基于水質(zhì)目標(biāo)的流域排放管控模式與案例研究

劉天石，董 欣，劉雅玲，佘 佳，賈濱洋，鄭 菁，劉 毅＊

（1.清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京，100084；2.生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院，北京 100012；3.成都市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，四川成都 610072）

引言

早在20 世紀(jì)70 年代，我國(guó)就已經(jīng)開展了流域水環(huán)境污染防治綜合規(guī)劃的研究[1]，“九五”期間確定了污染物總量控制指標(biāo)[2]，逐步將總量控制技術(shù)和達(dá)標(biāo)管理相結(jié)合，形成了以污染總量控制和濃度控制為主的一系列管控方法。我國(guó)的污染物濃度控制主要體現(xiàn)為各類排放標(biāo)準(zhǔn)，以最佳可行技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，同時(shí)總量控制也呈現(xiàn)出目標(biāo)總量控制的特點(diǎn)[3,4]。這些控制方式便于行政管理和考核，但未考慮污染物排放量與水環(huán)境質(zhì)量之間的響應(yīng)關(guān)系[5]，難以滿足流域水環(huán)境管理的需求[6]。

本研究通過對(duì)國(guó)內(nèi)外流域水環(huán)境污染管控制度和方法的梳理提煉，結(jié)合我國(guó)流域水質(zhì)管理需求，嘗試構(gòu)建一種能夠覆蓋流域全空間和全口徑污染源的流域綜合排放管控體系，并提出差異化的固定源排放管控模式，以提高管控體系在不同地區(qū)的適用性。本研究通過案例實(shí)踐對(duì)管控體系和模式進(jìn)行驗(yàn)證和對(duì)比分析，提出了流域水環(huán)境污染管控建議，以幫助實(shí)現(xiàn)我國(guó)改善流域水質(zhì)的目標(biāo)。

1 流域水環(huán)境污染管控研究進(jìn)展

為了改善流域水環(huán)境質(zhì)量，一些發(fā)達(dá)國(guó)家陸續(xù)實(shí)行了各類水環(huán)境污染控制政策與措施，并在流域水環(huán)境管理中進(jìn)行了大量的實(shí)踐，取得了顯著的成績(jī)[7-9]，如歐盟萊茵河總量控制管理方案[10]，日本工業(yè)集中灣區(qū)的流域污染總量控制計(jì)劃[11,12]，以及美國(guó)TMDL 計(jì)劃[13]。其中以TMDL 計(jì)劃為代表的容量總量管理模式，從水質(zhì)目標(biāo)出發(fā)，根據(jù)區(qū)域的實(shí)際環(huán)境容量確定污染物控制方案，截至2010 年，美國(guó)已開展四萬(wàn)余個(gè)TMDL 計(jì)劃，成為保障流域水質(zhì)的關(guān)鍵技術(shù)[14,15]。以上各國(guó)流域水質(zhì)管理的核心是控制污染物排入受納水體中的量，污染物排放管控的形式從單獨(dú)的濃度控制到濃度與總量雙達(dá)標(biāo)的轉(zhuǎn)換。在空間尺度上，從基于行政區(qū)的管控向基于流域生態(tài)水功能區(qū)轉(zhuǎn)變；在時(shí)間尺度上，隨著對(duì)流域污染源類型和污染負(fù)荷特征研究的加深，從基于年的總量控制逐漸精細(xì)到以日為時(shí)間單位的污染物排放負(fù)荷控制。

自“十一五”以來，我國(guó)也開始推動(dòng)“目標(biāo)總量控制”向“容量總量控制”的轉(zhuǎn)變，2016 年以來逐步探索形成以水質(zhì)目標(biāo)為核心的水環(huán)境管理路線。管理者和學(xué)者也對(duì)流域水質(zhì)目標(biāo)管理在我國(guó)的應(yīng)用做了積極的嘗試，例如，雷坤等[16]在“分區(qū)、分類、分級(jí)、分區(qū)”的理念下，將控制單元水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)方法在遼河水系進(jìn)行了實(shí)踐；單保慶等[17]提出了一套基于水質(zhì)的河流治理方案制定方法，包括水質(zhì)問題診斷、目標(biāo)確定與負(fù)荷分配、河流治理任務(wù)實(shí)施和實(shí)施效果評(píng)估4 個(gè)基本部分，并在滏陽(yáng)河邢臺(tái)段進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用；張培培等[18]基于“三線一單”的思路對(duì)濟(jì)南市的水環(huán)境控制單元進(jìn)行了細(xì)化，基于水質(zhì)目標(biāo)核算了不同管控區(qū)的年允許排放量，并進(jìn)行了等級(jí)的劃定。

