本書立足于為國(guó)家水污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的決勝提供支撐,基于水質(zhì)目標(biāo)精細(xì)化管理的需求,介紹了一套基于“陸-水”一體化耦合模型的流域污染源解析技術(shù)體系,能實(shí)現(xiàn)流域污染物產(chǎn)量、排放量的動(dòng)態(tài)量化,并提供一套流域污染源動(dòng)態(tài)排放和負(fù)荷清單的編制方法,詳細(xì)總結(jié)了如何利用數(shù)值模型定量分析不同污染源對(duì)流域控制斷面精細(xì)化貢獻(xiàn)的方法。并在此基礎(chǔ)上介紹了圖書提出的技術(shù)體系在湟水河流域和沱江流域的典型應(yīng)用實(shí)例,旨在為水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)精細(xì)化管理提供方便、快捷的陸源輸入核算,陸-水環(huán)境響應(yīng)評(píng)估,水環(huán)境污染貢獻(xiàn)追溯和污染源調(diào)控分析等技術(shù)方案,以期為流域或區(qū)域尺度的水污染防治、水污染修復(fù)等有序推進(jìn)提供理論依據(jù)、技術(shù)參考和案例借鑒。本書具有較強(qiáng)的技術(shù)應(yīng)用性和針對(duì)性,可供從事流域污染源解析、水污染溯源以及水污染治理等工作的工程技術(shù)人員、科研人員和管理人員參考,也可供高等學(xué)校環(huán)境科學(xué)與工程、生態(tài)工程、市政工程及相關(guān)專業(yè)師生參閱。
1.本書探究的理論具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值,基于其可促進(jìn)我國(guó)對(duì)水環(huán)境精細(xì)化管理理論的探討和批量成果的產(chǎn)出。 2.本書所構(gòu)建的方法和技術(shù)體系依托于我國(guó)水環(huán)境領(lǐng)域的數(shù)據(jù)特征、區(qū)域特征,具有較強(qiáng)的實(shí)用性和可靠性。 3.本書能在流域尺度為我國(guó)水質(zhì)目標(biāo)精細(xì)化管理提供因時(shí)因地因事的適宜策略和方法,有助于提升我國(guó)水環(huán)境管理的水平。
防治水污染、保護(hù)水資源,實(shí)現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用,是世界各國(guó)的重要課題。2015年,為改善我國(guó)水環(huán)境質(zhì)量、加大水污染防治力度,國(guó)務(wù)院頒布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》提出到本世紀(jì)中葉,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量全面改善,生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)的目標(biāo)。要貫徹落實(shí)《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》,改善流域水環(huán)境質(zhì)量,系統(tǒng)推進(jìn)水污染防治、水生態(tài)保護(hù)和水資源管理,落實(shí)流域水生態(tài)環(huán)境功能分區(qū)的差異化要求,需要全方位開展流域水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)管理。開展水環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)管理,其根本目標(biāo)是改善水環(huán)境質(zhì)量,而重要手段則是控制污染源,厘清污染源輸入與水環(huán)境質(zhì)量的響應(yīng)關(guān)系。而要明確陸源輸入與水質(zhì)的響應(yīng)反饋機(jī)制,需要確定不同控制單元陸源入?yún)R對(duì)水體的污染貢獻(xiàn)率,明晰控制單元的點(diǎn)源和非點(diǎn)源等污染源的貢獻(xiàn)比,而這離不開一套實(shí)用、可靠的數(shù)值定量計(jì)算技術(shù)的支撐。以非點(diǎn)源模型、水動(dòng)力水質(zhì)模型為基礎(chǔ)的數(shù)值模型體系,是當(dāng)前進(jìn)行陸源輸入-水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系研究的重要工具,也是完成《重點(diǎn)流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)“十四五”規(guī)劃編制技術(shù)大綱》中有關(guān)流域主要問題識(shí)別、規(guī)劃任務(wù)優(yōu)化制定的重要手段,是實(shí)現(xiàn)流域水環(huán)境全要素、全流程管控的重要支撐。