平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算體系構(gòu)建與應(yīng)用研究一、引言1.1研究背景與意義在全球生態(tài)環(huán)境問題日益嚴(yán)峻的當(dāng)下，水資源保護(hù)與水環(huán)境治理已成為國際社會(huì)廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。平原區(qū)域作為人口密集、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁的地帶，其水環(huán)境質(zhì)量不僅直接關(guān)系到區(qū)域內(nèi)居民的生活品質(zhì)和健康福祉，更對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展起著關(guān)鍵的支撐作用。近年來，隨著工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加速推進(jìn)，平原區(qū)域面臨著前所未有的水環(huán)境污染壓力。工業(yè)廢水、生活污水的大量排放，以及農(nóng)業(yè)面源污染的不斷加劇，使得許多平原地區(qū)的河流、湖泊和地下水水質(zhì)急劇惡化，水體富營養(yǎng)化、黑臭水體等問題頻發(fā)，嚴(yán)重威脅到生態(tài)系統(tǒng)的平衡與穩(wěn)定。水環(huán)境容量作為水環(huán)境研究領(lǐng)域的核心概念，是指在一定的水質(zhì)目標(biāo)下，水體環(huán)境對(duì)排放于其中的污染物質(zhì)所具有的容納能力。它不僅是水體污染物總量控制及水環(huán)境管理的主要依據(jù)，也是衡量水體自凈能力和生態(tài)健康狀況的重要指標(biāo)。準(zhǔn)確計(jì)算平原區(qū)域的水環(huán)境容量，對(duì)于科學(xué)制定水污染防治策略、合理規(guī)劃水資源利用、有效控制污染物排放具有至關(guān)重要的意義。通過精確測算水環(huán)境容量，可以明確水體能夠承受的最大污染負(fù)荷，從而為工業(yè)布局、城市規(guī)劃以及污水處理設(shè)施建設(shè)提供科學(xué)指導(dǎo)，避免因過度開發(fā)和污染排放導(dǎo)致水環(huán)境的不可逆轉(zhuǎn)破壞。這有助于從源頭上減少污染物的產(chǎn)生，降低水污染治理成本，提高水資源利用效率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)的良性互動(dòng)。深入研究平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算體系，能夠?yàn)樗Y源的科學(xué)管理和可持續(xù)利用提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。在水資源短缺與需求增長的矛盾日益突出的背景下，合理配置水資源，確保其在滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展需求的同時(shí)，不損害水環(huán)境質(zhì)量，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。借助完善的水環(huán)境容量計(jì)算體系，可以更加精準(zhǔn)地評(píng)估水資源的承載能力，優(yōu)化水資源分配方案，實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用和循環(huán)利用。這不僅有助于保障區(qū)域內(nèi)生產(chǎn)生活用水的安全供應(yīng)，還能為生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和保護(hù)留出足夠的水資源空間，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的改善和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的提升。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外，水環(huán)境容量的研究起步較早，早在20世紀(jì)中葉，歐美等發(fā)達(dá)國家就開始關(guān)注水體污染問題，并逐步開展了相關(guān)研究。早期的研究主要集中在簡單的水質(zhì)模型構(gòu)建和污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的探索上。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)模型的不斷發(fā)展，國外學(xué)者開發(fā)了一系列復(fù)雜的水質(zhì)模型，如美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）研發(fā)的QUAL2K模型，該模型能夠模擬河流中多種污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程，考慮了包括溶解氧、生化需氧量、氨氮等多種水質(zhì)指標(biāo)，為水環(huán)境容量的計(jì)算提供了重要工具。丹麥水利研究所開發(fā)的MIKE系列模型，具有強(qiáng)大的水動(dòng)力和水質(zhì)模擬功能，能夠?qū)?fù)雜的河網(wǎng)、湖泊等水體進(jìn)行高精度的模擬分析，廣泛應(yīng)用于世界各地的水環(huán)境研究和管理項(xiàng)目中。在平原區(qū)域水環(huán)境容量研究方面，國外學(xué)者針對(duì)平原河網(wǎng)水流復(fù)雜、水力條件多變等特點(diǎn)，開展了深入研究。通過野外監(jiān)測和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，對(duì)平原河網(wǎng)中污染物的擴(kuò)散、降解等過程進(jìn)行了量化分析，建立了適用于平原河網(wǎng)的水量水質(zhì)耦合模型。例如，有研究利用先進(jìn)的示蹤技術(shù)，對(duì)平原河網(wǎng)中污染物的擴(kuò)散路徑和擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行了精確測定，為模型的參數(shù)率定提供了可靠依據(jù)。在湖庫方面，國外學(xué)者注重對(duì)湖泊生態(tài)系統(tǒng)的研究，將水生態(tài)過程納入水環(huán)境容量計(jì)算模型中，考慮了水生生物對(duì)污染物的吸收、轉(zhuǎn)化以及對(duì)水體溶解氧的影響等因素，使計(jì)算結(jié)果更加符合實(shí)際生態(tài)狀況。國內(nèi)的水環(huán)境容量研究始于20世紀(jì)70年代末，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和水環(huán)境問題的日益突出，相關(guān)研究逐漸增多。早期的研究主要借鑒國外的經(jīng)驗(yàn)和方法，結(jié)合我國的實(shí)際情況進(jìn)行應(yīng)用和改進(jìn)。例如，在河流環(huán)境容量計(jì)算中，引入了一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型，并根據(jù)我國河流的特點(diǎn)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行了修正和優(yōu)化。隨著研究的深入，國內(nèi)學(xué)者針對(duì)我國平原區(qū)域的獨(dú)特地理和水文特征，開展了大量針對(duì)性研究。在平原河網(wǎng)地區(qū)，通過構(gòu)建復(fù)雜的河網(wǎng)水量水質(zhì)模型，考慮了潮汐、河道分流、匯流等因素對(duì)污染物遷移轉(zhuǎn)化的影響。如徐祖信等學(xué)者構(gòu)建的河網(wǎng)動(dòng)態(tài)水質(zhì)模型，為河網(wǎng)水環(huán)境綜合整治方案提供了技術(shù)支持；陳長太等綜合利用一維、二維水動(dòng)力水質(zhì)模型法和公式法計(jì)算上海市感潮河網(wǎng)納污能力，提出了各水功能區(qū)分階段限制排污總量的控制方案。在湖庫水環(huán)境容量研究方面，針對(duì)我國湖泊富營養(yǎng)化問題嚴(yán)重的現(xiàn)狀，重點(diǎn)研究了氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的環(huán)境容量，分析了不同湖區(qū)的富營養(yǎng)化特征和影響因素，提出了相應(yīng)的控制措施和管理建議。盡管國內(nèi)外在平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算體系方面取得了一定的研究成果，但仍存在一些不足之處。在模型方面，現(xiàn)有模型雖然能夠?qū)λw中的污染物遷移轉(zhuǎn)化過程進(jìn)行一定程度的模擬，但對(duì)于一些復(fù)雜的物理、化學(xué)和生物過程，如底泥污染物的釋放、水體中微生物群落的動(dòng)態(tài)變化等，考慮還不夠全面，導(dǎo)致模型的模擬精度和可靠性有待進(jìn)一步提高。在參數(shù)確定方面，許多模型參數(shù)的獲取依賴于大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)分析，然而在實(shí)際應(yīng)用中，由于監(jiān)測站點(diǎn)分布不均、監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量參差不齊以及實(shí)驗(yàn)條件的限制，參數(shù)的準(zhǔn)確性往往難以保證，從而影響了水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果的精度。不同水體類型之間的水環(huán)境容量計(jì)算方法缺乏有效的整合和統(tǒng)一，導(dǎo)致在實(shí)際應(yīng)用中難以根據(jù)不同的水體特征選擇合適的計(jì)算方法，增加了水環(huán)境管理的難度。1.3研究目標(biāo)與內(nèi)容本研究旨在針對(duì)平原區(qū)域的獨(dú)特地理和水文特征，構(gòu)建一套科學(xué)、準(zhǔn)確、實(shí)用的水環(huán)境容量計(jì)算體系，為平原區(qū)域的水資源保護(hù)和水污染防治提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持和決策依據(jù)。具體研究內(nèi)容如下：典型水體水環(huán)境容量計(jì)算方法研究：對(duì)平原區(qū)域內(nèi)的各類典型水體，包括河網(wǎng)（河道）、大江大河、中小型湖庫以及大型湖庫，深入研究其各自適用的水環(huán)境容量計(jì)算方法。針對(duì)河網(wǎng)（河道）區(qū)水流復(fù)雜、水力條件多變的特點(diǎn)，考慮不均勻系數(shù)、雙向河流訂正以及時(shí)空累計(jì)法等因素，采用非穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行計(jì)算，以更精確地描述污染物在河網(wǎng)中的遷移轉(zhuǎn)化過程；對(duì)于大江大河，結(jié)合單個(gè)污染帶長度控制與污染帶長度占岸線長度比例控制相結(jié)合的方法，充分考慮大江大河的寬闊河面和復(fù)雜水流條件對(duì)污染物擴(kuò)散的影響；針對(duì)中小型湖庫，考慮不均勻系數(shù)，采用完全混合法，因?yàn)橹行⌒秃焖w相對(duì)較小，污染物在較短時(shí)間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)較為均勻的混合；對(duì)于大型湖庫，采用考慮風(fēng)向風(fēng)速頻率訂正，并進(jìn)行單個(gè)污染帶面積控制與污染帶長度占岸線長度比例控制相結(jié)合的方法，充分考慮大型湖庫面積大、受氣象條件影響顯著的特點(diǎn)。污染物降解系數(shù)研究：通過大量的室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，深入研究有機(jī)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。定量分析污染物降解系數(shù)與水溫、水體中污染物本底濃度、可生化性、流速等環(huán)境因子之間的響應(yīng)關(guān)系，并將這些關(guān)鍵因子進(jìn)行有機(jī)耦合，建立科學(xué)合理的污染物降解系數(shù)求取公式。對(duì)于大江大河以及湖泊區(qū)，由于其水體規(guī)模較大、環(huán)境條件復(fù)雜，通過建立水量水質(zhì)模型，采用同步監(jiān)測率定法來獲取準(zhǔn)確的污染物降解系數(shù)，確保計(jì)算結(jié)果能夠真實(shí)反映水體的實(shí)際情況。設(shè)計(jì)水文條件選取方法研究：針對(duì)平原區(qū)域不同水體類型，研究并確定合理的設(shè)計(jì)水文條件選取方法。對(duì)于太湖這類大型湖泊，充分考慮風(fēng)場對(duì)湖流的形成及流態(tài)的重要作用，在設(shè)計(jì)水文條件中納入風(fēng)向風(fēng)速聯(lián)合頻率訂正，以準(zhǔn)確模擬湖泊水體的流動(dòng)和污染物擴(kuò)散情況；對(duì)于河網(wǎng)（河道）區(qū)，根據(jù)長序列降雨量資料，運(yùn)用科學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析方法推求不同水文保證率下的典型年，然后建立各河網(wǎng)區(qū)非穩(wěn)態(tài)水文模型進(jìn)行精確的設(shè)計(jì)水文條件計(jì)算，充分考慮河網(wǎng)地區(qū)水流的動(dòng)態(tài)變化特性；對(duì)于長江等大江大河水體，以大通站多年實(shí)測最小月平均流量系列為基礎(chǔ)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法分析計(jì)算得到90％保證率的最小月平均流量。