水環(huán)境容量研究概述

馮啟申，李彥偉

（河海大學(xué) 水文水資源學(xué)院，南京210098）

當(dāng)前，我國的社會和經(jīng)濟飛速發(fā)展，伴隨而來的是一系列環(huán)境問題，尤其是水環(huán)境問題。水環(huán)境污染與破壞已經(jīng)成為一個嚴(yán)峻的問題。對水環(huán)境容量進(jìn)行研究具有非常重要的現(xiàn)實意義，并已經(jīng)成為當(dāng)前的一個研究熱點。水環(huán)境容量研究，可以為水環(huán)境規(guī)劃與管理提供技術(shù)支持，具有一定的前瞻性和可操作性，可以節(jié)約人力、物力和財力，科學(xué)地實現(xiàn)水環(huán)境規(guī)劃與管理，更好地服務(wù)于社會和經(jīng)濟的發(fā)展。

1 水環(huán)境容量概念及分類

1.1 水環(huán)境容量概念

廣義的水環(huán)境容量包含：①水資源對各類用水的承載能力；②水環(huán)境對水體量的容納能力；③水環(huán)境的納污能力。狹義的水環(huán)境容量概念［1］為：水環(huán)境容量是指在保持水功能用途的前提下，在一定的水質(zhì)目標(biāo)下，水體對于排放其中的污染物所具有的容納能力，是滿足水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的最大允許污染負(fù)荷量。水環(huán)境容量反映了水體自身維持、調(diào)節(jié)水環(huán)境功能的能力，即水體的最大納污量。

1.2 水環(huán)境容量分類［2］

1.2.1 根據(jù)水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)進(jìn)行分類

水環(huán)境容量可分為自然容量和管理容量。自然容量指以水體的自然基準(zhǔn)值作為水質(zhì)目標(biāo)，水體所能容納的污染物量；管理容量則是指以滿足一定的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)作為環(huán)境目標(biāo)，水體所能容納的污染物量，不僅與自然因素有關(guān)，而且與人類活動、社會經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r有關(guān)。

1.2.2 根據(jù)水環(huán)境容量產(chǎn)生機制（污染物輸移降解機理）進(jìn)行分類

水環(huán)境容量可分為：輸移容量、稀釋容量和自凈容量。輸移容量是指污染物在水體中隨水流的對流運動產(chǎn)生的輸移量；稀釋容量，也稱差值容量，是當(dāng)水體本底水質(zhì)濃度低于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時，由于對流及擴散作用，使排入的污染物逐步均勻分布到整個水體，其濃度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)濃度的限值時，水體所增加的污染物容量；自凈容量是污染物在水體中由于物理、化學(xué)、生化作用產(chǎn)生降解，由這種自凈作用而獲得的環(huán)境容量。

1.2.3 根據(jù)污染物排放口分布特征進(jìn)行分類

水環(huán)境容量又可分為：面源環(huán)境容量和點源環(huán)境容量等。

2 水環(huán)境容量內(nèi)涵與本質(zhì)

水環(huán)境容量內(nèi)涵包括：在一定社會要求下的水環(huán)境，反映在環(huán)境方面就是要求滿足一定的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；水體納污能力，反映在環(huán)境方面即為水體對污染物的容納量；容量是相對于壓力而言的，水體自我維持、自我調(diào)節(jié)能力和納污能力是水環(huán)境系統(tǒng)中的支撐部分，社會、經(jīng)濟等的發(fā)展過程中的污染是水環(huán)境系統(tǒng)中的壓力部分。

本質(zhì)上，水環(huán)境容量是由水環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能決定的，是水環(huán)境系統(tǒng)的一個客觀屬性，同時也是水環(huán)境系統(tǒng)與外界物質(zhì)能量交換及自我調(diào)節(jié)能力的表現(xiàn)，體現(xiàn)了水環(huán)境與人類社會經(jīng)濟發(fā)展活動的緊密聯(lián)系。水環(huán)境容量不是一個定值，不同環(huán)境有不同的限度值，當(dāng)超過這個限度值時，水質(zhì)將發(fā)生惡化，水環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能將會發(fā)生重大變化，從而影響整個生態(tài)環(huán)境。

