流域水质目标管理技术研究(Ⅱ)——水环境基准、标准与总量控制

水环境质量基准与标准是有效实施环境水质目标的主要基础和管理依据. 明确了水环境质量基准与标准的基本概念,系统地介绍了国外水环境质量基准与标准的研究、使用现状以及我国流域水环境污染和环境标准建立的特征,阐述了水环境质量基准与标准在环境毒理学评估、污染物风险识别、水生态污染效应、沉积物质量控制研究等方面的应用与发展趋势. 结合我国水环境质量基准与标准研究的实际,提出了建立我国在新型污染物和复合污染水质基准两方面的研究内容,并对我国水质基准支持条件下的水生态安全以及污染物总量控制研究做进一步探讨.       

人体健康水质基准特征参数研究及应用

人体健康水质基准是指在摄入饮用水和水产品时,保护人群健康不受危害的相对应水体中污染物的浓度.我国近年来系统开展了水质基准的研究,但在人体健康水质基准方面的报道相对较少.为保护我国人群健康免受水体中污染物的危害,依据人体健康水质基准制定方法,对基准制定过程中涉及的我国人群暴露参数〔体重（BW）、饮水量（DI）和水产品摄入量（FI）〕和水环境参数〔溶解性有机碳（DOC）、颗粒态有机碳（POC）浓度以及水生生物脂质分数〕进行研究与总结,建议在制定我国人体健康水质基准时,普通人群暴露参数BW、DI和FI分别采用61.9 kg、2.785 L/d和0.030 1 kg/d,水环境参数DOC和POC浓度分别采用2.68和0.73 mg/L,第2、3、4营养级淡水水生生物的脂质分数分别采用2.47%、3.08%、3.16%.基于我国人群暴露参数和水环境参数,推导了12种多环芳烃（PAHs）的人体健康水质基准,其中苯并[a]芘的基准值（4.53×10-4 μg/L）最小,蒽的基准值（173 μg/L）最大.此外,在人体健康水质基准的制定过程中,除饮水途径外,建议充分考虑食用水产品对人体健康产生的危害效应;针对关注区域、年龄组与致癌风险水平不同造成的基准值的较大差异,建议在人体健康水质基准制定过程中对其予以充分考虑.      

Integrated river basin management in rapidly urbanizing areas: a case of Shenzhen, China

The rapid urbanization of China is causing a burden on their water resources and hindering their sustainable development. This paper analyzes effective methods to integrated river basin management (IRBM) using Longgang River basin of Shenzhen as an example, which is the city with the fastest rate of urbanization in China and even the whole world. Over the past 20 years, China has undergone a population boom due to the increase of immigrant workers and rapid development of laborintensive industries, which led to the sharp increase of water consumption and sewage discharge. However, the construction of the water infrastructure is still lagging far behind the environmental and social development, with only 32.7% of sewage in the district being treated. Currently, every water quality indicator of the Longgang River basin was unable to meet the required corresponding environmental standards, which further aggravated the water shortages of the region. Thus, an analytical framework is proposed to address the IRBM of the study area. The problems with the current management system include the lack of decentralization in decision-making, lack of enforcement with redundant plans, weak management capacity, financial inadequacy, and a poor system of stakeholder participation. In light of the principles of IRBM and the situation of the region, corresponding measures are put forward, including an increase of power given to sub-district offices, fewer but more feasible plans, capacity building among stakeholders, a combination of planning and marketing for overcoming financial inadequacy, and profound reform in the public participation system. The framework and institutional suggestions could inform similar processes in other representative river basins.     

