长江下游环境水力学特征与排污总量控制
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摘要：本文以最能代表长江下游水流特征的镇江市区段为例，从环境水力学角度分析不同江段的水质污染，以及如何根据水流条件进行区域水污染物排放总量控制，在促进沿江经济发展的同时，改善区域水体污染，保护长江的水资源.
关键词：环境水力学 水污染 总量控制 环境效益
1 水流与环境水力学特征分析
1.1 基本情况 我国经济的发展与水资源匮乏的矛盾日趋突出.近年来黄河下游枯季断流的事实，淮河污染事故频发的教训，使人们越来越清楚地认识到实施可持续发展战略，合理开发、利用、保护长江水资源的重要性. 镇江市区段是长江下游最具代表性的江段，在约30km的范围内有洲滩、边滩、弯道、汉道和单一河道的多种河势形态.因此，不同江段的环境水力学条件相差甚远.
镇江市区位于征润洲南岸.长期的淤积作用使征润洲面积已达36km2，洲尾向下游延伸至和畅洲南汊进口，目前镇江港只能通过上游的引河及下游的焦南航道与长江主流相通.焦南航道的零米线(黄海基面，下同)以下宽度为200—300m，港池的最宽处仅600m左右，河床高程为-2～-4m.焦南大坝的泄水闸设计流量为27.7m/s.上游的引河与焦南航道统称为内江，与长江主流相比，内江流量甚小.
市区大量的工业和生活废污水排入内江，水体污染严重.虽然市区位于长江边，但水环境质量较差，经济发展受制约.内江的水质污染是镇江市的最大环境问题.
自市区起至下游约10km处，长江被和畅洲分为南北两汊.谏壁工业区位于南汊南岸，大量的工业废水排入南汊.
南汊从进口段起，岸线较顺直，-10m线距南岸较近，零米线与-10m线间距离仅200m左右.因此近岸带水深流急，十分有利于污染物质的稀释扩散.然而也存在以下水环境问题：
(1)上游征润洲尾已伸入南汊进口，洪水时滩地淹没，水深较浅，水流滞缓.涨潮期间，金河纸业公司造纸废水上溯，一眼望去，半江污水；枯水季节，受出露滩地的分割，水流散乱，污水横流.征润洲生态环境受到严重影响.
(2)南汊分流比有逐年减少的趋势，因此环境容量也在减少［1］.
(3)南汊进口以下约3km为京杭运河苏南段的进口，南汊的水质污染直接影响苏南运河的水质状况.
和畅洲分流点以下至五峰山为大港江段，长约8km.该江段单一顺直，长期以来河道稳定，深泓靠近南岸，江面宽仅1500m左右.从环境水力学角度分析，该江段有以下优势：
(1)与市区和和畅洲段相比，大港段为单一河道，因此它拥有全江的水环境容量.
(2)中泓靠近南岸，水深流急，十分有利于污染物的稀释扩散.
(3)沿江有五峰山等山体作为屏幛，岸线稳定，冲淤轻微，自岸边向江中约250m处水深可达30～40m，因此便于设置取排水建筑物.
1.2 环境水力学特征及对水体污染的影响 造成水环境污染的根本原因是大量的废污水排放进入水体，同时还与承纳水体的水流条件关系密切.
将上述3个江段的环境水力学特征进行综合对比如表1.
表1 不同江段环境水力学特征 江段 河道及水流特征 流量/m/s 备 注 市区 挖入式港池(内江)，上、下游与长江主流相通，水流不畅 27.7 焦南泄水闸设计流量 和畅洲 分汊江段，南汊顺直，江面狭窄，进口段水流散乱、滞缓 13320 南汊分流比为45% 大港 单一河道，江面狭窄，岸线顺直，水深流急 29600 大通站多年平均流量 根据1994年的统计资料，3个江段的纳污和水质污染基本情况见表2和表3.
表2 不同江段废水和CODcr排放量
江 段 废水排放量/×10t/a CODcr排放量/×10t/a 市区 2562.0 1.5 和畅洲南汊 2676.0 1.6 大港 124.4 0.019
表3 不同江段水质污染状况
江 段 水 情 DO/mg/l CODMn/mg/l BODs/mg/l 市 区 丰水期 2.0—5.0 2.3—4.0 1.1—4.1 平水期 2.1—5.0 2.5—6.8 1.5—4.9 枯水期 1.3—1.9 11.1—12.2 8.7—9.8 和畅洲南汊 丰水期 6.5—7.0 2.3—2.9 0.5—0.6 平水期 7.4—8.4 2.1—2.5 0.7—0.8 枯水期 9.9—10.4 2.7—3.6 3.4—8.0 大 港 丰水期 6.1—7.0 3.2—3.5 1.2—1.5 平水期 7.8—8.8 2.4—2.7 0.4—0.7 枯水期 10.0—10.4 2.5—2.7 1.8—2.0
从环境水力学方面来分析，大港段条件最好，和畅洲次之，市区的内江最差.而污染物排放量市区和和畅洲南汊差不多(需要说明的是市区大量的生活污水未作统计，因此，市区的实际排放量较和畅洲南汊大)，大港段最少.目前环境水力学条件与排放量之间的组合是最差的.从区域来看造成水环境污染加剧，进而制约经济发展的原因之一是没有按不同江段的水流条件来安排污染负荷.因此，在沿江经济发展中，应充分利用长江的环境水力学条件制定区域排污控制规划，以最小的经济投入和环境损失，产生最大的经济效益.