上述國(guó)內(nèi)外研究都顯示出基于水質(zhì)目標(biāo)的水環(huán)境污染物排放管理對(duì)于改善我國(guó)流域水環(huán)境具有巨大的潛力，然而目前我國(guó)流域尺度上還沒有形成一個(gè)真正具有系統(tǒng)性和一定普適性的水環(huán)境污染物排放管控體系。我國(guó)目前的水環(huán)境污染物排放管理體系的不系統(tǒng)主要體現(xiàn)在管控空間、管控手段和管控對(duì)象三個(gè)方面：

（1）管控空間不系統(tǒng)。水環(huán)境污染物排放管控仍然以行政區(qū)為主，劃分主觀性較強(qiáng)[19]，割裂了流域中水體—岸邊帶—陸域要素之間的整體性，忽視了上下游及河岸水生態(tài)環(huán)境的系統(tǒng)性。

（2）管控手段不系統(tǒng)。排放管控體系與環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系脫鉤，管控要求的制定多是基于行業(yè)污染治理技術(shù)可達(dá)性，較少考慮受納水體特征差異，污染排放標(biāo)準(zhǔn)與水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀脫節(jié)，造成現(xiàn)行流域水環(huán)境污染管控要求與污染物排放標(biāo)準(zhǔn)、水環(huán)境質(zhì)量改善要求等不能有效關(guān)聯(lián)，重點(diǎn)污染源對(duì)所屬流域水環(huán)境質(zhì)量保護(hù)的責(zé)任未能有效落實(shí)，主要污染物的實(shí)際排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水環(huán)境容量。

（3）管控對(duì)象不系統(tǒng)。目前的管控主要以重點(diǎn)固定源為主，對(duì)以農(nóng)村和城市面源及無(wú)組織排放等非點(diǎn)源污染重視度不夠，非點(diǎn)源污染由于時(shí)間和空間分布的不確定性而增加了流域水質(zhì)管控難度[20]。

我國(guó)的水環(huán)境污染早已超越局部和“點(diǎn)源”的范圍，成為流域性污染問題。從調(diào)控尺度的角度，以流域?yàn)楣芸貑卧M(jìn)行水資源綜合管理是世界范圍內(nèi)資源、環(huán)境與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)的重要途徑，從自然地理特征的角度，流域是一條河流或水系的集水區(qū)域，應(yīng)當(dāng)是具備水文和環(huán)境生態(tài)功能的連續(xù)系統(tǒng)。以水環(huán)境容量為基礎(chǔ)，協(xié)同考慮流域各類污染源，在現(xiàn)有濃度控制和總量控制手段的基礎(chǔ)上，研究制定體現(xiàn)出系統(tǒng)性和整體性的流域水環(huán)境污染物排放綜合管控體系，建立基于污染源排放—水環(huán)境質(zhì)量響應(yīng)關(guān)系的流域固定源排放管控模式刻不容緩。

2 流域水環(huán)境污染物排放綜合管控體系與模式構(gòu)建

基于以上對(duì)我國(guó)流域污染物排放管理現(xiàn)狀的分析，在吸取國(guó)外流域管理的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)、綜合考慮我國(guó)流域水環(huán)境管理的需求和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，考慮以下四個(gè)準(zhǔn)則：①以水質(zhì)目標(biāo)為核心，以污染物排放—水體水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系為基礎(chǔ)進(jìn)行污染排放負(fù)荷的計(jì)算，體現(xiàn)出水體自然環(huán)境特征；②考慮流域所有污染源的影響，并對(duì)流域全空間進(jìn)行管控，體現(xiàn)出流域整體性；③對(duì)流域進(jìn)行適當(dāng)?shù)募?xì)化和優(yōu)先級(jí)劃分，將復(fù)雜環(huán)境問題簡(jiǎn)化，實(shí)現(xiàn)差異化管控；④充分考慮流域內(nèi)源、小散亂污等污染源以及現(xiàn)存污染源污染物排放增量的影響，在進(jìn)行污染負(fù)荷分配時(shí)考慮設(shè)定安全余量以應(yīng)對(duì)水質(zhì)超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。基于以上思路，本文提出適合我國(guó)未來流域水環(huán)境管理的綜合排放管控體系（圖1），并進(jìn)一步提出三種不同的固定源污染物排放管控模式。管控體系主要包括：污染物排放管控單元確定及目標(biāo)核定，流域污染源污染物排放清單編制，污染物排放管控單元分級(jí)并確定污染物排放管控模式和要求，流域污染物排放管控方案的形成及實(shí)施。

