渤海主要污染物環(huán)境容量及陸源排污管理區(qū)分配容量計(jì)算.pdf

1、陸源污染物排放總量控制是實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展方式的基礎(chǔ)內(nèi)容,也是綜合解決當(dāng)前大氣、地表水、土壤、海洋污染問題的有效手段。自我國1980's中期開始陸源污染物排放總量控制研究,特別是2006年開始實(shí)施以COD減排為約束性指標(biāo)的“目標(biāo)總量控制管理”計(jì)劃以來,由于“目標(biāo)總量控制管理”方式自身固有的缺陷,即使自1990's后期先后實(shí)施了“渤海綜合整治規(guī)劃”、“碧海行動(dòng)計(jì)劃”等國家級(jí)污染防治工程,渤海水質(zhì)改善實(shí)際效果仍然不

2、甚理想。具體表現(xiàn)在2010年渤海超標(biāo)面積比2005年增加約50％。這樣,根據(jù)美國、歐盟、日本等有益經(jīng)驗(yàn)分析,我國陸源污染物排放總量控制迫切需要由現(xiàn)行的“目標(biāo)總量控制”向“容量總量控制”的轉(zhuǎn)變。然而,由于針對(duì)海洋三維空間數(shù)值模型的海洋環(huán)境容量計(jì)算方法發(fā)展滯后等原因,不僅關(guān)于渤海的報(bào)道多數(shù)將環(huán)境容量與分配容量混淆,而且計(jì)算結(jié)果也常常局限于部分海域或部分陸域,特別是至今尚沒有在整體上實(shí)現(xiàn)科學(xué)精細(xì)地劃分環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈排污管理區(qū)。因此,本論文研究目

3、的主要是得到以更加精準(zhǔn)的環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果為基礎(chǔ)的環(huán)渤海區(qū)域排污管理區(qū)分配容量,為實(shí)現(xiàn)“容量總量控制管理”所必需的科學(xué)精準(zhǔn)、細(xì)化具體的率定量化管理指標(biāo)體系提供科學(xué)理論基礎(chǔ)。
　　對(duì)此,本論文研究內(nèi)容主要有5個(gè)方面:(1)根據(jù)海洋環(huán)境容量的一般計(jì)算方法原理,建立適應(yīng)海洋三維空間數(shù)值模型的海洋環(huán)境容量計(jì)算方法。(2)應(yīng)用(1)建立的計(jì)算方法,計(jì)算渤海海域COD、氮和磷環(huán)境容量。(3)根據(jù)匯水區(qū)、集污區(qū)等一般準(zhǔn)則,針對(duì)渤海實(shí)際納污陸域范圍

4、,在科學(xué)確定環(huán)渤海排污管理帶范圍基礎(chǔ)上,合理劃分環(huán)渤海排污管理區(qū)。(4)在(2)基礎(chǔ)上,應(yīng)用多目標(biāo)(非)線性規(guī)劃方法,計(jì)算環(huán)渤海排污管理區(qū)COD、氮和磷分配容量。(5)根據(jù)COD、氮和磷陸源污染物超排率估算結(jié)果,初步探討環(huán)渤海排污管理帶陸源污染物排放總量控制率定量化分級(jí)管理模式。
　　本論文主要研究結(jié)果是:
　　1.渤海海域COD、氮和磷污染物環(huán)境容量計(jì)算。目前,根據(jù)污染物自凈過程建立的海洋環(huán)境容量計(jì)算的一般方法原理只能適應(yīng)

5、箱式數(shù)值模型,而不能適應(yīng)三維空間數(shù)值模型。這樣,綜合考慮水動(dòng)力空間和生物地球化學(xué)時(shí)間變化特征,可以建立適應(yīng)三維空間數(shù)值模型的污染物環(huán)境容量(EC)計(jì)算方法,可以稱作“濃度梯度積分法”。根據(jù)數(shù)值模型在時(shí)間、空間、指標(biāo)、標(biāo)準(zhǔn)等方面的特征,環(huán)境容量計(jì)算流程主要包括從納污海域識(shí)別到環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果評(píng)價(jià)8個(gè)環(huán)節(jié)。這里,采取渤海三維水動(dòng)力(HAMSOM)-生物地球化學(xué)耦合模型進(jìn)行COD、氮和磷污染物狀態(tài)變量數(shù)值模擬運(yùn)算。結(jié)果表明,模擬結(jié)果與監(jiān)測結(jié)果

6、基本吻合(第3章圖3-5),其中氮相對(duì)偏差％(RSD)和相似性指數(shù)(SI)平均分別是51％和0.41,說明基本可以應(yīng)用該模型計(jì)算渤海污染物環(huán)境容量。計(jì)算結(jié)果表明,在國家功能區(qū)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)條件下,渤海COD、氮(氨氮)和磷的環(huán)境容量分別約為980、93和13萬噸/年,氮、磷環(huán)境容量密度(t/a/km2)約為黃海膠州灣和東海羅源灣的1/3。
　　2.環(huán)渤海排污管理帶陸源COD、氮和磷污染物分配容量計(jì)算。
　　排污管理區(qū)陸源污染物分配