因此,本書以服務(wù)水環(huán)境精細(xì)化管理為目標(biāo),以滿足水質(zhì)目標(biāo)精細(xì)化管理的需求為原則,針對(duì)提高流域水環(huán)境質(zhì)量、維持流域可持續(xù)發(fā)展方面存在的難題和瓶頸,在系統(tǒng)梳理水質(zhì)管理理論的基礎(chǔ)上,圖文并茂、較為翔實(shí)和全面地介紹了“陸-水”一體化耦合模擬模型構(gòu)建的污染源解析技術(shù)、污染源貢獻(xiàn)分析技術(shù)、污染源調(diào)控分析方法,并以湟水河流域和沱江流域兩個(gè)典型流域?yàn)槔M(jìn)行分析與應(yīng)用,為流域環(huán)境質(zhì)量改善提升及科學(xué)環(huán)境管理提供技術(shù)支撐。全書共分7章。第1章概述了流域水質(zhì)管理的相關(guān)理論及國(guó)內(nèi)外水質(zhì)管理的研究與發(fā)展;第2章介紹了流域水環(huán)境質(zhì)量的概念及評(píng)價(jià)的方法、水質(zhì)目標(biāo)管理體系等,并進(jìn)一步定義和明晰了水環(huán)境容量的相關(guān)內(nèi)容,在此基礎(chǔ)上簡(jiǎn)要介紹了陸水響應(yīng)關(guān)系、污染源總量分配的原則和方法;第3章全面地介紹了污染源從產(chǎn)生、排放到輸入河流中全過程的污染解析技術(shù)和方法,并介紹了污染源動(dòng)態(tài)管理清單的編制方法和從不同時(shí)空尺度分析污染源與水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系的方法;第4章詳細(xì)介紹了當(dāng)前進(jìn)行貢獻(xiàn)率研究的主要方法,對(duì)比了幾種貢獻(xiàn)率核算方法的特征,進(jìn)而全面地介紹了基于陸水耦合模型的水質(zhì)斷面貢獻(xiàn)解析技術(shù);第5章介紹了流域污染源的調(diào)控理論及相關(guān)的技術(shù)方法等;第6章、第7章分別以湟水河流域、沱江流域兩個(gè)典型流域?yàn)槔,?duì)上述技術(shù)方法進(jìn)行應(yīng)用,加深對(duì)這一精細(xì)化解析技術(shù)體系的理解,也為流域水污染源解析與水質(zhì)目標(biāo)精細(xì)化管理提供典例參考。本書由陳巖、王永桂、曾維華、趙琰鑫等著,具體編寫分工如下:第1章由陳巖、王永桂、郭琰琪著;第2章由趙琰鑫、丁雪連著;第3章由曾維華、陳巖、馬鵬宇、王明陽著;第4章由陳巖、白輝、楊水化、楊玲著;第5章由王永桂、李強(qiáng)著;第6章由白輝、鄧?yán)、葛勁松、王永桂、宋珍、張雅新、張德昊著;?章由曾維華、佟洪金、魏峣、趙琰鑫、王小雨、陳卓著。全書最后由陳巖、王永桂統(tǒng)稿并定稿。此外,岳金釗、余晴、徐子怡、李東升、王楠、關(guān)國(guó)梁等參與了本書資料的整理、校對(duì)和繪圖等相關(guān)工作。本書內(nèi)容涉及相關(guān)項(xiàng)目的研究,得到了青海省環(huán)境規(guī)劃和環(huán)保技術(shù)中心、四川省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院等單位的支持,在此向各位專家和同行表示誠(chéng)摯的感謝。限于著者水平及編寫時(shí)間,書中存在不足和疏漏之處在所難免,敬請(qǐng)讀者和有關(guān)專家批評(píng)指正。著者2022年5月
陳巖,2007年入職生態(tài)環(huán)境部環(huán)境規(guī)劃院,從事流域污染治理、流域模擬與大數(shù)據(jù)分析、水環(huán)境容量(承載力)研究;在2013年4月任水環(huán)境模擬信息室主任,負(fù)責(zé)模擬信息室的工作;在2020年4月任國(guó)家環(huán)境保護(hù)環(huán)境規(guī)劃與模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任,負(fù)責(zé)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境規(guī)劃模擬與環(huán)境容量(承載力)的工作。先后以專題負(fù)責(zé)人參加了國(guó)家《水污染防治行動(dòng)方案》(水十條)、《重點(diǎn)流域水污染防治“十一五”、“十二五”、“十三五”規(guī)劃》的編制工作!笆晃濉币詠,主持或重點(diǎn)參與了省、部級(jí)水污染防治研究的重點(diǎn)項(xiàng)目超過30余項(xiàng),包括國(guó)家水環(huán)境管理平臺(tái)建設(shè)、國(guó)家基于容量和質(zhì)量的污染控制體系研究、中國(guó)環(huán)境質(zhì)量模型法規(guī)化研究、國(guó)家污染控制與水質(zhì)響應(yīng)等方面的研究,以及河南、青海、內(nèi)蒙等多個(gè)省、市的環(huán)境承載力、環(huán)境容量核算、問題診斷與達(dá)標(biāo)方案、“水十條”的編制工作等。
