1、第五章第五章 水环境规划水环境规划本章主要内容：本章主要内容：水环境规划的内容和类型水环境规划的内容和类型 水环境规划的基本步骤水环境规划的基本步骤 水环境规划基础水环境规划基础 水环境规划的技术措施水环境规划的技术措施 规划方案的综合评价规划方案的综合评价 水环境规划实例水环境规划实例第四节第四节 水环境规划的技术措施水环境规划的技术措施 水环境规划方案是由许多具体的技术措施构成的水环境规划方案是由许多具体的技术措施构成的组合方组合方案案。通常，水环境规划的方案对策可主要归纳为：。通常，水环境规划的方案对策可主要归纳为：一是一是从源头控制从源头控制，减少污染物排放负荷减少污染物排放负荷，对工
2、业企，对工业企业主要采取清洁生产工艺，对城镇与农业非点源污业主要采取清洁生产工艺，对城镇与农业非点源污染多采用最佳管理措施；染多采用最佳管理措施；二是二是提高或充分利用水体的自净能力提高或充分利用水体的自净能力；三是三是生态修复技术生态修复技术；四是四是末端治理措施末端治理措施；五是五是水资源的保护与开发技术水资源的保护与开发技术。一、清洁生产和循环经济一、清洁生产和循环经济 清洁生产定义为对生产过程和产品实施综合防治战略，以减少对人类和环境的风险。清洁生产对生产过程和产品都有不同的要求。重点是全过程进行污染控制和资源的有效最大化的利用。清洁生产具有经济和环境上的双重目标。通过实施清洁生产，企
3、业在经济上要能赢利，从而使保护环境与发展经济真正协调起来。实现清洁生产的途径：资源的合理利用，改革工艺和设备，企业物料循环，产品体系的改革，必要的末端治理，以及加强管理等。二、污水处理二、污水处理 建立污水处理厂是水环境规划方案中常考虑采用的重要措施。污水处理程度一般可分为污水处理程度一般可分为一级、二级和三级处理一级、二级和三级处理。一级处理一级处理二、污水处理二、污水处理二级处理二级处理一级和二级处理技术已基本成熟。一级和二级处理技术已基本成熟。二、污水处理二、污水处理 三级处理三级处理 三级处理不仅技术上要求严格，且费用昂贵。三级处理不仅技术上要求严格，且费用昂贵。可以在二级处理后建设生
4、态工程，如：人工湿地等可以在二级处理后建设生态工程，如：人工湿地等。污水处理费用主要为污水处理费用主要为建厂投资建厂投资和和运转费用运转费用，其可用污水，其可用污水处理费用函数表示。处理费用函数表示。准确估算污水处理费用函数准确估算污水处理费用函数是评价是评价污水处理厂费用的关键环节。污水处理厂费用的关键环节。三、提高或充分利用水体纳污容量(1)、人工复氧借助机械设备来提高河水中的溶解氧量，提高水质。(2)、污水调节在河流同化容量低的时期对污水进行收集蓄存，待河流纳污容量高时释放，更合理地利用河流同化容量。(3)、河流流量调控由于流量调控效益的多重性，水资源工程费用分担问题仍未找到将费用公平合
5、理地分配给每种用途的方法。1 1、把流量调控费直接分配给水污染控制，研究与各比值、把流量调控费直接分配给水污染控制，研究与各比值对应的水质规划最优解下的流量调控量对应的水质规划最优解下的流量调控量。2 2、研究不同流量时系统的边际费用、经济效益。、研究不同流量时系统的边际费用、经济效益。四、生态修复技术 城市水系生态修复技术主要有3个方面：1、恢复城市水系环境；、恢复城市水系环境；2、恢复水生态系统的结构和功能；、恢复水生态系统的结构和功能；3、维护和改善河流水系的景观效果。、维护和改善河流水系的景观效果。生态修复需遵循两个重要原则：1、自然法则、自然法则 地域性原则、生态学原则、顺应自然原则
