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水是人类赖以生存的重要资源！水是人类赖以生存的重要资源！水环境规划是协调人类社会经济发展与水环境保护之水环境规划是协调人类社会经济发展与水环境保护之间关系的重要途径和手段。间关系的重要途径和手段。它是在水资源危机纷呈的背景下产生和发展起来的，它是在水资源危机纷呈的背景下产生和发展起来的，特别是近特别是近30年来
2、的社会经济高速发展，一方面加重了年来的社会经济高速发展，一方面加重了水资源枯竭、水环境污染以及水生态退化水资源枯竭、水环境污染以及水生态退化的趋势；与的趋势；与此同时，人类发展对此同时，人类发展对水量、水质和水生态服务功能水量、水质和水生态服务功能的的需求越来越高。需求越来越高。水环境规划，作为解决这一问题的有效手段，受到了水环境规划，作为解决这一问题的有效手段，受到了普遍的重视，在实践中得到了广泛的应用普遍的重视，在实践中得到了广泛的应用。第一节第一节 水环境规划的内容和类型水环境规划的内容和类型 一、水环境规划的内容一、水环境规划的内容 水环境规划是对未来某一时期内的水环境保护目标和措施水
3、环境规划是对未来某一时期内的水环境保护目标和措施所作出的统筹安排和设计所作出的统筹安排和设计。其目的其目的是在发展经济的同时加强对水环境和水生态的保护，是在发展经济的同时加强对水环境和水生态的保护，合理地开发和利用水资源，充分发挥水体的多功能用途，合理地开发和利用水资源，充分发挥水体的多功能用途，在达到水环境目标的基础上，寻求最小（或较小）的经济在达到水环境目标的基础上，寻求最小（或较小）的经济代价或最大（或较大）的经济和环境效益。代价或最大（或较大）的经济和环境效益。水环境规划是水环境规划是区域规划区域规划（或流域规划、城市规划）的重要（或流域规划、城市规划）的重要组成部分，因此，在规划中必
4、须遵循组成部分，因此，在规划中必须遵循可持续发展和科学发可持续发展和科学发展观展观的总原则。的总原则。二二、水环境规划的类型及尺度、水环境规划的类型及尺度 根据水环境规划研究的对象，可将其分为两大类型：根据水环境规划研究的对象，可将其分为两大类型：水污染控制系统规划水污染控制系统规划（或称水质控制规划）（或称水质控制规划）水资源系统规划水资源系统规划（或称水资源利用规划）（或称水资源利用规划）前者前者以实现水体功能要求为目标，是水环境规划的基础；以实现水体功能要求为目标，是水环境规划的基础；后者后者强调水资源的合理开发利用和水环境保护，它以满强调水资源的合理开发利用和水环境保护，它以满足国民经
5、济和社会发展的需要为宗旨，是水环境规划的足国民经济和社会发展的需要为宗旨，是水环境规划的落脚点。落脚点。依据研究尺度的不同，可将水环境规划分为：依据研究尺度的不同，可将水环境规划分为：区域、区域、流域以及城市等层次流域以及城市等层次。区域水环境规划区域水环境规划 强调区域的综合协调和整治。如强调区域的综合协调和整治。如珠江三角洲水污染防治规划珠江三角洲水污染防治规划。流域环境规划流域环境规划 以水环境子系统为核心，将与其密切以水环境子系统为核心，将与其密切相关的其他子系统纳入规划的范畴，以保障水质达相关的其他子系统纳入规划的范畴，以保障水质达标和水生态系统健康，以及流域社会经济的可持续标和水生
