Cr和NH₃-N可分别削减1 857和125 t/a,达到了预期目标.      

复合制剂对富营养化水体中氮磷的去除效果

利用等温吸附模型评价了沸石粉的吸氨性能,结果表明该沸石粉易于吸附NH₃-N. 在此基础上,研究获得了一种有效去除富营养化水体中氮磷污染物的复合制剂. 该复合制剂成分为沸石粉和聚合氯化铝,其最佳质量配比为95∶5. 在ρ(NH₃-N)和ρ(TP)分别为10和1 mg/L的模拟水样中,复合制剂投加量越大对NH₃-N和TP的去除率越大,但去除率增大趋于缓慢;当接触时间为4 d时,复合制剂趋于达到吸附平衡,NH₃-N和TP的去除率基本达到最大. 复合制剂除磷效果受pH影响明显,在pH为7时,其对氮磷的去除效果最佳;随着温度的升高,复合制剂对NH₃-N和TP的去除效果略有提高. 将复合制剂用于实际污染河水中,其对NH₃-N,TP和浊度的去除效果明显,同时也能去除少量的COD_Cr. 在对富营养化水体的修复中,投加复合制剂可以作为修复工程的辅助技术进行应用.      

环渤海盐碱地区模拟生活污水冷冻处理试验

为了探索环渤海地区污水资源化的过程,基于冷冻技术,通过模拟生活污水人工冷冻试验,研究了冷冻温度、污染物初始浓度、机械搅拌等因素对环渤海盐碱地区生活污水冰融水水质的影响,同时考察了人工冷冻试验对含盐生活污水中COD_Cr与NH₃-N处理效果的影响. 结果表明:在-11~-2 ℃的室内人工低温环境中,冷冻法可使污水中COD_Cr与NH₃-N的去除率分别达到80%和85%以上;冷冻温度越低,污水冷冻速率越快,COD_Cr和NH₃-N的去除率越低;污染物浓度越高,污水冰融水水质越差;机械搅拌对污水处理效果的影响不很明显.      

基于ADMS和线性规划的区域大气环境容量测算

基于ADMS-Urban和线性规划模型,构建了浓度－排放量反推模式,从区域自然生态环境和污染气象特征出发,以区域大气环境质量保护目标为约束条件,结合虚拟点源法测算区域大气环境容量.以北京市通州区进行案例分析,根据当地自然环境与污染气象特征等信息,在环境质量目标约束条件下,应用该方法测算出通州区的SO₂环境容量为41 311 t/a;但其空间分布极为不均,主要分布于建成区以外的乡镇,建成区的环境容量较小.由于通州区SO₂排放主要集中在采暖期的建成区,尽管全区的SO₂年排放量远小于其环境容量,但是仍然在建成区造成了严重污染.      

苏州河非点源污染负荷研究

将模拟试验、GIS技术和非点源污染模型相结合,探讨了苏州河流域的非点源污染负荷及时空演变规律.结果表明,研究区域内非点源成为主要的污染源,其中非点源污染负荷COD_Cr约为6 740 t/a,TN,TP和NH₄+-N分别达914,184和298 t/a;水田和村居民点是主要的污染贡献者;非点源污染负荷均表现为梅雨>秋雨>春雨>冬雨明显的季节性规律.      

流域污染负荷解析与环境容量研究

以安徽省太平湖流域为例,运用监测、统计数据以及排污系数法对流域内8种污染源的污染排放情况进行全面解析,结合一维水质模型、沃伦威得尔模型以及狄龙模型等水质模型的应用,在流域水质监测的基础上核算了太平湖及主要入湖河流的水环境容量.结果表明, 2011年,太平湖流域污染物入湖量为:COD 3863.75t/a, NH3-N 410.24t/a, TP 51.63t/a;城镇和农村生活污染为太平湖流域的主要污染源,约占流域入湖污染物总量的60%;麻川河和浦溪河流域的污染最严重;流域污染物的排放在空间上呈现较为明显的区域分布,经济发达区域污染相对较严重.在当前水质目标下,太平湖仍有相当大的可用容量;浦溪河、秧溪河和舒溪河流域的氨氮和总磷排放量接近环境容量,需进行总量控制及削减.     

赣江南昌段污染负荷及水环境容量分析

通过调查和分析赣江南昌段各污染源,以化学需氧量和氨氮为污染负荷指标,分析了赣江流域南昌段污染负荷现状,确定了主要污染源。在此基础上,选择氨氮和化学需氧量作为计算因子,利用二维水质模型测算赣江南昌段水环境容量。根据水环境容量计算结果和现状污染物排放量,得到赣江南昌段各江段剩余水环境容量。结果表明:2008年南昌市排入赣江南昌段的污染负荷量为94255.47t,以化学需氧量为主。污染源中以城镇生活污染源、农田地表径流污染源和工业污染源为主。赣江南昌段除赣江南支外其余部分水质良好,有较富足的水环境容量。     

南水北调东线（江苏段）沿线污染物总量达标研究

基于江苏省2010年污染源普查资料和统计年鉴,选取化学需氧量（ COD）和氨氮（ NH4－N）为研究因子,统计南水北调东线江苏段污染物排放量并计算入输水干线污染物量;根据南水北调办治污工程规划,计算污染物削减量;根据2012年江苏省水环境功能区划,核定研究区域限排总量;结果污染物量COD、氨氮削减量分别为33114吨、2935吨,污染源结构中城镇生活源比例从23．34％降到9．10％,工业企业源比例从15．13％降到8．96％,污染源点源呈下降趋势,面源呈增长趋势,污染物入输水干线总量达到2015年限排总量要求。     