2.1 流域水環(huán)境污染物排放管控單元?jiǎng)澏ㄅc管控目標(biāo)核定

在國(guó)家流域水生態(tài)功能分區(qū)三級(jí)控制單元?jiǎng)澐值幕A(chǔ)上，兼顧匯水邊界與行政邊界，統(tǒng)籌陸域與水域分區(qū)，根據(jù)水系結(jié)構(gòu)、各級(jí)控制斷面位置、排污口位置、水環(huán)境質(zhì)量狀況、污染源特征、行政區(qū)域邊界等因素，進(jìn)一步選擇性細(xì)化污染物排放管控單元。每個(gè)三級(jí)流域管控單元可以包含一個(gè)或多個(gè)污染物排放管控單元；一個(gè)污染物排放管控單元不能分屬不同的流域管控單元，且唯一對(duì)應(yīng)一個(gè)國(guó)家、省或市級(jí)水質(zhì)控制斷面，以方便進(jìn)行水質(zhì)達(dá)標(biāo)責(zé)任劃定。

圖1 流域水污染物排放綜合管控體系

本研究利用單因子評(píng)價(jià)法、污染指數(shù)法和模糊評(píng)價(jià)法等方法分析各管控單元的水環(huán)境問題和主要污染對(duì)象。根據(jù)國(guó)家法規(guī)，各地方水污染防治行動(dòng)計(jì)劃，各流域水環(huán)境質(zhì)量限期達(dá)標(biāo)規(guī)劃，以及相關(guān)流域、城市水環(huán)境規(guī)劃等目標(biāo)要求，應(yīng)考慮斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)情況、水體環(huán)境質(zhì)量變化，兼顧地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平，明確污染物排放管控單元內(nèi)水環(huán)境功能的需求，核定對(duì)應(yīng)控制斷面水質(zhì)目標(biāo)，并可以按階段設(shè)定不同的水質(zhì)目標(biāo)。

2.2 流域水環(huán)境污染源污染物排放清單編制

在編制時(shí)，應(yīng)調(diào)查各控制單元內(nèi)各類污染源的排污特征，包括污染源位置、污水排放量、污染物排放濃度、排放去向等信息。調(diào)查對(duì)象包括工業(yè)源、城鎮(zhèn)生活源、農(nóng)村生活源、城市非點(diǎn)源、農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源與集約化畜禽養(yǎng)殖源、內(nèi)源等污染源，在具備數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的情況下，還可以考慮大氣干、濕沉降的影響。

在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，工業(yè)源以及納入環(huán)境統(tǒng)計(jì)范圍或排污許可管理范圍的污水處理設(shè)施，以現(xiàn)有環(huán)境統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和排污許可管理信息為基礎(chǔ)開展負(fù)荷總量核定；除上述污水處理設(shè)施外的城鎮(zhèn)生活源與農(nóng)村生活源可以采用濃度系數(shù)法、產(chǎn)排污系數(shù)法等方法進(jìn)行負(fù)荷總量核算；城市非點(diǎn)源應(yīng)用場(chǎng)次降雨平均濃度法或SWMM 等模型模擬法進(jìn)行負(fù)荷總量估算；農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源應(yīng)用“農(nóng)田降雨—徑流—產(chǎn)污”試驗(yàn)、產(chǎn)排污系數(shù)法或SWAT 等方法進(jìn)行負(fù)荷總量估算；集約化畜禽養(yǎng)殖源與內(nèi)源應(yīng)用產(chǎn)排污系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷總量估算。

此外，還應(yīng)調(diào)查控制單元內(nèi)入河排污口的排放特征，包括排污口位置、污染源對(duì)應(yīng)關(guān)系、污水排放量、污染物排放濃度、與環(huán)境水體的關(guān)系等信息。在污染源調(diào)查、水體污染負(fù)荷估算和排污口調(diào)查的基礎(chǔ)上，編制流域排放管控單元的水環(huán)境污染源污染物排放清單。