6、态系统健康，以及流域社会经济的可持续发展。发展。城市水环境规划城市水环境规划 以城市水环境改善和水资源优化配以城市水环境改善和水资源优化配置为目标，以水质改善、水生态修复、水生态及生置为目标，以水质改善、水生态修复、水生态及生态景观建设以及水资源开发利用为核心。态景观建设以及水资源开发利用为核心。（一）水污染控制系统规划（一）水污染控制系统规划 水污染控制系统是由污染物的产生、处理、传输以及在水污染控制系统是由污染物的产生、处理、传输以及在水体中迁移转化等各种过程和影响因素所组成的系统。水体中迁移转化等各种过程和影响因素所组成的系统。依据水污染控制系统的特点，一般将其分为三个层次：依据水污染控
7、制系统的特点，一般将其分为三个层次：1、流域系统、流域系统（流域水污染控制规划）（流域水污染控制规划）2、城市（区域）系统、城市（区域）系统（城市水污染控制规划）（城市水污染控制规划）3、单个企业系统、单个企业系统（水污染控制设施规划）（水污染控制设施规划）1、流域水污染控制规划流域水污染控制规划 a、基础资料收集、基础资料收集 b、基本内容、基本内容地图地图水文水质水文水质污染源清单污染源清单相关规划资料相关规划资料环境效益的资料环境效益的资料规划年限规划年限用途目标和水质指标用途目标和水质指标超标河段，确定主要污染物超标河段，确定主要污染物确定污染物的环境容量确定污染物的环境容量分配环境容
8、量（排放口设置分布）分配环境容量（排放口设置分布）估计治理措施的总费用估计治理措施的总费用2、城市水污染控制规划城市水污染控制规划 对某个城市地区内的污染源提出控制措施，以保证区域对某个城市地区内的污染源提出控制措施，以保证区域内水污染物总量控制目标的实现。内水污染物总量控制目标的实现。主要内容：主要内容：1、确定与水污染相关的项目设施清单；、确定与水污染相关的项目设施清单；2、确定相关非点源污染源，提出控制措施；、确定相关非点源污染源，提出控制措施；3、提出处理后的废水、污泥的处置途径和方法；、提出处理后的废水、污泥的处置途径和方法；4、估算费用和实施规划的进度表；、估算费用和实施规划的进度
9、表；5、建立执行控制规划的管理和评估系统。、建立执行控制规划的管理和评估系统。3、水污染控制设施规划水污染控制设施规划水污染控制设施规划是对某个具体的水污染物控制系水污染控制设施规划是对某个具体的水污染物控制系统作出的相关建设规划。统作出的相关建设规划。主要内容：主要内容：1、拟建项目可行性报告、拟建项目可行性报告；2、拟建设施与其他设施的关系，现有设施情况、拟建设施与其他设施的关系，现有设施情况；3、工程初步设计、费用估计和执行进度表、工程初步设计、费用估计和执行进度表；4、进行费用效益分析、进行费用效益分析；5、对方案进行环境影响评价、对方案进行环境影响评价；6、进行公众参与及项目审批、进
10、行公众参与及项目审批。（二）水资源系统规划（二）水资源系统规划 水资源系统是以水为主体构成的一种特定的系统，水资源系统是以水为主体构成的一种特定的系统，是一个由相互联系、相互制约及相互作用的若干是一个由相互联系、相互制约及相互作用的若干水资源工程单元和管理技术单元所组成的有机体。水资源工程单元和管理技术单元所组成的有机体。依据水资源系统规划的不同范围，分为：依据水资源系统规划的不同范围，分为：1、流域水资源规划、流域水资源规划2、地区水资源规划、地区水资源规划3、专业水资源规划、专业水资源规划第二节第二节 水环境规划的基本步骤水环境规划的基本步骤 一、水环境规划的内容一、水环境规划的内容在水环
