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1、报告概况报告由太湖流域水资源保护局与上海勘测设计院编写完成分七个章节1 、 项目内容与技术路线2 、 太湖概况3 、 太湖入湖污染负荷分析4 、 设计条件下太湖出入湖水量计算5 、 太湖限制排污总量核算6 、 成果分析7 、 结论与建议太湖污染物限排总量定义为： 为实现太湖水质保护目标， 太湖环湖 河道在不同入湖水量条件下允许带入湖体的最大污染物量。研究内容是： 采用流域河网一维水量模型计算 1992 年型 (P=75%) 降雨典型年条件下的太湖环湖河道出入湖水量， 在此基础上， 采用太 湖二维水量水质模型， 调算以全年入湖水量控制， 满足太湖 2012 年、 2020 年以及 2030 年水
2、质保护目标的环河入湖控制浓度和污染物限 制排污总量； 复核 1971 年型 (P=90%) 降雨典型年条件下， 采用全年 期入湖水量控制的环湖河道入湖浓度和太湖污染物限制排放总量。项目技术路线是：根据流域 1956-2000 年系列降雨频率分析成 果，选取流域典型年降雨过程， 输入流域产汇流模型以及河网一维水 量模型计算，获得该典型年条件下，太湖环湖河道出入湖水量过程。再以该水量过程为边界条件，采用太湖二维 水量水质模型反复调算 污染物入湖浓度， 获得满足太湖水质目标时， 环湖河道污染物入湖控 制浓度，以及相应的污染物限制排污总量。在流域综合规划修编中，水资源保护局采用该技术路线，以最枯 月入
3、湖水量为控制，核算了降雨率为 90% 的条件下，太湖 2012 年、 2020 年、 2030 年污染限制排污总量，以及相应的污染物入湖控制 浓度。本项目与流域综合规划调算成果相衔接， 以全年期入湖水量为 控制，补充核算降雨频率为 75% 条件下，太湖 2012 年、2020 年及 2030 年污染物限制排污总量；并补充计算以全年期入湖水量为控制 的 90% 降雨频率条件下对应的限排意见。太湖有出入河流 （ 溇港）228 条，其中不少河流出入湖流向不定， 且受到严重污染， 是太湖污染物输入的主要途径。 对主要环湖河流区 划一级水功能区 41 个 （不包括望虞河、太浦河 ），根据上下游用水的 要
4、求，对太湖上游宜溧山区入湖河流区划了 19 个缓冲区，开发利用 程度较高的其它主要环湖河流区划了 22 个开了利用区。水质目标除出入湖河流胥江为H类， 太浦河为H -皿类外，其余河 流入、出湖段水质目标均为皿类。2010年水质总体评价为劣于V类，其中有0.3%水域水质为W类， 18.8%为V类，80.9%为劣于V类，未达到地表水皿类标准的指标主 要为总氮、总磷和五日生化需氧量。太湖各湖区中，西北部湖区水质较差，东部湖区水质相对较好， 在空间分布上呈现出由北向南， 由西向东水质逐渐变好的状态。 其中 五里湖、东部沿岸区、东太湖水质最好；竺山湖和西部沿岸区水质最差，总体为劣于V类太湖平均营养状态指
5、数为 61.5 ，处于中度富营养状态， 其中贡湖、 东太湖和东部沿岸区为轻度富营养， 面积约为 604.2km2 ，占太湖总 面积的 25.8% ，其余湖区为中度富营养，占 74.2% 。河网概化：根据太湖流域河道特性， 概化河道断面为复式的梯形 断面，为了在河床干涸条件下仍能继续运算， 在主槽底部虚设了一条 窄缝，当河道水位低于河底后，水流在窄缝中运动。河网概化时需要 注意：主要河道不要合并， 次要的起输水作用的小河道，可以几条合 并成一条概化处理， 更小的基本上不起输水作用的河道为陆域面上的 调蓄水面处理。湖泊概化：较大的湖泊，如太湖，根据研究目的，可处理成零维的 调蓄节点，或用网络概化，
