基于不同設(shè)計(jì)水文條件的鐵嶺水環(huán)境容量核算

彭嘉玉，雷坤，喬飛，周剛，張?chǎng)?郝晨林，王淑一

1.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京 100875 2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)河口與海岸帶環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 3.提賽環(huán)科儀器貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100081

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基于不同設(shè)計(jì)水文條件的鐵嶺水環(huán)境容量核算

彭嘉玉1,2，雷坤2，喬飛2，周剛2，張?chǎng)?,郝晨林2，王淑一2

1.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院，北京 100875 2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院國(guó)家環(huán)境保護(hù)河口與海岸帶環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 3.提賽環(huán)科儀器貿(mào)易(北京)有限公司，北京 100081

水環(huán)境容量是污染物總量控制的重要理論基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)水文條件的選取是水環(huán)境容量核算的關(guān)鍵內(nèi)容。建立了鐵嶺流域穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型，計(jì)算了在生物學(xué)方法(30B3、4B3)和水文學(xué)方法(7Q10、30Q10)條件下鐵嶺控制單元的水環(huán)境容量。結(jié)果表明：30B3和30Q10設(shè)計(jì)水文條件下COD水環(huán)境容量分別為8 048.74和9 658.49 t/a，氨氮水環(huán)境容量為549.15和658.97 t/a；4B3和7Q10設(shè)計(jì)水文條件下氨氮的水環(huán)境容量為439.33和494.26 t/a。傳統(tǒng)水文學(xué)方法核定的水環(huán)境容量與生物學(xué)方法核定結(jié)果相近，但是其設(shè)計(jì)流量的保證率偏低，污染防控風(fēng)險(xiǎn)增加。水環(huán)境容量與入河污染負(fù)荷的核定結(jié)果表明，鐵嶺市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展已經(jīng)超過(guò)了其水環(huán)境承載力，需優(yōu)化水庫(kù)的調(diào)節(jié)能力，合理配置水資源，以增加河道納污能力，實(shí)現(xiàn)污染防控目標(biāo)。

水環(huán)境容量；設(shè)計(jì)水文條件；風(fēng)險(xiǎn)控制；水環(huán)境管理

自1938年P(guān).E. Forest根據(jù)馬爾薩斯的《人口論》提出環(huán)境容量的概念以來(lái)，環(huán)境容量逐漸成為污染物總量控制的理論基礎(chǔ)[1]。水環(huán)境容量是與水生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)密切相關(guān)的度量尺度，學(xué)術(shù)界至今未對(duì)其概念達(dá)成共識(shí)。水環(huán)境容量的定義，一般是指水體環(huán)境在規(guī)定的環(huán)境目標(biāo)下所能容納的污染物數(shù)量，容量大小與水體特征、水質(zhì)目標(biāo)及污染物特性有關(guān)，同時(shí)還與污染物的排放方式及時(shí)空分布有密切關(guān)系[2]。隨著中國(guó)水環(huán)境管理體系從濃度控制、目標(biāo)總量控制向容量總量控制的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)流域水質(zhì)目標(biāo)管理[3]與水功能區(qū)限制納污紅線管理[4]，水環(huán)境容量理論及計(jì)算方法研究的重要性更加凸顯?？茖W(xué)計(jì)算污染物入河負(fù)荷量及水環(huán)境容量是水污染物總量控制的關(guān)鍵[5]，而設(shè)計(jì)水文條件是水環(huán)境容量計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)的控制因素之一[6]，所以，合理確定流域設(shè)計(jì)水文條件成為水環(huán)境容量核算的重點(diǎn)。設(shè)計(jì)水文條件可以分為傳統(tǒng)水文學(xué)方法和生物學(xué)方法2類，現(xiàn)國(guó)內(nèi)較多采用傳統(tǒng)水文學(xué)方法作為設(shè)計(jì)水文條件，特別是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范限定不同水體采用單一的水文條件，這一手段略顯落后。有必要根據(jù)區(qū)域地理環(huán)境特征，探討和分析不同設(shè)計(jì)水文條件下核算的水環(huán)境容量的適用性，以期為區(qū)域不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的污染物總量控制提供理論依據(jù)。