6、、本地化原则等；地域性原则、生态学原则、顺应自然原则、本地化原则等；2、社会经济技术原则、社会经济技术原则 可持续发展原则、风险最小和效益最大原则、生态技术和工可持续发展原则、风险最小和效益最大原则、生态技术和工程技术结合原则、社会可接受性原则和美学原则。程技术结合原则、社会可接受性原则和美学原则。五、水资源开发利用与保护技术 水资源开发利用及保护的总体框架：节水优先，治污为本，多渠道开源。节水途径：节水途径：农业、工业和生活用水节水；农业、工业和生活用水节水；治污途径：治污途径：城镇污水处理、河道净化等；城镇污水处理、河道净化等；多渠道开源途径：多渠道开源途径：中水回用、雨水综合利用、地中水
7、回用、雨水综合利用、地表水利用、跨区域调水工程等。表水利用、跨区域调水工程等。第五节第五节 规划方案的综合评价规划方案的综合评价 水环境规划方案制订后，为了检验和比较各个水环境规划方案制订后，为了检验和比较各个方案的可行性与可操作性，可通过方案的可行性与可操作性，可通过费用效益费用效益分析分析、可行性分析可行性分析以及以及水环境承载力分析水环境承载力分析，对，对规划方案进行规划方案进行综合评价综合评价，从而为最佳规划方案，从而为最佳规划方案的选择与决策提供科学依据。的选择与决策提供科学依据。一、费用效益分析 以污水处理厂的费用函数为例：污水处理厂的费用可以表示为污水流量（qV）与处理效率（）的
8、函数。需建立污水处理厂的费用数据，将数据以qV为列，以 为行组成一个费用矩阵。矩阵确定后，建立费用函数，其形式较多的是幂函数。最后进行求算。参数k k1 1,k,k2 2,k k3 3,k,k4 4可由矩阵提供的数据通过参数估值求出。),(vqfC rk qCV42321kkVkVqkqkC二、方案可行性分析 评价水规划方案的可行性，可以从水环境规划目标的可达性和处理方案投资的可行性两方面进行。1、规划目标的可达性分析、规划目标的可达性分析 利用已建立的水环境数学模型，通过对各个方案的水质模拟，来检验规划方案能否达到预定的目标。2、方案投资的可行性分析、方案投资的可行性分析 两种方法：A、环保
9、投资比例（占国民生产总值的百分比）；B、工业总产值和固定资产投资率，求算污水处理投资占工业基础建设投资的比率。三、水环境承载力分析 水环境承载力是指某一地区、某一时间、某种状态下水环境对经济发展和生活需要的支持能力。（1）水环境承载力指标 应以与人口、经济有关的水资源和水污染状况、污水处理应以与人口、经济有关的水资源和水污染状况、污水处理投资和供水费用等方面来表征。投资和供水费用等方面来表征。城市化水平的倒数、人均工业产值、工业固定资产产出率；城市化水平的倒数、人均工业产值、工业固定资产产出率；可用水资源总量与城市总用水量之比、单位水资源消耗量的工业可用水资源总量与城市总用水量之比、单位水资源
10、消耗量的工业产值、单位水资源消耗量的农灌面积；产值、单位水资源消耗量的农灌面积；污水处理投资占工业投资之比、污水处理率；污水处理投资占工业投资之比、污水处理率；单位单位COD（或（或BOD）排放量的工业产值、）排放量的工业产值、COD（或（或BOD）控制目）控制目标与标与COD（或（或BOD）浓度之比；）浓度之比；等等等等（2）水环境承载力的定量表述方法有两个重要的概念：发展变量和支持变量。发展变量：表征城市社会经济发展对水环境作用的强度，它可用与社会经济发展有关的人口、产值、投资、水资源的利用量、向水环境排放的污水和污染物量等因子来表述。发展因子发展因子 发展变量集发展变量集 d=(d1，d