7、容量計(jì)算主要包括三個(gè)環(huán)節(jié):首先,綜合考慮環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈三省兩市區(qū)域中污染物排入渤海的115個(gè)匯水區(qū)、13個(gè)集污區(qū)和17個(gè)直排海企業(yè)相應(yīng)共計(jì)145個(gè)入海點(diǎn),確定環(huán)渤海排污管理帶范圍涵蓋37個(gè)地級(jí)市的343個(gè)縣級(jí)行政區(qū),19個(gè)地級(jí)市的105個(gè)縣級(jí)行政區(qū)不在此范圍內(nèi)。在此基礎(chǔ)上,將縣級(jí)行政區(qū)作為環(huán)渤海排污管理帶的最小行政區(qū),并根據(jù)污染物主要入海途徑將同一行政區(qū)內(nèi)的多個(gè)匯水區(qū)和集污區(qū)予以歸并,在環(huán)渤海排污管理帶范圍內(nèi)可以劃分為42個(gè)排污管理區(qū),以

8、及黃河中上游、海河上游和遼河上游3個(gè)密切關(guān)聯(lián)的帶外排污管理區(qū),前者可分為黃河、海河和遼河排污管理區(qū)系。其次,應(yīng)用多目標(biāo)(非)線性規(guī)劃方法,可以計(jì)算42個(gè)排污管理區(qū)COD、氮和磷污染物分配容量(AC):以各排污管理區(qū)分配容量之和最大為目標(biāo)函數(shù),相應(yīng)約束條件主要有總量約束、水質(zhì)控制點(diǎn)約束和非負(fù)約束條件,其中前者以海洋環(huán)境容量作為陸域分配容量閾值。最后,采用單純形法可以計(jì)算排污管理區(qū)污染物分配容量。計(jì)算結(jié)果表明,對(duì)于COD、氮和磷污染物,環(huán)渤

9、海排污管理“帶內(nèi)”分配容量平均占95％左右,而“帶外”僅占5％左右。其中,黃河、海河和遼河排污管理區(qū)系分別平均占27％、30％和43％左右。分析表明,COD分配容量密度(DA)平均是3.9,其中面積占環(huán)渤海排污管理帶總面積16％的區(qū)域高于均值,主要分布在北戴河區(qū)等32個(gè)排污管理區(qū)。
　　3.環(huán)渤海排污管理帶陸源污染物排放總量控制率定量化分級(jí)管理初探。
　　根據(jù)陸源污染物排放總量控制五級(jí)量化管理模式,可以采用COD、氮和磷污染

10、物超排率％對(duì)環(huán)渤海排污管理帶實(shí)行分級(jí)量化管理,其中:超排率％:(污染物排放數(shù)量密度.行政區(qū)分配容量密度)/行政區(qū)分配容量密度。然而,在同樣應(yīng)用多目標(biāo)(非)線性規(guī)劃方法計(jì)算行政區(qū)分配容量中,目前尚無法具體確定所需要增設(shè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口發(fā)展、污染物排放強(qiáng)度、工程減排等約束條件的函數(shù)化或參數(shù)化形式。在這種情況下,如果假設(shè)環(huán)渤海排污管理帶行政區(qū)分配容量密度/排污管理區(qū)分配容量密度比值與青島市結(jié)果基本相同,大約0.3,可以根據(jù)環(huán)渤海排污管理區(qū)分配

11、容量密度粗略估算污染物超排率％。結(jié)果表明,根據(jù)COD超排率％,環(huán)渤海排污管理帶范圍內(nèi),需要實(shí)行紅色和橙色管理的區(qū)域合計(jì)約53％,而綠色和藍(lán)色合計(jì)約46％。
　　總之,本論文主要工作是按照“目標(biāo)總量控制”向“容量總量控制”轉(zhuǎn)變關(guān)于率定量化指標(biāo)要求,建立了針對(duì)海洋三維空間數(shù)值模型的污染物環(huán)境容量計(jì)算方法,濃度梯度積分法,并應(yīng)用該方法計(jì)算了渤海COD、氮和磷污染物環(huán)境容量。同時(shí),綜合考慮匯水區(qū)、集污區(qū)、入海點(diǎn)等實(shí)際情況,科學(xué)確定了環(huán)渤海

12、排污管理帶范圍,并合理劃分了42個(gè)環(huán)渤海排污管理區(qū)。以上述兩項(xiàng)結(jié)果為基礎(chǔ),應(yīng)用多目標(biāo)(非)線性規(guī)劃方法計(jì)算得到了更加細(xì)化具體的42個(gè)環(huán)渤海排污管理區(qū)COD、氮和磷污染物分配容量,為建立以行政區(qū)為責(zé)任主體的環(huán)渤海排污管理帶量化管理指標(biāo)體系提供了量化理論基礎(chǔ)。
　　論文創(chuàng)新點(diǎn)主要是針對(duì)更加準(zhǔn)確的環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果的要求,建立了適應(yīng)海洋三維空間數(shù)值模型的濃度梯度積分法。在此基礎(chǔ)上,論文特色主要是得到了更加細(xì)化具體的42個(gè)環(huán)渤海排污管理區(qū)C