6、 概化后的湖泊可作二维三维流场计算，中 等大小的湖泊概化为零维调蓄节点， 小的湖泊和塘坝作为面上调蓄水 面处理。概化节点：概化河网中需要设置以下 6种类型的节点：正常节 点，两条概化河道交叉点，交叉点处的蓄水量可以忽略不计；调蓄 节点，用来模拟大、中、小型湖泊，具有一定的水面积；流量边界 节点，平原河网与山丘区交界处的节点，节点处有山丘区入流加入； 水位边界节点， 例如沿长江及杭州湾口门处的节点， 这些节点上的 水位是已知值；闸节点，联结堰闸等控制建筑物的节点；引排水 节点，节点处有固定的流量取引或排入，主要用于模拟引排水工程。降雨型：75%：1992 年和 1976 年. 引言在中国!主要的
7、江 河湖库均面临严重的水污染威胁 !全国水源污染 呈发展趋势！有近FGH以上的城市水域污染严重！IGH重点城镇水源水 质不符合标准 # 水污染正从东部向西部发展 !从支流向干流延伸 !从 城市向农村蔓延 ！从地表向地下渗透 ！从区域向流域扩散 $ 其中湖泊 污染尤为严重！水体富营养化问题突出$根据AGGJ年中国环境状 况公报&发布的信息 ！KA 个大型湖泊中 ！水质类别劣于 ！类的湖泊为 J 个!其中太湖为劣！类LKM$水污染防治的根本问题是有效控制污染源 $ 为了控制污染 遏止水环境恶化的趋势 ！中国提出了污染物排放总 量控制的管理思路 ！要求从环境目标出发 ！根据环境容量 ！确定污染污 染
8、物总量控制是指导流域污染源治理和改善湖泊水环境质量的重要 措施！ 基于特定水文条件计算得到的总量控制成果 ！尽管应用偏安全 ！ 却无法反映自然水文过程的动态变化 ！也不适应污染源全面控制的需 要！因此进行湖泊限制排污总量动态变化分析并提出环湖分区入湖水 质浓度控制要求 ！既适应了湖泊自然变化特征 ！又可以满足流域污染源 全面控制与入湖污染负荷定量化管理的实际需要 本文分析了湖泊纳污能力的动态变化特征 ！提出选择典型 水文年和将湖泊与环湖河道作为一个整体进行模拟是进行湖泊限制 排污总量核算的关键 ！并以枯水年作为代表水文年 ！采用二维数学模型进行了近期太湖纳污能力动态变化模拟及限制排污总量核算
9、！并基于近期太湖限制排污总量研究成果 !提出环太湖分区逐月入湖水质浓度 的平均值在经过简单的技术修正后 !可作为近期太湖各分区入湖河道 的水质控制浓度要求 !为太湖流域近期水环境定量化管理提供了技术 支撑纳污能力#动态特征#限制排污总量 #控制浓度#太湖 马巍2!禹雪中2!翟淑华:!廖文根2K9 中国水利水电科学研究院水环境研究所 !北京 KGGGNOA9 太湖流域水资源保护局 !上海 AGGPNP!#$%& (%) *+$,% -./$+0$12)345%6, 20 7+2 8+9,收稿日期 AGGOQGOQGK基金项目 国家自然科学基金项目 #IGRRFGRJ$作者简介 马巍!北京市海淀区
10、复兴路甲 K 号院中国水利水电科学研 究院水环境研究所 !工程师 !物的排放量或削减量 !对污染源从整体上有计划有目标地进行削减 !使 环境质量逐步得到有效改善 目前 !这种方法在中国点源污染防治中 取得了良好效果 !但对非点源污染防治还处在探索阶段 随着中国污 染物总量控制制度的推行 !非点源污染防治将显得越来越重要 因此 在污染源密集地区 !只针对点源规定排放浓度和实施总量控制 !不能保 证整个区域 #或流域$达到环境质量标准 #或目标水质 $的要求!应该 以环境质量标准 # 或目标水质 $为基础 !考虑流域水文过程及其他 影响因子的动态变化特征 !综合分析所在区域 !或流域内的污染源 !