1 研究區(qū)域概況

選取遼寧省鐵嶺市為研究區(qū)域，該市位于遼河流域上游，遼河是其工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈。遼河鐵嶺段全長(zhǎng)170.1 km，流域面積13 000 km2，河網(wǎng)水系復(fù)雜，水資源豐富，鐵嶺控制單元水系見(jiàn)圖1。遼河鐵嶺段沿途接納各支流以及鐵嶺各縣市的生活污水和工業(yè)廢水，水體污染嚴(yán)重，此外，由于水資源的過(guò)度利用，冬季河道斷流現(xiàn)象也較為明顯，這不僅降低了流域水體的使用功能，還直接影響了遼河下游大中型城市的河流水質(zhì)。對(duì)鐵嶺控制單元水環(huán)境容量進(jìn)行核算，并進(jìn)行污染物總量控制，對(duì)鐵嶺市經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展有重要的意義。

圖1 鐵嶺控制單元水系Fig.1 The river system of Tieling control unit

2 研究方法

水環(huán)境容量的計(jì)算方法大致分為公式法[7]、模型試錯(cuò)法[8]、系統(tǒng)最優(yōu)化法[9]、概率稀釋模型法[10]和未確定數(shù)學(xué)法[11]等五大類[12]，本文采用系統(tǒng)最優(yōu)化法。水環(huán)境容量計(jì)算采用的主要是線性規(guī)劃和隨機(jī)規(guī)劃法，其基本思路：1)基于水動(dòng)力水質(zhì)模型，建立所有河段污染物排放量與控制斷面水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度間的動(dòng)態(tài)響應(yīng)關(guān)系；2)以污染物最大允許排放量為目標(biāo)函數(shù)，以各河段都滿足規(guī)定水質(zhì)目標(biāo)為約束方程；3)運(yùn)用最優(yōu)化方法(如單純形法、粒子群算法等)求解每一時(shí)段各污染物濃度滿足給定水質(zhì)目標(biāo)的最大污染負(fù)荷；4)將所求區(qū)段內(nèi)的各污染源允許排放負(fù)荷加和即得相應(yīng)區(qū)段內(nèi)的水環(huán)境容量。

2.1 控制單元?jiǎng)澐趾团盼劭诟呕?/p>

美國(guó)TMDL技術(shù)導(dǎo)則建議，對(duì)于遍布整個(gè)流域的問(wèn)題水體，應(yīng)該將整個(gè)流域劃分為更小的控制單元進(jìn)行研究，而不是將其視為一個(gè)集總的流域單元[13]。鐵嶺控制單元河網(wǎng)水系眾多，本研究共模擬20條河流，包括遼河干流鐵嶺段，遼河一級(jí)支流9條，自北向南依次為招蘇臺(tái)河、亮子河、王河、清河、沙河、長(zhǎng)發(fā)子河、柴河、凡河、萬(wàn)泉河；二級(jí)支流7條，分別為條子河、二道河、寇河、馬仲河、苔碧河、碾盤河、阿拉河，其中條子河、二道河匯入招蘇臺(tái)河，其余5條匯入清河；三級(jí)支流2條，分別為大寇河、大妞河；四級(jí)支流2條，分別為小寇河、艾青河。根據(jù)一級(jí)支流流經(jīng)區(qū)縣以及各級(jí)河流所控制的子流域范圍，將鐵嶺市劃分為38個(gè)控制單元，研究區(qū)域控制單元?jiǎng)澐旨案呕Y(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 鐵嶺控制單元和水系概化Fig.2 The conceptual figure of control unit and river system

2.2 水質(zhì)數(shù)學(xué)模型建立

數(shù)學(xué)模型的選取要考慮環(huán)境管理目標(biāo)、研究區(qū)特征以及是否有足夠多的數(shù)據(jù)等因素[14]。假定河流中的污染物在較短的時(shí)間內(nèi)能夠在斷面內(nèi)均勻混合，則在穩(wěn)態(tài)或準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)下，用穩(wěn)態(tài)水質(zhì)數(shù)學(xué)模型模擬河網(wǎng)中污染物排放和污染擴(kuò)散關(guān)系。

c′=[c0Q0+W(或cqq)]/(Q0+q)

(1)

c(x)=c0exp(-kx/u)

(2)

式中：c′為支流或排污口等邊界匯入后污染物稀釋濃度，mg/L；c0為上游來(lái)水污染物濃度，mg/L；Q0為上游來(lái)水量，m3/s；W為支流或排污口等邊界的污染物排放量，kg/d；cq為支流或排污口等邊界匯入濃度，mg/L；q為支流或等邊界匯入流量m3/s；c(x)為距離邊界下游處控制斷面的污染物濃度，mg/L；k為污染物衰減系數(shù)，d-1；x為控制斷面距離支流或排污口等邊界的距離m；u為流速m/s。

