平湖市地表水环境承载能力分析论文

水是生态环境的基本要素, 也是人类社会稳定和经济可持续发展的一个重要因素。随着国民经济飞速发展和人民生活水平的不断提高, 城市水资源需求量逐年增加。同时, 由于城市化进程的加快以及规模化产业不断加强, 自20世纪80年代开始, 平湖市地表水环境质量开始下降, 进入90年代以后, 地表水环境恶化程度进一步加剧。为了合理开发和利用水资源, 保障广大人民群众的生活健康, 促进社会经济的可持续发展, 我们对平湖市域内地表水环境的水量水质进行同步监测, 通过相关资料 (此处采用2008年实测资料) 的科学评价和合理分析, 进而探讨平湖市地表水环境承载能力。

1 水系特征

平湖市位于长江三角冲积平原之东南缘的滨海区, 地势平坦, 河道纵横, 属太湖水系。境内主要河道以当湖街道东湖为中心, 呈放射形分开, 其余中小河道填充其间, 呈不规则网状分布, 组成了全市引水和排洪涝水系。受黄浦江周期性潮汐顶托, 境内河道均有不同程度的感潮性, 潮差以北部泖河较为明显, 东南沿海较小。平湖市是众多河道的汇集地, 也是引水、排水及交通航道运输的枢纽。全市河道总长2525.7公里, 其中进排骨干河道四条, 全长49.39公里;盐平塘和平湖塘为主要来水河道;上海塘和六里塘为主要排水河道, 排水从东北流经金山入黄浦江出海, 排水量分别约占全市排水总量的6 5%和25%。其他主要河道还有乍浦塘、黄姑塘、盐船河、新港河、卫国河、丰收河、大寨河、嘉善塘、放港河共9条, 全长126.04km。全市水域面积46.50km2, 占全市总面积的8.69%, 每平方公里河网密度为4.70km, 水位在2.6 0 m (吴淞) 高程以下的, 河道正常蓄容量为4732万亩, 每平方公里的正常蓄容量为8.82×104m3。水位在2.60m~4.00m之间的调节蓄容量为5327万亩, 每平方公里调蓄量为9.92×104m3。

2 地表水环境现状调查与评价

以平湖市的8条主干河流为基础, 河道总长91.34km, 水域面积4.605km2, 共设水环境监测断面9个全年监测资料进行分析评价。

采用《地表水环境质量标准GB3838—2002》中《地表水环境质量标准基本项目标准限值》为标准设监测项目水温、pH、溶解氧等19项。根据平湖市域的水质状况, 主要评价项目选择了5项参数:溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮和总磷。为了全面了解不同水性的水质情况, 按全年期、丰水期、枯水期三个时期段进行评价。其中丰水期为5~10月, 枯水期为1~4月、11~12月。

2008年度平湖市地表水资源质量评价总河长91.34km, 分别按全年期平均值、丰水期平均值和枯水期平均值进行评价, 100%超标, 均为劣于Ⅴ类水体, 主要污染物为溶解氧、高锰酸盐指数、五日生化需氧量、氨氮和总磷。全年期、丰水期和枯水期三个时段均为中度污染水体和污染水体。水体类别综合评价见表1。

3 水环境承载能力分析

3.1 水流数学模型

平湖市主干河流属平原型河道, 河宽在20m~70m, 河底平均高程-3.30m~1.05m, 平均水深3.00m左右。平原型河道水流流态变化十分复杂, 利用有限的断面监测资料, 尚不能完全反映干流流态变化和流量沿程分配情况, 为了满足河流纳污能力计算的需要, 采用一维非稳定流数学模型, 模拟不同的水流流态, 用以计算相应的河流纳污能力。

式中:Q (x, t) 为断面流量 (m3/s) ;z (x, t) 为断面平均水位 (m) ;u (x, t) 为断面平均流速 (m/s) ;A (x, t) 为断面面积 (m2) ;C为谢才系数;R (x, t) 为水力半径 (m) ;B (x, t) 为河宽 (m) ;QL为旁侧入流 (m3/s) 。

3.2 主干河道纳污能力计算

3.2.1 污染指标

水环境容量是满足水环境质量标准要求的最大允许污染负荷量, 或称纳污能力, 它是以环境目标和水体稀释自净规律为依据的。平湖市的主要污染类型为有机污染及氮磷污染, 故选用的污染指标为BOD5、CODM n、NH3-N、TP四项。水质按监测成果为依据, 结合不同河段的水质控制目标和水体功能, 进行主干河道纳污能力计算。

3.2.2 计算公式

由于河道水体的流向有顺、逆之分, 计算时其水体的起始断面有所变化, 故按不同的流态分别进行。根据“水污染容许排放量计算方法”, 其计算公式如下:

经数学运算, 控制断面各水质参数的纳污能力计算公式为:

上述各式中, WB、WD为纳污能力 (k g/d) , GBOD5、GCODM n、GNH3-N、GTP为BOD5、CODMn、NH3-N、Tp的纳污能力 (k g/d) , Q上与Q下分别为上、下断面的流量 (m3/s) , B上、C上、N上、Tp上、B下、C下、N下、T P下分别为上、下断面的BOD 5、CODMn、NH3-N、TP的浓度 (m g/L) , Q为控制断面的流量 (m3/s) , q为计算河段的污水量或支流汇入量 (m 3/s) , CN为BOD5的水质标准值 (m g/L) , C0为起始断面的BOD5浓度 (m g/L) , DN为氧亏量的水量标准 (m g/L) , D0为起始断面的氧亏量 (m g/L) , x为河段长 (k m) , u为河段的平均流速 (m/s) , k1为衰减系数 (L/d) , k2为复氧系数 (L/d) 。

3.2.3 纳污能力计算

按上述计算公式 (5) , 以《地表水环境质量标准GB3838—2002》Ⅲ类和Ⅳ类为目标水质, 进行纳污能力计算, 求得各河道的纳污能力, 见表2。

4 结语和建议

城市规模扩张和城市人口的增长对水环境的污染, 往往成为一些城市的不可控因素, 它们对水环境承载能力的影响却很大。

根据运算结果虽然我们得到的只是2008年水环境承载力数据, 但就目前平湖市水环境的不断恶化的情况来看, 也足以证明该城市目前已潜伏着水环境的严重危机, 如果维持现状发展, 在不久的将来会出现水资源供需矛盾和水体污染的继续恶化。

削减行业排污系数, 提高工业重复用水率, 适度调整工业行业发展速率等手段的采用对提高水环境承载力, 协调水环境与经济发展矛盾将起重要的作用。

摘要：水环境承载能力力作为衡量水环境与社会经济协调发展程度的研究工作刚刚起步, 目前尚未形成比较完善的理论体系。本文参照已有实测数据, 在对平湖市水质做出初步评价的基础上, 基于一维非稳定流水流数学模型, 模拟不同水流流态对地表 (河道) 水环境的纳污能力即承载能力进行初步计算和分析。研究结果对进一步明确水环境与社会经济可持续发展的相关关系具有实际与工程意义。

关键词：地表水,水环境承载能力,一维非稳定流模型,协调发展

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