2.3 管控單元分級(jí)與排放管控要求制定

當(dāng)水體生態(tài)環(huán)境功能為水源保護(hù)區(qū)、濕地保護(hù)區(qū)、江河源頭、珍稀瀕危水生生物棲息地等特殊功能區(qū)時(shí)，應(yīng)將水面及其對(duì)應(yīng)的排放管控單元?jiǎng)澏閮?yōu)先管控單元。當(dāng)水體生態(tài)環(huán)境不能滿足功能要求或有不滿足功能要求的風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)將水面及其對(duì)應(yīng)的排放管控單元?jiǎng)澏橹攸c(diǎn)管控單元。流域內(nèi)其他區(qū)域可劃定為一般管控單元。通過劃定不同的管控單元等級(jí)來實(shí)現(xiàn)差異化管理。

針對(duì)每個(gè)不同等級(jí)管控單元的不同空間（水體、岸邊帶、陸域匯水區(qū)）和污染源類型（固定點(diǎn)源和非點(diǎn)源）提出不同的管控要求。為了適應(yīng)我國(guó)各地區(qū)發(fā)展水平差異大且環(huán)境管理能力基礎(chǔ)參差不齊的特點(diǎn)，本研究針對(duì)重點(diǎn)管控區(qū)陸域固定源提出三種不同的排放管控模式。各管控單元可根據(jù)其自然條件特征、環(huán)境質(zhì)量狀況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平、污染防治能力等的差異性，選擇精細(xì)化水平不同的固定源排放管控模式，通過不同方法構(gòu)建水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系和負(fù)荷分配方法，確定各管控單元內(nèi)固定源的定量化排放管控要求。

（1）流域精細(xì)管控模式。對(duì)于水質(zhì)要求較高、環(huán)境管理水平和環(huán)境監(jiān)測(cè)能力較強(qiáng)的管控單元，應(yīng)采用受納水體模型和流域模型，利用“污染源排放行為—排放口允許排放量—控制斷面水質(zhì)目標(biāo)”的動(dòng)態(tài)機(jī)理響應(yīng)關(guān)系，通過負(fù)荷分配方法，確定排放管控單元內(nèi)主要固定源的允許排放負(fù)荷，對(duì)污染源開展“一源一限值”的逐日或逐月管控。

（2）流域標(biāo)準(zhǔn)管控模式。對(duì)于具備一定環(huán)境管理能力和工作基礎(chǔ)的管控單元，可采用穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型，利用“入河排放口允許排放量—控制斷面水質(zhì)目標(biāo)”的半機(jī)理響應(yīng)關(guān)系，通過負(fù)荷分配方法，確定排放管控單元內(nèi)各污染排放口的允許排放負(fù)荷，再分配到排放口對(duì)應(yīng)的固定源，對(duì)污染源開展“一排放口一限值”的逐季或逐月管控。

（3）流域簡(jiǎn)化管控模式。對(duì)于環(huán)境管理能力與工作基礎(chǔ)較薄弱的管控單元，可采用統(tǒng)計(jì)回歸或負(fù)荷歷時(shí)曲線等非水質(zhì)機(jī)理模型方法，利用“污染排放量—控制斷面水質(zhì)”的統(tǒng)計(jì)響應(yīng)關(guān)系，確定管控單元的總允許排放負(fù)荷，通過負(fù)荷分配方法分配到各類污染源和各固定點(diǎn)源，對(duì)污染源開展“流域同步減排”的逐季或逐月管控。

2.4 小結(jié)

流域精細(xì)管控模式的排放控制更加科學(xué)化和精細(xì)化，并且未來可結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、水質(zhì)預(yù)測(cè)、突發(fā)污染事件預(yù)警等。但是需要大體量、高精度和長(zhǎng)時(shí)間尺度的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，對(duì)制度設(shè)計(jì)和基層管理能力要求較高。流域標(biāo)準(zhǔn)管控模式的排放管控要求與水質(zhì)目標(biāo)緊密掛鉤，方法相對(duì)簡(jiǎn)單，對(duì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)要求較低，易于推廣和執(zhí)行，但管控精細(xì)化程度不足，可產(chǎn)生一定不確定性。流域簡(jiǎn)化管控模式的方法簡(jiǎn)便，不需要模擬計(jì)算，便于基層管理，但環(huán)境條件的假設(shè)可能會(huì)與實(shí)際情況產(chǎn)生較大偏差，水質(zhì)改善效果存在較大的不確定性。