The biotic ligand model: a model of the acute toxicity of metals to aquatic life

The United States Environmental Protection Agency (USEPA) has established nationally applicable water quality criteria (WQC) for metals that are designed to be protective of aquatic life. However, in some instances these criteria may be over-protective as a result of natural, site-specific differences in water quality characteristics. These differences affect metal speciation and bioavailability, fundamental considerations in assessing toxicity. Laboratory studies completed during recent years have advanced the current understanding of metal chemistry in aquatic systems, including the formation of organic and inorganic metal complexes and sorption to particulate organic matter. Parallel investigations have led to an improved understanding of the physiological basis of why metals are toxic to aquatic organisms. These studies have, in combination, led to an improved understanding of how site-specific water chemistry affects bioavailability, and how metals exert toxicity at the organism site of action, at the biotic ligand in the context of the model to be described. The biotic ligand model provides a quantitative framework for assessing metal toxicity over a range of hardness, pH and dissolved organic carbon (DOC) levels. The chemical equilibrium sub-model incorporates metal-biotic ligand interactions to compute metal accumulation at the site of action (e.g., the gill of a fish) as a function of water quality. The toxicity sub-model uses this computed accumulation level as the basis for successfully predicting observed variations in toxicity associated with changes in water quality. The results highlight the potential utility of this approach to provide an alternative means of developing site-specific permit limits and WQC. The ability of the model framework to quantitatively assess the effects of hardness, pH and DOC on toxicity, in comparison to current WQC for metals that typically vary with hardness alone, is a significant advance in understanding how site-specific conditions affect the toxicity of metals.     

中国地表水环境质量标准研究

《地表水环境质量标准》是水环境管理的尺度,在推动我国水污染防治、公众健康与水生态安全保障等方面发挥着十分重要的作用.随着我国进入生态文明建设新阶段,水环境保护和社会经济发展形势发生深刻变化,如何与时俱进,及时修订丰富现行标准成为迫在眉睫的问题.全面剖析了我国现行GB 3838—2002《地表水环境质量标准》修订历程、修订依据、重要贡献、存在问题及国家需求,结合国际标准发展趋势和我国社会发展阶段,提出未来将《地表水环境质量标准》由单项标准向系列标准转变的修订思路框架.初步阐述了由系列标准构成的“1+N”的标准体系框架,其中,“1”是地表水环境质量基本项目标准,用于判断地表水环境质量的优劣程度,反映水环境功能的基本水质要求;“N”是不同的特定保护项目标准,包括保护水生生物的有毒有害污染物项目水质标准、地表饮用水源地水质标准、湖泊营养物状态评价标准以及地表水水生物状况评价标准,并提出了各分标准的相关制修订方案.      

应用BLM模型预测我国主要河流中Cu的生物毒性

应用BLM模型对我国5条主要河流15个国控断面中铜的生物毒性进行预测,同时以虹鳟鱼为实验动物进行了实际水样的加标实验,得到实测生物毒性结果.结果表明,珠江、长江、淮河、松花江12个点位BLM模型预测LC50为0.13～0.46mg·L-1,利用虹鳟鱼进行的生物毒性测试结果为0.11～0.47mg·L-1,二者具有较好的一致性.对于黄河流域的3个点位,预测结果为0.42～1.00mg·L-1,实测结果为0.21～0.33mg·L-1,二者差距较大.根据预测结果与测试结果得到的水效应比(WER)范围分别为3.3～11.8与3.3～11.5(黄河流域,WERs值范围分别为10.5～25.0与5.3～8.3),均大于1.该研究提示,中国主要河流水系由于水化学条件不同,即使在相同的总Cu浓度下,所表现的毒性亦有很大差别;利用BLM模型和河流主要水质参数,则可以预测Cu的毒性.根据BLM模型获得的Cu的WERs值,将是制订中国流域水质标准的重要依据.     

水质基准本土环节动物与水生昆虫受试生物筛选

作为水环境质量评价体系中重要的指示生物类别,水生环节动物和水生昆虫是水生生物基准研究中不可或缺的基准受试生物.参照美国水生生物基准技术指南, 选择我国广泛分布的10种本土环节动物和水生昆虫,搜集、筛选对各水生物种毒性最大的3种污染物,并进行水生生物敏感性分析. 在污染物毒性数据的物种敏感度分布中,若物种的累积概率小于30%则为较敏感,该物种可作为基准研究受试生物. 结果表明:不同生物对污染物敏感性存在差异,颤蚓对有机锡化合物、重金属,苏氏尾鳃蚓对重金属均较敏感;仙女虫、黄翅蜻、四节蜉、扁蜉对各类农药均较敏感;尾盘虫能够在一定程度上指示表面活性剂污染状况. 因此,环节动物颤蚓属、尾鳃蚓属、尾盘虫属、仙女虫属,水生昆虫黄翅蜻属、四节蜉属及扁蜉属均可作为水质基准研究中的受试生物.      

