基于污染物入河总量的生态环境管理体系构建研究

□王健□李静□单进文

（1山西省汾河中下游水务管理局；2沈阳职业技术学院；3河南省燕山水库管理局）

基于污染物入河总量的生态环境管理体系构建研究

□王健1□李静2□单进文3

（1山西省汾河中下游水务管理局；2沈阳职业技术学院；3河南省燕山水库管理局）

以控制单元为基础，核算控制单元内主要污染物的入河总量，以总量核算结果为依据，提出流域水环境质量监控和管理的措施，构建污染物总量控制体系、主要污染物总量减排监控体系、水生态系统安全监测与评估体系。使得水环境监控管理从单一的水质管理向流域综合管理转变，从单纯的化学污染控制向水生态系统保护转变，从目标总量管理向容量总量管理转变，从应急管理向主动风险管理转变，提升了流域水环境质量监控和管理以及水生态系统保护水平。

水环境管控；控制单元；入河总量；监控体系

0 引言

流域水环境质量管控是流域开发和流域社会经济可持续发展的有效途径。美国环境保护署于20世纪70年代提出：水环境质量管理不仅要关注污染控制的问题，还要重视水生态系统结构与功能的保护。

辽宁省境内的辽河流域是中国七大流域之一，包括辽河水系和大辽河水系，流经经济较发达的工业集聚区和都市密集区。具有污染物排放总量大，超过流域水环境容量的特点。现行的流域水环境质量管理体系无法实现流域水质安全保障和水生态环境的综合治理，因此迫切需要建立基于污染物总量控制的水环境质量管控体系，促使水环境质量监管从单一水质管理向综合管理转变，从容量总量控制向目标总量控制转变。

在体现水生态系统空间特征差异的水生态功能分区基础上，划分面向水质目标管理的污染控制单元作为流域水环境质量管理的基本单元，基于污染物总量控制建立流域水环境质量监控体系，实现水污染物负荷的有效削减，防范水环境风险，促进流域水生态系统良性发展。

1 控制单元划分

辽河流域一级控制单元主要考虑汇水区隔离原则和清洁边界原则，以流域水生态功能分区作为污染控制单元的划分依据。应用ArcGIS(地理信息系统)软件将辽河流域分为5个一级控制单元。以控制单元划分结果为基础，建立流域污染物控制单元入河总量的核算，建立污染物总量监控体系，为流域水环境质量监控和管理提供技术支撑。

图1 基于总量控制的流域水环境质量管控体系构建技术路线图

2 污染物总量控制体系的构建

2.1 污染物总量核算的方法

污染物总量核算数理统计方法一共有5种：物料平衡法、产污/排污系数法、特征值分析法、相关数据对比分析法、浓度和流量相乘法。

2.2 污染物总量核算点源污染物总量核算：清河流域内共有16个直排污染点源，采用GoogleEarth软件将其进行其位置标注。经计算，清河流域内16家直排污染源COD入河总量为145.16t/a，氨氮入河总量为10.95t/a。非点源污染物总量核算：根据流域河段污染物输入─输出平衡原理，见图2。

图2 河段污染物输入-输出平衡原理示意图

式中：Li—第i月污染物负荷量(t/月);Pi—点源污染物入河量(t/月);Ni—非点源污染物入河量(t/月);Ui—上游水体输入(t/月);Ci—取水渠系带走的污染物负荷量(t/月)。

由于非点源污染的发生主要受降雨径流过程的影响，某一研究区域内非点源污染物的入河量时间变异性与径流量的变化密切相关。因而，研究区域内非点源污染物入河量可以近似的表达为河流流量的幂函数。与之相反，来自于工业企业和城镇生活以及大型畜禽养殖场等的点源污染物排放量相对稳定，可将一定研究时期内(即点源污染物的排放和污染治理措施无显著变化情况下)逐月的点源污染物入河量近似的作为一个常数。因此，点源和非点源污染物入河量可以分别表示为：

式中：A、B、C为模型系数(无量纲)；Qi为第i月的平均流量(m3/s)。

式(1)可以进一步表示为：

应用MATLAB软件中约束极小(非线性规划)优化求解函数fmincon建立核算非点源污染物入河量的二元统计模型。

目前，应用于模型校验的系数共有三种，分别是纳什效率系数(NSE)、百分比偏差系数(PBIAS)和均方根-测量标准偏差比(PSR)。文章采用纳什系数进行模型输出结果的校验。

纳什系数为国内外普遍认可的天然水体模拟校核系数，可有效的体现系统中模拟失准部分占总模拟部分的比例。

式中：Obsi—第i个监测点的实测值(ug/L)；Simi—与第i个监测点对应的模拟值(ug/L)。

参考已有研究对SWAT、AGNPS、HSPF等机制性非点源污染计算模型应用结果的总体评价，当计算的纳什效率系数在[0. 5～1]之间时，模型的模拟效果较好。

采用MATLAB软件进行二元统计COD模型中A、B、C、D模型系数计算，校正得到的模型系数见表1。

表1 清河流域校正模型系数、各类源逐年COD入河量及河流持流量表

3 水环境质量监控管理措施

文章基于污染物总量控制，核算出清河流域点源和非点源污染物入河总量，基于污染物总量控制，提出水环境质量监控管理措施。

3.1 建立污染物总量控制体系

“十三五”期间，辽宁省流域水环境质量管理迫切需要从单纯的化学污染控制向水生态系统保护转变，从容量总量控制向目标总量控制转变，科学的实施污染物总量控制，建立起流域污染物安全容量评估与污染物总量控制体系。

3.2 建立主要污染物总量减排监控体系

示范流域内COD点源年入河量为105t；非点源年入河量为1094.50t。由此可见，非点源的入河量要远远超过点源的入河量，因此必须构建和完善“污染控制单元-省辖市行政区域-流域”3级主要污染物排放总量减排监测网络体系，增加监控指标，优化监控频次，实现管理部门对控制单元以及流域内污染物总量的统计与核定全面掌握和管理。完善主要水污染物总量减排绩效考核体系，强化水质改善对于总量减排的倒逼作用。

3.3 建立水生态系统安全的监测与评估体系

流域水生态健康是水环境监控和管理的重要目标，流域水生态系统监测和评价体系是保护和恢复流域水生态监控的基础，因此水环境综合关系体系的构建需要完善水生态系统安全的监测与评估体系。目前，辽宁省已经形成较为完整和成熟的水环境监测体系，以常规监测和自动监测为主，监测项目主要是常规五项监测指标，需要在常规监测的指标基础上增加能够反映水生态系统健康的监测指标，完善流域水生态监控技术和方法，构建功能齐备、手段先进的流域水生态监测网络体系。

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1673-8853（2016）09-0004-02

2016-05-20

（责任编辑：韦诗佳）

王健（1975-），女，工程师，主要从事：水利水电工程。