劉海龍

(興城市水務(wù)局， 遼寧 興城 125100)

水資源管理中水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控的模式探討

劉海龍

(興城市水務(wù)局， 遼寧 興城 125100)

在水資源管理中，水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控主要是為了協(xié)調(diào)生態(tài)環(huán)境。利用運(yùn)籌學(xué)、系統(tǒng)方法論、宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)為計(jì)算基礎(chǔ)，通過(guò)控制流域污染物來(lái)達(dá)到水質(zhì)控制的目標(biāo)?；诖耍疚膶?duì)水資源管理中水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控的模式進(jìn)行探討。

水資源管理； 水量； 水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控； 模式

水量水質(zhì)聯(lián)合評(píng)價(jià)是21世紀(jì)水資源研究和管理面對(duì)的新課題。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，工業(yè)化、城市化程度日益加深，各個(gè)行業(yè)的污水排放量和用水量不斷增加，水質(zhì)型缺水的情況越來(lái)越嚴(yán)重，使用經(jīng)濟(jì)效益最大和供水量最大進(jìn)行調(diào)度已經(jīng)不能達(dá)到用水需求。在這種情況下，迫切需要在傳統(tǒng)水資源配置的基礎(chǔ)上對(duì)水資源管理模式進(jìn)行改變。在河流水功能區(qū)劃的水質(zhì)目標(biāo)約束下,如何合理估算滿足一定“生態(tài)需水”或者河道基流量等基本條件的可利用水資源量?如何合理規(guī)劃和配置流域上、中、下游“生產(chǎn)、生活”和生態(tài)用水?本文針對(duì)這樣的科學(xué)難點(diǎn)和實(shí)際需求問(wèn)題,提出新的水資源數(shù)量和質(zhì)量聯(lián)合評(píng)價(jià)的方法與應(yīng)用實(shí)例。對(duì)水資源管理中水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控模式進(jìn)行探討就具有重要意義。

1 國(guó)際上水資源配置的研究過(guò)程

20世紀(jì)90年代，水資源的污染情況比較嚴(yán)重，水體環(huán)境的總體質(zhì)量呈持續(xù)下降的態(tài)勢(shì)。為了減小水污染、保護(hù)水質(zhì)、改善已污染的水資源、調(diào)控用水量，世界各國(guó)在依靠水環(huán)境容量的基礎(chǔ)上采取了控制污染物總數(shù)量的治污染措施。例如美國(guó)制定的最大日負(fù)荷總量計(jì)劃，歐洲針對(duì)內(nèi)卡河、萊茵河及泰晤士河制定的水質(zhì)修復(fù)計(jì)劃，日本制定的二輪污染物總量調(diào)控措施等，都對(duì)在不同程度上對(duì)水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控起到了促進(jìn)作用。

相比之下，我國(guó)的水資源配備研究工作開(kāi)展得比較晚，至今也就是幾十年的歷程。剛開(kāi)始主要是灌溉用水的優(yōu)化、水庫(kù)的調(diào)度、小區(qū)域的水量等研究，后來(lái)發(fā)展成宏觀經(jīng)濟(jì)的水資源配備，再后來(lái)就是大型、大體系、多目標(biāo)、多角度，融合了風(fēng)險(xiǎn)性和隨機(jī)性的水量水質(zhì)聯(lián)合總量調(diào)控的優(yōu)化配備[1]。經(jīng)過(guò)多年的研究，目前水資源配置的研究方式與研究?jī)?nèi)容都在很大程度上得到了完善與充實(shí)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境及水資源都成了不可分開(kāi)的配置實(shí)體，配置結(jié)果也越來(lái)越合理，水量水質(zhì)的聯(lián)合調(diào)度已在總體上達(dá)到了最完美經(jīng)濟(jì)社會(huì)評(píng)價(jià)效益的目標(biāo)。

在水資源管理中，由于水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控模式不僅能夠使水資源達(dá)到公平、可持續(xù)使用的目標(biāo)，還和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展、水資源的利用水準(zhǔn)有著緊密相連的關(guān)系，再加上世界各國(guó)對(duì)水資源配置的研究成果，因此可以說(shuō)水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控模式是能夠適應(yīng)現(xiàn)階段的水資源管理的。

2 現(xiàn)階段水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控的研究狀況

由于20世紀(jì)90年代的水質(zhì)污染比較嚴(yán)重，且水資源配備對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生的正面影響也比較大，所以在進(jìn)行水量調(diào)控時(shí)就將水質(zhì)當(dāng)成了水資源評(píng)價(jià)的主要參數(shù)，即在水資源配備中使用基于水質(zhì)變化的水資源優(yōu)化配備模式。同時(shí)由于對(duì)供水與水資源改良調(diào)度的研究，使得水量水質(zhì)整體化、多水源共同控制的水資源管理形式在很大程度上得到了發(fā)展。另外基于聯(lián)合國(guó)對(duì)全球水質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行的理論研究與深入實(shí)踐研究，目前已將水資源的保護(hù)工作列入到了全球資源可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)中，并且為了推動(dòng)水質(zhì)在水資源配備中的地位及聯(lián)合水質(zhì)水量的調(diào)控與管理，Adams與Fleming在1995年時(shí)構(gòu)建了地下水水質(zhì)水量管理體系。