第1章概述11.1流域水質(zhì)管理概論21.2國(guó)外水質(zhì)目標(biāo)管理經(jīng)驗(yàn)21.2.1日本總量控制計(jì)劃21.2.2美國(guó)最大日負(fù)荷總量(TMDL)計(jì)劃31.2.3歐盟水框架指令31.3我國(guó)流域水質(zhì)管理的發(fā)展41.3.1以濃度控制為主的階段41.3.2以總量控制為主的階段41.3.3水質(zhì)目標(biāo)管理的階段51.4我國(guó)現(xiàn)行流域水質(zhì)目標(biāo)管理體系51.4.1流域水質(zhì)目標(biāo)管理遵循的主要原則51.4.2流域水質(zhì)目標(biāo)管理的主要制度61.4.3流域水質(zhì)目標(biāo)管理技術(shù)體系61.5我國(guó)現(xiàn)行流域水質(zhì)目標(biāo)管理的問題81.6流域水質(zhì)目標(biāo)精細(xì)化管理81.6.1流域水質(zhì)目標(biāo)精細(xì)化管理理論81.6.2流域水質(zhì)目標(biāo)精細(xì)化管理技術(shù)需求91.6.3流域水質(zhì)目標(biāo)精細(xì)化管理技術(shù)方案10第2章流域水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)與水質(zhì)目標(biāo)122.1流域水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的概念與分類132.1.1單因子評(píng)價(jià)法132.1.2綜合評(píng)價(jià)法132.2水質(zhì)目標(biāo)管理體系內(nèi)涵與特點(diǎn)142.3控制單元與水質(zhì)目標(biāo)152.4水環(huán)境質(zhì)量基準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)確定162.5水環(huán)境容量172.5.1水環(huán)境容量的定義與類型172.5.2水環(huán)境容量的計(jì)算方法172.5.3水環(huán)境容量的計(jì)算流程182.5.4水環(huán)境容量的計(jì)算模型182.6陸地匯入與水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系192.7流域污染物總量分配202.7.1污染物總量分配原則202.7.2污染物總量分配方法20第3章流域污染源解析223.1流域污染來源與特征233.2流域污染源解析技術(shù)方法233.2.1點(diǎn)源量化解析技術(shù)243.2.2非點(diǎn)源量化解析技術(shù)243.3流域污染源調(diào)查253.3.1流域污染源調(diào)查的目的253.3.2流域污染源調(diào)查范圍及內(nèi)容263.4流域污染源產(chǎn)排量估算273.4.1點(diǎn)源產(chǎn)生量和排放量估算273.4.2非點(diǎn)源產(chǎn)生量和排放量估算273.5流域污染源入河負(fù)荷量核算283.5.1污染負(fù)荷量核算模型283.5.2模型構(gòu)建方法283.6流域污染源動(dòng)態(tài)清單及其編制333.6.1流域污染源總?cè)牒恿縿?dòng)態(tài)清單333.6.2流域區(qū)縣的不同污染源的入河量動(dòng)態(tài)清單343.6.3流域鄉(xiāng)鎮(zhèn)年內(nèi)入河量動(dòng)態(tài)清單343.6.4流域控制單元年內(nèi)入河量動(dòng)態(tài)清單343.7流域污染源通量時(shí)空分析353.7.1全流域不同污染源類型通量分析353.7.2全流域不同行政單元污染源通量分析353.7.3全流域不同控制單元污染源通量分析35第4章流域污染源水質(zhì)斷面貢獻(xiàn)率解析364.1污染源貢獻(xiàn)率概念374.2污染源貢獻(xiàn)率核算技術(shù)方法374.2.1基于占比法的污染源排放與入河貢獻(xiàn)率計(jì)算方法374.2.2基于化學(xué)質(zhì)量平衡原理和一維河網(wǎng)模型的貢獻(xiàn)率核算384.2.3基于化學(xué)質(zhì)量平衡原理和非點(diǎn)源模型的貢獻(xiàn)率核算394.2.4基于排除法的污染源貢獻(xiàn)率核算394.2.5基于增加法的污染源貢獻(xiàn)率核算394.2.6基于河道斷面污染物通量占比法的污染源貢獻(xiàn)率核算(數(shù)值模擬法)394.3基于陸水耦合模型的水質(zhì)斷面貢獻(xiàn)解析技術(shù)414.3.1模型架構(gòu)414.3.2陸源解析模型424.3.3陸地入?yún)R模型454.3.4河網(wǎng)水動(dòng)力水質(zhì)模型514.3.5計(jì)算單元關(guān)聯(lián)與匯總554.3.6陸地-河網(wǎng)耦合模型564.4流域污染源水質(zhì)斷面貢獻(xiàn)率時(