小流域水环境综合治理规划方法分析

2023-10-24王光辉王新伟

山东水利 2023年8期

王光辉，王新伟，刘辉

（1.山东省水利科学研究院，山东济南 250014；2.山东省水资源与水环境重点实验室，山东济南 250014；3.中国城市建设研究院有限公司山东分院，山东济南 250100）

水利流域按照《小流域划分及编码规范（SL653-2013）》流域面积划分，小流域的面积一般划定为3~50 km2。流域内水环境一般包括自然水环境与人工改造水环境，水环境的好与坏是反映水资源的可利用程度、防御水害的能力以及社会进步的程度，流域水环境反应自然水环境和社会水环境。自然水环境包括降雨所产生的地面径流、水生态和水利空间；而社会水环境因素则是包括水安全和水景观。水环境规划的目的是保护和利用自然和社会水环境要素，即径流利用、水生态保护、水空间利用、水安全控制和水景观利用。旨在通过保护、改善和利用各种水资源来满足人类的生产活动，从而达到社会可持续发展的目的。流域水环境的规划与治理是一个综合的、多因素、多功能的，是自然生态与社会经济发展相互促进的建设内容，在规划治理过程中即要保证自然资源的合理利用，又要保持其有可持续发展的强大推动力。社会经济、自然环境的多样性致使流域内的水环境污染与防治措施也很难有一个统一的治理途径。

在进行治理规划时，应充分调查研究区域社会经济发展方向、产业发展方向和规模等，并预测和分析区域水环境质量与社会经济和工业发展的关系。重点是预测水污染负荷增长与污染控制之间的平衡和水污染趋势，并详细描述预测措施和成果。规划制定符合当地实际情况的预测模型，设计出技术措施与工程措施。要将区域中的山、水、林、田、草、耕等自然因素一并考虑，计算各水环境功能区的水污染排放总量，并预测发展趋势，科学合理制定治理预案。

1 社会经济结构与水环境的关系

1.1 确立水环境承载力的核心理念

承载力概念自引入生态学以来不断演化发展，反映了人类社会对自然认识的深化。生态承载力表达了资源环境的供给和容纳能力与社会经济活动可持续强度之间的平衡。覆盖的技术意义是在保证现有资源合理开发利用和生态环境良性循环发展的前提下，在特定的流域内可持续的人口承载力、经济开发强度和社会总量的容量限值，所以在水环境区域规划治理过程中，必须确立环境承载力这个核心理念。

1.2 流域水环境容量与污染物平衡控制

流域水环境的主要载体是地表水体，它涵盖地表各类形式存在的水面积。水体具有纳污功能，水体纳污能力的大小取决于水体自净能力，当纳入的污染物量小于水体自净腾出的容量时，水体就处于环境水质标准之中，因此引出了水环境控制污染量—水环境容量。

流域内水环境容量是指在自然或者人工干预状态下，保证水体使用功能不被破坏而能容纳的污染物在规定的环境目标状态下的总和。根据区域水环境容量的有限空间就可以严格测算，在可控的条件下接纳一部分污染物，并使这些污染物在水体环境中得以消除。但在规划时应设计好向水体排放污染物的时间、地点及合适的方式，技术控制方案以及行政管理手段。一是要制订出经济有效的污染控制方案，确定环境净化与人工处理的比例与标准，应确保排入环境水体的污染物满足水环境容量的要求。如果已采取的工程处理措施费用达到经济所能忍受的极限时，就应考虑调整产业结构从而调整产污量；二是要规范企业最大排污量，实行排污许可证制度。

平衡一个流域污染物的产生与消解关系，在规划治理过程中的控制依据一般采用如下平衡关系式表示：

式中：Wr、WZ、Wc和WZ分别为环境允许最大污染承载量、污染物环境自净消减量、流域内总产污量和流域需要人工消减量。在规划过程中一定要保证此式的动态平衡。

1.3 流域污染控制的宏观管理

我国实施水污染防治措施是区域水污染总量控制，实现总量控制的关键环节是总量初次分配，总量是指流域内所有产污过程的总和，包括面源、点源及不确定源。目前，我国排污总量指标以排污许可证的方式向排污者进行初次分配。为了精准掌握、科学合理地确定水污染物总量的初次分配方案，需要多部门、多学科共同确定流域工业污染治理宏观管理措施，在保证总量控制目标下，兼顾地方经济社会效益和管理成本。

目前，在我国水流域水环境治理规划中，大多是以控制单元为基础，结合当前主要水污染物总量分配原则，提出一套综合考虑点源面源产出和人为消减、环境消解的关系，通过总体环境生态评价，形成包括山、水、林、田、湖、草、耕等的生态系统。排污管理指标再结合不同的行业特点和社会经济权重来确定。在确定流域生态安全目标前提下，进一步调整地区产业结构，合理计算出区域生态环境控制参数值，就可以建立污染负荷分配构成模型。目前大多借用以美国TMDL 模型为基本依据，其方法为：