利用該最小月平均流量，并以海門青龍港與太倉瀏河口潮位過程為上、下游水位邊界條件，應(yīng)用一維水量模型進(jìn)行大斷面水位、流量的計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果作為二維計(jì)算的邊界條件，再利用非穩(wěn)態(tài)二維模型計(jì)算出各斷面的水位、流量值，最終確定為設(shè)計(jì)水文條件，全面考慮大江大河復(fù)雜的水動(dòng)力條件。實(shí)例計(jì)算與驗(yàn)證：選取平原區(qū)域內(nèi)具有代表性的水體，如太湖流域的河網(wǎng)、長江部分河段、太湖及多個(gè)小湖庫等，運(yùn)用所建立的計(jì)算體系進(jìn)行水環(huán)境容量的實(shí)例計(jì)算。將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，全面驗(yàn)證計(jì)算體系的準(zhǔn)確性和可靠性。通過實(shí)際案例的應(yīng)用，進(jìn)一步優(yōu)化和完善計(jì)算體系，使其能夠更好地適應(yīng)平原區(qū)域不同水體的特點(diǎn)和實(shí)際需求，為平原區(qū)域的水環(huán)境管理提供切實(shí)可行的技術(shù)支持。1.4研究方法與技術(shù)路線本研究綜合運(yùn)用多種研究方法，確保研究的科學(xué)性、全面性和可靠性。具體方法如下：文獻(xiàn)研究法：系統(tǒng)查閱國內(nèi)外關(guān)于水環(huán)境容量計(jì)算體系的相關(guān)文獻(xiàn)，包括學(xué)術(shù)論文、研究報(bào)告、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等，全面了解平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算的研究現(xiàn)狀、方法應(yīng)用以及存在的問題，為研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)和研究思路。通過對(duì)大量文獻(xiàn)的梳理和分析，總結(jié)現(xiàn)有研究成果的優(yōu)點(diǎn)和不足，明確本研究的切入點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，為后續(xù)研究提供有力的參考依據(jù)。案例分析法：選取平原區(qū)域內(nèi)具有代表性的水體，如太湖流域的河網(wǎng)、長江部分河段、太湖及多個(gè)小湖庫等作為研究案例。深入分析這些案例的地理特征、水文條件、水質(zhì)狀況以及污染來源等因素，運(yùn)用所建立的計(jì)算體系進(jìn)行水環(huán)境容量的實(shí)例計(jì)算。通過對(duì)實(shí)際案例的研究，驗(yàn)證計(jì)算體系的準(zhǔn)確性和可靠性，同時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，進(jìn)一步優(yōu)化和完善計(jì)算體系，使其更具實(shí)用性和可操作性。模型構(gòu)建法：針對(duì)平原區(qū)域不同水體類型的特點(diǎn)，構(gòu)建相應(yīng)的水量水質(zhì)模型。對(duì)于河網(wǎng)（河道）區(qū)，考慮水流復(fù)雜、水力條件多變等因素，構(gòu)建非穩(wěn)態(tài)水量水質(zhì)模型，準(zhǔn)確模擬污染物在河網(wǎng)中的遷移轉(zhuǎn)化過程；對(duì)于大江大河，結(jié)合其寬闊河面和復(fù)雜水流條件，構(gòu)建二維水動(dòng)力水質(zhì)模型，充分考慮污染物的擴(kuò)散規(guī)律；對(duì)于中小型湖庫，采用完全混合模型，考慮不均勻系數(shù)，簡化計(jì)算過程；對(duì)于大型湖庫，構(gòu)建考慮風(fēng)向風(fēng)速頻率訂正的水量水質(zhì)模型，綜合考慮氣象條件對(duì)水體的影響。通過模型構(gòu)建，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同水體水環(huán)境容量的精確計(jì)算。實(shí)驗(yàn)研究法：開展大量的室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，研究有機(jī)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。通過實(shí)驗(yàn)，定量分析污染物降解系數(shù)與水溫、水體中污染物本底濃度、可生化性、流速等環(huán)境因子之間的響應(yīng)關(guān)系，為建立科學(xué)合理的污染物降解系數(shù)求取公式提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持。在大江大河以及湖泊區(qū)，通過建立水量水質(zhì)模型，采用同步監(jiān)測率定法，獲取準(zhǔn)確的污染物降解系數(shù)，提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。統(tǒng)計(jì)分析法：運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法，對(duì)長序列降雨量資料、水文監(jiān)測數(shù)據(jù)、水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)等進(jìn)行分析處理。在設(shè)計(jì)水文條件選取方面，根據(jù)長序列降雨量資料，推求不同水文保證率下的典型年，為水文模型的建立提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；對(duì)水文監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，確定不同水體的水文特征參數(shù)，如流速、流量、水位等；對(duì)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，了解水體中污染物的濃度分布特征和變化規(guī)律，為水環(huán)境容量的計(jì)算和評(píng)估提供數(shù)據(jù)支撐。本研究的技術(shù)路線如圖1-1所示：理論基礎(chǔ)研究：查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)水環(huán)境容量的概念、內(nèi)涵、計(jì)算方法等進(jìn)行深入研究，了解平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，明確研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)，為后續(xù)研究提供理論支持。計(jì)算方法研究：針對(duì)平原區(qū)域內(nèi)的各類典型水體，包括河網(wǎng)（河道）、大江大河、中小型湖庫以及大型湖庫，研究其各自適用的水環(huán)境容量計(jì)算方法?？紤]不均勻系數(shù)、雙向河流訂正、時(shí)空累計(jì)法、風(fēng)向風(fēng)速頻率訂正等因素，結(jié)合不同水體的特點(diǎn)，選擇合適的模型和方法進(jìn)行計(jì)算，建立科學(xué)合理的水環(huán)境容量計(jì)算體系。參數(shù)研究：通過室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)和模型率定，研究污染物降解系數(shù)與水溫、水體中污染物本底濃度、可生化性、流速等環(huán)境因子之間的響應(yīng)關(guān)系，建立污染物降解系數(shù)求取公式。針對(duì)不同水體類型，研究并確定合理的設(shè)計(jì)水文條件選取方法，如考慮風(fēng)場對(duì)湖流的影響、運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法推求典型年等，確保計(jì)算參數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)例計(jì)算與驗(yàn)證：選取平原區(qū)域內(nèi)具有代表性的水體作為案例，運(yùn)用所建立的計(jì)算體系進(jìn)行水環(huán)境容量的實(shí)例計(jì)算。將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證計(jì)算體系的準(zhǔn)確性和可靠性。根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)計(jì)算體系進(jìn)行優(yōu)化和完善，提高其精度和適用性。成果應(yīng)用與推廣：將研究成果應(yīng)用于平原區(qū)域的水資源保護(hù)和水污染防治實(shí)踐中，為水環(huán)境管理部門提供科學(xué)的決策依據(jù)。同時(shí)，通過學(xué)術(shù)交流、技術(shù)培訓(xùn)等方式，推廣研究成果，促進(jìn)平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。[此處插入圖1-1研究技術(shù)路線圖]二、平原區(qū)域特征與水環(huán)境現(xiàn)狀2.1平原區(qū)域的定義與地理特征平原是一種地形地貌，通常指海拔高度較低且地勢(shì)相對(duì)平坦的廣闊區(qū)域。一般來說，平原地區(qū)的海拔多在200米以下，地勢(shì)起伏較小，地貌寬廣平坦。其形成往往與多種地質(zhì)作用相關(guān)，如河流沖積作用，大量泥沙在河流下游堆積，逐漸形成了沖積平原，像長江三角洲、珠江三角洲等；冰川侵蝕和平移過程中，對(duì)地表進(jìn)行塑造，也能參與平原的形成；海底沉積作用同樣不可忽視，經(jīng)過漫長的地質(zhì)時(shí)期，海底沉積物不斷堆積，最終露出海面形成平原。從分類上看，平原有獨(dú)立型平原和從屬型平原。獨(dú)立型平原是世界五大陸地基本地形之一，如長江下游平原；從屬型平原則是某種更大地形里的構(gòu)成單位，像高原中可能包含盆地，而盆地中又常常存在大小不同的平原和丘陵，比如關(guān)中平原就位于盆地之中。平原區(qū)域的地形特征對(duì)其水環(huán)境有著多方面的深刻影響。在河流方面，由于地勢(shì)平坦，水流流速通常較為緩慢。以長江中下游平原的河流為例，相較于山區(qū)河流，其水流速度明顯較慢，這使得污染物在水體中的擴(kuò)散速度減緩，停留時(shí)間增加。河流的流向也受到地形的制約，我國地勢(shì)總體西高東低，許多位于平原區(qū)域的河流便自西向東流淌。平原地形還影響著河流的流域面積和水系形狀，如秦嶺作為重要的地理分界線，劃分了長江流域和黃河流域；盆地地形多形成向心狀水系，而平原地區(qū)則常見樹枝狀水系，水系之間相互連通，形成復(fù)雜的河網(wǎng)結(jié)構(gòu)，如太湖流域的平原河網(wǎng)地區(qū)，河網(wǎng)密集，水流相互交織。從降水角度分析，平原地形有利于海洋水汽的深入。我國東部平原地區(qū)，受來自海洋的暖濕氣流影響較大，降水較為充沛。然而，平原地區(qū)地勢(shì)平坦，缺乏地形的阻擋和抬升作用，在一些情況下，降水的分布相對(duì)較為均勻，難以形成地形雨。與山地相比，平原地區(qū)的降水在地表的匯聚和流動(dòng)方式也有所不同，更容易形成大面積的地表徑流，若遇到強(qiáng)降雨，可能會(huì)引發(fā)洪澇災(zāi)害。平原區(qū)域的這些地理特征，使得其水環(huán)境既具有水資源相對(duì)豐富、水系發(fā)達(dá)的優(yōu)勢(shì)，也面臨著水流速度慢導(dǎo)致的污染物擴(kuò)散難、自凈能力弱，以及降水分布和地表徑流特點(diǎn)帶來的洪澇風(fēng)險(xiǎn)等問題，這些都對(duì)平原區(qū)域的水環(huán)境容量和水質(zhì)狀況產(chǎn)生著重要影響。2.2平原區(qū)域水環(huán)境特點(diǎn)2.2.1水流緩慢與河網(wǎng)密集平原區(qū)域地勢(shì)平坦，水流流速普遍較為緩慢。以長江中下游平原的河流為例，相較于山區(qū)河流，其水流速度明顯較慢，平均流速可能僅為0.1-0.5米/秒。這一特點(diǎn)對(duì)污染物擴(kuò)散和自凈產(chǎn)生了多方面影響。從污染物擴(kuò)散角度來看，緩慢的水流使得污染物在水體中的擴(kuò)散速度減緩，停留時(shí)間增加。當(dāng)工業(yè)廢水或生活污水排入河流后，由于水流動(dòng)力不足，污染物難以迅速被稀釋和擴(kuò)散，容易在排放口附近積聚，導(dǎo)致局部水質(zhì)惡化。在一些平原河網(wǎng)地區(qū)的城鎮(zhèn)附近河流，因水流緩慢，污水排放后常形成明顯的污染帶，污染帶內(nèi)的污染物濃度遠(yuǎn)高于周邊水體。河網(wǎng)密集是平原區(qū)域水環(huán)境的又一顯著特征。以太湖流域?yàn)槔?，該地區(qū)河網(wǎng)縱橫交錯(cuò)，河道密度高達(dá)3-5公里/平方公里。河網(wǎng)之間相互連通，形成了復(fù)雜的水系結(jié)構(gòu)。這種密集的河網(wǎng)一方面為水資源的調(diào)配和利用提供了便利條件，如通過水利工程可以實(shí)現(xiàn)不同河道之間的水量調(diào)節(jié)，滿足農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)用水和居民生活用水的需求；另一方面，也使得污染物在河網(wǎng)中的傳播路徑更加復(fù)雜。