水环境容量研究概述

2010-04-14冯启申李彦伟

水科学与工程技术 2010年1期

冯启申，李彦伟

（河海大学水文水资源学院，南京210098）

当前，我国的社会和经济飞速发展，伴随而来的是一系列环境问题，尤其是水环境问题。水环境污染与破坏已经成为一个严峻的问题。对水环境容量进行研究具有非常重要的现实意义，并已经成为当前的一个研究热点。水环境容量研究，可以为水环境规划与管理提供技术支持，具有一定的前瞻性和可操作性，可以节约人力、物力和财力，科学地实现水环境规划与管理，更好地服务于社会和经济的发展。

1 水环境容量概念及分类

1.1 水环境容量概念

广义的水环境容量包含：①水资源对各类用水的承载能力；②水环境对水体量的容纳能力；③水环境的纳污能力。狭义的水环境容量概念［1］为：水环境容量是指在保持水功能用途的前提下，在一定的水质目标下，水体对于排放其中的污染物所具有的容纳能力，是满足水质标准的最大允许污染负荷量。水环境容量反映了水体自身维持、调节水环境功能的能力，即水体的最大纳污量。

1.2 水环境容量分类［2］

1.2.1 根据水环境质量目标进行分类

水环境容量可分为自然容量和管理容量。自然容量指以水体的自然基准值作为水质目标，水体所能容纳的污染物量；管理容量则是指以满足一定的水环境质量标准作为环境目标，水体所能容纳的污染物量，不仅与自然因素有关，而且与人类活动、社会经济发展状况有关。

1.2.2 根据水环境容量产生机制（污染物输移降解机理）进行分类

水环境容量可分为：输移容量、稀释容量和自净容量。输移容量是指污染物在水体中随水流的对流运动产生的输移量；稀释容量，也称差值容量，是当水体本底水质浓度低于水质标准时，由于对流及扩散作用，使排入的污染物逐步均匀分布到整个水体，其浓度达到标准浓度的限值时，水体所增加的污染物容量；自净容量是污染物在水体中由于物理、化学、生化作用产生降解，由这种自净作用而获得的环境容量。

1.2.3 根据污染物排放口分布特征进行分类

水环境容量又可分为：面源环境容量和点源环境容量等。

2 水环境容量内涵与本质

水环境容量内涵包括：在一定社会要求下的水环境，反映在环境方面就是要求满足一定的水环境质量标准；水体纳污能力，反映在环境方面即为水体对污染物的容纳量；容量是相对于压力而言的，水体自我维持、自我调节能力和纳污能力是水环境系统中的支撑部分，社会、经济等的发展过程中的污染是水环境系统中的压力部分。

本质上，水环境容量是由水环境系统结构和功能决定的，是水环境系统的一个客观属性，同时也是水环境系统与外界物质能量交换及自我调节能力的表现，体现了水环境与人类社会经济发展活动的紧密联系。水环境容量不是一个定值，不同环境有不同的限度值，当超过这个限度值时，水质将发生恶化，水环境系统的结构和功能将会发生重大变化，从而影响整个生态环境。

3 水环境容量的基本特征［4］

3.1 资源性

水环境容量是一种资源，具有自然属性和社会属性，依附于一定的水体和社会，自然属性是社会属性的基础，社会属性是自然属性的社会化。水环境容量的自然属性是使其与人类社会密切相关的基础，其社会属性表现在社会和经济的发展对水体的影响及人类对水环境目标的要求，是水环境容量的主要影响因素。水环境容量作为一种资源，其价值主要体现在对排入污染物的缓冲作用，即水体既能容纳一定量的污染物也能满足人类生产、生活及环境的需要。但是，水体的环境容量是有限的，一旦污染负荷超过水环境容量，其恢复将十分缓慢、困难。环保部门应对水环境容量进行系统规划，合理配置。

3.2 时空性

水环境容量具有明显的时空内涵。空间内涵体现在不同区域社会经济发展水平、人口规模及水资源总量、生态、环境等方面的差异，使资源总量相同时不同区域的水体在相同时间段上的水环境容量并不相同。时间内涵表现在同一水体在不同时间段的水环境容量是变化着的，水质环境目标、经济及技术水平等在不同时间可能存在差异，从而导致水环境容量的不同。由于各区域的水文条件、经济、人口等因素的差异，不同区域在不同时段对污染物的净化能力存在差异，这导致了水环境容量具有明显的地域和时间差异的特征。

