本书继承“六五”至“十五”国内相关研究成果,吸收“十一五”以来国家水体污染控制与治理科技重大专项的最新研究成果,对流域控制单元水质目标管理的相关技术进行了系统集成。本技术体系主要包括水污染控制单元解析归类、水污染负荷核算、水环境规划水质目标选择与核定、设计水文条件选择、水环境容量计算模拟方法、水环境容量模拟参数选择和流域水环境容量规划计算方法等。为进一步落实我国实行的面向环境质量的总量控制和排污许可制提供更加科学的方法体系。
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前言
第1章 水质目标管理的支柱工作 1
1.1 标准 1
1.1.1 质量标准 1
1.1.2 排放标准 3
1.2 水质规划 4
1.2.1 法律背景 4
1.2.2 三个层次 5
1.3 总量控制 9
1.3.1 四个基本量 9
1.3.2 三种类型 10
1.3.3 技术关键 10
1.3.4 核心工作 13
1.4 排污许可 14
1.4.1 目标层次 14
1.4.2 总量控制排污许可特点 15
1.4.3 推动总量控制实施 18
第2章 水污染控制单元解析归类 22
2.1 概述 22
2.1.1 控制单元的作用 22
2.1.2 控制单元解析归类目的 23
2.1.3 控制单元解析评价内容 24
2.2 控制单元划分技术方法 25
2.2.1 划分原则 25
2.2.2 划分指标体系 26
2.2.3 划分程序 27
2.2.4 主要工作 28
2.2.5 划分技术 32
2.3 控制单元解析评价方法 36
2.3.1 水污染控制单元分类 36
2.3.2 水环境问题解析方法 39
2.3.3 污染源特征解析方法 50
2.3.4 污染源控制路线确定 51
2.3.5 受损单元恢复潜力分析 52
第3章 水污染负荷核算 56
3.1 概述 56
3.2 基于系数法的污染负荷估算 56
3.2.1 工业污染负荷估算 56
3.2.2 城镇生活污染负荷估算 63
3.2.3 城镇径流非点源污染计算 68
3.2.4 农村生活污染负荷计算 71
3.2.5 畜禽养殖污染物负荷估算 73
3.2.6 水产养殖负荷估算 76
3.2.7 农田污染入河量估算 77
3.2.8 污染负荷的空间分配 81
3.3 基于流域模型的污染物估算模型 81
3.3.1 流域模型分类 82
3.3.2 流域模型的发展过程 82
3.3.3 筛选模型时应考虑的因素 83
3.3.4 流域负荷模型的复杂度 85
3.3.5 常用流域负荷模型及其性能 86
3.3.6 模型的性能 92
3.4 同一流域案例研究 121
3.4.1 HSPF模型与SWMM模型在城市流域案例的对比研究 121
3.4.2 HSPF模型、SWAT模型、SHETRAN-GPOC模型的案例对比研究(湿润区农业) 121
第4章 水环境规划水质目标选择与核定 131
4.1 概述 131
4.1.1 水环境规划约束体系 131
4.1.2 多约束规划达标处理 131
4.1.3 水环境规划达标的基本概念 132
4.2 功能区水质目标的选择与确定 133
4.2.1 水体水质目标确定 133
4.2.2 容量计算达标控制要求 135
4.3 混合区水质目标的选择与确定 137
4.3.1 混合区概述 137
4.3.2 混合区控制原则和指标 138
4.3.3 混合区水质目标的表达 139
4.3.4 混合区类型 140
4.3.5 混合区范围计算 141
4.3.6 混合区建议控制尺度 142
4.3.7 混合区水质目标价值损失核定 143
第5章 设计水文条件选择 146
5.1 概述 146
5.2 设计水文条件的基本概念 147
5.2.1 设计水文条件的类型及应用条件 147
5.2.2 水文指标的选取与处理 148
5.2.3 稳态设计水文条件的表达 149
5.3 不同类型水体稳态设计水文条件的计算 154
5.3.1 地表水水体分类特征 154
5.3.2 河流设计水文条件 156
5.3.3 湖库设计水文条件 157
5.3.4 河口及海湾设计水文条件 162
5.3.5 水利工程下游影响地区的设计水文条件 164
5.3.6 流域、区域稳态设计流量整体生成法 165
5.4 基本环境问题水文设计条件建议 167
5.4.1 功能区达标应用设计水文条件 167