澳大利亚污水处理与再生水利用现状分析及经验

对澳大利亚水资源赋存现状、污水处理和再生水利用的历史与现状进行了详细整理与分析,梳理了澳大利亚污水处理与再生水利用发展历程、相关标准、政策和法律法规以及再生水利用典型案例。该经验可为我国开展再生水循环利用研究和工程实践提供重要指导和技术支撑。借鉴澳大利亚水回用技术与管理方法,我国可进一步发展污水再生深度处理技术与工艺,提高再生水生产品质,拓展再生水利用途径,通过浓度控制与处理工艺要求相结合提升再生水水质安全保障能力,建立健全污水资源化利用技术和管理标准体系。     

河段水质压力目标管理模式的概念与方法

目前我国主流的流域水质目标管理模式中,在河段污染责任认定方面普遍存在难以界定上下游之间各自责任的问题,为此提出了一种基于河段水质压力概念的河流水质管理新模式.以水质压力为基础,配套建立了包括水质压力目标、水质压力纯水当量、水质压力偿罚金等在内的一系列相关概念及其设定与计量方法,完成对各河段的责任认定,并实现以河段处罚金与补偿金为调控手段的流域水质管理运行机制.结果表明,该管理模式有助于增强水质污染处罚与水质生态补偿的区域公平性和针对性,其中的概念和方法可作为现行河流水污染控制方法体系的一种改进性补充,同时能为流域生态补偿标准的确定提供一定借鉴.     

稀有鮈鲫物种敏感性及其在生态毒理学与水质基准中的应用

物种敏感性分析是水质基准及生态毒理学研究的关键环节,稀有鮈鲫（Gobiocypris rarus）作为我国鲤科鱼类的代表性受试鱼种,其对环境污染物的敏感性受到了国内外广泛关注.通过搜集稀有鮈鲫急性毒性数据,使用物种敏感度分布法比较分析稀有鮈鲫对15种典型环境污染物的敏感性,主要包括重金属（Zn2+、Cu2+、Cr6+、Hg2+）、VOCs（三氯乙烯、四氯乙烯、甲苯、邻苯二甲酸二丁酯）、苯胺类有机物（对氯苯胺、3,4-二氯苯胺）、含氯消毒剂（三氯异氰尿酸）和农药类有机物（毒死蜱、丁草胺、乙草胺、三唑酮）,并对稀有鮈鲫在水质基准和生态毒理学研究中作为本土受试生物的适用性进行了讨论.结果表明:稀有鮈鲫对各类环境污染物的敏感性普遍较高（平均累积概率为46%）,尤其对重金属和农药类有机物反应灵敏,其中对农药类有机物最为敏感（平均累积概率为26%）,表明稀有鮈鲫可作为潜在的水质基准研究的受试生物和水质监测指示生物.在鱼类敏感性排序中,鲤科鱼类对各类环境污染物较为敏感,其中小型鲤科鱼类——稀有鮈鲫在鱼类敏感性排序中位置稳定,对大多数污染物的敏感性超过斑马鱼、黑头呆鱼、日本青鳉等国际标准试验鱼种,并且具有本土性、易人工繁育、生物背景清晰等优点,表明稀有鮈鲫是现阶段我国水质基准及生态毒理学研究的潜在本土受试生物.      

10种典型重金属在八大流域的生态风险及水质标准评价

收集了10种典型重金属在我国八大流域水体中的暴露浓度和对水生生物的急性和慢性毒性数据,分别应用概率密度重叠面积法和联合概率分布法对重金属在各流域水体中的生态风险进行评估,并与现行水质标准的评估结果进行对比.结果显示,Cu和Zn在各流域水体中生态风险均较高,现行水质标准对水生生物Cu、Zn的暴露不能实施有效的保护;Hg和Ni现行标准对水生生物存在过保护的现象;Se、As和Sb在各流域水体中生态风险均较低,现行标准对水生生物保护程度适中.建议对现行水质标准适度修改,同时增强高风险重金属监测水平,以合理有效的保护我国水生态系统安全.     