11、境规划时，在水环境规划时，首先首先应对水环境系统进行综合分析，应对水环境系统进行综合分析，摸清水量水质的供需情况，合理确定水体功能和水质目摸清水量水质的供需情况，合理确定水体功能和水质目标，标，进而进而对水的对水的开采、供给、使用、处理和排放开采、供给、使用、处理和排放等各个等各个环节作出统筹的安排和决策。环节作出统筹的安排和决策。图图5-1 水环境规划过程简图水环境规划过程简图基础信息收集与问题诊断确定规划目标选定规划方法拟订规划措施规划方案优选规划实施与评估反馈与适应性管理水环境规划的内容水环境规划的内容：（1）基础信息收集与问题诊断）基础信息收集与问题诊断（2）确定规划目标）确定规划目标
12、（3）选定规划方法）选定规划方法（4）拟定规划措施）拟定规划措施（5）规划方案优选）规划方案优选（6）规划实施与评估）规划实施与评估水环境规划时应特别注意以下几个问题：水环境规划时应特别注意以下几个问题：1、根据目前和将来水体的用途，严格划分保护区，首先要保证饮用水源的水量和水质。2、要充分注意流域的用地情况和人口的增长对水量、水质、水生态的改变以及对水环境污染的影响。3、应把流域及其水环境作为一个完整的复合生态系统考虑。4、要特别注意减免洪水灾害的问题。5、在治理上不能采取污染转移的做法，要妥善处理干支流、上下游、左右岸及各种水环境的相互关系。6、应明确水环境保护的方针和政策。总而言之，水环
13、境规划是一个总而言之，水环境规划是一个反复协调反复协调决策决策的过程，以寻求一个的过程，以寻求一个最佳的统筹兼最佳的统筹兼顾方案顾方案。因此，在规划中，要特别处理好因此，在规划中，要特别处理好近期与近期与远期、需要与可能、经济与环境远期、需要与可能、经济与环境等的相等的相互关系，以确保规划方案的可操作性。互关系，以确保规划方案的可操作性。第三节第三节 水环境规划基础水环境规划基础 在进行水环境规划时，往往会涉及一些与此规划在进行水环境规划时，往往会涉及一些与此规划紧密相关的问题，如：水环境容量的确定，水环紧密相关的问题，如：水环境容量的确定，水环境功能区和水污染控制单元的划分，以及水环境境功能
14、区和水污染控制单元的划分，以及水环境规划模型的选择等问题。规划模型的选择等问题。在一些水环境规划中，这些问题对于确保规划目在一些水环境规划中，这些问题对于确保规划目标的实现以及规划方案的有效实施，将起到极为标的实现以及规划方案的有效实施，将起到极为重要的作用。重要的作用。一、水环境功能区划一、水环境功能区划 是水环境保护的基础性工作，是实施水环境分级管理以是水环境保护的基础性工作，是实施水环境分级管理以及环境管理目标责任制的基础，是确定和实施水污染物及环境管理目标责任制的基础，是确定和实施水污染物排放总量控制的基本单元及水质评价的基础。排放总量控制的基本单元及水质评价的基础。依据依据地表水环境
15、质量标准地表水环境质量标准(GB3838-2002)，水环境功，水环境功能区划分为：能区划分为：1、国家层次国家层次（包括全国水功能区划、省市规划等）（包括全国水功能区划、省市规划等）2、重点城市重点城市（113个重点城市城区水环境功能区划）个重点城市城区水环境功能区划）上上海海市市水水环环境境功功能能区区划划图图(2011版版)（一）水环境功能区划原则水环境功能区划原则可归纳为8点：1、集中式饮用水源地优先保护。2、不得降低现状使用功能，兼顾规划功能。3、统筹考虑专业用水标准要求。4、上下游、区域间互相兼顾，适当考虑潜在功能要求。水环境功能区划原则：5、合理利用水体自净能力和环境容量。6、与