我國(guó)地域廣闊，不同地區(qū)所處的發(fā)展階段差距巨大，通過構(gòu)建不同的管控模式，能夠使排放管控體系更好地適應(yīng)我國(guó)不同流域的社會(huì)發(fā)展水平、環(huán)境管理能力和需求的差異。而各地方管理部門也應(yīng)根據(jù)自身?xiàng)l件，結(jié)合管理成本和環(huán)境效益進(jìn)行綜合評(píng)判，選擇適合本地的管控模式。

3 江安河流域案例實(shí)踐

3.1 流域概況

江安河是成都岷江內(nèi)江流域的四大干渠之一，全河長(zhǎng)95.8km，匯水區(qū)面積341.4km2。江安河流經(jīng)成都中心城區(qū)周邊，承載了巨大的城市發(fā)展壓力。然而，現(xiàn)有的水質(zhì)管理體系已經(jīng)不足以解決當(dāng)前江安河面臨的水環(huán)境問題，迫切需要從流域整體出發(fā)，開展流域綜合排放管控，以幫助該流域?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

本研究對(duì)江安河流域6 個(gè)監(jiān)測(cè)斷面2011—2018 年的主要水質(zhì)指標(biāo)的監(jiān)測(cè)值進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)流域上游江安橋、土橋、萬(wàn)春橋及共耕村等斷面水質(zhì)狀況總體平穩(wěn)，能夠達(dá)到地表水II～I(xiàn)II 類標(biāo)準(zhǔn)。水質(zhì)明顯下降的區(qū)段為共耕村至二江寺河段，由III 類降至劣V 類，其中最主要的超標(biāo)因子為氨氮，2018 年監(jiān)測(cè)值年均濃度較V 類水標(biāo)準(zhǔn)超標(biāo)倍數(shù)0.39，超標(biāo)主要發(fā)生在枯水期（11 月至次年4 月），其中超標(biāo)最高月份為4 月，超標(biāo)倍數(shù)為7.73。

3.2 管控單元?jiǎng)澐旨澳繕?biāo)核定

本研究結(jié)合江安河所有的控制斷面的水質(zhì)狀況、流域土地利用情況和控制斷面分布，對(duì)江安河進(jìn)行了管控單元?jiǎng)澐郑嫌螢榻矘颉哺骞芸貑卧?，下游為共耕村—二江寺管控單元，每個(gè)管控單元負(fù)責(zé)其出境斷面。以上兩個(gè)管控單元都不包含特殊水生態(tài)環(huán)境功能區(qū)域，因此不劃定優(yōu)先管控區(qū)。根據(jù)流域水質(zhì)現(xiàn)狀，共耕村斷面長(zhǎng)期不超標(biāo)，將江安橋—共耕村管控單元?jiǎng)澏橐话愎芸貑卧?；二江寺斷面氨氮長(zhǎng)期超標(biāo)，將共耕村—二江寺斷面劃定為重點(diǎn)管控單元。

本研究以首要超標(biāo)因子氨氮作為管控對(duì)象，根據(jù)成都市與四川省人民政府簽訂的水污染防治目標(biāo)責(zé)任書，確定江安橋—共耕村管控區(qū)和共耕村—二江寺管控區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)分別為III 類和V 類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 流域污染負(fù)荷核算

該流域的污染主要來自工業(yè)企業(yè)、污水處理廠、生活直排、畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植等。工業(yè)企業(yè)排污數(shù)據(jù)來自2015 年的環(huán)境統(tǒng)計(jì)信息，污水處理廠的數(shù)據(jù)來自2015 年逐月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。生活直排、畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植，利用流域相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)量按照產(chǎn)排污系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)不同的污染源類型選擇合適的入河系數(shù)對(duì)入河污染負(fù)荷進(jìn)行核算，污染負(fù)荷匯總結(jié)果見表1。

表1 2015江安河流域氨氮污染年負(fù)荷

為了能夠?qū)崿F(xiàn)不同模式下更精細(xì)時(shí)間尺度的管控，需要對(duì)污染負(fù)荷在不同的月份進(jìn)行核算。工業(yè)企業(yè)和生活直排可以認(rèn)為在不同的月份排放較為一致，進(jìn)行平均分?jǐn)偅晃鬯幚韽S根據(jù)逐月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)核算不同月份的污染負(fù)荷。對(duì)于畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植等面源污染來說，降雨是其產(chǎn)生的原動(dòng)力和載體[21,22]，因此利用江安河流域長(zhǎng)期的日降水?dāng)?shù)據(jù)，借鑒當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)研究[23]，按照降水量在一年中各月份的分布對(duì)面源污染負(fù)荷進(jìn)行逐月的分?jǐn)?，得到江安河不同管控單元氨氮的逐月污染?fù)荷。

