水環(huán)境容量計(jì)算理論及應(yīng)用

前言

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及人口的迅猛增長，我國水污染問題日趨嚴(yán)重。由于特定水體所能容納的污染物是有限的，超過一定的限度就會給環(huán)境帶來很大破壞，因此，要改善當(dāng)前嚴(yán)竣的水污染形勢，必須實(shí)施科學(xué)的水污染物總量控制。這是關(guān)系到未來水環(huán)境管理走向的長期性、基礎(chǔ)性的工作。近幾十年來，隨著水環(huán)境保護(hù)工作要求的不斷提高，水污染控制方法也不斷推陳出新，從排放濃度控制到目標(biāo)總量控制，再到水環(huán)境容量控制，水污染控制戰(zhàn)略的合理性、科學(xué)性及可操作性正逐步完善、成熟。水環(huán)境容量是進(jìn)行污染物總量控制一個關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)。目前，國內(nèi)外在水環(huán)境容量的理論和應(yīng)用上都進(jìn)行了積極的探索。我國自20世紀(jì)70年代引入水環(huán)境容量概念以來已經(jīng)開展了一系列的研究，并于2006年完成了全國地表水環(huán)境容量核定工作。這些成果為推行區(qū)域水污染物總量控制制度、開發(fā)和可持續(xù)利用水資源、強(qiáng)化水環(huán)境管理起到了非常重要的作用。然而，由于技術(shù)條件、社會發(fā)展與認(rèn)識水平等多方面條件的限制，水環(huán)境容量理論研究和應(yīng)用實(shí)踐方面仍存在許多難點(diǎn)問題。例如，現(xiàn)有水環(huán)境容量計(jì)算成果多數(shù)是基于某一單獨(dú)河段、單一水環(huán)境功能區(qū)或湖泊，而對區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算的研究尚缺乏數(shù)據(jù)及實(shí)踐技術(shù)經(jīng)驗(yàn)支撐；針對不同研究對象，水體污染降解系數(shù)及設(shè)計(jì)水文條件的選取缺乏深入研究等。迄今為止，國內(nèi)外尚未形成一個嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃h(huán)境容量計(jì)算體系，對水環(huán)境容量的定義、理論模式和研究方法缺乏統(tǒng)一規(guī)定，造成水環(huán)境容量計(jì)算方法百家爭鳴，成果準(zhǔn)確性難以核定。

內(nèi)容概要

本書分為上、下兩篇。上篇為“理論與方法”篇，包括5章，分別介紹了水環(huán)境容量概念及基本計(jì)算方法，水環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測與評價(jià)，水量水質(zhì)數(shù)學(xué)模型及其求解，設(shè)計(jì)水文條件確定，污染物遷移轉(zhuǎn)換機(jī)理及參數(shù)求?。幌到y(tǒng)闡述了水環(huán)境容量計(jì)算體系，并針對不同類型水體提出了相應(yīng)的水環(huán)境容量計(jì)算方法，同時(shí)對水環(huán)境容量計(jì)算過程中涉及的相關(guān)內(nèi)容，如水環(huán)境現(xiàn)狀評價(jià)、水環(huán)境數(shù)學(xué)模型、污染物降解及水文參數(shù)等進(jìn)行了系統(tǒng)介紹。下篇為“實(shí)踐與應(yīng)用”篇，包括4章，以應(yīng)用性研究為主要特色，基于上篇論述的理論與方法，分別對太湖流域(江蘇)河網(wǎng)區(qū)、長江江蘇段、太湖湖體、近岸海域四大研究區(qū)域進(jìn)行了水環(huán)境容量的定量計(jì)算。該部分內(nèi)容是將基礎(chǔ)理論用于實(shí)踐的典型范例，便于讀者進(jìn)一步理解運(yùn)用。    本書可供水利部門、環(huán)境保護(hù)部門、城市建設(shè)管理部門的管理者與決策者以及相關(guān)專業(yè)的科研人員參考，也可作為環(huán)境科學(xué)和生態(tài)學(xué)等相關(guān)專業(yè)研究生的教學(xué)參考書。