3 水環(huán)境容量的基本特征［4］

3.1 資源性

水環(huán)境容量是一種資源，具有自然屬性和社會屬性，依附于一定的水體和社會，自然屬性是社會屬性的基礎(chǔ)，社會屬性是自然屬性的社會化。水環(huán)境容量的自然屬性是使其與人類社會密切相關(guān)的基礎(chǔ)，其社會屬性表現(xiàn)在社會和經(jīng)濟的發(fā)展對水體的影響及人類對水環(huán)境目標(biāo)的要求，是水環(huán)境容量的主要影響因素。水環(huán)境容量作為一種資源，其價值主要體現(xiàn)在對排入污染物的緩沖作用，即水體既能容納一定量的污染物也能滿足人類生產(chǎn)、生活及環(huán)境的需要。但是，水體的環(huán)境容量是有限的，一旦污染負(fù)荷超過水環(huán)境容量，其恢復(fù)將十分緩慢、困難。環(huán)保部門應(yīng)對水環(huán)境容量進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，合理配置。

3.2 時空性

水環(huán)境容量具有明顯的時空內(nèi)涵?？臻g內(nèi)涵體現(xiàn)在不同區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展水平、人口規(guī)模及水資源總量、生態(tài)、環(huán)境等方面的差異，使資源總量相同時不同區(qū)域的水體在相同時間段上的水環(huán)境容量并不相同。時間內(nèi)涵表現(xiàn)在同一水體在不同時間段的水環(huán)境容量是變化著的，水質(zhì)環(huán)境目標(biāo)、經(jīng)濟及技術(shù)水平等在不同時間可能存在差異，從而導(dǎo)致水環(huán)境容量的不同。由于各區(qū)域的水文條件、經(jīng)濟、人口等因素的差異，不同區(qū)域在不同時段對污染物的凈化能力存在差異，這導(dǎo)致了水環(huán)境容量具有明顯的地域和時間差異的特征。

3.3 系統(tǒng)性

水環(huán)境容量具有自然和社會屬性，牽涉經(jīng)濟、社會、環(huán)境、資源多個方面，各個方面彼此關(guān)聯(lián)、相互影響。水環(huán)境是一個復(fù)雜多變的復(fù)合體，水環(huán)境容量的大小除受水生態(tài)系統(tǒng)和人類活動的影響外還取決于社會發(fā)展需求的環(huán)境目標(biāo)。因此，對其進(jìn)行研究，不應(yīng)僅僅限制在水環(huán)境容量本身，而應(yīng)將其與經(jīng)濟、社會、環(huán)境等看作一個整體進(jìn)行系統(tǒng)化研究。此外，河流、湖泊等水體一般處在大的流域系統(tǒng)中，水域與陸域、上游與下游等構(gòu)成不同尺度的空間生態(tài)系統(tǒng)，在確定局部水體的水環(huán)境容量時，必須從流域的整體角度出發(fā)，合理協(xié)調(diào)流域內(nèi)各水域水體的水環(huán)境容量，以期實現(xiàn)水環(huán)境容量資源的合理分配。

3.4 動態(tài)發(fā)展性

水環(huán)境容量的影響因素分為內(nèi)部因素和外部因素。內(nèi)部因素主要包括水文條件、地理特征等，水生態(tài)系統(tǒng)是一個處于相對穩(wěn)定的變化系統(tǒng)；外部因素涉及社會經(jīng)濟、環(huán)境目標(biāo)、科學(xué)技術(shù)水平等諸多發(fā)展變化的量，從而使內(nèi)部因素復(fù)雜多變。決定水環(huán)境容量的內(nèi)外因素都是隨社會發(fā)展變化的，故水環(huán)境容量應(yīng)該是一個動態(tài)發(fā)展的概念，水環(huán)境容量動態(tài)性的本質(zhì)即為人類活動的動態(tài)性。水環(huán)境容量不但反映流域的自然屬性（水文特性），同時也反映人類對環(huán)境的需求（水質(zhì)目標(biāo)），水環(huán)境容量將隨著水資源情況的變化和人們環(huán)境需求的提高而不斷發(fā)生變化。

4 水環(huán)境容量研究發(fā)展?fàn)顩r

水環(huán)境容量以水質(zhì)模型為手段，計算水體的納污量。自1925年S－P模型建立以來，水質(zhì)模型逐步發(fā)展和完善，尤其是隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，極大推動了對水質(zhì)水環(huán)境的研究。目前，比較成熟的模型有Qual2系列模型、EFDC（環(huán)境流體動力學(xué)模型）、WASP（水質(zhì)分析模擬程序）等，這些模型的應(yīng)用和發(fā)展都有力地促進(jìn)了對水環(huán)境容量的研究。