11、通过数学模型计算出为满足环境质量标准 # 或目标水质 $的污染物允许 排放总量 !提出污染物限制排污总量及可供实际管理应用的水质控制 浓度!从而为湖泊水污染控制和水环境管理提供更加有效的技术支 撑%! 太湖入湖污染源全面控制的必要性 太湖非点源入湖负荷量贡献率分析非点源污染是在较大范围内 !大气 & 地面和土壤中的污 染物通过地表径流进入地表水和地下水 !并在水体中大量富 集从而导致的水环境污染 非点源污染目前是太湖最主要的 三大污染来源之一 !对太湖水环境造成的污染主要通过以营 养物型和有毒害型污染物污染水体环境 来源于农业生产和 城镇生活污水的 #&$ 流失是引起太湖水体富营养化的重要 原
12、因 有关研究表明 !在太湖水体富营养化的总氮贡献率中 ! 工业废水占 %&! 生活污水占 (! 农业面源占 ()!总磷的 贡献率中 !工业废水占 %*! 生活污水占 &*! 农业面源占 +*!, - 农业生产与农村生活污水是太湖地区水体富营养化的 主要因子 ,+- *+ 年通过环太湖河流入湖的高锰酸盐指数 (./012$ 为&3 3)& 4& 总磷(5$% 3+6 4& 总氮(5#$(% +& 4! 与* 年 (./012 &7( 万4&5$ % 3)8 4&5# 878&万4$ 相比!高锰酸盐指数基本相当 !总磷有所减少 !而总氮则有 %*9的增幅 % 从*: *+ 年入湖负荷量年内月变化过
13、程 (图%$来看!主汛期 6 月 份入湖负荷量最大 !约占全年入湖总量的 %&7 9其次是 + 月 和( 月 !其入湖量均约占 %*789 再次就是汛期的 &3&) 月!月均入湖均超过 37(9 以上 而非汛期入湖负荷量除 % 月较 大(占37%9$ 外!其余各月的入湖负荷量均较小 (小于 &7)9$% 从汛期(:) 月$&非汛期(%:8 月&%*:% 月$入湖负荷分配来 看!汛期入湖量约占全年入湖总量的 (+9 以上!而非汛期入 湖量则少于 869% 如果再考虑春汛 (+ 月$的影响 !则多雨季节 (+&(:) 月$的入湖负荷量超过 &+9 以上 !而其余月份的入湖 负荷量则少于 +69%
14、由此可见 !随降雨径流而入湖的非点源 负荷量约占 +*9 左右% 由此可见 !太湖流域非点源污染相当 严重 !已经成为威胁流域水环境健康的主要因素 % !# 污染物排放总量控制的局限性 实施水污染物总量控制是改善水环境质量的重要措施 ! 中国对水污染物排放总量控制先后经历了浓度控制和目标 总量控制阶段 !现已逐渐进入容量总量控制阶段 % 容量总量 控制是基于特定水文条件 (一般为枯水条件 $下的水环境容 量成果 !确定区域或流域污染源的最大允许排放量或污染负 荷消减量 % 水环境容量计算常采用最近 %* 年最枯月平均流 量(水量$或者)*9 保证率最枯月平均流量 (水量$作为设计 水文条件 ,
15、8-! 类似地!还有6;%*()*9 保证率下连续 6 最枯 流量平均值 $设计水文条件也经常被采用 % 采用这种方法计 算得到的水环境容量在年内均是一个定值 ! 计算结果严格 ! 应用于管理也偏安全 % 但是这种方法得到的纳污能力无法反 映湖泊水文过程 & 自然边界条件及人为调度控制等因素的动 态变化 !并且采用枯水条件反映的是点源负荷控制量 !无法适应点源 & 非点源污染负荷全面控制的需要 ,（:&-% !$ 具有动态变化特征的限制排污总量可满足入湖污染源 全面控制的需要 湖泊水文过程和其他边界条件的动态变化是湖泊纳污 能力具有动态变化特征的基础 !影响湖泊纳污能力的主要因 素都是随时间而
16、变化的 !这些因素的动态变化直接影响着湖 泊纳污能力的变化 !因此湖泊纳污能力实际上是一个具有时 间和空间动态变化特征的量 % 加之水污染源的排放具有种类 多样性&结构复杂性 &时空分布的动态性等特点 !因此为达到 区域（或流域 $环境质量标准 （或阶段目标水质 $!必须对水污 染源实行过程控制 % 基于具有动态变化特征的纳污能力分析成果 ,6-! 提出的 湖泊限制排污总量及入湖河流控制浓度 !可以为水污染控制 和水环境管理工作提供更加全面的科学数据 ! 从而实现对环 湖入湖水污染源的全过程管理与监控 % 目前 !太湖流域水资 源保护部门在主要出入湖河道设立了水质监测站点 !对环湖 河网进入太湖的水质进行监测 !监管入湖污染负荷 % 在当前 水污染情势较为