5.4.2 混合区达标应用设计水文条件 167
第6章 水环境容量计算模拟方法 173
6.1 概述 173
6.1.1 模型分类 173
6.1.2 模型应用 174
6.1.3 选用方法 174
6.2 水质数学模型介绍 189
6.2.1 模型基本方程 189
6.2.2 常用解析解模型 194
6.2.3 水环境容量零维水质模拟 201
6.2.4 水环境容量一维水质模拟 216
6.2.5 水环境容量二维水质模拟 227
6.2.6 水环境容量三维水质模拟 230
6.3 常用水环境数学模型库 231
6.3.1 应用范围及功能分析 231
6.3.2 模型基本特征 233
6.3.3 模型软件评价 234
6.3.4 模型运行特性评价 240
6.4 主流水环境模拟软件 244
6.4.1 WASP模型 244
6.4.2 QUAL2k一维稳态河流水质的模型 245
6.4.3 EFDC综合水动力-水质模型 247
6.4.4 SMS综合水动力学环境模型 248
6.4.5 RMA4水质-生态模型 249
6.4.6 SED-2D沉积物模型 250
6.4.7 BALANCE负荷平衡水质模型 251
6.4.8 AQUATOX水质-生态模型 252
6.4.9 HSPF水文水质综合模型 253
6.4.10 MIKE 3三维水质模型 254
6.4.11 RMA10 255
6.4.12 SSTEMP一维水温模型 256
6.4.13 SWAT非点源模型 257
6.4.14 GenScn交互式的水力综合模型 258
6.4.15 MMS 259
6.4.16 BRANCH动态一维水动力模型 260
6.4.17 CH3D-WES水力-温盐三维模型 261
6.4.18 DAFLOW 262
6.4.19 DR3M暴雨径流模型 263
6.4.20 FEQ动态模型 264
6.4.21 FESWMS二维稳态-动态水动力学模型 265
6.4.22 FourPt一维动态明渠水动力模型 266
6.4.23 HEC-HMS降雨径流流域模型 268
6.4.24 HEC-RAS一维稳态-动态水动力学模型 269
6.4.25 RMA2纵向二维稳态-动态水动力模型 270
6.4.26 TOPMODEL 271
第7章 水环境容量模拟参数选择 272
7.1 概述 272
7.1.1 参数的含义 272
7.1.2 参数识别问题的由来 274
7.1.3 参数识别的困难 275
7.2 模型参数识别的不确定性 277
7.2.1 不确定性的来源 277
7.2.2 不确定性的表达 278
7.2.3 确定性与不确定性 279
7.2.4 最终相似性 280
7.3 模型参数选择及确定的方法类型 280
7.3.1 确定参数识别的区域和数据 280
7.3.2 确定参数模型参数识别的方法 281
7.3.3 数学模型的参数识别的方法 282
7.3.4 数学模型的检验和应用 282
7.4 多参数的数学模型识别方法 283
7.4.1 传统优化方法 284
7.4.2 现代优化方法 286
7.4.3 不确定性的参数识别方法 292
7.4.4 参数识别的随机采样方法 298
7.5 混合参数的估值方法 301
7.5.1 垂向扩散系数经验估值 301
7.5.2 横向混合系数经验估值 301
7.5.3 纵向离散系数 301
7.5.4 方法评估 308
7.6 一阶降解系数的估值方法选择 308
7.6.1 外业试验 309
7.6.2 内业实验 312
7.6.3 经验值 312
7.6.4 方法评估 320
7.7 复氧系数的估算方法的比较评估 321
7.7.1 外业试验 321
7.7.2 经验公式 324
7.7.3 经验值 325
7.7.4 方法评估 329
第8章 流域水环境容量规划计算方法 330
8.1 概述 330
8.2 水环境容量分级分配的局限性 331
8.2.1 环境容量及总量分配的概念 331
8.2.2 水环境容量整体分配的局限性 331
8.2.3 水环境容量局部累加估算的局限性 331
8.3 分级分区容量规划 332
8.3.1 分级分区的边界确定原则 332
8.3.2 分级分区的层次及框架 333
8.3.3 分级分区的基本要求 334
8.3.4 分级分区规划衔接的要点 334
8.4 水环境容量规划类别 336
8.4.1 确定性规划与非确定性规划的取舍 336