11、2，dn)支持变量：水环境系统结构和功能状况对城市经济发展支持能力及其相互作用的表现。支持因子支持因子 支持变量集支持变量集 s=(s1，s2，sn)水环境承载力是n维发展变量空间中的一个向量，其各个分量由上述与发展因子和支持因子有关的具体指标来确定。在不同的城市经济发展策略下，发展因子和支持因子的大小会发生变化，从而导致水环境承载力大小的不同。由于水环境承载力的各个分量具有不同的量纲，为比较其大小，首先必须对其各分量进行归一化处理。指标指标1指标指标2指标指标3指标指标i指标指标n方案方案1E11E21E31Ei1En1方案方案2E12E22E32Ei2En2.方案方案jE1jE2jE3jE
12、ijEnj.方案方案mE1mE2mE3mEimEnm假设在一个地区的经济发展规划中，有假设在一个地区的经济发展规划中，有m个发展方案，即存个发展方案，即存在在m个水环境承载力。个水环境承载力。)(21j njjjEEEE，假定每个水环境承载力由假定每个水环境承载力由n个具体指标确定的分量组成，即个具体指标确定的分量组成，即归一化处理后则有：归一化处理后则有：)(21mjjjjEEEE，niijijijEEE1第第j个水环境承载力的大小个水环境承载力的大小，可用归一化后的向量的模来表，可用归一化后的向量的模来表示，即示，即niijjEE12)(为了突出水环境对不同经济发展方案的支持因子的支持作用
13、，为了突出水环境对不同经济发展方案的支持因子的支持作用，可用下式表示可用下式表示第第j个水环境承载力的相对大小：个水环境承载力的相对大小：niijjEnmE122)(一、规划背景一、规划背景（一）社会经济状况（一）社会经济状况 辽宁省会，下设9区、4县(市)及5个开发区。2004年户籍人口693.9万，区域生产总值1900.7亿元。（二）水文水系分布（二）水文水系分布地表水属于辽河水系，包括辽河水系、浑河水系及北沙河构成，流域内天然河流20余条，总长度1121km。沈阳市地表水系均为季节性河流，径流以降水补给为主。（三）规划目标与指标（三）规划目标与指标2010年，水环境主要指标基本达到生态市
14、建设指标。2015年，主要指标全面达到生态市建设指标。第六节第六节 水环境规划实例水环境规划实例 20042004沈阳市水环境规划沈阳市水环境规划 指标体系：指标体系：共共4 4大类，大类，2121项；项；其中：其中：1313项项为国家生态为国家生态市建设指标；市建设指标；其他其他8 8项项为沈阳市为沈阳市水环境保护和生水环境保护和生态修复需要特殊态修复需要特殊控制指标。控制指标。二、水环境系统综合分析与评价(一一)、沈阳市污染物排放和水系水质评价、沈阳市污染物排放和水系水质评价1、污染物排放、污染物排放2004年沈阳市的污水排放总量及其分布情况见表表5-2。、地表水环境特征与评价、地表水环境
15、特征与评价河流水环境特征表现为：水质恶化，生物多样性贫乏，河床河流水环境特征表现为：水质恶化，生物多样性贫乏，河床被严重破坏，人工化护坡影响浑河廊道的生态功能被严重破坏，人工化护坡影响浑河廊道的生态功能。分类污水排放量COD排放量NH3-N排放量主要排放去向万td-1td-1td-1城区156.86203.9432.16浑河浑河郊县27.8845.767.47辽河、北沙河、浑河辽河、北沙河、浑河面源0.400.720.10辽河、北沙河、浑河辽河、北沙河、浑河合计185.14250.4239.73(二二)、水环境问题诊断、水环境问题诊断沈阳市的水环境问题主要为：沈阳市的水环境问题主要为：1、水资