3.4 管控方案制定

針對(duì)不同的管控等級(jí)，本研究對(duì)江安橋—共耕村管控單元和共耕村—二江寺管控單元進(jìn)行差異化管控。

（1）一般管控區(qū)：江安橋—共耕村管控單元。對(duì)于一般管控區(qū)，應(yīng)執(zhí)行區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基本要求，嚴(yán)格執(zhí)行生態(tài)環(huán)境保護(hù)相關(guān)法律法規(guī)和區(qū)域生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求。以維護(hù)生態(tài)安全和防止環(huán)境質(zhì)量退化為原則，鼓勵(lì)提高環(huán)境管控要求，以降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

（2）重點(diǎn)管控區(qū)：共耕村—二江寺管控單元。在水域管控方面，針對(duì)部分地區(qū)沿河存在暗管排口和水邊娛樂設(shè)施污染等現(xiàn)象，應(yīng)對(duì)排口進(jìn)行排查處理，并清退水上娛樂設(shè)施減少水域污染。在岸邊帶管控方面，應(yīng)開展相應(yīng)的岸邊帶建設(shè)，特別是對(duì)有污染支流匯入及農(nóng)村面源污染比較嚴(yán)重的河段，對(duì)河道周邊的農(nóng)業(yè)散亂生產(chǎn)進(jìn)行清退，并鼓勵(lì)建立人工濕地岸邊帶。

針對(duì)陸域固定源，分別采用流域簡(jiǎn)化管控模式、流域標(biāo)準(zhǔn)管控模式和流域精細(xì)管控模式進(jìn)行管控方案的制定。

3.4.1 流域簡(jiǎn)化管控模式

利用負(fù)荷歷時(shí)曲線[24]，進(jìn)行污染排放—水體水質(zhì)輸入響應(yīng)關(guān)系的構(gòu)建?；?011—2015 年的日均流量數(shù)據(jù)建立流量歷時(shí)曲線，以二江寺的水質(zhì)目標(biāo)繪制負(fù)荷歷時(shí)曲線，并與現(xiàn)狀負(fù)荷進(jìn)行對(duì)比，見圖2。

圖2 二江寺氨氮負(fù)荷歷時(shí)曲線與實(shí)際負(fù)荷量

可以看出，二江寺斷面氨氮在中低流量區(qū)的實(shí)際負(fù)荷已經(jīng)超過LDC 所得的日最大允許負(fù)荷。以同樣的方法，對(duì)日均流量數(shù)據(jù)重新以月為時(shí)間尺度構(gòu)建負(fù)荷歷時(shí)曲線，得到逐月最大允許負(fù)荷，并按照以下方式在污染源之間進(jìn)行分配：

式中，TMDL 為最大允許排放日負(fù)荷；WLA 為點(diǎn)源最大允許排放日負(fù)荷；LA 為非點(diǎn)源最大允許排放日負(fù)荷；MOS 為安全余量；BL 為自然背景負(fù)荷。

在本案例實(shí)踐中，為了能夠?qū)Σ煌墓芸胤桨高M(jìn)行對(duì)比，所有方案制定時(shí)設(shè)置同樣的邊界條件。水文保證率設(shè)置為75%，安全余量設(shè)定為10%，生活直排和農(nóng)業(yè)面源（包括畜禽養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植）分別按現(xiàn)狀削減25%和20%，自然背景負(fù)荷按照上游來水水質(zhì)達(dá)到江安橋—共耕村管控單元的水質(zhì)目標(biāo)設(shè)定。

對(duì)于固定源，首先將共耕村—二江寺管控單元的排口按照重心法概化為兩個(gè)主要排口，根據(jù)排口逐月現(xiàn)狀負(fù)荷與納污能力差異進(jìn)行初始分配，以使得上游排口可以有更高的允許排放量。再根據(jù)主要排口對(duì)應(yīng)的固定源按照現(xiàn)狀負(fù)荷進(jìn)行等比例分配，得到流域簡(jiǎn)化管控模式下的排放管控方案。

3.4.2 流域標(biāo)準(zhǔn)管控模式

由于江安河河寬遠(yuǎn)小于河長(zhǎng)，污染物在橫斷面上能夠很快混合，符合一維水質(zhì)模型的假設(shè)，因此在流域標(biāo)準(zhǔn)管控模式中利用一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型[25]，計(jì)算出管控單元的允許排放負(fù)荷。

