河道最小環(huán)境需水量確定方法及其應(yīng)用研究 - 應(yīng)用-

1、河道最小環(huán)境需水量確定方法及其應(yīng)用研究(應(yīng)用王西琴,楊志峰,劉昌明(北京師范大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國(guó)家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,教育部水沙科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京100875摘要:以黃河支流渭河為例,概算了渭河4個(gè)斷面及其干流現(xiàn)狀年及不同水文年的河道最小環(huán)境需水量.結(jié)果表明,在多年平均狀況下,渭河最小環(huán)境需水量為1918億m 3a ,占年徑流量的1219%,占基流量的6419%.考慮河道環(huán)境用水后渭河的水資源利用率應(yīng)為1412%,比未考慮環(huán)境用水的利用率降低約14%.為滿(mǎn)足最小環(huán)境需水量的要求,渭河廢污水排放量必須低于1998年水平.關(guān)鍵詞:河道;環(huán)境需水量;河流功能;應(yīng)用;黃河流域Method of re

2、solving the low est environmental w ater demands in rivercourse (applicationW ANG X iqin ,Y ANG Zhifeng ,LIU Changm ing (S tate JointK ey Laboratory of Environment S imulation and P ollution C ontrol ,K eyLaboratory for W ater and Sediment Sciences ,M inistry of Education ,Beijing N ormal University

3、 ,Beijing 100875Abstract :The lowest environmental water demands in 1998and in different hydrological year of the Y ellow River s branch 2W ei River and its 4sections as an exam ple were studied.The results indicated that the lowest environmental water demands of W ei River is 1918×108m 3per ye

4、ar ,which accouns for 1219%of runoff and 6419%of basic runoff.W ater res ources utilization ratio will reduce to 1412%that is lower 14%than that not calculating environmental water demands.I t is pointed out that in order to meet the demands of lowest environmental water con 2sum ption ,the am ount

5、of wastewater discharges must be under that of 1998.K eyw ords :river course ;environmental water demands ;river function ;application ;the Y ellow River收稿日期:2000211203;修訂日期:2001201215基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃(973項(xiàng)目(編號(hào):G 19990436-05作者簡(jiǎn)介:王西琴(1965,女,博士前文1提出了河道最小環(huán)境需水量的概念及其確定方法,本文將以黃河支流渭河(陜西段為例,對(duì)其進(jìn)行實(shí)證分析.1功能區(qū)段劃分

6、及斷面設(shè)計(jì)沿渭河分布著寶雞、咸陽(yáng)、西安、渭南等4個(gè)地級(jí)市,根據(jù)實(shí)際需要,按行政區(qū)設(shè)計(jì)環(huán)境需水量斷面.河道環(huán)境需水量設(shè)計(jì)斷面除寶雞市選在林家村外,其余3個(gè)市均選在行政區(qū)界.這樣,就將整個(gè)河段按照行政區(qū)分為4個(gè)小段(表12.各小段的長(zhǎng)度、主要功能及水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)等指標(biāo)均列入表1.并假設(shè)寶雞林家村、眉縣魏家堡、臨潼交口引水抽渭工程水量維持不變,也沒(méi)有境外水的調(diào)入和調(diào)出.第21卷第5期2001年9月環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)ACT A SCIE NTI AE CIRCUMST ANTI AEV ol.21,N o.5Sep.,2001表1渭河(陜西段河段斷面設(shè)計(jì)及功能區(qū)劃分T able 1Section design

7、 and function area dividing for W ei River of Shaanixi segment行政區(qū)水域范圍起止距離,km主要功能適用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)類(lèi)(級(jí)別地面水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)寶雞林家村至咸陽(yáng)行政區(qū)界010415市區(qū)飲用水源地工業(yè)用水類(lèi)一級(jí)二級(jí)咸陽(yáng)咸陽(yáng)行政區(qū)界至咸陽(yáng)鐵橋10415185農(nóng)灌水源二級(jí)保護(hù)區(qū)類(lèi)二級(jí)一級(jí)西安咸陽(yáng)鐵橋至交口提水站185245水源二級(jí)保護(hù)區(qū)農(nóng)灌類(lèi)一級(jí)二級(jí)渭南交口提水站至渭河入黃口245365水源二級(jí)保護(hù)區(qū)農(nóng)灌類(lèi)一級(jí)二級(jí)2最小環(huán)境需水量計(jì)算根據(jù)1998年陜西省環(huán)境統(tǒng)計(jì)資料,沿渭河4個(gè)地區(qū)的廢污水排放情況如表2所示.表21998年污水排放量(