16、源供需矛盾突出，生态环境需水量短缺、水资源供需矛盾突出，生态环境需水量短缺。2、地表水污染严重，地下水出现超标；、地表水污染严重，地下水出现超标；3、污水处理率较低，污水回用量有待提高；、污水处理率较低，污水回用量有待提高；4、城区水系景观被破坏，河流水生生态系统健康受、城区水系景观被破坏，河流水生生态系统健康受到威胁。到威胁。三、沈阳市主要污染物排放和环境影响预测三、沈阳市主要污染物排放和环境影响预测选取COD和NH3-N作为预测指标，预测时段为2010和2015年。预测方法采用系统动力学模型系统动力学模型和情景分析法情景分析法。分3种情景模型进行预测，最后选择情景情景III为优选的情景为优
17、选的情景。情景情景III：超常规发展，推进循环经济，建设资源节约型社会，严格控制排污，经济高速发展。分类单位2004年2010年2015年总人口数万人693.910001100GDP亿元1900.735005600工业生产值亿元1493.430104500第三产业总产值亿元849.515192520三产比例%5.8:49.5:44.74.6:52:43.43:52:45全市污水排放量万t/a67574.6493075102565市内污水量万t/a61195.98150083796COD排放量万t/a9.1421.6123.8NH3-N排放量万t/a1.454.675.15 四、水资源供需平衡预
18、测及水环境容量四、水资源供需平衡预测及水环境容量(一一)、水资源供需平衡与承载力分析、水资源供需平衡与承载力分析 基于预测，2010年，2015年和2020年沈阳市将分别缺水1.2亿m3，2.4亿m3和3.5亿m3，水资源是制约发展的主要因素，沈阳已进入严重缺水时期。(二二)、水环境容量核定、水环境容量核定 以沈阳市地表水环境功能区划为基础，将沈阳市主要河流划分为15个控制单元，分别确定水环境功能和水质目标。根据容量核定方法，计算得到沈阳市的：COD理想水环境容量为67214 t、可利用容量为66953 t，最大允许排放量为78737 t；NH3-N理想环境容量为3356 t，可利用容量为33
19、19 t，最大允许排放量为3901 t。五、水资源保护及开发利用方案五、水资源保护及开发利用方案 主要从节水节水、治污治污和开源开源三个方面入手。(一一)、节水措施、节水措施1、农业节水工程：调整农作物种植结构，推广耕作保墒技术等；2、服务业及城镇生活节水工程：加大节水宣传，提高节水意识，节约生活用水。3、工业生产节水工程：提高工业用水重复利用率，调整产业结构、发展低耗水型工业。(二二)、区域调水工程、区域调水工程“北水南调北水南调”工程工程(三三)、中水回用工程、中水回用工程积极推广中水回用作为电厂冷却用水、冲厕、灌溉、积极推广中水回用作为电厂冷却用水、冲厕、灌溉、景观用水等用途。景观用水等
20、用途。(四四)、雨水综合利用工程、雨水综合利用工程 采取相应的工程措施，将雨水转化为可利用水源；采取相应的工程措施，将雨水转化为可利用水源；下渗工程、贮存工程。下渗工程、贮存工程。(五五)、地表水深度开发工程、地表水深度开发工程 地表水开发利用率较低；地表水开发利用率较低；水体污染严重，难以达到功能区划要求，无法进行开发利用。水体污染严重，难以达到功能区划要求，无法进行开发利用。(六六)、水资源利用管理措施与保障、水资源利用管理措施与保障 加快立法进程；加快立法进程；改变多部门交叉管理的局面，成立统一管理的水务局；改变多部门交叉管理的局面，成立统一管理的水务局；完善取水许可证制度，开展取水计量