所謂的水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)節(jié)控制指的是最佳的水資源管理與應(yīng)用。結(jié)合世界各國(guó)對(duì)水質(zhì)水量聯(lián)合調(diào)節(jié)控制研究成果，我國(guó)水利部門針對(duì)當(dāng)前我國(guó)水生態(tài)環(huán)境的惡化情況、水質(zhì)型的缺水狀況、用水的競(jìng)爭(zhēng)情況，從多方面開(kāi)展了水質(zhì)模型和水量?jī)?yōu)化配備的研究，還從水資源的高效使用、總量管理上開(kāi)展了水資源管理方式的研究[2]?？傮w來(lái)看，水質(zhì)、水量總量的聯(lián)合調(diào)節(jié)控制是水資源配備今后的發(fā)展方向，另外伴隨著科學(xué)的發(fā)展與學(xué)科的交叉，新興的水資源配備工作將和數(shù)字化信息、地理空間、數(shù)學(xué)等學(xué)科聯(lián)合，且應(yīng)用于人類的日常生產(chǎn)生活中。

3 水量、水質(zhì)總量聯(lián)合控制模式的研究

下圖為水量、水質(zhì)總量聯(lián)合控制的實(shí)施圖。

水量、水質(zhì)總量聯(lián)合控制的實(shí)施

3.1 水量調(diào)控

所謂水量調(diào)控指的是對(duì)單元水量均衡值的計(jì)算，是實(shí)現(xiàn)有效、合理配備水資源的基礎(chǔ)，也是使有限水資源達(dá)到最佳使用目標(biāo)的前提條件?，F(xiàn)階段計(jì)算水量調(diào)控時(shí)主要是參照流域水資源配備形式，在已確定的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)、運(yùn)行準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，對(duì)水資源配置體系開(kāi)展的逐時(shí)段控制，最后經(jīng)過(guò)比對(duì)模型實(shí)施計(jì)劃來(lái)計(jì)算水資源配備體系的最佳供需。

3.2 水質(zhì)調(diào)控

所謂的水質(zhì)調(diào)控指的是對(duì)研究河段水質(zhì)達(dá)標(biāo)值的計(jì)算，也就是在調(diào)查研究河流、湖庫(kù)、渠道等區(qū)域水質(zhì)的污染物排放量與現(xiàn)狀情況的條件下，分析計(jì)算出該區(qū)域各個(gè)污染源和排水、用水間的關(guān)系，選擇出研究區(qū)域水質(zhì)達(dá)標(biāo)的數(shù)據(jù)。然后參照網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)圖與目標(biāo)水質(zhì)，對(duì)比各個(gè)污染源和區(qū)域水質(zhì)目標(biāo)間的濃度，判斷水質(zhì)能否達(dá)標(biāo)，以便控制水體排污在其納污能力內(nèi)。

3.3 具體的實(shí)施情節(jié)

3.3.1 計(jì)算納污能力

依據(jù)污染物的排放方式、污染物一年內(nèi)的變化規(guī)則，在參照研究流域的可取性的基礎(chǔ)上，從點(diǎn)源與非點(diǎn)源上計(jì)算各種污染物的流入量及排放量。具體計(jì)算納污能力時(shí)還要參照產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、工業(yè)排污的達(dá)標(biāo)政策、節(jié)水措施及節(jié)水工具的應(yīng)用、污廢水治理的成本投資及控制污廢水的影響、水體對(duì)污廢水濃度的限制等因素。

3.3.2 與水質(zhì)達(dá)標(biāo)的有關(guān)環(huán)節(jié)

a.控制因子。所謂的控制因子指的是依據(jù)對(duì)流域水質(zhì)情況及污染的變化趨向的分析，選出來(lái)的嚴(yán)重制約、檢測(cè)參數(shù)充沛、長(zhǎng)期系列變化顯著的水質(zhì)污染物，通常是TN、NH3-N、COD、TP等因子，但是有的水域也可能不同。

b.最初的水文條件。由于研究水域的水位、庫(kù)容及流出(入)量、流量都是制約水體自凈能力與水環(huán)境納污能力的因素，所以在研究水環(huán)境納污能力與控制污染物總量時(shí)一定得先弄清楚水體流速及流量的變化規(guī)則。