8、Q w ,108m 3aT able 2The am ount of waste water discharge in 1998(Q w ,108m 3a 地區(qū)根據(jù)渭河以有機(jī)物污染(C OD 為主的特征,渭河水質(zhì)要求及主要控制指標(biāo)設(shè)計(jì)如下:水質(zhì)類(lèi)別,級(jí);主要控制指標(biāo),C OD ;設(shè)定保證率p 090%.由主要控制指標(biāo)的污水排放標(biāo)準(zhǔn)與河流水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)可知,河流的稀釋系數(shù)一般不得低于5.所以本文取=5.按照文獻(xiàn)1不等式(5,1998年渭河各小段及干流僅滿(mǎn)足納污功能的河道最小環(huán)境需水量(Q v 計(jì)算結(jié)果如表3所示.根據(jù)19861998年渭河水文資料,以及設(shè)計(jì)保證率p p 0(90,可以得到現(xiàn)狀年實(shí)際流

9、量(Q t 和不同水文年各河段的河道流量.表3渭河各小段及全段最小環(huán)境需水量(108m 3aT able 3The lowest environmental water demands of each section and whole segment in W ei River (108m 3a 河段寶雞咸陽(yáng)西安渭南全河段50%719821526141219119182由表3看出,現(xiàn)狀年渭河最小環(huán)境需水量應(yīng)為31112億m 3,而實(shí)際流量為16137億m 3,比環(huán)境需要的最小水量少約47%.也就是說(shuō),在不考慮渭河環(huán)境容量背景值的情況下,1998年除寶雞外,咸陽(yáng)、西安、渭南排入渭河的廢污水,遠(yuǎn)

10、超出相應(yīng)河段河水稀釋降解能力的范圍,按照河道實(shí)際流量,上述3個(gè)城市分別需削減70%、68%、48%的廢污水,才能滿(mǎn)足渭河河段的環(huán)境95期王西琴等:河道最小環(huán)境需水量確定方法及其應(yīng)用研究(應(yīng)用功能要求.在設(shè)定保證率達(dá)90%、頻率為50%、75%、95%及多年平均水文年的情況下,渭河河道各小段的實(shí)際流量如表3所示,渭河總的實(shí)際流量分別為1718億m3a、12143億m3a、6116億m3a、19188億m3a,也即按照本文計(jì)算方法所要求的最小環(huán)境需水量.渭河河道最小環(huán)境需水量的概算結(jié)果表明,為滿(mǎn)足最小環(huán)境功能的要求,沿渭河4個(gè)城市的廢污水排放量必須低于現(xiàn)狀年.在頻率為50%、75%、95%及多年平

11、均水文年,寶雞、咸陽(yáng)、西安、渭南4市允許排入渭河的廢污水分別為:3156億m3a、2149億m3a、1123億m3a、3196億m3a.3與T ennant法計(jì)算結(jié)果的比較T ennant法3是美國(guó)目前使用的河道內(nèi)流量確定的方法,其河流流量推薦值以預(yù)先確定的年平均流量的百分?jǐn)?shù)為基礎(chǔ)(表4.該法通常作為在優(yōu)先度不高的河段研究河流流量推薦值使用,或作為其它方法的一種檢驗(yàn).表4保護(hù)魚(yú)類(lèi)、野生動(dòng)物和有關(guān)環(huán)境資源的河流流量狀況T able4The runoff situation of fish,wild animals and relative environmental res ources pro

12、tected流量的敘述性描述推薦的基流(103月平均流量,%推薦的基流(49月平均流量,%流量的敘述性描述推薦的基流(103月平均流量,%推薦的基流(49月平均流量,%最大200200好2040最佳范圍6010060100中或差1030極好4060差或最小1010非常好3050極差010010雖然T ennant法考慮的是河流的生態(tài)與環(huán)境功能,與本文討論的河道環(huán)境需水量有所區(qū)別,但是,鑒于目前河道環(huán)境需水研究工作的實(shí)際情況,僅用來(lái)作為一種與其他方法計(jì)算結(jié)果的比較說(shuō)明,仍是可取的.由于本文是對(duì)最小河道環(huán)境需水量的計(jì)算,同時(shí)考慮到研究區(qū)實(shí)際情況,擬選用T ennant法10%平均流量的推薦基流與本

13、文計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較.結(jié)果如表5所示.表5兩種方法計(jì)算結(jié)果比較(108m3aT able5Results calculated by tw o methods(108m3a河段寶雞咸陽(yáng)西安渭南全河段年徑流量(自產(chǎn)加入境10%年徑流量(T ennant法計(jì)算值段首控制法計(jì)算值占年徑流量的百分比(%兩種方法的比較(段首控制法計(jì)算值與T ennant法計(jì)算值之差055環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)21卷由表5可以看出,用本文方法計(jì)算所得結(jié)果基本與T ennant法計(jì)算所得結(jié)果相符.渭河干流最小環(huán)境需水量約占多年平均徑流量的12%,基本符合10%平均流量的推薦流量,介于10%15%之間.可以滿(mǎn)足表4中敘述性描述的差或最小