2.2.1 參數(shù)設(shè)定

(1)水動(dòng)力參數(shù)。根據(jù)流域內(nèi)12個(gè)大斷面的水位流量、斷面地形數(shù)據(jù)，依據(jù)河流斷面河相關(guān)系率定了鐵嶺境內(nèi)各河流的水力參數(shù)。對(duì)于缺乏大斷面數(shù)據(jù)的河流，根據(jù)自然地理?xiàng)l件、河道形態(tài)等指標(biāo)，選取相似河道的水力參數(shù)。對(duì)于水力參數(shù)設(shè)置不符合實(shí)際情況的河流，采用偏安全(偏大)的流速設(shè)計(jì)(低估可利用的自凈容量)。

(2)污染物衰減系數(shù)(k)。水質(zhì)模型中COD綜合衰減系數(shù)為0.1 d-1，氨氮為0.05 d-1[15]。

2.2.2 模型輸入設(shè)定

2.2.2.1 設(shè)計(jì)水文條件

美國(guó)國(guó)家環(huán)境保護(hù)局(US EPA)認(rèn)為，設(shè)計(jì)流量的計(jì)算一般分為水文學(xué)方法(xQy)和生物學(xué)方法(xBy)，其中x代表允許平均期，指污染物毒性在水體中允許限制超標(biāo)的幅度和時(shí)間，并且使污染物濃度降低到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)以下的時(shí)期，一般以d計(jì)；y代表重現(xiàn)期[16]，指在一定年代的水文要素記錄資料統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)，大于或等于某強(qiáng)度的水文要素出現(xiàn)一次的平均間隔時(shí)間為該水文要素發(fā)生頻率的倒數(shù)。二者差別在于，水文學(xué)方法是利用每年內(nèi)一個(gè)極端水文條件進(jìn)行跨年度的頻率分析，按一定風(fēng)險(xiǎn)率來(lái)確定設(shè)計(jì)流量，間接作為毒性污染物負(fù)荷控制及總量分配的依據(jù)，沒(méi)有考慮污染物毒性的影響，例如我國(guó)在水環(huán)境評(píng)價(jià)及規(guī)劃時(shí)常采用90%保證率最枯月流量或近10年最枯月平均流量[17]；而生物學(xué)方法直接采用水生生物水質(zhì)基準(zhǔn)中的單一和綜合污染物的特定平均周期和頻率來(lái)確定設(shè)計(jì)流量，更接近毒理學(xué)的要求[18-19]。最小生態(tài)流量采用Tennant方法進(jìn)行評(píng)估，即河道內(nèi)的最小生態(tài)流量近似于多年平均流量的10%。

根據(jù)水文學(xué)方法、生物學(xué)方法的規(guī)定，以及最小生態(tài)流量的計(jì)算方法，利用鐵嶺控制單元16個(gè)水文站1988—2010年23年的水文數(shù)據(jù)，計(jì)算30B3、4B3、7Q10、30Q10的設(shè)計(jì)流量及河道最小生態(tài)流量(表1)，由表1可以看出：水文學(xué)方法中，30Q10>7Q10；生物學(xué)方法中，30B3>4B3；最小生態(tài)流量計(jì)算結(jié)果最大，為其他4種設(shè)計(jì)流量的8～300倍。由此可知河道內(nèi)是極度缺水的狀態(tài)，已經(jīng)不能滿足最小生態(tài)流量的要求，河道喪失生態(tài)功能，所以不再考慮用最小生態(tài)流量作為水環(huán)境容量計(jì)算的設(shè)計(jì)水文條件。