c.水環(huán)境的納污能力。確定水環(huán)境納污能力時(shí)，要將水功能區(qū)作為計(jì)算單元，而水功能區(qū)是以河段、岸邊來(lái)區(qū)分的，針對(duì)同一條河流來(lái)說(shuō)，各個(gè)河段的斷面形式、水力特征、污染物分布特點(diǎn)等都各不相同，且不同河段的水質(zhì)管理目的與水體功能的差異性也比較大，因此核算水環(huán)境納污能力時(shí)各個(gè)河段間使用的數(shù)學(xué)模型也不一樣。

d.污染物的流入控制量。一般是依據(jù)各個(gè)水功能區(qū)的水質(zhì)情況、納污能力、人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水環(huán)境的水質(zhì)目標(biāo)要求來(lái)核算水功能區(qū)的污染物流入量[3]。如果污染物流入量超過(guò)河流的納污能力，該功能區(qū)要依據(jù)規(guī)劃水平年污染物的流入量來(lái)控制污染物總量，以便逐漸修復(fù)該功能區(qū)的水質(zhì)，使其達(dá)到目標(biāo)要求。

e.水質(zhì)達(dá)標(biāo)濃度。通常選取水質(zhì)達(dá)標(biāo)濃度時(shí)要以河流水功能區(qū)與地面水體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，以水功能區(qū)為單元，以該單元水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的上限為標(biāo)準(zhǔn)。如果低功能區(qū)在高功能區(qū)的上面，就要在低功能區(qū)的最下面劃分出一段河流做過(guò)渡區(qū)。

3.4 水質(zhì)的評(píng)價(jià)

若污染物的排放口排列在河流的兩岸，要參照河流的納污能力來(lái)進(jìn)行。具體計(jì)算河段的污染物濃度降解時(shí)要按照點(diǎn)源污染物流入位置(一般是在河流的頂端、中段、均勻排列)來(lái)開(kāi)展，同時(shí)還要參照水資源的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)圖來(lái)調(diào)查水功能區(qū)斷面水質(zhì)的降解濃度、保護(hù)目的、當(dāng)前情況以及計(jì)算單元區(qū)時(shí)需要的水類別等參數(shù)。評(píng)價(jià)水質(zhì)時(shí)要先采取單因子法與模糊綜合評(píng)價(jià)法、M值法、W值法等水質(zhì)綜合評(píng)價(jià)法來(lái)核算各河段的水質(zhì)類別與單元區(qū)內(nèi)能夠使用的地表徑流、回用水及外調(diào)水的水質(zhì)類別，最后判定水質(zhì)的達(dá)標(biāo)情況。如果水質(zhì)評(píng)價(jià)和水功能區(qū)的目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)一致，只是某個(gè)斷面有差別的話，可以調(diào)節(jié)污染物濃度的輸入數(shù)據(jù)、流入量及單元的排污量。

4 結(jié) 語(yǔ)

城區(qū)供水水庫(kù)水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控問(wèn)題是近年來(lái)水資源配置的熱點(diǎn)問(wèn)題之一，而較為精確的水庫(kù)水質(zhì)模擬模型則是水庫(kù)水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控的基礎(chǔ)。綜上所述，水量水質(zhì)聯(lián)合是對(duì)水資源進(jìn)行配置、開(kāi)發(fā)和管理的有效措施，有利于水資源管理策略的開(kāi)展和實(shí)施，可以對(duì)水資源進(jìn)行充分的開(kāi)發(fā)和利用。通過(guò)使用以上水量水質(zhì)聯(lián)合調(diào)控模式，可以有效改進(jìn)水資源的配置，強(qiáng)化水質(zhì)控制的意義。

[1] 王好芳,董增川.基于量與質(zhì)的多目標(biāo)水資源配置模型[J].人民黃河,2004,26(6):14-15.

[2] 夏星輝,張曦,楊志峰,等.從水質(zhì)水量相結(jié)合的角度評(píng)價(jià)黃河的水資源[J].自然資源學(xué)報(bào),2004,19(3):293-299.

[3] 劉克巖,王秀蘭,米玉華,等.水功能區(qū)水資源可利用量量質(zhì)結(jié)合評(píng)價(jià)方法及其應(yīng)用[J].南水北調(diào)與水利科技,2007,5(1):67-70.

Discussion on water yield and water quality joint regulation mode in water resources management

LIU Hailong

(XingchengWaterSuppliesBureau,Xingcheng125100,China)

Water yield and water quality are regulated jointly for coordinating ecological environment in the management of water resources. Operational research, system methodology and macroeconomics are utilized as calculation basis. The objective of water quality control is reached by controlling pollutants in the rivers. On the basis, water yield and water quality joint regulation mode in water resources management is discussed in the paper.

water resources management; water yield; water quality joint regulation; mode

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.03.001

TV213.4

A

2096-0131(2017)03- 0001- 03