16、陆上工业合理布局相结合。7、对地下饮用水源地污染的影响。8、实用可行，便于管理。（二）水环境功能区划的方法与步骤 1、系统分析水环境功能区划的目的提出明确的水质保护目标并最终加以实现。确定水质目标的过程是一个系统分析过程。图图5-2 确定环境保护目标的系统分析过程图确定环境保护目标的系统分析过程图功能区划功能区划提出保护提出保护目标目标选择相应的环选择相应的环境质量标准境质量标准现状功能可达性分现状功能可达性分析确定主要人为污析确定主要人为污染源染源建立排污量与环境质量标建立排污量与环境质量标准间的定量关系，污染源准间的定量关系，污染源影响评价影响评价负责分配，工程规划，确定技术、负责分配，工
17、程规划，确定技术、经济综合优化方案经济综合优化方案政策协调政策协调行政决策行政决策分析实现目标可供选择的分析实现目标可供选择的方法，规划不同的总量控方法，规划不同的总量控制途径，进行指定功能可制途径，进行指定功能可达性分析达性分析IIIIIIIVVVIIVI系统分析过程由7个步骤组成：A、系统分析的开始与终结；B、将环境目标具体化为环境质量标准中的数值；C、对功能可达性进行分析，确定主要人为污染源；D、建立污染源与水质目标之间的定量关系及影响评价；E、分析实现环境目标的各种可能的途径和措施，为方案做准备；F、通过多个可行方案的优化决策，确定最优化方案；G、为政策协调和管理决策，确定环境保护目标
18、和方案。（二）水环境功能区划的方法与步骤 1、系统分析2、区划步骤区划步骤 A、技术准备阶段 B、定性判断阶段 C、定量计算阶段 D、综合决策阶段1、分析使用功能及其影响因素；、分析使用功能及其影响因素；2、提出功能区域的初选供选方案。、提出功能区域的初选供选方案。1、收集和汇总现有的基础资料和数据；、收集和汇总现有的基础资料和数据；2、确定工作方案。、确定工作方案。1、确定设计条件；、确定设计条件；2、选择水质模型及计、选择水质模型及计算；算；3、计算混合区范围；、计算混合区范围；4、优化模拟。、优化模拟。1、通过综合评价，确定切实可行方案；、通过综合评价，确定切实可行方案；2、拟定分期实施
19、方案。、拟定分期实施方案。二、水污染控制单元二、水污染控制单元 在水环境规划中，水污染控制单元是由源源和水域水域两部分组成的可操作实体。水域水域是根据水体不同的使用功能并结合行政区划而定；源源则是排入相应受纳水域的所有污染源的集合。水污染控制单元作为可操作实体水污染控制单元作为可操作实体，既可体现输入响应关系，时间、空间与污染物类型的基本特征；又可以在单元内与单元间建立量化的输入响应模型，反映出源与目标间、区域与区域间的相互作用。优化决策方案可以在控制单元内得以实施；复杂的系统问题可以分解为单元问题来处理，以使整个系统的问题得到最终解决整个系统的问题得到最终解决。根据对水环境污染的分析，并考虑
20、行政区划、水域特征、污染源分布等特点，将源所在区域与受纳水区域划分为若干个不同的水污染控制单元。1、对于每一个控制单元，可单独进行环境评价，实施不同的控制路线；2、对于不同的控制目的，可以用不同的控制单元与之相对应；3、在每个控制单元内，污染物排放清单齐全，水域控制断面应有常规监测数据；4、各控制单元之间应利用水量和水质平衡关系，通过污染物的输入和输出来建立定量表达。1 1、水污染控制单元划分水污染控制单元划分；2 2、对各控制单元的主要功能进行分析说明对各控制单元的主要功能进行分析说明；3 3、水质现状及控制断面水质现状及控制断面；4 4、排放情况和主要污染源排放情况和主要污染源；5 5、排