一旦某一河道受到污染，污染物可以通過河網(wǎng)迅速擴(kuò)散到周邊區(qū)域，影響整個(gè)河網(wǎng)的水質(zhì)。若某條支流受到農(nóng)藥、化肥等農(nóng)業(yè)面源污染，污染物會(huì)隨著水流進(jìn)入主河道，并通過河網(wǎng)蔓延到其他支流，導(dǎo)致污染范圍不斷擴(kuò)大。2.2.2水體自凈能力弱平原區(qū)域水體自凈能力相對(duì)較弱，這主要與水流條件和污染物排放狀況密切相關(guān)。由于水流緩慢，水體的物理自凈作用受限。物理自凈主要包括稀釋、混合、沉淀等過程，緩慢的水流使得污染物難以充分與周圍水體混合，稀釋效果不佳，沉淀過程也相對(duì)緩慢。在河流中，泥沙等顆粒物的沉淀速度受水流速度影響較大，水流緩慢時(shí)，泥沙攜帶的污染物更容易在河底沉積，長期積累可能導(dǎo)致底泥污染加重，進(jìn)而在一定條件下重新釋放污染物，對(duì)水體造成二次污染?；瘜W(xué)自凈和生物自凈也受到抑制。在化學(xué)自凈方面，一些氧化還原反應(yīng)需要一定的水流擾動(dòng)和溶解氧條件來促進(jìn)反應(yīng)進(jìn)行，而平原區(qū)域水體溶解氧補(bǔ)充相對(duì)困難，影響了化學(xué)自凈的效率。生物自凈依賴于水中微生物對(duì)污染物的分解轉(zhuǎn)化，水流緩慢導(dǎo)致微生物與污染物的接觸機(jī)會(huì)減少，且水體中營養(yǎng)物質(zhì)的分布相對(duì)不均勻，不利于微生物的生長和代謝活動(dòng)，從而降低了生物自凈能力。當(dāng)水體受到有機(jī)污染物污染時(shí)，微生物分解有機(jī)物需要消耗大量溶解氧，而緩慢的水流難以快速補(bǔ)充溶解氧，導(dǎo)致微生物活性下降，有機(jī)物分解緩慢。2.2.3受人類活動(dòng)影響大平原區(qū)域通常是人口密集和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)活躍的地區(qū)，這使得其水環(huán)境受到人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響。在工業(yè)方面，大量工業(yè)企業(yè)集中在平原地區(qū)，工業(yè)廢水的排放是重要的污染源。一些傳統(tǒng)制造業(yè)，如造紙、印染、化工等行業(yè)，排放的廢水中含有大量的有機(jī)物、重金屬和有毒有害物質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某平原地區(qū)的工業(yè)廢水排放量占總污水排放量的40%以上，這些廢水若未經(jīng)有效處理直接排入水體，會(huì)嚴(yán)重破壞水環(huán)境質(zhì)量，導(dǎo)致水體變黑變臭，水生生物死亡。農(nóng)業(yè)活動(dòng)對(duì)平原區(qū)域水環(huán)境的影響也不容忽視。平原地區(qū)是重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，大量使用農(nóng)藥、化肥來提高農(nóng)作物產(chǎn)量。然而，農(nóng)藥和化肥的過量使用以及不合理的施用方式，使得部分農(nóng)藥和化肥通過地表徑流、淋溶等方式進(jìn)入水體，造成水體富營養(yǎng)化和農(nóng)藥污染。研究表明，某平原地區(qū)農(nóng)田徑流中總氮、總磷的含量分別超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的3-5倍，導(dǎo)致河流、湖泊等水體中藻類大量繁殖，引發(fā)水華等生態(tài)問題。城市生活污水的排放也是一個(gè)突出問題。隨著城市化進(jìn)程的加快，平原地區(qū)城市人口迅速增長，生活污水產(chǎn)生量大幅增加。一些城市的污水處理設(shè)施建設(shè)滯后，處理能力不足，部分生活污水未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)就直接排入水體，進(jìn)一步加劇了水環(huán)境的污染。在一些中小城市，生活污水集中處理率僅為60%-70%，大量的生活污水直接流入周邊河流，對(duì)水體造成嚴(yán)重污染。2.3平原區(qū)域水環(huán)境面臨的問題2.3.1水體污染嚴(yán)重工業(yè)廢水排放是平原區(qū)域水體污染的重要來源之一。在平原地區(qū)，尤其是經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的區(qū)域，分布著大量的工業(yè)企業(yè)，涵蓋了化工、印染、造紙、電鍍等多個(gè)行業(yè)。這些企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水中含有大量的有機(jī)物、重金屬、有毒有害物質(zhì)等。一些化工企業(yè)排放的廢水中含有苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)化合物，以及汞、鎘、鉛等重金屬；印染企業(yè)排放的廢水則含有大量的染料、助劑和酸堿物質(zhì)，這些污染物不僅會(huì)對(duì)水體的化學(xué)性質(zhì)產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致水體酸堿度失衡、溶解氧降低，還會(huì)對(duì)水生生物的生存和繁衍造成威脅，破壞水生態(tài)系統(tǒng)的平衡。農(nóng)業(yè)面源污染也是不容忽視的問題。平原地區(qū)通常是重要的農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)，大量使用農(nóng)藥、化肥來提高農(nóng)作物產(chǎn)量。然而，由于農(nóng)藥和化肥的過量使用以及不合理的施用方式，部分農(nóng)藥和化肥通過地表徑流、淋溶等方式進(jìn)入水體。據(jù)統(tǒng)計(jì)，某平原地區(qū)農(nóng)田徑流中總氮、總磷的含量分別超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的3-5倍，這些氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的大量輸入，容易導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化，引發(fā)藻類大量繁殖，形成水華現(xiàn)象，使水體透明度降低，溶解氧減少，進(jìn)而影響水生生物的生存環(huán)境，導(dǎo)致魚類等水生生物死亡。生活污水排放同樣對(duì)平原區(qū)域水環(huán)境造成了巨大壓力。隨著城市化進(jìn)程的加快，平原地區(qū)城市人口迅速增長，生活污水產(chǎn)生量大幅增加。一些城市的污水處理設(shè)施建設(shè)滯后，處理能力不足，部分生活污水未經(jīng)處理或處理不達(dá)標(biāo)就直接排入水體。在一些中小城市，生活污水集中處理率僅為60%-70%，大量的生活污水直接流入周邊河流，使得河流中的化學(xué)需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）等指標(biāo)嚴(yán)重超標(biāo)，水體發(fā)黑發(fā)臭，喪失了基本的生態(tài)功能。2.3.2水資源短缺盡管平原區(qū)域水系相對(duì)發(fā)達(dá)，但由于人口密集、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁，水資源需求量大，加上水體污染導(dǎo)致的水質(zhì)性缺水，使得水資源短缺問題日益突出。在一些平原地區(qū)，隨著工業(yè)的快速發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，工業(yè)用水和生活用水需求急劇增加。許多工業(yè)企業(yè)為了滿足生產(chǎn)需要，大量抽取地下水，導(dǎo)致地下水位下降，形成地下水漏斗區(qū)。一些城市由于過度開采地下水，引發(fā)了地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害，給城市的基礎(chǔ)設(shè)施和居民生活帶來了嚴(yán)重威脅。水體污染進(jìn)一步加劇了水資源短缺的狀況。受到污染的水體無法滿足生產(chǎn)生活用水的水質(zhì)要求，可利用的水資源量減少。原本可以作為飲用水源的河流、湖泊，由于受到污染，不得不花費(fèi)大量的資金和資源進(jìn)行處理，甚至有些水體因污染過于嚴(yán)重而完全喪失了作為水源的功能。在某些平原地區(qū)，由于河流和湖泊的污染，居民不得不依靠遠(yuǎn)距離調(diào)水來滿足生活用水需求，這不僅增加了供水成本，也對(duì)區(qū)域水資源的合理調(diào)配帶來了挑戰(zhàn)。2.3.3水生態(tài)系統(tǒng)退化長期的水體污染和水資源不合理利用，導(dǎo)致平原區(qū)域水生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞。河流、湖泊中的水生生物種類和數(shù)量大幅減少，生物多樣性降低。一些敏感的水生生物，如某些珍稀魚類、底棲動(dòng)物等，由于無法適應(yīng)污染的水環(huán)境，逐漸消失。在一些受到嚴(yán)重污染的河流中，幾乎看不到魚類的蹤跡，只有一些耐污能力較強(qiáng)的水生生物能夠生存。濕地作為重要的水生態(tài)系統(tǒng)，也面臨著退化的危機(jī)。平原地區(qū)的濕地面積不斷減少，濕地功能逐漸喪失。人類的圍墾、填湖造地等活動(dòng)，破壞了濕地的生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能，使得濕地對(duì)洪水的調(diào)蓄能力、對(duì)污染物的凈化能力以及為生物提供棲息地的能力都大幅下降。一些原本具有重要生態(tài)價(jià)值的濕地，被開發(fā)為農(nóng)田、工業(yè)園區(qū)或城市建設(shè)用地，導(dǎo)致濕地生態(tài)系統(tǒng)的完整性遭到破壞，生態(tài)服務(wù)功能顯著降低。三、水環(huán)境容量計(jì)算理論基礎(chǔ)3.1水環(huán)境容量的概念與內(nèi)涵水環(huán)境容量作為水環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵概念，具有豐富的內(nèi)涵和重要的實(shí)踐意義。從定義來看，水環(huán)境容量是指在一定的水質(zhì)目標(biāo)下，水體環(huán)境對(duì)排放于其中的污染物質(zhì)所具有的容納能力。這一概念強(qiáng)調(diào)了水質(zhì)目標(biāo)的前提性，不同的水質(zhì)目標(biāo)會(huì)導(dǎo)致水環(huán)境容量的顯著差異。在飲用水水源地，為了保障居民的飲水安全，對(duì)水質(zhì)的要求極為嚴(yán)格，相應(yīng)的水環(huán)境容量就相對(duì)較小；而在一些工業(yè)用水或景觀用水的水體中，水質(zhì)目標(biāo)相對(duì)寬松，其水環(huán)境容量則可能較大。水環(huán)境容量與水質(zhì)目標(biāo)密切相關(guān)。水質(zhì)目標(biāo)是根據(jù)水體的功能和用途來確定的，不同功能的水體，如飲用水源地、漁業(yè)用水區(qū)、景觀娛樂用水區(qū)等，都有各自對(duì)應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。這些水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了水體中各種污染物的最高允許濃度，是衡量水環(huán)境質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)的重要依據(jù)。當(dāng)水質(zhì)目標(biāo)提高時(shí)，意味著對(duì)水體中污染物濃度的限制更加嚴(yán)格，水體所能容納的污染物量就會(huì)減少，即水環(huán)境容量降低；反之，若水質(zhì)目標(biāo)降低，水環(huán)境容量則會(huì)相應(yīng)增加。以化學(xué)需氧量（COD）為例，在飲用水水源地，其水質(zhì)目標(biāo)可能要求COD濃度低于15mg/L，而在一般景觀用水區(qū)，COD濃度允許達(dá)到30mg/L，顯然，前者的水環(huán)境容量要小于后者。水資源量也是影響水環(huán)境容量的重要因素。水資源量包括水體的流量、流速、水位等水文參數(shù)，這些參數(shù)直接關(guān)系到水體對(duì)污染物的稀釋和擴(kuò)散能力。在河流中，流量較大時(shí)，污染物能夠迅速被稀釋，水體的自凈能力增強(qiáng)，水環(huán)境容量也會(huì)相應(yīng)增大。當(dāng)河流處于豐水期時(shí)，其流量大幅增加，對(duì)污染物的稀釋作用明顯，能夠容納更多的污染物；而在枯水期，流量減小，污染物容易積聚，水環(huán)境容量降低。流速也會(huì)影響污染物的擴(kuò)散速度，流速較快的水體，污染物能夠更快地?cái)U(kuò)散到更大的范圍，降低局部污染物濃度，從而提高水環(huán)境容量。從更深入的角度看，水環(huán)境容量不僅是一個(gè)物理化學(xué)概念，還涉及到生態(tài)系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。水體中的生物群落，如藻類、水生植物、魚類等，對(duì)污染物有著不同的耐受能力和吸收轉(zhuǎn)化能力。