3.3 系统性

水环境容量具有自然和社会属性，牵涉经济、社会、环境、资源多个方面，各个方面彼此关联、相互影响。水环境是一个复杂多变的复合体，水环境容量的大小除受水生态系统和人类活动的影响外还取决于社会发展需求的环境目标。因此，对其进行研究，不应仅仅限制在水环境容量本身，而应将其与经济、社会、环境等看作一个整体进行系统化研究。此外，河流、湖泊等水体一般处在大的流域系统中，水域与陆域、上游与下游等构成不同尺度的空间生态系统，在确定局部水体的水环境容量时，必须从流域的整体角度出发，合理协调流域内各水域水体的水环境容量，以期实现水环境容量资源的合理分配。

3.4 动态发展性

水环境容量的影响因素分为内部因素和外部因素。内部因素主要包括水文条件、地理特征等，水生态系统是一个处于相对稳定的变化系统；外部因素涉及社会经济、环境目标、科学技术水平等诸多发展变化的量，从而使内部因素复杂多变。决定水环境容量的内外因素都是随社会发展变化的，故水环境容量应该是一个动态发展的概念，水环境容量动态性的本质即为人类活动的动态性。水环境容量不但反映流域的自然属性（水文特性），同时也反映人类对环境的需求（水质目标），水环境容量将随着水资源情况的变化和人们环境需求的提高而不断发生变化。

4 水环境容量研究发展状况

水环境容量以水质模型为手段，计算水体的纳污量。自1925年S－P模型建立以来，水质模型逐步发展和完善，尤其是随着计算机技术的飞速发展，极大推动了对水质水环境的研究。目前，比较成熟的模型有Qual2系列模型、EFDC（环境流体动力学模型）、WASP（水质分析模拟程序）等，这些模型的应用和发展都有力地促进了对水环境容量的研究。

我国的水环境容量研究开始于20世纪70年代末期，至今已经在水环境容量的理论、研究方法及应用等方面取得了较大发展。在此期间，开展了对黄浦江、滇池、深圳等重要水体和城市水环境容量方面的研究，编制出水环境污染物总量控制实用系列化计算方法，改进并发展了一些参数的测量计算方法，进行了许多水环境区划和水环境容量分配的研究，并制定了水质水环境的远景规划目标。

我国在水环境容量研究方面虽然起步较晚，但却发展很快。通过一系列的研究，取得了大量成果，这些成果在为水环境治理与保护等提供技术支持的同时，还丰富和完善了水环境容量理论及研究方法。进入20世纪90年代，对水环境容量的研究方法有了较大发展。

（1）非稳态水质模型方面。郑孝宇等［5］把基于“河道—节点—河道”的水质模型求解法引入到大型河网非稳态水环境容量的“节点—河道—节点”计算中；陈振洪等［6］引入了水环境动态水质模型并建立了双向流水体的水环境容量计算模型。

（2）稳态水质模型方面。周孝德、郭瑾珑等［7］提出了段首控制法、段尾控制法和功能区段尾控制法3种一维稳态条件下的水环境容量计算方法，并对渭河干流水环境容量进行了计算；张俊等［8］利用QUAL2E河流水质模型对大沽河干流青岛段水环境容量进行了计算。

（3）其他领域定量理论的引入。牛志广、张宏伟［9］把地统计学和GIS与水环境研究相结合，对近海水环境容量进行计算；蒲迅赤等［10］根据污染物在河流中的扩散特点分段计算水体自净容量。

5 水环境容量研究展望[11]

5.1 加强非点源的研究

加强对非点源污染的定量化研究，对污染重视机理进行研究，开发适合于不同地理、水文条件的水质模型，不断提高模拟计算精度。

5.2 发展和完善水环境容量测算方法

将水质模拟与实际要求有机结合，合理进行容量计算；充分利用计算机技术及新测算技术等，能够大幅度提高效率和精度，如GIS技术［12］可以明显降低大尺度区域容量测算的工作量；还可以考虑构建容量基础信息库，以减少相应工作的重复。

5.3 开展基于水环境容量的分区研究

水环境容量区划研究具有紧迫性、可操作性和科学性。将水域及其对应陆域范围进行功能划分，在分区环境管理的基础上，进一步细化管理，逐步建立水环境管理的分区分级体系。在水环境容量区划理论方法的指导下，对水环境总量控制目标自上而下逐级分解，由点到线、由线至面、从下到上，逐一实施，能够通过局部水环境质量改善，最终实现水环境质量的全面改善。