表1 鐵嶺控制單元水文站設(shè)計(jì)流量

Table 1 Design flow of hydrological station in Tieling control unit m3s

表1 鐵嶺控制單元水文站設(shè)計(jì)流量

設(shè)計(jì)水文條件福德店通江口鐵嶺王寶慶寶力鎮(zhèn)八棵樹(shù)清河水庫(kù)清河水庫(kù)(輸水道)30B30.0100.1001.6540.1840.0100.0480.0100.0104B30.0080.0170.8830.0660.0080.0330.0080.0087Q100.0170.0470.9580.0740.0080.0320.0080.00830Q100.0180.1001.0780.2900.0150.0470.0100.010最小生態(tài)流量3.0674.5607.0830.3700.2900.8321.3180.918設(shè)計(jì)水文條件開(kāi)原站耿王莊站松樹(shù)站柴河站榛子嶺水庫(kù)站馬虎山梨樹(shù)站慶云堡站30B30.4050.0100.0100.0100.0101.4180.0100.0104B30.1690.0080.0080.0080.0081.1340.0080.0087Q100.1810.0130.0080.0170.0081.1360.0080.00830Q100.7190.0260.0100.0680.0101.4200.0100.010最小生態(tài)流量2.1410.2880.5820.7180.3248.2840.1460.100

根據(jù)表1數(shù)據(jù)建立了遼河流域多年平均流量與30B3、4B3、7Q10、30Q10方法下流量的關(guān)系曲線(圖3)、遼河支流多年平均流量與集水面積關(guān)系曲線(圖4)。沒(méi)有水文站的河流，設(shè)計(jì)流量通過(guò)水文站

圖3 遼河流域多年平均流量與設(shè)計(jì)流量關(guān)系Fig.3 Relationship between design flow and multi-annual average flow

圖4 遼河支流集水面積與多年平均流量關(guān)系Fig.4 Relationship between catchment area and multi-annual average flow

上游集水面積帶入圖3和圖4進(jìn)行估算。在核定水環(huán)境容量時(shí)，對(duì)傳統(tǒng)(耗氧)污染物適用的是30B3和30Q10。氨氮等傳統(tǒng)污染物的水環(huán)境容量可以用30B3或30Q10作為設(shè)計(jì)水文條件；若流域污染物排放極不穩(wěn)定(污水以不處理直接排放為主)，且保護(hù)目標(biāo)是水生生物慢性毒性而不是窒息，也可以用4B3或7Q10作為設(shè)計(jì)水文條件。

2.2.2.2 污染物背景濃度設(shè)置

在選擇水質(zhì)目標(biāo)時(shí)，兼顧各部門水質(zhì)目標(biāo)，采用最嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。本研究依據(jù)《遼寧省地表水環(huán)境區(qū)劃》以及《遼寧省水功能區(qū)劃》確定鐵嶺控制單元地表水系的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，假定匯入支流的水質(zhì)優(yōu)于受納河流水質(zhì)。

2.2.3 穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型運(yùn)行

當(dāng)模型的水力參數(shù)以及污染物衰減系數(shù)率定完畢，在最不利的穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)水文條件和上游污染物背景濃度條件下，利用式(1)、式(2)得到控制斷面與污染物擴(kuò)散之間的響應(yīng)關(guān)系，繼而運(yùn)用線性規(guī)劃方法，得到穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)水文條件下鐵嶺控制單元最優(yōu)化的水環(huán)境容量。

3 水環(huán)境容量核算

以污染物入河排放量最大為目標(biāo)函數(shù)，以保證所有控制斷面30 d平均濃度3年重現(xiàn)期內(nèi)超標(biāo)次數(shù)不允許超過(guò)1次為約束條件，運(yùn)用線性優(yōu)化方法求解時(shí)段內(nèi)最優(yōu)解，目標(biāo)函數(shù)的求解結(jié)果即為核定的水環(huán)境容量。

(3)

(4)

式中：決策變量xj為第j個(gè)污染源的排放量；aij為第j個(gè)源對(duì)控制斷面i的響應(yīng)系數(shù)，由穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模擬計(jì)算得到；ci為控制斷面i的水質(zhì)控制濃度。

在不同設(shè)計(jì)水文條件下，鐵嶺市主要河流的水環(huán)境容量核定結(jié)果如表2所示。由表2可見(jiàn)：在30B3設(shè)計(jì)水文條件下，鐵嶺控制單元COD和氨氮水環(huán)境容量分別為8 048.74和549.15 t/a；30Q10設(shè)計(jì)水文條件下，鐵嶺控制單元COD和氨氮水環(huán)境容量分別為9 658.49和658.97 t/a；4B3和7Q10設(shè)計(jì)水文條件下，鐵嶺控制單元氨氮的水環(huán)境容量分別為439.33和494.26 t/a。

表2 不同設(shè)計(jì)水文條件下主要河流水環(huán)境容量核定

Table 2 The calculation of water environment capacity of main rivers under different design hydrological conditions ta