Three-dimensional hydrodynamic and water quality model for TMDL development of Lake Fuxian, China

Lake Fuxian is the largest deep freshwater lake in China. Although its average water quality meets Class I of the China National Water Quality Standard (CNWQS), i.e., GB3838-2002, monitoring data indicate that the water quality approaches the Class II threshold in some areas. Thus it is urgent to reduce the watershed load through the total maximum daily load (TMDL) program. A three-dimensional hydrodynamic and water quality model was developed for Lake Fuxian, simulating flow circulation and pollutant fate and transport. The model development process consists of several steps, including grid generation, initial and boundary condition configurations, and model calibration processes. The model accurately reproduced the observed water surface elevation, spatiotemporal variations in temperature, and total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and chemical oxygen demand (COD) concentrations, suggesting a reasonable numerical representation of the prototype system for further TMDL analyses. The TMDL was calculated using two interpretations of the water quality standards for Class I of the CNWQS based on the maximum instantaneous surface and annual average surface water concentrations. Analysis of the first scenario indicated that the TN, TP and COD loads should be reduced by 66%, 68% and 57%, respectively. Water quality was the highest priority; however, local economic development and cost feasibility for load reduction can pose significant issues. In the second interpretation, the model results showed that, under the existing conditions, the average water quality meets the Class I standard and therefore load reduction is unnecessary. Future studies are needed to conduct risk and cost assessments for realistic decision-making.     

美国饮用水水源地保护经验及其对我国的启示

新冠肺炎疫情对公众健康造成了极大威胁。针对疫情可能造成的水污染问题,各地生态环境部门均全力加强城市和农村饮用水水源地水质监测预警工作,突出了当前形势下饮用水水源保护工作的重要性。为实现安全饮用水目标,美国在法制体系、组织结构、饮用水水源地风险评估和保护计划等方面积累了丰富的经验,为我国应对疫情、实现饮用水安全保障提供了诸多启示。美国实践经验表明,饮用水水源地保护应建立从废水排放控制到水源地风险防范的全方位、一体化管理体系;完善"从水源地到水龙头"的监测与应急体系;构建分工明确、权责清晰的制度体系;完善公众参与和信息公开,形成多方共治的良好局面。基于美国水源地保护经验,本文研究提出如下建议:加强全国饮用水水源地风险评估,严防医疗污水和城镇生活污水向水源地排放;加强水源地水质监测和预警,提升监测预警水平并制定备用水源等应急响应计划;强化地方政府对水源地的统一监管职能,明确水源地管理部门和水源地水厂的职责分工,加强组织协调和联防联控;完善公众参与和信息公开,增强公众环保意识和"主人翁"意识。     

我国应逐步实施基于水质的排污许可管理

我国排污许可管理始于20世纪80年代中后期,经历了从探索、停滞到不断发展的历程.为研究我国排污许可的未来发展方向,对我国排污许可发展的历程和存在的问题,以及美国、欧盟等发达国家和地区的经验进行了分析.从我国排污许可的发展历程来看,我国第一阶段排污许可管理立法层次不高,反复试点、推进力度不够,且经济迅速发展导致污染物负荷量不断增长,客观上增加了排污许可实施的难度.“十三五”以来,我国已初步构建了以行业为基础的排污许可管理体系,但也面临着一系列的问题,主要是按行业发放排污许可难以与地表水水质直接挂钩、部分企业排污许可量过大难以约束企业排污、排污许可证核发任务重难以考虑水质达标要求、缺乏基于水质核发排污许可限值的管理实施细则等.针对上述问题,分析了以美国和欧盟为代表的发达国家和地区的排污许可管理经验,表明基于水质达标是实施排污许可管理的基本法律内涵和发展方向.在国内外排污许可发展经验教训总结的基础上,结合我国目前排污许可的实施进展,建议我国逐步实施基于水质的排污许可管理,主要措施有完善基于水质的行政区、流域和控制单元排污许可总量审核系统,编制和修订排污许可证管理相关技术规范,以水质达标为目标完善流域排放标准,完善基于水质的排污许可监管和处罚机制,尽快开展基于水质的排污许可示范,扩大公众参与等.“十四五”时期,建议我国的排污许可制应从重视系统体系构建,逐步过渡到基于水质的排污许可管理,并制订有针对性的管理法规和政策措施.      