式中，W為管控單元水環(huán)境容量；Cs為斷面水質(zhì)目標(biāo)（單位為mg/L）；q為排污口廢水量（單位為m3/s），C0、Q0為上游河水濃度（單位為mg/L）和流量（單位為m3/s）；K為水質(zhì)降解系數(shù)（單位為d-1）；x為距排污口的距離（單位為m）；u為流速（單位為m/s）。

流速根據(jù)實(shí)地監(jiān)測(cè)確定，降解系數(shù)通過參考當(dāng)?shù)匾延械难芯看_定。在計(jì)算出河段允許排放負(fù)荷后，按照同樣的方法對(duì)固定源進(jìn)行分配，得到流域標(biāo)準(zhǔn)管控模式下的排放管控方案。

3.4.3 流域精細(xì)管控模式

在流域精細(xì)管控模式下，利用MIKE11 模型的水動(dòng)力模塊和對(duì)流擴(kuò)散模塊構(gòu)建江安河的動(dòng)態(tài)機(jī)理模型。河網(wǎng)概化重點(diǎn)考慮主河道，對(duì)于支流和支渠以排水口和取水口的形式做簡(jiǎn)化處理，污染源按照實(shí)際位置和前述核算的負(fù)荷進(jìn)行輸入。

根據(jù)2015 年的逐月水文數(shù)據(jù)和水質(zhì)數(shù)據(jù)，利用試錯(cuò)法對(duì)江安河水動(dòng)力模型和水質(zhì)模型中的參數(shù)進(jìn)行率定和驗(yàn)證。對(duì)比模擬數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得出水動(dòng)力模擬的相關(guān)性為0.89，納什系數(shù)為0.86，水質(zhì)模擬的月均值與逐月監(jiān)測(cè)值平均相對(duì)誤差為27.1%，可以認(rèn)為模型較好地反映了江安河的水質(zhì)變化特征。

利用上述模型，對(duì)生活直排和農(nóng)業(yè)面源進(jìn)行同樣比例的削減，以現(xiàn)狀排放為基礎(chǔ)對(duì)各固定源逐月的排放進(jìn)行等比例試算調(diào)整至月均水質(zhì)達(dá)到二江寺斷面水質(zhì)目標(biāo)，得到流域精細(xì)管控模式下的排放管控方案。

3.5 管控方案對(duì)比分析

在同樣的邊界條件下，基于三種管控模式對(duì)直排入河的9 個(gè)固定源制定了管控方案，圖3 以其中的兩個(gè)固定源為例展現(xiàn)了不同月份的氨氮排放負(fù)荷現(xiàn)狀和管控方案對(duì)比情況。

圖3 部分固定源氨氮排放現(xiàn)狀與排放管控方案

從時(shí)間尺度看，固定源的氨氮允許排放負(fù)荷在豐水期時(shí)高于排放現(xiàn)狀，而在枯水期時(shí)低于排放現(xiàn)狀，這意味著在豐水期可以放寬對(duì)于固定源排放的管控，而在枯水期應(yīng)采取更加嚴(yán)格的管控要求以保證水質(zhì)達(dá)標(biāo)。這能夠顯著提高不同時(shí)段水環(huán)境容量的利用率，降低管控要求全年“一刀切”帶來的環(huán)境超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)對(duì)于地方管理部門來說，這將有利于節(jié)約如污水廠運(yùn)行費(fèi)用等環(huán)保成本，從而使得將管控重點(diǎn)放在能夠更好地改善枯水期水質(zhì)如提高生活污水管網(wǎng)收集率或小散亂污治理等措施上。