21、工作；完善取水许可证制度，开展取水计量工作；重视水资源规划制定和实施。重视水资源规划制定和实施。六、城镇污水处理及资源化规划六、城镇污水处理及资源化规划 规划近期近期建设11座污水处理厂，2010年污水处理能力230.5万t/d，污水处理率处理率90%；2015年处理能力260.5万t/d，污水处理率处理率92.7%。规划远期远期污水排放量为295万t/d，需继续加大污水处理规模。另外另外，逐步实施中水回用、集中供水等节水措施，提高水资源的利用率。七、水环境生态修复与景观规划方案七、水环境生态修复与景观规划方案(一一)浑河生态修复方案浑河生态修复方案1、规划范围、规划范围2、方案设置、方案设置
22、A、上游自然景观区划方案：河道疏浚，河堤修缮。B、中游开发建设区：河岸区保护恢复子区和河床生态建设子区。C、下游生态农业区规划：缓冲带。D、支流河口污染控制区规划方案：入河口人工湿地，水生植被恢复，水生植物资源管理和利用，河道疏浚。(二二)水环境生态景观规划水环境生态景观规划 1、湿地景观规划、湿地景观规划（1）湿地景观的设计内容（2）辉山明渠入浑河河口人工湿地（3）杨官河入浑河河口人工湿地（4）白塔堡河入浑河河口人工湿地1、概况2、景观设计 （整体性设计，植被配置设计，空间布局设计）2、植被恢复堤段的景观设计、植被恢复堤段的景观设计 重点是植被的配置设计；植被配置要体现浑河的绿色廊道景观；配
23、置模式主要体现“乔灌草”的合理搭配，以及“水生植物陆生植物”自然过渡的生态模式；在植物配置中，要注意：避免整齐排列和人工图案；整体中求变化，变化中求统一；浑河两岸植被恢复设计模式要体现廊道性、亲水性。八、水环境监控与管理方案八、水环境监控与管理方案(一一)水环境监控水环境监控 1、建设水环境监测与监控体系、建设水环境监测与监控体系 2、全面扩大水环境质量监测覆盖面、全面扩大水环境质量监测覆盖面 3、积极推动污染源在线监控、积极推动污染源在线监控 4、建立以遥感和地面观测站相结合的多部门信息共享的水、建立以遥感和地面观测站相结合的多部门信息共享的水生生态监测网络系统生生态监测网络系统 5、加强环
24、境科技的支持力度，提高和完善环境监测能力、加强环境科技的支持力度，提高和完善环境监测能力 6、建立健全规划工作进展情况通报、水质信息统一发布和、建立健全规划工作进展情况通报、水质信息统一发布和定期分析制度定期分析制度 八、水环境监控与管理方案八、水环境监控与管理方案(二二)水环境管理水环境管理 A、加强环境保护立法、加强环境保护立法 B、加大环境执法监管力度、加大环境执法监管力度 C、建立健全环境污染报告制度和环境保护社会监、建立健全环境污染报告制度和环境保护社会监督机制督机制 九、规划方案综合评价九、规划方案综合评价(一一)费用分析费用分析 相关建设内容共相关建设内容共5大类大类35项，估算
25、规划第一阶段总投资项，估算规划第一阶段总投资约达约达248047万元。万元。表表5-4 第一阶段规划方案和项目所需投资（万元）第一阶段规划方案和项目所需投资（万元）恢复与建设工程名称恢复与建设工程名称项目数量项目数量投资总额投资总额占总投资比例占总投资比例/%/%污水处理厂建设项目污水处理厂建设项目11128,00051.6河流综合整治和生态修复项目河流综合整治和生态修复项目913,5005.4中水回用及雨水利用项目中水回用及雨水利用项目1185,09734.3工业源污染控制项目工业源污染控制项目214,0005.7水环境监测能力建设项目水环境监测能力建设项目27,4503.0合合 计计248