我国流域铜的长期水质基准预测模型研究——MLR vs. BLM

铜在实际水环境中的毒性效应受多种环境理化要素影响,识别典型环境因子进而建立生物有效性模型是获得“原位”水质基准的基础. 国际上广泛应用的生物配位体模型(biotic ligand model, BLM)在实际使用过程中有局限性. 本研究旨在BLM模型的基础上,探究更适用于铜的“原位”毒性校正方法,以更少的环境因子降低环境监管过程的经济和技术成本,为“因地制宜”确定金属水质基准提供理论依据和技术支撑. 同时基于4门22种水生生物的慢性毒性数据,以影响铜生物有效性的关键水化学参数为自变量,即硬度(hardness,H)、pH和溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC),采用带有交互项的3种逐步多元线性回归(Multiple Linear Regression,MLR)方法建模,从9个模型中筛选出最佳预测模型〔R2=0.553 1,F=61.23,P<0.000 1,AIC(赤池信息准则,Akaike information criterion)=0.9457,BIC(贝叶斯信息准则,Bayesian information criterion)=23.43〕. 并参考我国典型流域水环境特征,正交设计216组水环境条件,对所有物种的慢性毒性值(chronic toxicity value,CTV)进行模型校正. 结果表明:①以预测准确率(RF_x,2.0)为评价指标,MLR模型较BLM模型提升了20%,MLR模型残差分析的等级评分也优于BLM模型. ②确定最佳模型为Sigmoidal-Weibull函数(R2=0.986 1,F=1 609,P<0.001),构建的三环境因子耦合的基准预测模型准确度高(R2=0.990 2,RMSE=0.041 06,F=7 238,P<0.001). ③主要环境因子(H、pH和DOC)只使得SSD曲线水平移动〔与中心(X_c)有关〕,曲线形状无影响〔振幅(A)、指数(d)和协同系数(k)恒定〕. ④在模型的适用范围内,我国流域水体中铜的长期水质基准为4.619~53.75 μg/L. 研究显示,基于BLM模型框架的新MLR模型,具有高稳健性和准确性,有助于体现流域水生态管理的区域性差异.      

中国环境卫生标准体系设计研究

我国现有的环境卫生标准体系与环境保护目标相脱节、体系定位模糊、体系框架未体现专业化,且对流程管理和质量管理重视不足、体系结构不合理。所以重新设计中国环境卫生标准体系应遵循的原则包括以环境保护为最终目标、应用生命周期管理原则、区分强制性与推荐性标准、标准在体系框架内分布合理。据此设计了"专业—流程—质量"三维体系框架及各专业分体系。建议以新框架指导标准制(修)订;推进环境卫生法律法规与强制性标准统一管理,推荐性标准自愿执行;并实现标准查询和管理的信息化。     

美国水质标准体系及其对我国水环境保护的启示

美国拥有世界上体系最完善、科学性最强的水质标准体系,对其进行了解和研究将对推进我国水质标准体系的发展起到积极作用.美国水质标准由指定用途、水质基准和反降级政策三部分组成,文章重点对美国水质基准的发展历程及现状、指定用途的规定、反降级政策的内在涵义与实施办法等进行了系统介绍和分析.在概述我国水质标准和水环境功能区划的研究...     

环境质量与经济增长的库兹尼茨关系探讨

对环境质量与经济增长的库兹尼茨关系进行了分析，提出了环境质量三种可能的发展轨迹，并探讨了在这三种可能发的发展轨迹中，经济增长对环境质量发展的影响，提出了中国现阶在保证环境质量达一害标准的前提下，实现经济可持 展的政策建议。     

国内外新污染物环境管理政策分析与建议

新污染物对我国生态环境和人体健康带来极大威胁,引起国家高度重视. 通过查阅文献资料,梳理我国关于环境内分泌干扰物、全氟化合物、微塑料、抗生素等四类新污染物环境管理的政策法规及相关规定,对比美国、欧盟和日本等发达国家和地区相关环境管理经验,结合我国环境管理存在的问题,提出5个方面的建议:一是强化顶层设计,完善相关法律法规和标准建设;二是明确职责分工,建立跨部门跨区域协作机制;三是加强监测评估,摸清新污染物污染底数;四是重视基础研究,为精准科学治污提供技术支持;五是加强宣传教育,激发公众参与环境治理热情.      

Development and application of innovative technologies for drinking water quality assurance in China

The continuously deteriorating quality of source water is threatening the safety of drinking water in China. Various efforts have been made to update water treatment processes to decrease the pollution problems of drinking water, such as protection of drinking water sources, enhancement of conventional treatment processes, and development of new or advanced treatment technologies. This paper reviews a variety of protection and remediation methods for drinking water sources, development and application of drinking water treatment technologies, new technologies for special pollutants removal from groundwater, and the latest research progress on water distribution systems in China.