2 根据环境水力学特征进行排污总量控制
2.1 排污总量控制原则 1995年以前我国环境保护主要是实行以污染物浓度控制排放的政策.这样做虽然使环境污染加剧的趋势得以初步控制，但由于没有有效地控制污染物排放总量，随着经济的发展，局部地区环境恶化的形势仍在继续.最近国家规定，发展经济，兴建新的建设项目，必须满足区域排污总量控制的要求.为此，首先应采用污染物产生量少的清洁生产工艺，其次是对区域内老污染源进行改造、治理，削减其排放总量，以保证新项目实施后，区域污染物排放总量不增加，甚至适当减少，最终实现“到2000年……各省、自治区、直辖市要使本辖区主要污染物排放总量控制在国家规定的排放总量指标内……”的目标.
根据长期的水环境保护的工作实践，作者认为长江下游区域水污染物排放总量控制应考虑诸方面.
(1)在满足区域内经济发展需要的同时，满足环境保护的需要.简言之，经济要发展，环境要保护.
(2)根据区域内环境水力学特征和水体污染状况进行总量控制.在水流条件好，污染轻的江段根据新项目需要适当增加污染负荷；在水流条件较差，污染较重的江段，大力削减负荷，以保证新项目的实施和区域水环境污染的总体情况得以改善.
(3)排污总量控制规划所涉及的范围，最好在同一行政辖区内，以便组织协调，保证规则的实施.
2.2 镇江段排污总量控制 规划兴建的造纸项目位于大港经济开发区.根据排污总量控制的要求，经调查评估，广泛征求意见，最终确定水污染物排放总量控制的区域由镇江市区、谏壁工业区和大港开发区组成.重点削减市区的大东造纸厂和谏壁工业区的金河纸业公司的排放负荷，保证大港造纸项目实施后区域内CODcr排放总量较大幅度减少.大港造纸项目的规划排放口和大东、金河排放口位置见附图.
附图 规划区域内主要排放口位置
2.2.1 区域水污染物排放总量变化 新增排污量 大港造纸项目废水排放量为75000t/d，经处理后达标排放的CODcr总量为7.5t/d.削减排污量 位于和畅洲南汊的金河纸业公司和位于市区的大东造纸厂CODcr的规划削减量分别为35.5t/d和34.4t/d［2］.整个区域净削减量为69.9t/d.
2.2.2 环境效益 区域水污染物排放总量控制规划的实施，并不是污染负荷在区域内简单的重新安排，而是在容量小，负荷大的江段作削减；在容量大的区段结合新建项目的实施适当增加负荷.因此，区域排污总量控制规划的制定是以发展经济、环境水力学特征和水体污染状况为约束条件，以经济效益、环境效益为目标的优化过程.
区域总量控制给市区段及和畅南汊带来明显的环境效益.
(1)市区内江 采用一维稳态模型［3］计算大东造纸厂排放量削减前后内江CODcr浓度.计算采用焦南泄水闸的设计流量27.7m/s，有关断面资料从1/万水下地形图摘取.计算结果表明：内江CODcr浓度为削减前的1/2.39，可达Ⅱ类标准.焦南航道的出口CODcr浓度为削减前的1/2.42.
(2)和畅洲南汊 采用二非稳态模型和数值解法［1，4］计算在设计的径流条件下和畅洲南汊在削减前后污染带变化.有关参数选用情况如下：
流速场模型 通过数值计算拟合实测水位过程来确定糙率系数值为0.018.河道资料由80年代后期实测的1/万水下地形摘取.计算中纵向步长为100m，横向步长为25m，时间步长为50s.
二维水质模型 纵向分散系数为5m2/s；横向扩散系数为0.5m2/s.
本文作者长时间从事长江下游水环境保护的科研与工程实践，对以上模型中的有关参数的选用进行过反复的验证、调整，逐渐符合实际情况.
计算结果表明：和畅洲南汊CODcr浓度增值超过1mg/l的长度和面积分别由削减前的约8km和1.7km2变化到削减后的1.4km和0.124km2.
当然，大港造纸项目实施后在该江段将要形成一个长0.4km,宽0.1km，CODcr增值超过1mg/l的污染带.
3 结 语
(1)本文以镇江市长江江段为例，分析环境水力学条件对污染物质的影响，探讨在经济发展中如何充分合理地利用水流条件.分析结果表明：由于新项目选址在水流条件好，水质污染轻的大港段，因此对水环境影响轻微，由于实施区域排污总量控制规划，内江水质污染将大大减轻.区域排污总量控制是污染负荷的空间分布与水环境资源的空间分布的优化组合过程.
(2)总量控制并不是区域内污染负荷简单的重新分配，而是经济发展战略与资源利用的优化过程.因此，研究、开发和利用由河势、潮汐特征和湿地等要素构成的水环境资源及其利用价值是发展沿江经济，保护长江水体环境以实施可持续发展战略工作中急需解决的问题.
参 考 文 献
1 朱维斌，等. 长江和畅洲段的河床演变和水体的环境容量.水利学报，1996，(1)：7-12.
2 夏 青，流域水污染物总量控制.北京：中国环境科学出版社，1996.490-509.
3 方子云主编.水资源保护工作手册.南京：河海大学出版社，1988.345-367.
4 Yotsakura N, Sayre W W. Transverse Mixing in Nature Channels. Water Resources Research,1986,12(4):695—704.
Characteristics of environmental hydromechanics and total
pollutants dischargeload control for down stream of Yangtze River
Abstract This paper takes the Zhengjiang river section as an example to analyze the water pollution in different river sections of Yangtze river from environmental hydromechanics point of view.It also investigates how to carry out regional total pollutants discharge load control to preserve the water resources in course of economic development.
Key words environmental hydromechanics， water pollution， total load control，
environmental benefits.