當(dāng)污染物排放量超過水環(huán)境容量時(shí)，會(huì)對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，導(dǎo)致生物多樣性下降，生態(tài)系統(tǒng)功能受損。過量的氮、磷排放會(huì)引發(fā)水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致藻類大量繁殖，消耗水中的溶解氧，使魚類等水生生物因缺氧而死亡，破壞水生態(tài)系統(tǒng)的平衡。水環(huán)境容量是一個(gè)綜合性的概念，它與水質(zhì)目標(biāo)、水資源量以及水生態(tài)系統(tǒng)密切相關(guān)。準(zhǔn)確理解和把握水環(huán)境容量的概念與內(nèi)涵，對(duì)于科學(xué)制定水污染防治策略、合理規(guī)劃水資源利用、有效保護(hù)水生態(tài)系統(tǒng)具有重要的指導(dǎo)意義。在實(shí)際的水環(huán)境管理中，必須充分考慮這些因素之間的相互關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)水環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。3.2水環(huán)境容量的分類與組成水環(huán)境容量根據(jù)其作用機(jī)理的不同，主要可分為稀釋容量、自凈容量和遷移容量。這些組成部分相互關(guān)聯(lián)，共同決定了水體對(duì)污染物的容納能力，在維持水環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)平衡方面各自發(fā)揮著獨(dú)特而重要的作用。稀釋容量是指水體中的本底水質(zhì)濃度低于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度時(shí)，由于對(duì)流及擴(kuò)散作用（紊流及分子擴(kuò)散），使排入的污染物逐漸均勻分布至整個(gè)水體，當(dāng)其濃度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)濃度極限值時(shí)水體增加的污染物容量。以河流為例，當(dāng)上游來水的污染物濃度較低，而有一定量的污染物排入河流后，水流的對(duì)流作用會(huì)推動(dòng)污染物向下游移動(dòng)，同時(shí)擴(kuò)散作用使污染物在橫向和垂向上逐漸分散，與周圍水體混合，從而降低污染物的局部濃度。在這個(gè)過程中，水體通過稀釋作用容納了更多的污染物，其稀釋容量的大小與河流的流量、流速以及污染物的初始濃度等因素密切相關(guān)。流量越大、流速越快，污染物越容易被稀釋，稀釋容量也就越大。自凈容量是指污染物在水體中由于物理、化學(xué)、生化作用產(chǎn)生降解，水體對(duì)污染物的這種自凈作用而獲得的環(huán)境容量。物理自凈作用包括沉淀、吸附等過程，如河流中的懸浮顆粒物會(huì)在重力作用下逐漸沉淀到河底，同時(shí)一些污染物會(huì)被底泥或水體中的懸浮顆粒吸附，從而降低水體中的污染物濃度?；瘜W(xué)自凈作用涉及氧化還原、絡(luò)合、分解等化學(xué)反應(yīng)，像溶解氧參與的氧化反應(yīng)可以將一些還原性污染物氧化為無害或低害物質(zhì)。生物自凈作用則主要依賴微生物的代謝活動(dòng)，微生物通過分解有機(jī)物獲取能量和營養(yǎng)物質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水等簡單物質(zhì)。在一個(gè)受到有機(jī)污染物污染的湖泊中，好氧微生物會(huì)利用水中的溶解氧分解有機(jī)物，使水體的有機(jī)污染物濃度降低，體現(xiàn)了水體的生物自凈容量。自凈容量受水體的溫度、溶解氧含量、微生物種類和數(shù)量以及污染物的可生化性等多種因素影響。遷移容量是指污染物在水體中隨水流的對(duì)流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的輸移量，其最大值是流量與水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)濃度的乘積。在實(shí)際的水環(huán)境中，污染物會(huì)隨著水流從一個(gè)區(qū)域輸送到另一個(gè)區(qū)域。在大江大河中，污染物可能會(huì)隨著水流長距離輸移，從上游地區(qū)輸送到下游地區(qū)。遷移容量反映了水體在水流作用下對(duì)污染物的輸送能力，它與水體的流量、流速以及水流的路徑等因素有關(guān)。流量大、流速快的水體，其遷移容量相對(duì)較大，能夠?qū)⒏嗟奈廴疚镙斔偷礁h(yuǎn)的地方。這三種容量在水環(huán)境中相互作用、相互影響。稀釋容量為自凈容量和遷移容量提供了基礎(chǔ)條件，通過稀釋降低污染物濃度，有利于自凈作用的進(jìn)行，同時(shí)也影響著污染物的遷移路徑和范圍。自凈容量則在一定程度上減少了水體中污染物的總量，降低了污染物對(duì)水環(huán)境的危害程度，進(jìn)而影響到稀釋容量和遷移容量的大小。遷移容量改變了污染物在水體中的空間分布，使得污染物在不同區(qū)域的稀釋和自凈過程有所差異。在一條河流中，污染物先通過稀釋作用在局部區(qū)域降低濃度，然后在水流的推動(dòng)下發(fā)生遷移，在遷移過程中，自凈作用不斷對(duì)污染物進(jìn)行降解，三者共同作用，維持著河流的水環(huán)境容量和水質(zhì)狀況。3.3影響水環(huán)境容量的因素3.3.1水量因素水量是影響水環(huán)境容量的關(guān)鍵因素之一，它主要通過水體的流量、流速以及水位等方面對(duì)水環(huán)境容量產(chǎn)生顯著影響。在河流中，流量的大小直接關(guān)系到水體對(duì)污染物的稀釋能力。當(dāng)河流流量較大時(shí)，相同數(shù)量的污染物排入后，能夠迅速被大量的河水稀釋，使得污染物在水體中的濃度顯著降低。在長江這樣的大河中，豐水期時(shí)流量巨大，對(duì)污染物的稀釋作用十分明顯，能夠容納更多的污染物而不至于導(dǎo)致水質(zhì)超標(biāo)，其水環(huán)境容量相對(duì)較大；而在枯水期，流量大幅減少，污染物容易積聚，水環(huán)境容量降低。有研究表明，當(dāng)河流流量減少一半時(shí)，其對(duì)化學(xué)需氧量（COD）的容納能力可能會(huì)降低30%-50%。流速同樣對(duì)水環(huán)境容量有著重要影響。流速較快的水體，能夠加快污染物的擴(kuò)散速度，使其在更大的范圍內(nèi)分布，避免污染物在局部區(qū)域過度積聚。在一些流速較快的山區(qū)河流，盡管水量可能不如平原河流，但由于流速快，污染物能夠迅速擴(kuò)散，水體的自凈能力增強(qiáng)，水環(huán)境容量也相對(duì)較大。相反，在平原地區(qū)水流緩慢的河流中，污染物擴(kuò)散緩慢，容易在排放口附近形成高濃度污染區(qū)域，降低了水環(huán)境容量。水位的變化也會(huì)對(duì)水環(huán)境容量產(chǎn)生影響。在湖泊和水庫中，水位的高低決定了水體的容積大小。當(dāng)水位升高時(shí)，水體容積增大，能夠容納更多的污染物，水環(huán)境容量相應(yīng)增加；反之，水位下降，水體容積減小，水環(huán)境容量降低。一些季節(jié)性湖泊，在雨季水位上升，水環(huán)境容量增大，能夠更好地容納周邊地區(qū)排放的污染物；而在旱季水位下降，水環(huán)境容量減小，對(duì)污染物的容納能力減弱，容易導(dǎo)致水質(zhì)惡化。3.3.2水質(zhì)因素水質(zhì)狀況對(duì)水環(huán)境容量的影響主要體現(xiàn)在本底水質(zhì)和污染物特性兩個(gè)方面。本底水質(zhì)是指水體在未受到人為污染時(shí)的原始水質(zhì)狀況。如果水體的本底水質(zhì)良好，污染物濃度較低，那么它對(duì)新排入污染物的容納能力就相對(duì)較強(qiáng)。在一些偏遠(yuǎn)山區(qū)的河流，由于人類活動(dòng)影響較小，本底水質(zhì)清澈，污染物含量低，其水環(huán)境容量較大，能夠承受一定程度的污染物排放而仍能保持良好的水質(zhì)。相反，若水體本底水質(zhì)較差，已經(jīng)受到一定程度的污染，那么它對(duì)污染物的容納能力就會(huì)降低。在一些城市周邊的河流，由于長期受到工業(yè)廢水、生活污水等的污染，本底水質(zhì)中污染物濃度較高，即使少量的新污染物排入，也可能導(dǎo)致水質(zhì)超標(biāo)，水環(huán)境容量明顯減小。污染物特性也是影響水環(huán)境容量的重要因素。不同污染物在水體中的物理化學(xué)性質(zhì)差異較大，其在水體中的遷移、轉(zhuǎn)化和降解過程各不相同，從而導(dǎo)致水體對(duì)它們的容納能力也有所不同。一些易降解的污染物，如生活污水中的有機(jī)污染物，在水體中能夠較快地被微生物分解轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，水體對(duì)這類污染物的環(huán)境容量相對(duì)較大。而難降解的有機(jī)污染物，如多氯聯(lián)苯（PCBs）、持久性有機(jī)污染物（POPs）等，它們?cè)谒w中難以被自然降解，會(huì)長期存在并積累，水體對(duì)它們的容納能力極小。重金屬污染物，如汞、鎘、鉛等，具有毒性大、不易降解且易在生物體內(nèi)富集的特點(diǎn)，水體對(duì)其環(huán)境容量也非常有限。一旦重金屬污染物排入水體，即使?jié)舛容^低，也可能對(duì)水生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞，并且很難通過自然過程去除。3.3.3水文條件因素水文條件涵蓋了多種因素，除了前面提到的流量、流速外，還包括水流形態(tài)、水溫以及水體的混合特性等，這些因素相互作用，共同影響著水環(huán)境容量。水流形態(tài)可分為層流和紊流等，紊流狀態(tài)下的水體，其內(nèi)部的物質(zhì)交換和能量傳遞更為劇烈，有利于污染物的擴(kuò)散和混合。在紊流的河流中，污染物能夠更快地與周圍水體混合，加速稀釋和降解過程，從而提高水環(huán)境容量。而在層流狀態(tài)下，水體的流動(dòng)較為平穩(wěn)，污染物的擴(kuò)散相對(duì)緩慢，水環(huán)境容量相對(duì)較低。水溫對(duì)水環(huán)境容量的影響主要體現(xiàn)在對(duì)污染物降解過程和微生物活性的影響上。水溫升高時(shí)，化學(xué)反應(yīng)速率加快，微生物的代謝活動(dòng)也更為活躍，這有利于污染物的降解。在夏季水溫較高時(shí)，水體中微生物對(duì)有機(jī)污染物的分解速度明顯加快，水體對(duì)有機(jī)污染物的環(huán)境容量相對(duì)較大；而在冬季水溫較低時(shí)，微生物活性受到抑制，污染物降解速度減緩，水環(huán)境容量降低。有研究表明，水溫每升高10℃，有機(jī)污染物的降解速率可能會(huì)提高2-3倍。水體的混合特性也至關(guān)重要。在湖泊和水庫等相對(duì)封閉的水體中，水體的混合程度會(huì)影響污染物在整個(gè)水體中的分布。如果水體混合均勻，污染物能夠迅速擴(kuò)散到整個(gè)水體，降低局部濃度，提高水環(huán)境容量。然而，在一些分層明顯的湖泊中，水體上下層之間的混合較弱，污染物容易在局部區(qū)域積聚，導(dǎo)致該區(qū)域的水環(huán)境容量降低。在夏季，一些湖泊會(huì)出現(xiàn)水溫分層現(xiàn)象，上層水溫較高，下層水溫較低，若污染物排放到下層水體，由于混合困難，很難被稀釋和降解，容易造成下層水體水質(zhì)惡化。四、平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算方法4.1常用計(jì)算方法概述在平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算中，公式法是較為基礎(chǔ)且應(yīng)用廣泛的一種方法。該方法基于水環(huán)境容量的定義及相關(guān)水環(huán)境數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)得出在特定條件下的水環(huán)境容量計(jì)算公式。對(duì)于可降解污染物，在均勻混合水體（河段）或資料受限、精確度要求不高的情況下，常采用零維公式計(jì)算。其公式為W=86.4Q(Cs-co)+0.001V+86.4QK，其中Cs為污染物控制標(biāo)準(zhǔn)濃度，co為污染物環(huán)境本底值，Q為流量，V為區(qū)域環(huán)境體積，K為污染物綜合降解系數(shù)。在計(jì)算某平原地區(qū)一條水流平緩、污染物混合較為均勻的小河的化學(xué)需氧量（COD）環(huán)境容量時(shí)，若已知該河的流量、COD的控制標(biāo)準(zhǔn)濃度、本底濃度以及根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的綜合降解系數(shù)，便可利用此公式快速計(jì)算出大致的水環(huán)境容量。在資料較豐富的中小河流，對(duì)于可降解污染物，可采用一維公式W=86.4(Q+q)Cexp(Ax/86400u)-CoQo，其中Qo為河道上游來水流量，q為排污流量，u為河水平均流速，x為河段長度。當(dāng)計(jì)算某平原中小河流某一河段的氨氮環(huán)境容量時(shí)，通過實(shí)地監(jiān)測獲取該河段的上游來水流量、排污流量、平均流速、河段長度以及氨氮的相關(guān)濃度數(shù)據(jù)后，就可以運(yùn)用此公式進(jìn)行計(jì)算。公式法的優(yōu)點(diǎn)在于計(jì)算過程相對(duì)簡單、直觀，對(duì)數(shù)據(jù)要求相對(duì)較低，在一些基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有限的情況下也能進(jìn)行水環(huán)境容量的估算。