書籍目錄

前言上篇  理論與方法　第一章  水環(huán)境容量概念及基本計(jì)算方法　  第一節(jié)  水環(huán)境容量基本概念　    一、水環(huán)境容量概念　    二、水環(huán)境容量定義及常用名詞　    三、水環(huán)境容量影響因子分析　  第二節(jié)  水環(huán)境容量研究進(jìn)展　  第三節(jié)  水環(huán)境容量計(jì)算方法　    一、水環(huán)境容量計(jì)算方法回顧　    二、水環(huán)境容量計(jì)算體系及方法　  第四節(jié)  不均勻系數(shù)求取　    一、河道不均勻系數(shù)求取　    二、湖庫不均勻系數(shù)求取　第二章  水環(huán)境調(diào)查、監(jiān)測與評價(jià)　  第一節(jié)  污染源調(diào)查與評價(jià)　    一、污染源調(diào)查　    二、污染源評價(jià)　    三、污染源入河量計(jì)算方法　    四、污染源預(yù)測　  第二節(jié)  水質(zhì)監(jiān)測與評價(jià)　    一、水質(zhì)監(jiān)測方法　    二、水質(zhì)評價(jià)方法　    三、水質(zhì)趨勢分析　第三章  水量水質(zhì)數(shù)學(xué)模型及其求解　  第一節(jié)  一維水量水質(zhì)模型　    一、一維河網(wǎng)水量模型　    二、一維河網(wǎng)水質(zhì)模型　    三、一維河道水質(zhì)模型　  第二節(jié)  二維水量水質(zhì)模型　    一、二維水量水質(zhì)模型基本控制方程　    二、二維非穩(wěn)態(tài)水量模型數(shù)值解　    三、二維非穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型數(shù)值解　  第三節(jié)  富營養(yǎng)化模型及數(shù)值解　    一、零維富營養(yǎng)化模型及數(shù)值解　    二、一維富營養(yǎng)化模型及數(shù)值解　    三、二維富營養(yǎng)化模型　  第四節(jié)  水環(huán)境數(shù)學(xué)模型解析解　    一、完全混合系統(tǒng)水質(zhì)模型(零維模型)解析解　    二、河流一維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型解析解　    三、二維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型解析解　    四、過渡帶計(jì)算　第四章  設(shè)計(jì)水文條件確定　  第一節(jié)  水文學(xué)基礎(chǔ)　    一、河流、湖泊與流域　    二、水文觀測　  第二節(jié)  水文統(tǒng)計(jì)基本原理與計(jì)算方法　    一、水文頻率曲線　    二、水文頻率分析方法　  第三節(jié)  設(shè)計(jì)水文條件的計(jì)算　    一、一般河流設(shè)計(jì)水文條件計(jì)算　    二、大型河網(wǎng)區(qū)設(shè)計(jì)水文條件計(jì)算　    三、一般湖泊設(shè)計(jì)水文條件計(jì)算　    四、資料缺乏地區(qū)設(shè)計(jì)水文條件計(jì)算　第五章  污染物遷移轉(zhuǎn)換機(jī)理及參數(shù)求取　  第一節(jié)  水體中污染物遷移擴(kuò)散形式　    一、分子擴(kuò)散　    二、平流輸移　    三、紊動擴(kuò)散　    四、剪切流離散　  第二節(jié)  水體中污染物降解轉(zhuǎn)換機(jī)制　    一、有機(jī)物的微生物降解機(jī)理　    二、營養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)規(guī)律　    三、石油類污染物的揮發(fā)降解吸附規(guī)律　    四、污染物質(zhì)轉(zhuǎn)換的生態(tài)過程　    五、水土界面污染物的遷移轉(zhuǎn)換規(guī)律　  第三節(jié)  水質(zhì)降解系數(shù)率定方法　    一、實(shí)驗(yàn)室率定法　    二、野外同步監(jiān)測率定法　  第四節(jié)  江蘇省主要水域環(huán)境因子對降解系數(shù)影響關(guān)系研究　    一、研究思路及技術(shù)路線　    二、實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)綜合降解系數(shù)率定法簡介　    三、同步監(jiān)測率定法實(shí)驗(yàn)情況　    四、水質(zhì)降解系數(shù)與環(huán)境影響因子的關(guān)系研究　    五、水質(zhì)綜合降解系數(shù)影響因素研究下篇  實(shí)踐與應(yīng)用　第六章  