胶州湾入海污染物目标总量控制研究

根据对胶州湾水质的实际调查结果,确定DIN,COD为胶州湾的主要污染因子。对胶州湾陆源污染物现状入海量进行调查,并以2008年为基准年,以COD,NH3-N为预测因子,预测2010年胶州湾各排污单元污染物增加情况。提出基于现实、分阶段实行目标总量控制的总量分配原则,根据国家和山东省给青岛市下达的总量控制指标和2008年青岛主要污染物实际排放情况,确定2010年胶州湾COD排放总量控制目标为34675t,NH3-N入海通量总量控制目标为6943t,并对各排污单元的排放总量控制目标值进行了分配。     

三峡蓄水对小江CODCr、NH3-N及TP纳污能力的影响

三峡蓄水后的高水位条件下,长江支流小江回水区水域水文情势发生变化,流速减小,水域污染物浓度本底值发生变化,水环境参数与天然河道相比改变很大,纳污能力受到很大的影响.根据小江水功能区划及水功能区水质目标,分析计算蓄水前后CODCr、NH3-N及TP纳污能力总量的逐月值和年总量.结果表明:每月的CODCr、NH3-N、TP的纳污能力受流量、流速、水位和水质控制目标的影响,蓄水后每年CODCr纳污能力总量减少约20.59%,NH3-N的纳污能力总量减少约22.22%,TP的纳污能力总量减少约23.08%.小江回水区水域纳污能力减小是蓄水后富营养化现象增多的重要因素之一.     

基于因子分析法的生态环境综合承载力分析

随着人口增长和经济的快速发展,菏泽市经济、社会、资源与环境之间矛盾日益突出。基于生态安全现状、环境质量现状和资源利用现状等几个方面建立评价指标体系,应用因子分析法对2005-2011年菏泽市生态环境综合承载力进行了分析,结果显示近年来菏泽市生态环境综合承载力逐年好转,但总体形势尚不乐观。主要限制因子为城镇生活污水排放量、大气环境PM10排放浓度、SO2年排放量、农用化肥使用量、地膜覆盖面积以及水资源利用效率等。     

石溪水库水环境容量研究

分析了江西宜春石溪水库的水环境状况,运用沃伦威德尔模型和狄龙模型等水库水环境容量计算方法,对石溪水库COD Mn、NH 3-N、TN、TP的水环境容量进行了计算。结果表明:石溪水库2012年水质为Ⅳ类,营养状态为中营养,入库的污染物量超出其自净能力。将水环境容量按照Ⅲ类和Ⅱ类水标准分为近期目标和远期目标,按近期目标CODM n、NH 3-N、TN、TP的超标率分别为7.6%、86.1%、121.1%、40.7%。在此基础上,分析了石溪水库水污染原因,提出了水污染控制方案。     

综合水质标识指数法在海拉尔河水质评价中的应用研究

水质评价是水环境治理的重要基础性工作.水质综合标识指数法涵盖了综合水质类别、定量污染程度、水环境功能区达标等信息,是将定性与定量评价相结合,能够对综合水质做出合理的解释,不会因个别指标导致过分评价.研究将海拉尔河划分为3个控制单元,根据2003年-2012年水质监测数据,采用综合水质标识指数法识别各控制单元主要污染因子,并分析海拉尔河水质时空变化规律.研究结果表明海拉尔河从上游至下游综合水质标识指数逐渐升高,上游水质较好,中游和下游主要污染指标为高锰酸盐指数和COD.2003年-2012年,海拉尔河高锰酸钾指数、BOD5、氨氮和总磷的污染减轻,化学需氧量污染略微减轻但仍存在超标风险.     

基于控制单元的双台子河水环境容量核算研究

控制单元作为流域水环境管理的基本实施单位,开展水环境容量核算,对制定控制单元容量总量分配具有科学意义.文章以辽河盘锦双台子河流域为例,根据水环境容量核算的基本原理,结合水质现状和水环境功能区划,对各控制单元COD和氨氮的水环境容量进行分析.结果表明,控制单元的水环境容量与区域水质目标密切相关,在30Q10水文条件下,COD水环境容量为8607.49 t/a,NH3-N水环境容量为1154.35 t/a.COD需要削减47.5%,NH3-N削减30.9%.     

南昌市畜禽养殖业污染减排研究

规模化畜禽养殖污染减排已纳入国家"十二五"重点规划,治理养殖业污染问题已成为社会关注的焦点。第一次污染源普查结果显示,南昌市规模化畜禽养殖业COD排放9 915.4 t、氨氮排放323.6 t,全年废水产生量129.41万t,粪便产生量32.47万t,尿液产生量58.14万t,其中猪的养殖是污染物的主要来源。养殖业污染排放量大,治理难度高,应当运用循环经济理论,因地制宜采取污染物减排措施。文章从污染物减量化、资源化、废水治理三个角度分析了养殖业的减排途径,并结合南昌实际情况,提出了相应的治理思路,为畜禽养殖业污染物减排提供合理化建议。