shí)空變化分析574.4.1時(shí)間貢獻(xiàn)率變化分析574.4.2空間貢獻(xiàn)率變化分析57第5章污染源調(diào)控實(shí)際實(shí)施后效果評(píng)價(jià)585.1流域污染源調(diào)控理論595.2流域污染源調(diào)控技術(shù)方法595.3流域污染源調(diào)控效果評(píng)價(jià)與方法615.4基于數(shù)值模型的調(diào)控效果評(píng)價(jià)技術(shù)62第6章典型案例分析:湟水河流域水質(zhì)精細(xì)化分析與管理636.1湟水河流域特征646.2湟水河流域污染源調(diào)查646.2.1基于調(diào)查法的點(diǎn)源解析656.2.2基于排污系數(shù)法的非點(diǎn)源解析666.3湟水河流域污染源產(chǎn)排量解析與時(shí)空分布676.3.1湟水河流域點(diǎn)源污染排放量解析與時(shí)空分布676.3.2湟水河流域非點(diǎn)源污染排放量解析與時(shí)空分布796.4湟水河流域污染源入河量解析與時(shí)空分布816.4.1全流域入河量816.4.2不同縣級(jí)市年總污染源入河量856.4.3不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)年污染物入河量876.4.4不同控制單元年污染物入河量876.5湟水河流域水質(zhì)斷面污染貢獻(xiàn)率動(dòng)態(tài)分析886.5.1全年不同污染源對(duì)重點(diǎn)斷面貢獻(xiàn)率886.5.2水期不同類型污染源對(duì)重點(diǎn)斷面貢獻(xiàn)率956.5.3水期不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)對(duì)重點(diǎn)斷面貢獻(xiàn)率1056.5.4月份不同類型污染源對(duì)重點(diǎn)斷面貢獻(xiàn)率1096.5.5月份不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)對(duì)重點(diǎn)斷面貢獻(xiàn)率1196.6重點(diǎn)斷面首要貢獻(xiàn)源分析1426.6.1邊墻村1426.6.2扎馬隆1436.6.3金灘1456.6.4塔爾橋1466.6.5小峽橋1476.6.6樂都1496.7湟水河流域“十四五”污染源調(diào)控實(shí)際實(shí)施后效果評(píng)價(jià)1506.7.1污水處理廠建設(shè)和提標(biāo)改質(zhì)項(xiàng)目1506.7.2規(guī);笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)治理項(xiàng)目1526.7.3調(diào)控效果分析1526.8湟水河流域污染源防控對(duì)策與建議157第7章典型案例分析:沱江流域水質(zhì)精細(xì)化分析與管理1597.1沱江流域特征1607.1.1自然環(huán)境特征1607.1.2地形特征1607.1.3土壤特征1607.1.4水文氣候特征1617.1.5水質(zhì)變化特征1617.2沱江流域污染源調(diào)查1637.3沱江流域污染源產(chǎn)排量解析與時(shí)空分布1637.3.1全流域污染源排放總量分析1637.3.2非點(diǎn)源排放量占比分析1647.3.3點(diǎn)源排放量占比分析1677.4沱江流域污染源入河量解析與時(shí)空分布1687.4.1全流域不同污染源入河分析1687.4.2全流域不同控制單元入河分析1697.4.3全流域不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)入河分析1717.5沱江流域水質(zhì)斷面污染貢獻(xiàn)率動(dòng)態(tài)分析1747.5.1全流域水質(zhì)控制斷面的污染貢獻(xiàn)1747.5.2水質(zhì)控制斷面鄉(xiāng)鎮(zhèn)管控清單1937.5.3重污染斷面的污染貢獻(xiàn)分析2017.6重點(diǎn)斷面首要貢獻(xiàn)源分析2117.6.1全年污染源貢獻(xiàn)分析2117.6.2不同月份污染源貢獻(xiàn)分析2137.6.3不同水期水質(zhì)污染源貢獻(xiàn)分析2157.6.4不同行政區(qū)域污染貢獻(xiàn)分析2187.6.5不同控制單元污染貢獻(xiàn)分析2207.6.6管控清單分析2227.7沱江流域污染源防控對(duì)策與建議2247.7.1開展工業(yè)源全面達(dá)標(biāo)行動(dòng)2257.7.2實(shí)施城鎮(zhèn)污水處置補(bǔ)短板行動(dòng)2257.7.3實(shí)施廢污水管控能力提升工程2257.7.4實(shí)施面源系統(tǒng)防控工程2267.7.5實(shí)施磷污染減排攻堅(jiān)行動(dòng)2267.7.6全流域不同水系針對(duì)性精細(xì)化管控方案227參考文獻(xiàn)229