21、污量与水质污染源排污量与水质污染源；6 6、主要水环境问题诊断主要水环境问题诊断；7 7、控制路线的制定控制路线的制定；8 8、容许排放量的确定容许排放量的确定。三三、水环境容量、水环境容量 （一）水环境容量的定义（一）水环境容量的定义 水环境容量指某水体在特定的环境目标下所能容纳污染物的量。其大小与水体特征水体特征、水质目标水质目标和污染物特性污染物特性有关。（1）水体特征水体特征（2）水质目标水质目标水体的功能和用途要求不同，其容纳污染物的量也不同，我国将地表水分为5类类，具体名称和要求也不同。（3）污染物特征污染物特征),(tqqdSfEVEVPc（一）水环境容量的定义（一）水环境容量的
22、定义 根据 GB3838-2002标准规定，地表水环境保护功能区如下：1、自然保护区及源头水；2、生活饮用水区；3、渔业水域；4、风景游览区；5、工农业用水区及一般景观用水区。（二）水环境容量分类（二）水环境容量分类 水环境容量可根据应用机制的不同进行分类。自然水环境容量按水环境目标分类耗氧有机物水环境容量稀释容量自净容量可更新容量不可更新容量按污染物性质分类按降解机理分类按可再生性分类按可分配性分类管理水环境容量有毒有机物水环境容量重金属水环境容量可分配容量不可分配容量（二）水环境容量分类（二）水环境容量分类 1、按水环境目标分类按水环境目标分类（1）自然水环境容量自然水环境容量：以污染物在
23、水体中的基准值基准值为水质目标，水体的允许纳污量称为自然环境容量。（2）管理环境容量管理环境容量：以污染物在水体中的标准值标准值为水质目标，则水体的允许纳污量称为管理环境容量。当以水污染损害费用与治理费用之和最小为约束条件所规划的允许向水体中的排污量，称为规划环境容量规划环境容量。dVKEV）（基自dVKKdVKEVV）（）（基标自标自 2、按污染物性质分类按污染物性质分类（1）耗氧有机物的水环境容量耗氧有机物的水环境容量：该容量通常就是通常说的水环境容量。耗氧有机物具有较大的环境容量。（2）有毒有机物的水环境容量有毒有机物的水环境容量：以有毒有机物考虑。同化容量极小，一般只考虑水体的稀释作用
24、。有毒有机物主要应消除在污染源，而不易（不宜）开发利用水体的环境容量。（3）重金属的水环境容量重金属的水环境容量：重金属没有同化容量，需要严格控制重金属的污染源。（三）水环境容量的设计条件（三）水环境容量的设计条件q水环境容量的设计条件是根据已出现过的各种环境条水环境容量的设计条件是根据已出现过的各种环境条件和污染条件，如件和污染条件，如水文、水温、流速、流量、水质、水文、水温、流速、流量、水质、排污浓度和排污量排污浓度和排污量等，考虑各种可预测到的未来变化等，考虑各种可预测到的未来变化范围，寻求范围，寻求最不利于控制污染的自然条件最不利于控制污染的自然条件，并提出这，并提出这种自然条件下的种
25、自然条件下的环境目标条件环境目标条件及及其他约束条件其他约束条件。1、设计条件的类型和内容设计条件的类型和内容q平均化过程是设计条件的主要过程，即在稳态条件下平均化，或在概率分布条件下平均化。由此构成了两类设计条件：随机（或概率分布）设计条件和稳态（或定常）设计条件。设计条件的具体内容：设计条件的具体内容：设计条件包括两类：随机设计条件随机设计条件和稳态设计条件稳态设计条件。主要设计内容：qA、设计自然条件；qB、设计排污条件；qC、设计目标条件；qD、设计约束条件。2、随机设计条件随机设计条件污染物的排放量和水质问题的发生都是随机性随机性的和不不确定性确定性的。这类设计主要是针对：河流流量河