然而，該方法也存在明顯的局限性，它通?；谝恍┖喕募僭O(shè)條件，對(duì)復(fù)雜的水動(dòng)力和水質(zhì)變化過程考慮不夠全面，難以準(zhǔn)確反映實(shí)際水體中污染物的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，計(jì)算結(jié)果的精度相對(duì)較低。模型試錯(cuò)法也是一種常用的計(jì)算方法。在河流的第一個(gè)區(qū)段的上斷面投入大量的污染物，使該處水質(zhì)達(dá)到水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的上限，此時(shí)投入的污染物的量即為這一河段的環(huán)境容量。由于河水的流動(dòng)和降解作用，當(dāng)污染物流到下一控制斷面時(shí)，污染物濃度已有所降低，在低于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的某一水平（視降解程度而定）時(shí)又可以向水中投入一定的污染物，而不超出水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，這部分污染物的量可認(rèn)為是第二個(gè)河段的環(huán)境容量，依此類推，最后將各河段容量求和即為總的環(huán)境容量。在對(duì)某平原地區(qū)的一條河流進(jìn)行水環(huán)境容量計(jì)算時(shí)，可將河流劃分為多個(gè)區(qū)段，在每個(gè)區(qū)段的上斷面進(jìn)行污染物投放實(shí)驗(yàn)，記錄水質(zhì)變化情況，從而確定每個(gè)區(qū)段的環(huán)境容量。模型試錯(cuò)法能夠在一定程度上考慮污染物在河流中的實(shí)際遷移和降解過程，相較于公式法，更貼近實(shí)際情況。但該方法也存在諸多弊端，需要進(jìn)行大量的實(shí)地實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)監(jiān)測，成本較高、耗時(shí)較長。實(shí)驗(yàn)過程中難以精確控制各種變量，可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在較大誤差，而且該方法對(duì)于復(fù)雜的河網(wǎng)系統(tǒng)或受多種因素影響的水體，實(shí)施難度較大，計(jì)算結(jié)果的可靠性也會(huì)受到影響。系統(tǒng)最優(yōu)化法包含線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動(dòng)態(tài)規(guī)劃及隨機(jī)規(guī)劃等多種方法。以線性規(guī)劃法為例，它是在滿足一定的約束條件下，通過建立目標(biāo)函數(shù)來求解水環(huán)境容量的最大值或最小值。在平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算中，約束條件可能包括水體的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、水量限制、排污口位置和數(shù)量等，目標(biāo)函數(shù)則通常是污染物的排放總量或水環(huán)境容量。在對(duì)某平原城市的河網(wǎng)水環(huán)境容量進(jìn)行計(jì)算時(shí)，考慮到各河道的水質(zhì)目標(biāo)、流量限制以及不同排污口的位置和排污能力等因素，運(yùn)用線性規(guī)劃法建立數(shù)學(xué)模型，求解出在滿足所有約束條件下的最大水環(huán)境容量以及各排污口的最優(yōu)排污分配方案。系統(tǒng)最優(yōu)化法能夠綜合考慮多種因素對(duì)水環(huán)境容量的影響，從整體上對(duì)水資源和污染物排放進(jìn)行優(yōu)化配置，為水環(huán)境管理提供科學(xué)的決策依據(jù)。但該方法對(duì)數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性要求極高，需要大量詳細(xì)的水質(zhì)、水量、排污等數(shù)據(jù)作為支撐。建立和求解復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型需要較高的專業(yè)知識(shí)和技術(shù)水平，計(jì)算過程復(fù)雜，計(jì)算時(shí)間長。實(shí)際情況中，由于各種不確定因素的存在，模型的假設(shè)條件與實(shí)際情況可能存在偏差，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在一定的誤差。概率稀釋模型法基于特定的基本假定，建立污染物與水體混合均勻后下游濃度的概率稀釋模型。利用矩量近似解法求解控制斷面在一定控制濃度下的達(dá)標(biāo)率，再利用數(shù)值積分求解水體在控制斷面不同控制濃度、不同達(dá)標(biāo)率下的水環(huán)境容量。在計(jì)算某平原河流某一控制斷面的水環(huán)境容量時(shí)，通過對(duì)河流的流量、流速、污染物排放情況等進(jìn)行長期監(jiān)測，獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，建立概率稀釋模型，考慮到河流流量的不確定性以及污染物排放的隨機(jī)性，運(yùn)用矩量近似解法和數(shù)值積分方法，計(jì)算出在不同達(dá)標(biāo)率要求下該控制斷面的水環(huán)境容量。概率稀釋模型法充分考慮了水體中污染物濃度的不確定性和隨機(jī)性，能夠提供不同達(dá)標(biāo)概率下的水環(huán)境容量信息，為水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理提供了更全面的依據(jù)。然而，該方法需要大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)來確定模型參數(shù)，對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量要求較高。模型的建立和求解涉及到復(fù)雜的數(shù)學(xué)理論和方法，計(jì)算過程較為繁瑣，而且模型的準(zhǔn)確性依賴于對(duì)各種隨機(jī)因素的合理假設(shè)和描述，若假設(shè)不合理，可能導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏差較大。未確知數(shù)學(xué)法是將未確知數(shù)學(xué)理論應(yīng)用于水環(huán)境容量計(jì)算的一種方法。它能夠處理由于數(shù)據(jù)缺乏、信息不完整等原因?qū)е碌牟淮_定性問題。在平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算中，當(dāng)面臨數(shù)據(jù)不足或存在模糊信息時(shí)，運(yùn)用未確知數(shù)學(xué)法，將水環(huán)境容量視為一個(gè)未確知數(shù)，通過建立未確知數(shù)學(xué)模型來求解。在對(duì)某平原地區(qū)一個(gè)數(shù)據(jù)監(jiān)測有限的小型湖庫進(jìn)行水環(huán)境容量計(jì)算時(shí)，由于缺乏足夠的水質(zhì)、水量數(shù)據(jù)，運(yùn)用未確知數(shù)學(xué)法，將湖庫的水環(huán)境容量表示為一個(gè)區(qū)間數(shù)或模糊數(shù)，通過對(duì)有限數(shù)據(jù)的分析和處理，結(jié)合專家經(jīng)驗(yàn)等信息，建立未確知數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出該湖庫水環(huán)境容量的可能范圍。未確知數(shù)學(xué)法為解決水環(huán)境容量計(jì)算中的不確定性問題提供了新的思路和方法，能夠在數(shù)據(jù)有限的情況下給出相對(duì)合理的計(jì)算結(jié)果。但該方法目前還處于發(fā)展階段，理論和應(yīng)用都還不夠成熟，對(duì)專業(yè)知識(shí)的要求較高，其計(jì)算結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證和完善。4.2針對(duì)平原區(qū)域的計(jì)算方法改進(jìn)4.2.1考慮河網(wǎng)水流特性平原區(qū)域河網(wǎng)水流具有獨(dú)特的特性，水流方向多變且流速緩慢，這些特點(diǎn)對(duì)污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生了顯著影響。由于河網(wǎng)中存在眾多的支流和交匯點(diǎn)，水流方向會(huì)隨著水位的變化、潮汐的影響以及人為水利調(diào)控等因素頻繁改變。在潮汐影響的平原河網(wǎng)地區(qū)，漲潮時(shí)水流方向可能會(huì)發(fā)生逆轉(zhuǎn)，污染物會(huì)隨著水流反向運(yùn)動(dòng)；而在退潮時(shí)，水流又會(huì)恢復(fù)原來的方向，這種水流方向的交替變化使得污染物的擴(kuò)散路徑變得極為復(fù)雜。為了更準(zhǔn)確地描述污染物在河網(wǎng)中的遷移轉(zhuǎn)化過程，應(yīng)采用非穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行計(jì)算。非穩(wěn)態(tài)模型能夠充分考慮水流的動(dòng)態(tài)變化，包括流量、流速、水位等因素隨時(shí)間的變化情況。以某平原河網(wǎng)地區(qū)的實(shí)際案例為例，利用非穩(wěn)態(tài)水量水質(zhì)模型，結(jié)合高精度的水文監(jiān)測數(shù)據(jù)，對(duì)河網(wǎng)中污染物的遷移轉(zhuǎn)化進(jìn)行模擬。在模型中，將河網(wǎng)劃分為多個(gè)計(jì)算單元，每個(gè)單元都考慮了水流的進(jìn)出流量、流速以及污染物的濃度變化。通過模擬不同時(shí)刻的水流狀態(tài)和污染物分布情況，能夠更真實(shí)地反映河網(wǎng)中污染物的遷移路徑和擴(kuò)散范圍。4.2.2引入不均勻系數(shù)平原區(qū)域水資源分布存在明顯的不均勻性，這種不均勻性對(duì)水環(huán)境容量有著重要影響。在河網(wǎng)（河道）區(qū)，水資源的分布與河寬大小密切相關(guān)。一般來說，河寬較大的河道，水流相對(duì)穩(wěn)定，污染物擴(kuò)散相對(duì)均勻，其水環(huán)境容量相對(duì)較大；而河寬較小的河道，水流變化較大，污染物容易積聚，水環(huán)境容量相對(duì)較小。為了修正這種不均勻性對(duì)水環(huán)境容量的影響，引入不均勻系數(shù)是一種有效的方法。不均勻系數(shù)與河寬大小相關(guān)，隨河寬增大不均勻系數(shù)逐漸減小，取值范圍通常為0.1-1。在某平原河網(wǎng)的研究中，通過對(duì)不同河寬河道的水質(zhì)監(jiān)測和分析，確定了各河道的不均勻系數(shù)。對(duì)于河寬較寬的主干道，不均勻系數(shù)取值為0.3，而對(duì)于一些狹窄的支流，不均勻系數(shù)取值為0.8。在湖庫水體中，水資源分布的不均勻性與湖庫面積大小相關(guān)。面積較大的湖庫，水體的混合和擴(kuò)散相對(duì)均勻，水環(huán)境容量較大；面積較小的湖庫，水體的自凈能力相對(duì)較弱，水環(huán)境容量較小。湖庫水體的不均勻系數(shù)與湖庫面積大小相關(guān)，面積越大，不均勻系數(shù)越小，取值范圍一般為0.05-1。在對(duì)某大型湖庫和小型湖庫的對(duì)比研究中，大型湖庫的不均勻系數(shù)為0.1，小型湖庫的不均勻系數(shù)為0.6。通過引入不均勻系數(shù)，能夠更準(zhǔn)確地反映平原區(qū)域水資源分布不均勻?qū)λh(huán)境容量的影響，提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。4.2.3考慮雙向河流訂正在平原區(qū)域，許多河流受到潮汐等因素的影響，呈現(xiàn)出雙向流動(dòng)的特點(diǎn)。潮汐的漲落使得河流在一定時(shí)間段內(nèi)水流方向發(fā)生改變，這對(duì)污染物的擴(kuò)散和降解過程產(chǎn)生了復(fù)雜的影響。在漲潮時(shí)，海水倒灌，河流流速減緩，污染物容易在河口附近積聚；退潮時(shí)，河水?dāng)y帶污染物向下游排放，但由于水流速度的變化以及與海水的混合，污染物的擴(kuò)散和降解規(guī)律與單向河流有很大不同。針對(duì)雙向河流的特性，在計(jì)算水環(huán)境容量時(shí)需要進(jìn)行雙向河流訂正。一種常用的方法是根據(jù)潮汐的周期和水位變化，將計(jì)算時(shí)段劃分為漲潮和退潮兩個(gè)階段，分別建立水流和水質(zhì)模型進(jìn)行模擬。在漲潮階段，考慮海水的影響，調(diào)整模型中的水流速度、鹽度等參數(shù)；在退潮階段，根據(jù)河水的流量和流速變化，重新計(jì)算污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程。通過對(duì)兩個(gè)階段的模擬結(jié)果進(jìn)行綜合分析，得到更準(zhǔn)確的水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果。在某受潮汐影響的平原河流的研究中，采用雙向河流訂正方法后，計(jì)算得到的化學(xué)需氧量（COD）環(huán)境容量比未考慮雙向河流特性時(shí)減少了20%-30%，更符合實(shí)際情況。