從管控模式看，隨著管控模式的精細(xì)化程度提高，對(duì)水環(huán)境機(jī)理的刻畫更加科學(xué)，在相同水質(zhì)目標(biāo)下能夠更高效地利用水環(huán)境容量。這首先是因?yàn)檩^為簡(jiǎn)便的模式由于方法和數(shù)據(jù)的條件限制，對(duì)于排放輸入—水質(zhì)輸出的響應(yīng)關(guān)系存在一定簡(jiǎn)化，對(duì)水環(huán)境容量存在低估。其次，由于簡(jiǎn)便的模式普遍會(huì)采用較為保守的假設(shè)來避免水質(zhì)改善的不確定性，從而使得可利用的水環(huán)境容量較更精細(xì)的模式低。由上述管控方案可看出，在水質(zhì)目標(biāo)設(shè)定相同的情況下，流域標(biāo)準(zhǔn)管控模式和流域精細(xì)管控模式對(duì)于固定源的允許排放負(fù)荷分別為流域簡(jiǎn)化管控模式的1.3～1.6 倍和1.5～2.0 倍。雖然更精細(xì)的管控模式對(duì)于環(huán)境基礎(chǔ)管理能力和數(shù)據(jù)條件的要求會(huì)更加嚴(yán)格，但是對(duì)于如本案例地區(qū)這樣經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高、減排潛力小、減排難度大的地區(qū)來說，更加充分利用水環(huán)境容量則顯得十分有意義。

4 結(jié)論與展望

基于水質(zhì)目標(biāo)的污染管控方式已經(jīng)被大量的實(shí)踐證明是緩解水污染、改善水環(huán)境質(zhì)量的有效管理辦法。本研究通過理論梳理和案例實(shí)踐，得出以下結(jié)論：

（1）借鑒先進(jìn)管理經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合我國(guó)流域水環(huán)境的管理需求，以水質(zhì)目標(biāo)為核心，本研究構(gòu)建了覆蓋流域全空間和全口徑污染源的流域綜合排放管控體系。根據(jù)水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系構(gòu)建方法、排放負(fù)荷分配方式和排放管控要求等的不同，在該體系下進(jìn)一步提出三種不同的固定源排放管控模式，使得該體系更好地適應(yīng)我國(guó)各地區(qū)環(huán)境管理能力和需求差異。

（2）通過案例實(shí)踐證明，本研究所提出的流域綜合排放管控體系和三種固定源排放管控模式在實(shí)現(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)的同時(shí)，能夠提高不同時(shí)段水環(huán)境容量的利用率。且在水環(huán)境容量的利用率方面，流域精細(xì)管控模式優(yōu)于流域標(biāo)準(zhǔn)管控模式，流域標(biāo)準(zhǔn)管控模式優(yōu)于流域簡(jiǎn)化管控模式。

（3）在固定源三種管控模式的適用性方面，流域精細(xì)管控模式對(duì)分時(shí)段水環(huán)境容量利用率最高，但對(duì)數(shù)據(jù)支撐和基礎(chǔ)管理要求較高，適用于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)、水環(huán)境管理基礎(chǔ)好、減排成本高的以精準(zhǔn)治污為目標(biāo)的地區(qū)。流域標(biāo)準(zhǔn)管控模式對(duì)水質(zhì)變化模擬簡(jiǎn)單因而降低了對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的要求，適用于我國(guó)大部分以水質(zhì)達(dá)標(biāo)為目的的地區(qū)。流域簡(jiǎn)化管控模式方法簡(jiǎn)單，不需要模擬計(jì)算，適用于以固定源為主且環(huán)境管理能力較弱，仍處于污染總量削減階段的地區(qū)。

鑒于以上模式在我國(guó)發(fā)展仍處于實(shí)踐探索階段，在未來的研究和應(yīng)用中應(yīng)注重：①進(jìn)一步完善管控指標(biāo)體系和管控目標(biāo)。大部分國(guó)家所實(shí)行的是基于水生態(tài)系統(tǒng)健康的水質(zhì)目標(biāo)管理，而我國(guó)水環(huán)境治理仍以幾大類常規(guī)水質(zhì)化學(xué)指標(biāo)達(dá)標(biāo)為主要目的。未來我國(guó)應(yīng)進(jìn)一步探索管控指標(biāo)的合理性，針對(duì)不同管控地區(qū)的流域水環(huán)境基本特征、經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平，考慮動(dòng)態(tài)水環(huán)境目標(biāo)，并完成從水環(huán)境達(dá)標(biāo)到水環(huán)境健康的轉(zhuǎn)變。②污染源清單的建立。目前我國(guó)大部分地區(qū)對(duì)于污染源的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)比較薄弱，對(duì)污染源的排放強(qiáng)度、排放去向和排放形式等都不明晰，既影響了科學(xué)地設(shè)定合理的排放要求，也使得排放管控對(duì)象不明確。下一步應(yīng)加強(qiáng)對(duì)污染源和排放口的調(diào)查，構(gòu)建流域?qū)用娴奈廴九欧徘鍐?，建立本地化的排放?shù)據(jù)庫(kù)。