26、流流量、河水浓度河水浓度、污水排污水排放量放量和污水浓度污水浓度4个变量。随机设计条件包括随机设计条件包括：河流流量、水质、污水量、浓度、水质变动系统等等。3、稳态设计条件、稳态设计条件稳态设计条件忽略各变量的波动过程，取各设计变量的平均值表示。稳态设计条件主要包括：k1、设计保证率：通常选90%；k2、设计流量：可以选择7天、15天和30天三种；k3、设计流速：一般是公式计算加实测；k4、设计排污条件：调查后综合分析，确定代表性时段和代表性生产过程的排放条件；k5、设计水温：依据流量和排污条件确定。（四）最大日负荷总量（四）最大日负荷总量（TMDL，total maximum daily l
27、oad）TMDL是指在满足水质标准的条件下，水体能够接受的某种污染物的最大日负荷总量，用来加强我国的水质管理。TMDL源于美国，是一种比较科学的方法，考虑污染源的季节考虑污染源的季节变化，以保障水质达标变化，以保障水质达标。TMDL由4部分组成：1、点源污染负荷；2、非点源污染负荷；3、水体本底负荷；4、边际安全值。四、水环境污染控制规划模型四、水环境污染控制规划模型 在水污染控制系统规划中，规划方法规划方法的选择是决定规划成败的关键关键，也是规划的核心内容规划的核心内容。根据解决水污染问题的途径，可将水污染控制系统规划分为两大类：系统的最优化问题最优化问题 规划方案的模拟选优问题模拟选优问题
28、（一）（一）最优化问题最优化问题 水污染控制系统的最优化问题，就是利用数学规划方法，科学地组织污染物的排放或协调各个治理环节，以便用最小的费用达到所规定的水质目标。对于这类问题可分为三种：1、排污口最优化处理排污口最优化处理2、最优化均匀处理最优化均匀处理3、区域最优化处理区域最优化处理 1、排污口最优化处理排污口最优化处理 以各小区的污水处理厂为基础，在水质条件以各小区的污水处理厂为基础，在水质条件的约束下，寻求的约束下，寻求满足水体水质要求的各污水满足水体水质要求的各污水处理厂最佳处理效率的组合处理厂最佳处理效率的组合。对排污口最优化处理问题研究得最早，当时对排污口最优化处理问题研究得最早
29、，当时称之为称之为水质规划问题水质规划问题。2、最优化均匀处理、最优化均匀处理 在污水处理效率固定的条件下，区域的污在污水处理效率固定的条件下，区域的污水处理和管道输水的总费用最低时，寻求水处理和管道输水的总费用最低时，寻求污水处理厂的最佳位置和容量的组合污水处理厂的最佳位置和容量的组合。该问题被称为该问题被称为厂群规划问题厂群规划问题。在有些发达国家中，法律规定要求所有排在有些发达国家中，法律规定要求所有排入水体的污水都要经过二级处理，此即属入水体的污水都要经过二级处理，此即属于最优化均匀处理。于最优化均匀处理。3 3、区域最优化处理、区域最优化处理 要求综合考虑水体自净、污水处理和管道输水
30、要求综合考虑水体自净、污水处理和管道输水3 3种因素。种因素。为了使系统的总费用最低，为了使系统的总费用最低，既要考虑污水处理既要考虑污水处理厂的最佳位置和容量，又要考虑每座污水处理厂的最佳位置和容量，又要考虑每座污水处理厂的最佳处理效率厂的最佳处理效率。既要充分发挥污水处理系统的经济效能，又要既要充分发挥污水处理系统的经济效能，又要合理利用水体的自净能力。合理利用水体的自净能力。该问题比以上两种更复杂，目前尚未有成熟的该问题比以上两种更复杂，目前尚未有成熟的求解方法。求解方法。（二）模拟选优问题 规划方案的模拟选优与最优规划方法不同。首先首先，进行污水输送与处理设施规划研究，提出各种可供选择比较的规划方案。这时，可先不考虑污水输送和处理系统与水体之间的关系。然后然后，对各种方案中的污水排放与水体之间的关系进行水质模拟计算，检验规划方案的可行性。最后最后，从可行方案中找出比较好的方案。该方法将定性分析与定量计算结合在一起，先定性确定模拟的范围再进行定量的模拟计算。最终最终，选优确定最佳实用方案。