14、中或差一級(jí).4計(jì)算結(jié)果分析從河道環(huán)境需水量的分析,地表水開(kāi)發(fā)利用應(yīng)該有一個(gè)閾值.國(guó)際上公認(rèn)的地表水合理開(kāi)發(fā)利用率是30%,極限開(kāi)發(fā)利用率是40%.目前,渭河流域地表水的開(kāi)發(fā)利用率已達(dá)25%左右,而且,由于河道基流容易被開(kāi)發(fā)利用,其年際變化亦較小,渭河流域引用水量基本上是河道基流量.按照水文分割法可求得各小段的基流量(表6,并根據(jù)公式(3計(jì)算出Q m(表6.表6渭河流域未考慮和考慮環(huán)境需水量的水資源利用情況T able6The water res ources utilizations situation of calculating and not calculating environmen

15、talwater demands in W ei River basin指標(biāo)頻率寶雞咸陽(yáng)西安渭南全河段水資源量,108m3可利用率,%可利用率,%環(huán)境需水量占基流量的百分比,%環(huán)境需水量與基流量的差值Q m=Q v-q gt,108m350%-7198-0159-2158-1157-12172 75%-10145-1116-4106-2142-18109 95%-12157-1176-6170-3133-24136多年平均-7104-0143-1189-1134-10170基流可利用率(考慮環(huán)境需水量后,%由渭河最小環(huán)境需水量及基流量可知,渭河各段及整個(gè)河段的最小環(huán)境需水量(平均依次分別約占河

16、道基流量的53%、85%、77%、68%、65%.由基流量可以估算出在考慮了河道環(huán)境用水情況下的基流可利用率(表5.如在頻率為50%、75%、95%及多年平均水文年,渭河基流量的利用率分別為4117%、5913%、7918%、3511%.由渭河流域各行政區(qū)不同水文年水資源155關(guān)中地區(qū)水資源合理開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究課題組1關(guān)中地區(qū)水資源合理開(kāi)發(fā)利用與生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究119995期王西琴等:河道最小環(huán)境需水量確定方法及其應(yīng)用研究(應(yīng)用量、可利用量,可以估算出在考慮了河道環(huán)境用水情況下的水資源可利用率(表6.如在75%水文年,寶雞、咸陽(yáng)、西安、渭南各段及整個(gè)渭河的水資源可利用率分別為1411

17、%、1512%、1412%、1317%、1412%,比未考慮環(huán)境用水的利用率分別降低約15%、11%、17%、11%、14%.5結(jié)語(yǔ)本文從水環(huán)境污染問(wèn)題出發(fā),對(duì)滿(mǎn)足河流納污功能需要的河道最小環(huán)境需水量進(jìn)行了討論,其是在一定的假設(shè)條件下進(jìn)行的.如果假設(shè)條件發(fā)生變化,河道的最下環(huán)境需水量也將產(chǎn)生相應(yīng)的變化.由于河道水量本身的動(dòng)態(tài)性,以及河流環(huán)境需水量的復(fù)雜、綜合性,使河道環(huán)境需水量的研究工作十分艱難.本文只是做了一些探索性的研究工作,在理論研究、計(jì)算方法的應(yīng)用等方面尚有待于深入,需更多的實(shí)際研究以改進(jìn)和完善河道最小環(huán)境需水量的計(jì)算.參考文獻(xiàn):1王西琴,劉昌明,楊志峰1河道最小環(huán)境需水量確定方法及其

18、應(yīng)用研究(理論J 1環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2001,21(5:5445472司全印,冉新全,周孝德1區(qū)域水污染控制與生態(tài)環(huán)境保護(hù)研究M1北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社12000120213T ennat D L.Instream flow regimens for fish ,widlife ,recreation ,and related envirnmental res ourcesA.In :Orsborn J F ,Allman C H (eds.Proceedings of Sym posium and S pecility C on ference on Instream Flow Needs .American Fisheries S ocietyC.Bethesda ,國(guó)家計(jì)量認(rèn)證單位中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所二檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室簡(jiǎn)介中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所二檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室是以環(huán)境分析化學(xué)和生態(tài)毒理學(xué)為基礎(chǔ),以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代精密儀器的聯(lián)用技術(shù)為手段的研究和檢測(cè)單位。本室擁有專(zhuān)門(mén)用于二分離純化實(shí)驗(yàn)室、高分辨質(zhì)譜分析實(shí)驗(yàn)室、生化實(shí)驗(yàn)室、細(xì)胞實(shí)驗(yàn)室和色譜分析實(shí)驗(yàn)室;擁有一批大中型先進(jìn)的儀器設(shè)備;高分辨色質(zhì)聯(lián)用儀(HRG C HRMS 、HRG C LRMS 、高效液相色譜(HP LC 、氣相色譜(G C 等。實(shí)驗(yàn)室自1995年以來(lái)在二研究領(lǐng)域已具備了近