表2 不同設(shè)計(jì)水文條件下主要河流水環(huán)境容量核定

設(shè)計(jì)水文條件污染物遼河干流招蘇臺(tái)河亮子河王河清河沙河柴河長(zhǎng)發(fā)子河凡河萬(wàn)泉河30B3COD5309.762040.00164.8350.01157.1931.5431.68172.4759.7231.54氨氮355.27135.2816.295.6910.961.772.8713.294.623.1130Q10COD6371.712448.00197.8060.01188.6337.8538.02206.9671.6637.85氨氮426.32162.3419.556.8313.152.123.4415.955.543.73設(shè)計(jì)水文條件污染物遼河干流招蘇臺(tái)河亮子河王河清河沙河柴河長(zhǎng)發(fā)子河凡河萬(wàn)泉河4B3氨氮284.22108.2213.034.558.771.422.3010.633.702.497Q10氨氮319.75121.7514.665.129.871.602.5911.964.162.80

4 討論

設(shè)計(jì)流量的大小、設(shè)計(jì)流量的保證率、污染物毒性以及水體特征是選擇設(shè)計(jì)水文條件時(shí)需要綜合考慮的因素。根據(jù)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r和污染防控目標(biāo)，選擇適宜的設(shè)計(jì)水文條件，制定合理的風(fēng)險(xiǎn)控制值，能夠有效地保證地區(qū)的可持續(xù)性發(fā)展。

(1)設(shè)計(jì)流量

由表1可以看到，傳統(tǒng)水文學(xué)方法與生物學(xué)方法設(shè)計(jì)流量存在一定的差別。由表2可見(jiàn)，傳統(tǒng)水文學(xué)方法核定的水環(huán)境容量與生物學(xué)方法的核定結(jié)果相近，30Q10略大于30B3，7Q10略大于4B3，且設(shè)計(jì)流量與水環(huán)境容量呈正比。相對(duì)于4B3的計(jì)算結(jié)果7Q10的水環(huán)境容量偏高12%，相對(duì)于30B3的計(jì)算結(jié)果30Q10的水環(huán)境容量偏高20%。在北方地區(qū)，由于缺水和低溫因素，河道經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)季節(jié)性斷流的情形，所以在北方地區(qū)如果使用傳統(tǒng)的水文學(xué)方法計(jì)算設(shè)計(jì)流量，雖然核定的水環(huán)境容量偏大，但會(huì)使得污染防控風(fēng)險(xiǎn)增加。

(2)設(shè)計(jì)流量的保證率

對(duì)福德店等10個(gè)水文站的日流量進(jìn)行頻率統(tǒng)計(jì)，得到設(shè)計(jì)流量對(duì)應(yīng)的保證率(表3)。由表3可見(jiàn)，設(shè)計(jì)保證率為95.46%～99.89%，其中30B3保證率高于30Q10，4B3高于7Q10，可見(jiàn)由生物學(xué)方法的設(shè)計(jì)流量核定的水環(huán)境容量要比傳統(tǒng)水文學(xué)方法偏安全。

表3 各水文站各設(shè)計(jì)水文條件對(duì)應(yīng)日流量系列保證率

根據(jù)鐵嶺市環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研數(shù)據(jù)核算結(jié)果，2013年鐵嶺市主要污染物COD和氨氮的入河量分別為25 976.77和1 619.96 t，而由表2可以看出，4種設(shè)計(jì)水文條件核算的水環(huán)境容量數(shù)值都很小，水環(huán)境容量遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)?shù)氐呐盼坌枨?。鐵嶺市水環(huán)境容量偏低，可以歸于2個(gè)原因：1)雖然鐵嶺地處遼河流域上游段，水資源量較流域內(nèi)其他區(qū)域豐富，但由于水庫(kù)不合理調(diào)蓄和水資源的不合理配置造成當(dāng)?shù)厮Y源年內(nèi)分配不均，冬季河道甚至出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，河道喪失納污功能；2)遼河流域水環(huán)境污染嚴(yán)重[20]，污染物背景濃度較高。計(jì)算不同設(shè)計(jì)水文條件下的鐵嶺控制單元的水環(huán)境容量，一方面，為當(dāng)?shù)厮h(huán)境管理和污染防治提供多個(gè)備選方案；另一方面，偏小的水環(huán)境容量顯示，水資源已經(jīng)成為制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸，如果要在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，只有考慮調(diào)水工程，對(duì)被調(diào)水地區(qū)實(shí)施生態(tài)補(bǔ)償，而要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，則需要深入調(diào)整區(qū)域的用水結(jié)構(gòu)，提高水資源的利用效率，使河道不再斷流，污染物持續(xù)減排，才能確保經(jīng)濟(jì)社會(huì)環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。