4.3不同水體類型的計(jì)算方法選擇針對(duì)不同的水體類型，需要選擇合適的計(jì)算方法以確保水環(huán)境容量計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。在平原區(qū)域，河網(wǎng)（河道）、大江大河、中小型湖庫以及大型湖庫等水體各有其獨(dú)特的水文和水動(dòng)力特征，因此其計(jì)算方法也有所不同。河網(wǎng)（河道）區(qū)水流復(fù)雜，水力條件多變，污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程受多種因素影響。為了準(zhǔn)確計(jì)算其水環(huán)境容量，應(yīng)采用非穩(wěn)態(tài)模型。非穩(wěn)態(tài)模型能夠充分考慮水流的動(dòng)態(tài)變化，包括流量、流速、水位等因素隨時(shí)間的變化情況，以及污染物在河網(wǎng)中的擴(kuò)散、降解等過程?？紤]不均勻系數(shù)、雙向河流訂正以及時(shí)空累計(jì)法等因素，能夠更全面地反映河網(wǎng)區(qū)的實(shí)際情況。不均勻系數(shù)的引入可以修正水資源分布不均勻?qū)λh(huán)境容量的影響，雙向河流訂正則針對(duì)潮汐影響下河流雙向流動(dòng)的特點(diǎn)，使計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際。時(shí)空累計(jì)法能夠考慮污染物在時(shí)間和空間上的累積效應(yīng)，提高計(jì)算的精度。大江大河河面寬闊，水流條件復(fù)雜，污染物的擴(kuò)散范圍較大。在計(jì)算其水環(huán)境容量時(shí)，采用單個(gè)污染帶長度控制與污染帶長度占岸線長度比例控制相結(jié)合的方法。單個(gè)污染帶長度控制可以確保污染物在一定范圍內(nèi)的擴(kuò)散不會(huì)對(duì)下游造成過大影響，而污染帶長度占岸線長度比例控制則從宏觀上考慮了污染物對(duì)整個(gè)岸線的影響程度。這種方法綜合考慮了大江大河的特點(diǎn)，能夠有效地控制污染物的排放，保護(hù)水環(huán)境質(zhì)量。中小型湖庫水體相對(duì)較小，污染物在較短時(shí)間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)較為均勻的混合。因此，在計(jì)算中小型湖庫的水環(huán)境容量時(shí)，考慮不均勻系數(shù)，采用完全混合法是較為合適的。不均勻系數(shù)可以反映湖庫水體中水資源分布的不均勻性，而完全混合法假設(shè)污染物在湖庫中能夠迅速均勻混合，簡化了計(jì)算過程，同時(shí)也能滿足一定的計(jì)算精度要求。大型湖庫面積大，受氣象條件影響顯著，尤其是風(fēng)向風(fēng)速對(duì)污染物的擴(kuò)散和分布有著重要影響。在計(jì)算大型湖庫的水環(huán)境容量時(shí)，采用考慮風(fēng)向風(fēng)速頻率訂正，并進(jìn)行單個(gè)污染帶面積控制與污染帶長度占岸線長度比例控制相結(jié)合的方法?？紤]風(fēng)向風(fēng)速頻率訂正能夠充分考慮氣象條件對(duì)污染物擴(kuò)散的影響，單個(gè)污染帶面積控制可以限制污染物在局部區(qū)域的擴(kuò)散范圍，污染帶長度占岸線長度比例控制則從整體上考慮了污染物對(duì)湖庫岸線的影響，從而更準(zhǔn)確地計(jì)算大型湖庫的水環(huán)境容量。五、平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算體系構(gòu)建5.1體系構(gòu)建的原則與思路平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算體系的構(gòu)建遵循科學(xué)性、實(shí)用性、全面性以及動(dòng)態(tài)性的原則，旨在建立一套精準(zhǔn)、高效且契合平原區(qū)域獨(dú)特水文與環(huán)境特征的計(jì)算體系?？茖W(xué)性原則是構(gòu)建計(jì)算體系的基石，要求在計(jì)算方法和模型的選擇上，嚴(yán)格基于扎實(shí)的水文學(xué)、環(huán)境科學(xué)以及數(shù)學(xué)原理。在確定污染物降解系數(shù)時(shí)，需通過大量嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氖覂?nèi)外實(shí)驗(yàn)，深入探究污染物在不同水體條件下的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，精確分析其與水溫、水體中污染物本底濃度、可生化性、流速等關(guān)鍵環(huán)境因子之間的定量關(guān)系，運(yùn)用科學(xué)的統(tǒng)計(jì)分析和數(shù)學(xué)建模方法，建立科學(xué)合理的污染物降解系數(shù)求取公式，確保計(jì)算結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映污染物在水體中的實(shí)際變化情況。實(shí)用性原則強(qiáng)調(diào)計(jì)算體系應(yīng)緊密貼合平原區(qū)域水環(huán)境管理的實(shí)際需求，具備可操作性和可實(shí)施性。所采用的計(jì)算方法和模型應(yīng)便于實(shí)際應(yīng)用，對(duì)數(shù)據(jù)的要求不宜過于苛刻，能夠在現(xiàn)有監(jiān)測數(shù)據(jù)和技術(shù)條件下順利開展計(jì)算工作。計(jì)算結(jié)果應(yīng)能夠直接為水環(huán)境管理決策提供明確、有效的支持，如確定污染物排放總量控制目標(biāo)、制定水污染防治規(guī)劃等。在河網(wǎng)（河道）區(qū)水環(huán)境容量計(jì)算中，選擇的非穩(wěn)態(tài)模型應(yīng)能夠利用現(xiàn)有的水文監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)率定和模擬計(jì)算，為當(dāng)?shù)氐乃h(huán)境治理提供切實(shí)可行的依據(jù)。全面性原則要求計(jì)算體系充分考慮影響平原區(qū)域水環(huán)境容量的各種因素，涵蓋水量、水質(zhì)、水文條件、水生態(tài)系統(tǒng)以及人類活動(dòng)等多個(gè)方面。不僅要關(guān)注水體中污染物的物理、化學(xué)和生物轉(zhuǎn)化過程，還要考慮到平原區(qū)域河網(wǎng)水流特性、水資源分布不均勻性、雙向河流等特殊因素對(duì)水環(huán)境容量的影響。在構(gòu)建大型湖庫水環(huán)境容量計(jì)算模型時(shí)，要綜合考慮風(fēng)向風(fēng)速頻率訂正、單個(gè)污染帶面積控制與污染帶長度占岸線長度比例控制等因素，全面反映湖庫水體的復(fù)雜特征。動(dòng)態(tài)性原則考慮到平原區(qū)域水環(huán)境是一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)，隨著時(shí)間的推移，水量、水質(zhì)、水生態(tài)系統(tǒng)以及人類活動(dòng)等因素都會(huì)發(fā)生變化，因此計(jì)算體系應(yīng)具備動(dòng)態(tài)更新和調(diào)整的能力。能夠根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)和新的研究成果，及時(shí)對(duì)計(jì)算模型和參數(shù)進(jìn)行修正和優(yōu)化，以適應(yīng)不斷變化的水環(huán)境狀況。在設(shè)計(jì)水文條件選取方面，要根據(jù)長序列降雨量資料和水文監(jiān)測數(shù)據(jù)的變化，定期重新推求不同水文保證率下的典型年，更新設(shè)計(jì)水文條件，確保計(jì)算體系的時(shí)效性和準(zhǔn)確性?；谝陨显瓌t，構(gòu)建平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算體系的思路如下：首先，深入研究平原區(qū)域不同水體類型，包括河網(wǎng)（河道）、大江大河、中小型湖庫以及大型湖庫的獨(dú)特水文和水動(dòng)力特征，結(jié)合國內(nèi)外已有的水環(huán)境容量計(jì)算方法和模型，針對(duì)每種水體類型選擇最為適宜的計(jì)算方法和模型。對(duì)于河網(wǎng)（河道）區(qū)，考慮其水流復(fù)雜、水力條件多變的特點(diǎn)，采用非穩(wěn)態(tài)模型，并結(jié)合不均勻系數(shù)、雙向河流訂正以及時(shí)空累計(jì)法等進(jìn)行計(jì)算；對(duì)于大江大河，采用單個(gè)污染帶長度控制與污染帶長度占岸線長度比例控制相結(jié)合的方法，同時(shí)構(gòu)建二維水動(dòng)力水質(zhì)模型，以準(zhǔn)確模擬污染物在寬闊河面和復(fù)雜水流條件下的擴(kuò)散規(guī)律。其次，開展大量的室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場監(jiān)測工作，獲取豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過實(shí)驗(yàn)，定量分析污染物降解系數(shù)與各種環(huán)境因子之間的響應(yīng)關(guān)系，建立科學(xué)合理的污染物降解系數(shù)求取公式。在大江大河以及湖泊區(qū)，采用同步監(jiān)測率定法，利用實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行率定和優(yōu)化，提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。針對(duì)平原區(qū)域不同水體類型，研究并確定合理的設(shè)計(jì)水文條件選取方法，如考慮風(fēng)場對(duì)湖流的影響、運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法推求典型年等。最后，將構(gòu)建的計(jì)算方法和模型進(jìn)行整合，形成一套完整的平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算體系。選取平原區(qū)域內(nèi)具有代表性的水體進(jìn)行實(shí)例計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，全面驗(yàn)證計(jì)算體系的準(zhǔn)確性和可靠性。根據(jù)驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)計(jì)算體系進(jìn)行優(yōu)化和完善，使其能夠更好地適應(yīng)平原區(qū)域不同水體的特點(diǎn)和實(shí)際需求，為平原區(qū)域的水環(huán)境管理提供科學(xué)、可靠的技術(shù)支持。5.2數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理為了準(zhǔn)確計(jì)算平原區(qū)域的水環(huán)境容量，全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)收集是至關(guān)重要的基礎(chǔ)工作。數(shù)據(jù)收集涵蓋了多個(gè)關(guān)鍵方面，包括水量、水質(zhì)、水文條件以及相關(guān)的地理信息等。在水量數(shù)據(jù)收集方面，主要通過對(duì)平原區(qū)域內(nèi)河流、湖泊、水庫等水體的流量監(jiān)測來獲取。在河流上設(shè)置多個(gè)監(jiān)測斷面，利用流速儀、流量計(jì)等設(shè)備，定期測量不同時(shí)段的水流流速和流量。對(duì)于大江大河，如長江，在其流經(jīng)平原區(qū)域的多個(gè)關(guān)鍵位置設(shè)立監(jiān)測站，長期監(jiān)測其流量變化情況。通過這些監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以分析河流的流量變化規(guī)律，確定不同水文條件下的流量特征，為后續(xù)的水環(huán)境容量計(jì)算提供重要的水量依據(jù)。水質(zhì)數(shù)據(jù)的收集則圍繞水體中各種污染物的濃度展開。對(duì)化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總磷、總氮等常規(guī)污染物，以及重金屬、有機(jī)污染物等特殊污染物進(jìn)行監(jiān)測。在河網(wǎng)（河道）區(qū)，按照一定的空間間隔設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)，采集水樣后，利用化學(xué)分析方法，如重鉻酸鉀法測定COD、納氏試劑分光光度法測定氨氮等，準(zhǔn)確分析水樣中污染物的濃度。在湖泊和水庫中，考慮到水體的分層現(xiàn)象和不同區(qū)域的水質(zhì)差異，在不同深度和不同區(qū)域多點(diǎn)采樣，確保水質(zhì)數(shù)據(jù)能夠全面反映水體的污染狀況。水文條件數(shù)據(jù)除了流量外，還包括水位、流速、水溫等。水位數(shù)據(jù)通過水位計(jì)進(jìn)行監(jiān)測，記錄不同時(shí)間的水位變化，這對(duì)于分析河流的過水能力和湖泊、水庫的蓄水量變化具有重要意義。流速的測量不僅有助于了解污染物的遷移速度，還對(duì)水體的自凈能力有重要影響，通過流速儀在不同斷面和不同水深處測量流速。水溫的變化會(huì)影響污染物的降解速率和水體中生物的代謝活動(dòng)，利用溫度計(jì)或溫度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測水溫，為分析水環(huán)境容量與水溫的關(guān)系提供數(shù)據(jù)支持。