式中：总允许污染负荷TMDL可分解为允许的现存和未来点源的污染负荷（WLA）、允许的现存和未来非点源的污染负荷（LA）和安全临界值（MOS）；MOS 主要指关于污染物质与受纳水体水质之间关系的不确定数量。

“MOS”值在一定的时段内会保持一定的恒定量，但在不同的社会经济变动、产业结构调整、自然环境改等因素影响下会有很大的变化。在规划过程中，如何长时期保证此项在安全范围内需要做很大的工作。目前，可以根据流域内已发生的数据，以及产业规划、水文气象规律、预留一定比例的可分配负荷不参与负荷分配，作为不可预见负荷或者条件改变，如计算污染物控制水平等，作为安全临界值。

2 流域内水体功能及水质控制

2.1 流域水系特点分析

目前人们规划治理的水环境多指地表水系。小流域地表水体在水生态系统中的自然表现就是湿地，水体环境功能是以湿地所表现的功能而被规划、保护、利用的。规划过程要根据污染物的排入与水体环境自净消减平衡及水质目标综合分析，摸清当地水体特征、污染物特征，要确保达到水功能区的水环境质量标准条件下要求的污染负荷量。在特定的条件下，水体水环境容量的大小与水系流速、岸边生态、植物多样性、河道工程、自动充氧能力等有关。区域水环境规划、利用要摸清水系特征。一般的有如下几个方面：流域降雨特性、径流量及对径流量的控制能力；区域水量平衡，包括降雨、蒸发等；河道的水动能特性，包括弯曲系数、生态水位线、驳岸状态等；水体生态环境，包括生物多样性；水域面积系数，包括浅滩与水泡面积比例等；排、灌设置状况等水域特征都对水环境承载能力有很大的影响。

2.2 流域水量平衡与水环境需水量管理规划

水环境治理主要的是要保证水量平衡与污染物平衡，或者称水量安全与水质安全。如此，流域水环境生态才能健康发展。流域的基本生态水量与生态水环境容量（W），一般采用下式计算：

式中：CS和C0分别表示水体控制水质标准和进入水体污染物浓度；V 表示环境水体量；K为水体消减系数；ΔT 为计算时段；q 为水体流量。

从公式（3）来看，前后两项是流域进出平衡计算项，而中间则是流域污染物消减过程，式中3个参数中“K”是消减系数，是与水体综合良性生态有关的参数；“V”也就是流域内保留的水体量，可以看出数值越大，环境水体对于污染物的消减量就越大。为此，在流域规划与治理时，除了提高水体的生态环境消解系数外，要尽量保持流域内应有的生态水量。生态水量一般的是指直接参与生态治理的水系水体，不包括以特殊需要而设置的水体。譬如以饮用水为目的的水库、季节性引水灌溉沟、渠等。

《山东省水资源条例》指出：“县级以上人民政府水行政主管部门和有关部门在编制水资源规划和开发利用水资源、维护河流合理水量和湖泊、水库、地下水合理水位、保障基本生态用水需求等方面，应当加强水生态保护，充分考虑生态用水”。同时，还要求“充分考虑水资源和水环境承载能力，合理确定发展布局、结构和规模，保障用水安全”，制定国民经济和社会发展规划、城乡规划等相关综合性规划。

3 水资源开发利用

在水系整治的基础上，通过综合治理，对水生态规划过程中被侵占、填埋的沟、塘进行疏浚、沟通、拓宽，充分发挥水资源、生态、景观、文化、经济等综合效益，营造健康宜居的人居环境具有重要意义。必须针对各流域特点，在流域综合治理过程中进行全面分析研究，坚持流域整体理念，在加大流域水环境治理投入的同时，加大对生态敏感区的生态建设投入和保护力度，建立排污监测系统和重点企业信息发布平台，突出抓好农业面源污染监控。

3.1 水质控制

水质提升技术主要由两大方面要素，一是进区域入水量的控制工程技术；二是水体的自净控制技术。治理工程设计的内容一定要因地适宜、因项目定基调。尽量不要破坏原有的成熟的生态系统或者大拆大建制造非常态的所谓“理念”工程。关于水体大小与水体深浅的设计标准也应从水体设计目的与水体现状、水体景观等情况综合考虑。在设计工程中要考虑如下几点：水体自净稀释能力的强弱，由水量和流动特性决定；水环境质量目标由水功能区划确定，与水体污染物现状浓度及污染源的类型与位置有关；合理的自净定向影响工程。

3.2 节约用水

在一个特定流域中，科学控制用水量，节约用水，提倡利用中水及非常规水源也是保证水环境健康循环的重要一环。中水的回收利用是节约用水的重要手段之一，也是保护当地水资源的主要手段；同时节约用水可以提高污水处理工程的运行效率，又是保护水资源、涵养水生态环境的基础条件，在水环境生态规划治理中一定要注意多水源联合调度，生态水尽量不占用淡水资源。