26、,047100 九、规划方案综合评价九、规划方案综合评价(二二)效益分析效益分析1、经济效益、经济效益以以在没有实施规划情况下在没有实施规划情况下可能造成的经济损失来计算。可能造成的经济损失来计算。水污染造成的损失大体分为水污染造成的损失大体分为4个部分：个部分：A、人体健康损失Lh，运用结合地方流行病学调查。（计算结果约为65.19亿元）MKaPYaSaPLiiiiiiiiih)(313131P人力资本，万元人力资本，万元/(人人.年年)；ai 水污染导致的病症发病率；水污染导致的病症发病率；Si 患者的工作时间损失，年；患者的工作时间损失，年；Yi 患者的平均医疗护理费用，万元患者的平均医
27、疗护理费用，万元/人；人；Ki 患者的人均护理时间，年；患者的人均护理时间，年；M暴露人群数量，万人。暴露人群数量，万人。1、经济效益、经济效益B、资源利用损失Lr，主要指由于水污染使农林牧副渔业产量减少、质量下降导致的经济损失。一般采用。主要考虑对农业造成的影响。SQPSPLr 水污染导致的农业减产系数；水污染导致的农业减产系数；价格降低系数；价格降低系数；S 水污染面积，即超过农田水质标准的污水灌溉面积；水污染面积，即超过农田水质标准的污水灌溉面积；Q污染前农产品正常产量；污染前农产品正常产量；P农产品价格。农产品价格。1、经济效益、经济效益 C、资源价值减少量Lv，水污染导致的资源价值减
28、少量，运用。Vc 清洁水的价值；清洁水的价值；Vp 受污染后水资源的价值。受污染后水资源的价值。D、景观生态美学损失Ls，运用假设确定。假定此损失占沈阳市国民生产总值的假定此损失占沈阳市国民生产总值的0.008%。沈阳市沈阳市2010年景观生态美学损失约为年景观生态美学损失约为1700万元。万元。pcvVVL 九、规划方案综合评价九、规划方案综合评价(二二)效益分析效益分析1、经济效益、经济效益 估算值约为69.98亿元。2、环境效益、环境效益 改善城市景观环境；促进大气环境质量改善；涵养水改善城市景观环境；促进大气环境质量改善；涵养水源，促进水生态系统的良性循环；降低热岛效应，改源，促进水生
29、态系统的良性循环；降低热岛效应，改善局部小气候；恢复生物物种，促进生物多样性；防善局部小气候；恢复生物物种，促进生物多样性；防洪泄洪，提高城市抵抗自然灾害能力；提升环境价值，洪泄洪，提高城市抵抗自然灾害能力；提升环境价值，整体提高城市生态环境质量。整体提高城市生态环境质量。3、社会效益、社会效益 为公众提供良好的生活环境和娱乐休闲场所。为公众提供良好的生活环境和娱乐休闲场所。九、规划方案综合评价九、规划方案综合评价(三三)目标可达性分析目标可达性分析最后对规划的可行性进行分析，确定规划目标的可最后对规划的可行性进行分析，确定规划目标的可达性。达性。本规划可以达到水生态环境保护目标，符合生态环本
30、规划可以达到水生态环境保护目标，符合生态环境建设的要求。境建设的要求。要求规划具有可操作性，可持续性、可控性与可达要求规划具有可操作性，可持续性、可控性与可达标性标性。复习思考题1、水环境规划可分为哪几种类型？2、何谓水污染控制系统？3、简述水污染控制系统规划的内容和特点。4、城市水污染控制规划主要包含哪些内容？5、简述水资源系统规划的目的、任务和规划层次。6、简述水环境容量的类型。7、水环境功能区如何划分？如何确定水污染控制单元？8、试述水环境规划方案中可以考虑采取的技术措施。9、查阅文献，简述生态修复的概念以及内容。10、污水处理厂的费用函数如何表达？11、如何评估水环境规划方案的可行性？12、概括说明水环境承载力及其表述方法。13、查阅文献，简要阐述TMDL 的计算方法，分析在我国实施TMDL 计划可能面临的问题。14、试评论我国的水环境规划过去、现状与展望，存在的问题与建议。