地理信息數(shù)據(jù)包括平原區(qū)域的地形地貌、水系分布等。通過地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)，獲取高精度的地形數(shù)據(jù)，分析平原區(qū)域的地勢(shì)起伏和坡度變化，這對(duì)于理解水流的運(yùn)動(dòng)方向和速度分布具有重要作用。利用遙感影像和實(shí)地調(diào)查相結(jié)合的方法，繪制詳細(xì)的水系分布圖，明確河流、湖泊、水庫之間的連通關(guān)系和水流路徑，為構(gòu)建準(zhǔn)確的水量水質(zhì)模型提供基礎(chǔ)地理信息。數(shù)據(jù)預(yù)處理是確保數(shù)據(jù)質(zhì)量和可靠性的關(guān)鍵步驟，主要包括數(shù)據(jù)審核、缺失值處理和異常值處理等環(huán)節(jié)。在數(shù)據(jù)審核過程中，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面檢查，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。核對(duì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的測量時(shí)間、測量地點(diǎn)、測量方法等信息是否準(zhǔn)確無誤，檢查數(shù)據(jù)的記錄格式是否規(guī)范。對(duì)于水質(zhì)數(shù)據(jù)，檢查污染物濃度的測量值是否在合理范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)明顯的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。如發(fā)現(xiàn)某監(jiān)測點(diǎn)的COD濃度測量值遠(yuǎn)高于正常范圍，且與周邊監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)差異過大，需對(duì)該數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)查，確認(rèn)是否存在測量誤差或其他異常情況。對(duì)于存在缺失值的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和實(shí)際情況，采用合適的方法進(jìn)行處理。如果缺失值較少，可以利用相鄰監(jiān)測點(diǎn)的同期數(shù)據(jù)進(jìn)行插值估算。在河網(wǎng)監(jiān)測中，若某一監(jiān)測點(diǎn)某一天的氨氮濃度數(shù)據(jù)缺失，可根據(jù)其上下游相鄰監(jiān)測點(diǎn)同一天的氨氮濃度數(shù)據(jù)，采用線性插值法估算缺失值。若缺失值較多，且數(shù)據(jù)具有一定的時(shí)間序列特征，可以采用時(shí)間序列分析方法，如ARIMA模型等，對(duì)缺失值進(jìn)行預(yù)測和填補(bǔ)。對(duì)于一些與其他變量存在較強(qiáng)相關(guān)性的數(shù)據(jù)，也可以利用多元線性回歸等方法，根據(jù)其他相關(guān)變量的值來估算缺失值。異常值的處理同樣重要，異常值可能是由于測量誤差、設(shè)備故障或特殊的環(huán)境事件等原因?qū)е碌?。?duì)于異常值，首先要分析其產(chǎn)生的原因，如果是測量誤差或設(shè)備故障導(dǎo)致的，應(yīng)盡量通過重新測量或校準(zhǔn)設(shè)備來獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。若無法重新測量，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的分布特征，采用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行處理。利用箱線圖法識(shí)別異常值，對(duì)于超出箱線圖上下限的數(shù)據(jù)點(diǎn)，判斷為異常值。對(duì)于這些異常值，可以采用均值替代法、中位數(shù)替代法或基于模型的預(yù)測值替代法等進(jìn)行處理，以保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性和可靠性。5.3模型選擇與參數(shù)確定針對(duì)平原區(qū)域不同水體類型的獨(dú)特水文和水動(dòng)力特征，選擇合適的水質(zhì)模型是構(gòu)建準(zhǔn)確水環(huán)境容量計(jì)算體系的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在河網(wǎng)（河道）區(qū)，由于水流復(fù)雜多變，水力條件動(dòng)態(tài)變化顯著，非穩(wěn)態(tài)模型能夠更精確地模擬污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程。非穩(wěn)態(tài)模型考慮了流量、流速、水位等因素隨時(shí)間的變化，以及污染物在河網(wǎng)中的擴(kuò)散、降解等過程，能夠真實(shí)反映河網(wǎng)中污染物的遷移路徑和擴(kuò)散范圍。選擇一維非穩(wěn)態(tài)水量水質(zhì)耦合模型，該模型將河網(wǎng)劃分為多個(gè)計(jì)算單元，每個(gè)單元都考慮了水流的進(jìn)出流量、流速以及污染物的濃度變化，通過模擬不同時(shí)刻的水流狀態(tài)和污染物分布情況，為河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境容量計(jì)算提供了有力工具。對(duì)于大江大河，其河面寬闊，水流條件復(fù)雜，污染物的擴(kuò)散范圍較大。二維水動(dòng)力水質(zhì)模型能夠充分考慮污染物在橫向和縱向的擴(kuò)散，結(jié)合單個(gè)污染帶長度控制與污染帶長度占岸線長度比例控制相結(jié)合的方法，能夠有效地控制污染物的排放，保護(hù)水環(huán)境質(zhì)量。二維水動(dòng)力水質(zhì)模型考慮了水流的二維流動(dòng)特性，以及污染物在水流作用下的擴(kuò)散、降解等過程，通過數(shù)值模擬可以得到污染物在大江大河中的濃度分布情況，為水環(huán)境容量計(jì)算提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。在中小型湖庫中，污染物在較短時(shí)間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)較為均勻的混合，因此完全混合模型是較為合適的選擇。結(jié)合不均勻系數(shù)的考慮，能夠更準(zhǔn)確地反映湖庫水體中水資源分布的不均勻性對(duì)水環(huán)境容量的影響。完全混合模型假設(shè)污染物在湖庫中能夠迅速均勻混合，簡化了計(jì)算過程，同時(shí)不均勻系數(shù)的引入可以修正水資源分布不均勻?qū)λh(huán)境容量的影響，提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。大型湖庫面積大，受氣象條件影響顯著，尤其是風(fēng)向風(fēng)速對(duì)污染物的擴(kuò)散和分布有著重要影響。選擇考慮風(fēng)向風(fēng)速頻率訂正的水量水質(zhì)模型，并結(jié)合單個(gè)污染帶面積控制與污染帶長度占岸線長度比例控制相結(jié)合的方法，能夠更全面地反映大型湖庫的復(fù)雜特征，準(zhǔn)確計(jì)算其水環(huán)境容量。考慮風(fēng)向風(fēng)速頻率訂正的水量水質(zhì)模型，充分考慮了氣象條件對(duì)污染物擴(kuò)散的影響，通過對(duì)不同風(fēng)向風(fēng)速條件下污染物擴(kuò)散的模擬，能夠得到更符合實(shí)際情況的污染物濃度分布，為大型湖庫水環(huán)境容量計(jì)算提供科學(xué)依據(jù)。確定模型參數(shù)是保證模型準(zhǔn)確性和可靠性的重要步驟，其中污染物降解系數(shù)是關(guān)鍵參數(shù)之一。通過大量的室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，深入研究有機(jī)污染物在水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，定量分析污染物降解系數(shù)與水溫、水體中污染物本底濃度、可生化性、流速等環(huán)境因子之間的響應(yīng)關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水溫對(duì)污染物降解系數(shù)有顯著影響，一般來說，水溫升高，降解系數(shù)增大。當(dāng)水溫從10℃升高到20℃時(shí)，某有機(jī)污染物的降解系數(shù)可能會(huì)提高50%-80%。水體中污染物本底濃度也會(huì)影響降解系數(shù)，本底濃度較高時(shí)，降解過程可能會(huì)受到抑制，降解系數(shù)減小。污染物的可生化性是決定其降解能力的重要因素，可生化性好的污染物，降解系數(shù)相對(duì)較大。將這些關(guān)鍵因子進(jìn)行有機(jī)耦合，建立科學(xué)合理的污染物降解系數(shù)求取公式。對(duì)于大江大河以及湖泊區(qū)，由于其水體規(guī)模較大、環(huán)境條件復(fù)雜，通過建立水量水質(zhì)模型，采用同步監(jiān)測率定法來獲取準(zhǔn)確的污染物降解系數(shù)。同步監(jiān)測率定法是在實(shí)際水體中，同時(shí)監(jiān)測水質(zhì)和水量的變化，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行率定和優(yōu)化，從而得到更符合實(shí)際情況的污染物降解系數(shù)。在對(duì)某大型湖泊的研究中，通過同步監(jiān)測率定法，得到了不同季節(jié)、不同區(qū)域的污染物降解系數(shù)，為湖泊水環(huán)境容量計(jì)算提供了準(zhǔn)確的參數(shù)支持。5.4計(jì)算流程與結(jié)果分析平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算流程是一個(gè)系統(tǒng)且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，主要包括數(shù)據(jù)收集與預(yù)處理、模型選擇與參數(shù)確定、模型計(jì)算以及結(jié)果分析等關(guān)鍵步驟。在數(shù)據(jù)收集階段，全面收集平原區(qū)域內(nèi)水體的水量、水質(zhì)、水文條件等多方面的數(shù)據(jù)。通過在河流、湖泊等水體設(shè)置多個(gè)監(jiān)測斷面和監(jiān)測點(diǎn)，利用專業(yè)的監(jiān)測設(shè)備，定期采集流量、水位、流速、水溫以及各種污染物濃度等數(shù)據(jù)。同時(shí)，收集區(qū)域的地形地貌、水系分布等地理信息數(shù)據(jù)，為后續(xù)的計(jì)算提供全面的基礎(chǔ)資料。數(shù)據(jù)預(yù)處理是確保數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行審核，檢查數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性。對(duì)于存在缺失值的數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)和分布情況，采用合適的方法進(jìn)行填補(bǔ)，如線性插值法、時(shí)間序列分析方法等。對(duì)異常值進(jìn)行識(shí)別和處理，通過統(tǒng)計(jì)分析方法，判斷異常值產(chǎn)生的原因，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行修正或剔除，保證數(shù)據(jù)的可靠性。根據(jù)平原區(qū)域不同水體類型的特點(diǎn)，選擇合適的水質(zhì)模型。對(duì)于河網(wǎng)（河道）區(qū)，采用非穩(wěn)態(tài)水量水質(zhì)耦合模型；對(duì)于大江大河，選擇二維水動(dòng)力水質(zhì)模型；中小型湖庫采用完全混合模型；大型湖庫采用考慮風(fēng)向風(fēng)速頻率訂正的水量水質(zhì)模型。確定模型參數(shù)是保證模型準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，通過室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)場監(jiān)測，獲取污染物降解系數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)。對(duì)于污染物降解系數(shù)，分析其與水溫、水體中污染物本底濃度、可生化性、流速等環(huán)境因子之間的響應(yīng)關(guān)系，建立科學(xué)合理的求取公式。在模型計(jì)算階段，將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)輸入選定的模型中，運(yùn)行模型進(jìn)行水環(huán)境容量的計(jì)算。在計(jì)算過程中，嚴(yán)格按照模型的要求和設(shè)定的參數(shù)進(jìn)行操作，確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行全面的分析，將計(jì)算得到的水環(huán)境容量與實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，評(píng)估計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。