8.4.2 功能区单一指标规划 337
8.4.3 功能区耦合指标规划 342
8.4.4 功能区综合指标规划的容量表达形式 344
8.4.5 多源混合区容量规划 346
8.5 流域总量分配原则 348
8.5.1 分配原则的典型特征 348
8.5.2 分配原则的涉及范畴 348
8.5.3 分配原则 349
8.6 总量分配方法 350
8.6.1 非数学优化分配 350
8.6.2 数学优化分配 351
8.7 流域总量分配 351
8.7.1 分配主线论述 352
8.7.2 初次总量分配 353
8.7.3 总量初次分配后的调整方法 354
8.7.4 分配方案最终评估 355
8.7.5 流域总量分配情景分析 356
8.7.6 小结 357
8.8 污染源总量分配 358
8.8.1 分配主线论述 360
8.8.2 初次总量分配 360
8.8.3 总量初次分配后的调整方法 361
8.8.4 分配最终评估 361
8.8.5 污染源总量分配情景分析 362
8.8.6 小结 363
8.9 总量分配合理性评价方法 364
8.10 总量分配的安全余量 366
8.10.1 安全余量的概念 366
8.10.2 安全余量的确定方法 367
8.10.3 总量分配浮动负荷计算 369
第9章 控制单元水质目标管理技术库 371
9.1 流域水环境问题诊断技术 372
9.1.1 多要素耦合的控制单元划分技术 372
9.1.2 基于水生态功能分区的控制单元划分技术 373
9.1.3 基于人体健康风险分级的河流(湖库)水质评价方法 374
9.1.4 流域水环境沉积物质量评价技术 375
9.1.5 分湖富营养化营养足迹指数(TFI)评价方法 376
9.1.6 湖泊富营养化变权营养指数(TLIcw)评价方法 377
9.1.7 湖泊污染成因诊断的集成方法 377
9.1.8 湖泊化学需氧量藻源内负荷贡献分析技术 378
9.1.9 基于低通滤波轨线法的湖库富营养化返贫路径识别技术 380
9.1.10 控制单元水环境受损综合诊断技术 381
9.2 污染源解析评价技术 382
9.2.1 基于水环境响应的水污染负荷总量核定技术 382
9.2.4 基于分类输出系数法的平原河网区非点源污染负荷估算技术 385
9.2.6 控制单元水污染排放总量核算与断面通量校核技术 387
9.2.7 流域水污染源化学质量平衡(CMB)源解析技术 388
9.2.8 主要水污染物溯源技术 389
9.2.9 基于三维荧光光谱的跨境污染溯源分析技术 390
9.3 水质目标核定技术 391
9.3.1 分湖营养物水质目标过程管理轨线定标技术 391
9.3.2 湖库控藻营养物水质目标双概率定标技术 392
9.3.3 允许纳污量计算的稳态设计水文条件选择技术 394
9.4 污染源-水质响应关系模拟技术 395
9.4.1 水环境管理模型分类评价技术及适用性定量化验证方法 395
9.4.2 河流流域水环境系统分析与模拟技术 396
9.4.3 河流水质对入河源强响应关系模型 397
9.4.4 平原季节性河流水质与污染物输入响应模拟技术 398
9.5 水环境容量总量优化分配技术 399
9.5.2 少资料流域水污染物总量分配技术方法：负荷历时曲线 400
9.5.3 基于不确定性多目标规划优化技术的流域总量控制分配技术 401
9.5.4 河流水环境容量总量动态模拟与优化分配技术 402
9.5.5 河网流域动态水环境容量总量计算与分配技术 404
9.5.6 河网总量控制目标制定与小区域分配技术 406
9.5.7 基于正反算法与情景分析法的控制单元允许排放量计算方法 408
9.5.8 基于FOEA的水环境容量安全余量确定技术 409
9.6 固定源排污许可管理技术 410
9.6.1 基于水质的固定源许可排放量限值核定技术 410
9.6.2 以容量总量控制为核心的排污许可证动态管理技术 413
9.6.3 以排污自动控制为核心的一证式水污染物排放许可监管技术 415
9.7 污染防治绩效评估技术 416
9.7.1 基于零点射线法的湖泊控藻绩效分解评估方法 416
9.7.2 基于低通滤波轨线的湖泊控藻绩效分解评估方法 417
9.7.3 基于环境经济分析的水污染物总量减排绩效评估技术 418
参考文献 421
京公网安备 11010102004214号