我國的水環(huán)境容量研究開始于20世紀(jì)70年代末期，至今已經(jīng)在水環(huán)境容量的理論、研究方法及應(yīng)用等方面取得了較大發(fā)展。在此期間，開展了對黃浦江、滇池、深圳等重要水體和城市水環(huán)境容量方面的研究，編制出水環(huán)境污染物總量控制實用系列化計算方法，改進(jìn)并發(fā)展了一些參數(shù)的測量計算方法，進(jìn)行了許多水環(huán)境區(qū)劃和水環(huán)境容量分配的研究，并制定了水質(zhì)水環(huán)境的遠(yuǎn)景規(guī)劃目標(biāo)。

我國在水環(huán)境容量研究方面雖然起步較晚，但卻發(fā)展很快。通過一系列的研究，取得了大量成果，這些成果在為水環(huán)境治理與保護等提供技術(shù)支持的同時，還豐富和完善了水環(huán)境容量理論及研究方法。進(jìn)入20世紀(jì)90年代，對水環(huán)境容量的研究方法有了較大發(fā)展。

（1）非穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型方面。鄭孝宇等［5］把基于“河道—節(jié)點—河道”的水質(zhì)模型求解法引入到大型河網(wǎng)非穩(wěn)態(tài)水環(huán)境容量的“節(jié)點—河道—節(jié)點”計算中；陳振洪等［6］引入了水環(huán)境動態(tài)水質(zhì)模型并建立了雙向流水體的水環(huán)境容量計算模型。

（2）穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型方面。周孝德、郭瑾瓏等［7］提出了段首控制法、段尾控制法和功能區(qū)段尾控制法3種一維穩(wěn)態(tài)條件下的水環(huán)境容量計算方法，并對渭河干流水環(huán)境容量進(jìn)行了計算；張俊等［8］利用QUAL2E河流水質(zhì)模型對大沽河干流青島段水環(huán)境容量進(jìn)行了計算。

（3）其他領(lǐng)域定量理論的引入。牛志廣、張宏偉［9］把地統(tǒng)計學(xué)和GIS與水環(huán)境研究相結(jié)合，對近海水環(huán)境容量進(jìn)行計算；蒲迅赤等［10］根據(jù)污染物在河流中的擴散特點分段計算水體自凈容量。

5 水環(huán)境容量研究展望[11]

5.1 加強非點源的研究

加強對非點源污染的定量化研究，對污染重視機理進(jìn)行研究，開發(fā)適合于不同地理、水文條件的水質(zhì)模型，不斷提高模擬計算精度。

5.2 發(fā)展和完善水環(huán)境容量測算方法

將水質(zhì)模擬與實際要求有機結(jié)合，合理進(jìn)行容量計算；充分利用計算機技術(shù)及新測算技術(shù)等，能夠大幅度提高效率和精度，如GIS技術(shù)［12］可以明顯降低大尺度區(qū)域容量測算的工作量；還可以考慮構(gòu)建容量基礎(chǔ)信息庫，以減少相應(yīng)工作的重復(fù)。

5.3 開展基于水環(huán)境容量的分區(qū)研究

水環(huán)境容量區(qū)劃研究具有緊迫性、可操作性和科學(xué)性。將水域及其對應(yīng)陸域范圍進(jìn)行功能劃分，在分區(qū)環(huán)境管理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)化管理，逐步建立水環(huán)境管理的分區(qū)分級體系。在水環(huán)境容量區(qū)劃理論方法的指導(dǎo)下，對水環(huán)境總量控制目標(biāo)自上而下逐級分解，由點到線、由線至面、從下到上，逐一實施，能夠通過局部水環(huán)境質(zhì)量改善，最終實現(xiàn)水環(huán)境質(zhì)量的全面改善。

6 結(jié)語

隨著中國經(jīng)濟增長方式的轉(zhuǎn)變和環(huán)境保護工作力度的不斷加強，對水環(huán)境容量的研究也將會繼續(xù)發(fā)展，水環(huán)境容量研究在中國水環(huán)境規(guī)劃與管理中也將會發(fā)揮著日益重要的作用。

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