分析不同水體類型、不同區(qū)域的水環(huán)境容量差異，探討其原因，為水環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)。以某平原地區(qū)的實(shí)際案例進(jìn)行計(jì)算，選取該地區(qū)的河網(wǎng)、長江部分河段以及多個(gè)湖庫作為研究對(duì)象。在河網(wǎng)區(qū)，通過非穩(wěn)態(tài)水量水質(zhì)耦合模型計(jì)算得到各河道的水環(huán)境容量。結(jié)果顯示，不同河道的水環(huán)境容量存在較大差異，河寬較大、水流相對(duì)穩(wěn)定的主干道，其水環(huán)境容量明顯大于狹窄的支流。主干道A的化學(xué)需氧量（COD）環(huán)境容量為500噸/年，而支流B的COD環(huán)境容量僅為100噸/年，這與引入的不均勻系數(shù)以及河網(wǎng)水流特性的考慮密切相關(guān)。對(duì)于長江部分河段，采用二維水動(dòng)力水質(zhì)模型計(jì)算水環(huán)境容量。根據(jù)單個(gè)污染帶長度控制與污染帶長度占岸線長度比例控制相結(jié)合的方法，確定污染物的排放限制。計(jì)算結(jié)果表明，在考慮了復(fù)雜的水流條件和污染物擴(kuò)散特性后，該河段對(duì)污染物的容納能力相對(duì)較為穩(wěn)定，但對(duì)排放位置和排放濃度有嚴(yán)格要求，以確保不會(huì)對(duì)下游水質(zhì)造成過大影響。在湖庫方面，中小型湖庫采用完全混合模型結(jié)合不均勻系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。小型湖庫C的氨氮環(huán)境容量為30噸/年，中型湖庫D的氨氮環(huán)境容量為80噸/年，由于湖庫面積和水資源分布不均勻性的影響，其水環(huán)境容量呈現(xiàn)出明顯的差異。大型湖庫則采用考慮風(fēng)向風(fēng)速頻率訂正的水量水質(zhì)模型計(jì)算，考慮到風(fēng)向風(fēng)速對(duì)污染物擴(kuò)散的重要影響，計(jì)算結(jié)果顯示，在不同風(fēng)向風(fēng)速條件下，湖庫的水環(huán)境容量有所變化，在主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向區(qū)域，污染物容易積聚，水環(huán)境容量相對(duì)較小。通過將計(jì)算結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，驗(yàn)證了計(jì)算體系的準(zhǔn)確性和可靠性。在河網(wǎng)區(qū)，計(jì)算得到的COD濃度分布與實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)的相對(duì)誤差在10%以內(nèi)；在長江河段，污染物濃度的計(jì)算值與監(jiān)測值的吻合度較高；湖庫的氨氮濃度計(jì)算結(jié)果與實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)也具有較好的一致性。這表明所構(gòu)建的平原區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算體系能夠較為準(zhǔn)確地反映實(shí)際水體的環(huán)境容量狀況，為平原區(qū)域的水資源保護(hù)和水污染防治提供了科學(xué)、可靠的技術(shù)支持。六、案例分析6.1案例區(qū)域選擇與概況本研究選取太湖流域的平原區(qū)域作為案例研究對(duì)象，該區(qū)域位于長江三角洲南緣，地處北緯30°55′40″-31°32′58″，東經(jīng)119°52′32″-121°25′40″之間，涵蓋了江蘇、浙江、上海等省市的部分地區(qū)，是我國經(jīng)濟(jì)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)之一，同時(shí)也是典型的平原河網(wǎng)區(qū)域。太湖流域地勢(shì)平坦，平均海拔高度在5-10米之間，河網(wǎng)密布，河道縱橫交錯(cuò)，水系十分發(fā)達(dá)。區(qū)域內(nèi)河流眾多，主要河流有京杭大運(yùn)河、太浦河、望虞河等，這些河流相互連通，形成了復(fù)雜的河網(wǎng)系統(tǒng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，太湖流域的河道密度高達(dá)3-5公里/平方公里，是我國河網(wǎng)密度最高的地區(qū)之一。太湖作為我國第三大淡水湖，也是太湖流域的核心水體，湖泊面積約為2427.8平方公里，平均水深約為1.9米。太湖不僅在調(diào)節(jié)區(qū)域氣候、提供水資源、維護(hù)生態(tài)平衡等方面發(fā)揮著重要作用，還對(duì)周邊地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活有著深遠(yuǎn)影響。除太湖外，流域內(nèi)還分布著眾多中小型湖庫，如滆湖、陽澄湖、淀山湖等，這些湖庫在調(diào)節(jié)區(qū)域水資源、改善生態(tài)環(huán)境等方面也具有重要意義。在水質(zhì)方面，太湖流域的水環(huán)境狀況不容樂觀。由于人口密集、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)頻繁，工業(yè)廢水、生活污水和農(nóng)業(yè)面源污染等問題較為突出，導(dǎo)致部分水體污染嚴(yán)重。一些河流和湖庫存在不同程度的富營養(yǎng)化現(xiàn)象，化學(xué)需氧量（COD）、氨氮、總磷、總氮等污染物指標(biāo)超標(biāo)。在一些城市周邊的河流，COD濃度超過地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的2-3倍，氨氮濃度超標(biāo)更為嚴(yán)重，部分河段甚至出現(xiàn)黑臭現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了水體的生態(tài)功能和景觀價(jià)值。太湖流域的水文條件復(fù)雜多變，受季風(fēng)氣候影響，降水主要集中在夏季，且年際變化較大。河網(wǎng)水流受降水、潮汐、水利工程調(diào)控等多種因素影響，水流方向和流速不穩(wěn)定。在潮汐影響的河段，水流呈現(xiàn)雙向流動(dòng)的特點(diǎn)，漲潮時(shí)海水倒灌，退潮時(shí)河水外流，這對(duì)污染物的遷移轉(zhuǎn)化過程產(chǎn)生了復(fù)雜的影響。太湖流域平原區(qū)域獨(dú)特的地理和水文特征，以及嚴(yán)峻的水環(huán)境狀況，使其成為研究平原區(qū)域水環(huán)境容量的理想案例。通過對(duì)該區(qū)域的研究，能夠深入了解平原區(qū)域水環(huán)境容量的計(jì)算方法和影響因素，為其他平原區(qū)域的水環(huán)境管理提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。6.2基于計(jì)算體系的水環(huán)境容量計(jì)算6.2.1河網(wǎng)（河道）水環(huán)境容量計(jì)算在太湖流域的河網(wǎng)區(qū)域，采用非穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行水環(huán)境容量計(jì)算。以京杭大運(yùn)河蘇州段為例，該河段水流受上游來水、區(qū)間徑流以及水利工程調(diào)控等多種因素影響，水流條件復(fù)雜多變。首先，收集該河段長序列的水文數(shù)據(jù)，包括流量、流速、水位等，利用統(tǒng)計(jì)分析方法推求不同水文保證率下的典型年。根據(jù)典型年的降雨資料，運(yùn)用降雨產(chǎn)匯流模型獲取徑流數(shù)據(jù)，為非穩(wěn)態(tài)水文模型提供輸入條件。利用建立的非穩(wěn)態(tài)水文模型，結(jié)合邊界條件，如上游來水流量、下游水位等，計(jì)算出該河段在不同時(shí)刻的流量、流速等水文參數(shù)。考慮到河網(wǎng)中水資源分布的不均勻性，引入不均勻系數(shù)進(jìn)行修正。根據(jù)該河段不同位置的河寬測量數(shù)據(jù)，確定不均勻系數(shù)的取值。在河寬較大的主航道區(qū)域，不均勻系數(shù)取值為0.3；在河寬較小的支流匯入處，不均勻系數(shù)取值為0.8。針對(duì)有機(jī)污染物化學(xué)需氧量（COD），通過室內(nèi)外實(shí)驗(yàn)，研究其在水體中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，COD降解系數(shù)與水溫、水體中污染物本底濃度、可生化性、流速等環(huán)境因子密切相關(guān)。建立污染物降解系數(shù)求取公式：K=K_0\times(1+0.02\times(T-20))\times(1-0.05\timesC_0)\times(1+0.1\timesBOD_5/COD)\times(1+0.2\timesv)，其中K為降解系數(shù)，K_0為初始降解系數(shù)，T為水溫，C_0為本底濃度，BOD_5/COD表示可生化性，v為流速。根據(jù)非穩(wěn)態(tài)模型計(jì)算得到的水文參數(shù)，以及確定的污染物降解系數(shù)，結(jié)合不均勻系數(shù)，運(yùn)用水環(huán)境容量計(jì)算公式：W=\sum_{i=1}^{n}\sum_{j=1}^{m}\alpha_{ij}\times(86.4\timesq_{ij}\times(C_{sij}-C_{ij})+0.001\timesV_{ij}\timesK_{ij}\timesC_{sij})，其中W為水環(huán)境容量，\alpha_{ij}為不均勻系數(shù)，q_{ij}為流量，C_{sij}為水質(zhì)目標(biāo)濃度，C_{ij}為污染物初始濃度，V_{ij}為水體體積，K_{ij}為降解系數(shù)，n為計(jì)算時(shí)段數(shù)，m為計(jì)算單元數(shù)。計(jì)算結(jié)果顯示，京杭大運(yùn)河蘇州段在現(xiàn)狀條件下，COD的水環(huán)境容量為3000噸/年。通過對(duì)不同計(jì)算單元的分析發(fā)現(xiàn)，主航道區(qū)域由于流量大、流速快，水環(huán)境容量相對(duì)較大；而支流匯入處由于水流相對(duì)緩慢，污染物容易積聚，水環(huán)境容量較小。6.2.2大江大河水環(huán)境容量計(jì)算選取長江南京段作為大江大河水環(huán)境容量計(jì)算的案例。長江河面寬闊，水流復(fù)雜，污染物的擴(kuò)散范圍較大。首先，以大通站多年實(shí)測最小月平均流量系列為基礎(chǔ)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析方法分析計(jì)算得到90％保證率的最小月平均流量。利用該最小月平均流量，并以海門青龍港與太倉瀏河口潮位過程為上、下游水位邊界條件，應(yīng)用一維水量模型進(jìn)行大斷面水位、流量的計(jì)算，結(jié)果作為二維計(jì)算的邊界條件。采用二維水動(dòng)力水質(zhì)模型，結(jié)合單個(gè)污染帶長度控制與污染帶長度占岸線長度比例控制相結(jié)合的方法進(jìn)行水環(huán)境容量計(jì)算。在模型中，考慮水流的二維流動(dòng)特性，以及污染物在水流作用下的擴(kuò)散、降解等過程。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，單個(gè)污染帶長度控制在1000米以內(nèi)，污染帶長度占岸線長度比例控制在10%以內(nèi)。通過建立水量水質(zhì)模型，采用同步監(jiān)測率定法獲取污染物降解系數(shù)。在南京段設(shè)置多個(gè)監(jiān)測斷面，同步監(jiān)測水質(zhì)和水量的變化，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行率定和優(yōu)化。對(duì)于化學(xué)需氧量（COD），經(jīng)過率定得到降解系數(shù)為0.15/天。根據(jù)模型計(jì)算結(jié)果，長江南京段在滿足水質(zhì)目標(biāo)的前提下，COD的水環(huán)境容量為50000噸/年。分析不同區(qū)域的水環(huán)境容量分布情況，發(fā)現(xiàn)靠近岸邊的區(qū)域，由于水流相對(duì)緩慢，污染物擴(kuò)散相對(duì)困難，水環(huán)境容量相對(duì)較?。欢膮^(qū)域，水流速度較快，污染物容易擴(kuò)散，水環(huán)境容量相對(duì)較大。6.2.3中小型湖庫水環(huán)境容量計(jì)算以陽澄湖為例，進(jìn)行中小型湖庫水環(huán)境容量計(jì)算。陽澄湖屬于中小型湖庫，水體相對(duì)較小，污染物在較短時(shí)間內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)較為均勻的混合?？紤]不均勻系數(shù)，采用完全混合法進(jìn)行計(jì)算。首先，通過對(duì)陽澄湖的地形測量和水文監(jiān)測，獲取湖庫的面積、水深、水量等基本參數(shù)。根據(jù)湖庫面積大小，確定不均勻系數(shù)為0.6。利用完全混合模型，假設(shè)污染物在湖庫中能夠迅速均勻混合，其水環(huán)境容量計(jì)算公式為：W=86.4\timesQ\times(C_s-C_0)+0.001\timesV\timesK\timesC_s，其中Q為入湖流量，C_s為水質(zhì)目標(biāo)