5 結(jié)論

(1)在30B3、30Q10設(shè)計(jì)水文條件下，鐵嶺控制單元COD的水環(huán)境容量分別為8 048.74和9 658.49 t/a，氨氮的水環(huán)境容量為549.15和658.97 t/a；在4B3、7Q10設(shè)計(jì)水文條件下鐵嶺控制單元氨氮的水環(huán)境容量為439.33和494.26 t/a。建議采用COD容量為8 048.74 t/a、氨氮容量為439.33 t/a作為當(dāng)前水環(huán)境總量控制的依據(jù)。當(dāng)城市生活污水處理率及污水廠污染物去除率達(dá)到80%時(shí)，COD容量可以采用9 658.49 t/a。

(2)傳統(tǒng)水文學(xué)方法是生物學(xué)方法的近似估計(jì)，在河道水資源短缺時(shí)，傳統(tǒng)水文學(xué)方法估算的水環(huán)境容量較生物學(xué)方法偏大近20%，會(huì)造成較大的污染防控風(fēng)險(xiǎn)，建議使用生物學(xué)方法作為核定水環(huán)境容量的設(shè)計(jì)水文條件。

(3)鐵嶺市經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展已經(jīng)超過(guò)了其水環(huán)境承載力，建議在水資源允許的條件下，優(yōu)化水庫(kù)的調(diào)節(jié)能力，合理配置水資源，增加枯水期河道水量(調(diào)水)，增加河道納污能力，實(shí)現(xiàn)區(qū)域階段性經(jīng)濟(jì)發(fā)展和污染防控目標(biāo)。

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Calculation of water environmental capacity in Tieling based on different design hydrological conditions

PENG Jiayu1,2, LEI Kun2, QIAO Fei2, ZHOU Gang2, ZHANG Xin3, HAO Chenlin2, WANG Shuyi2

1.College of Water Science, Beijing Normal University, Beijing 100875, China 2.State Environmental Protection Key Laboratory of Estuarine and Coastal Environment, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 3.TSI Instrument Trading (Beijing) Co., Ltd, Beijing 100081, China

Water environment capacity (WEC) is an important theoretical basis of total pollutant control, and the selection of the design hydrological condition is the key step to calculate the WEC. A steady state model of water quality in Tieling section of the Liaohe River Basin was built, and the WEC of Tieling control unit was calculated under 30B3, 4B3, 7Q10, 30Q10 design hydrological conditions. Under the 30B3 and 30Q10 design hydrological conditions, the WEC of COD was 8 048.74 and 9 658.49 ta, respectively, while that of ammonia nitrogen was 549.15 and 658.97 ta, respectively. Under the 4B3 and 7Q10 design hydrological conditions, the WEC of ammonia nitrogen was 439.33 and 494.26 ta, respectively. The WEC calculated by traditional hydrological method is similar with the result of ecological security method, but the daily flow guarantee rate of traditional hydrological method is relative low, which leads to the increase of pollution prevention and control risk. According to the calculation result of WEC and pollution load discharge into the river, the development of Tieling City has exceeded the water environment carrying capacity. In order to increase the pollution carry capacity and achieve the pollution prevention objectives, it is imperative to optimize the adjustment capacity of the reservoirs and rationally allocate the water resources.

water environmental capacity(WEC); design hydrological condition; risk control; water environment management

2016-12-20

國(guó)家水體污染控制與治理科技重大專項(xiàng)(2012ZX07505-005，2013ZX07501005)

彭嘉玉(1985—)，女，博士，研究方向?yàn)樗廴究刂坪椭卫?，pengjiayu@craes.org.cn

X26

1674-991X(2017)04-0470-07

10.3969/j.issn.1674-991X.2017.04.064

彭嘉玉，雷坤，喬飛,等.基于不同設(shè)計(jì)水文條件的鐵嶺水環(huán)境容量核算[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào),2017,7(4):470-476.

PENG J Y, LEI K, QIAO F, et al.Calculation of water environmental capacity in Tieling based on different design hydrological conditions[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2017,7(4):470-476.