太湖流域(江蘇)河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境容量計(jì)算　  第一節(jié)  太湖流域概況　  第二節(jié)  計(jì)算方法　  第三節(jié)  計(jì)算參數(shù)選取　    一、設(shè)計(jì)水文條件　    二、水質(zhì)目標(biāo)確定　    三、不均勻系數(shù)求取　  第四節(jié)  水環(huán)境容量計(jì)算　    一、水環(huán)境容量計(jì)算原則　    二、河網(wǎng)區(qū)水環(huán)境容量計(jì)算　第七章  長江江蘇段水環(huán)境容量計(jì)算　  第一節(jié)  計(jì)算方法　    一、計(jì)算思路　    二、污染帶長度控制法　    三、引長江水到內(nèi)河增加的稀釋水環(huán)境容量計(jì)算公式　  第二節(jié)  設(shè)計(jì)水文條件　    一、水文數(shù)學(xué)模型　    二、設(shè)計(jì)水流條件計(jì)算　  第三節(jié)  模型參數(shù)求取　    一、水環(huán)境數(shù)學(xué)模型　    二、模型參數(shù)率定　  第四節(jié)  水環(huán)境容量計(jì)算　    一、向長江排污產(chǎn)生的水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果　    二、引長江水到內(nèi)河地區(qū)增加的稀釋水容量計(jì)算結(jié)果　    三、長江江蘇段水環(huán)境容量總計(jì)　第八章  太湖湖體水環(huán)境容量計(jì)算　  第一節(jié)  計(jì)算方法　  第二節(jié)  設(shè)計(jì)水文條件　    一、太湖湖體設(shè)計(jì)水文條件　    二、入湖河道設(shè)計(jì)水文條件　  第三節(jié)  模型參數(shù)求取　  第四節(jié)  基于水質(zhì)達(dá)標(biāo)的太湖西岸水環(huán)境功能分區(qū)研究　    一、太湖水環(huán)境分區(qū)現(xiàn)狀及存在的問題分析　    二、太湖功能區(qū)劃分方法及劃分結(jié)果　  第五節(jié)  水環(huán)境容量計(jì)算　    一、不同風(fēng)向下污染物排放量與污染帶響應(yīng)關(guān)系　    二、不同規(guī)劃年太湖各功能區(qū)水環(huán)境容量計(jì)算結(jié)果及分析　    三、不同水位變化情況下太湖各功能區(qū)水環(huán)境容量　第九章  江蘇省近岸海域水環(huán)境容量計(jì)算　  第一節(jié)  計(jì)算方法　    一、近岸海域水環(huán)境容量概念　    二、沿岸海域水環(huán)境容量計(jì)算方法　    三、沿岸混合區(qū)水環(huán)境容量計(jì)算方法　    四、離岸海域水環(huán)境容量計(jì)算方法　  第二節(jié)  設(shè)計(jì)水文條件確定　    一、確定方法　    二、中國近海潮波模型建立　    三、設(shè)計(jì)水文條件的確定　  第三節(jié)  近岸海域水量水質(zhì)數(shù)學(xué)模型建立及率定　    一、水量水質(zhì)數(shù)學(xué)模型　    二、二維水流水質(zhì)耦合模型率定　  第四節(jié)  江蘇近岸海域水環(huán)境容量計(jì)算　    一、江蘇省沿海排污區(qū)及混合區(qū)確定　    二、排污量與混合區(qū)面積響應(yīng)關(guān)系計(jì)算　    三、近岸海域水環(huán)境容量計(jì)算參考文獻(xiàn)附錄  書中主要公式推導(dǎo)　1 一維河網(wǎng)水量模型數(shù)值解　2 一維河網(wǎng)水質(zhì)模型數(shù)值解　3 二維非穩(wěn)態(tài)水流模型數(shù)值解(ADI法)　4 二維水量模型數(shù)值解(風(fēng)生流法)

章節(jié)摘錄

插圖：由水環(huán)境容量的定義可見它作為一種資源，包含了兩層含義：一是指自然水體對污染物的承納能力；二是指這種“承納能力”必須基于一定的前提假設(shè)。這里“前提假設(shè)”主要是指人們出于生產(chǎn)、生活需要，人為給水體賦予的使用功能規(guī)定的水體必須滿足的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。在理論上，水環(huán)境容量是環(huán)境的自然規(guī)律參數(shù)與社會效益參數(shù)兩類參數(shù)的多變量函數(shù)，既反映了污染物在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化和積存規(guī)律，也反映了滿足特定功能條件下環(huán)境對污染物的承受能力。在實(shí)踐上，環(huán)境容量是環(huán)境目標(biāo)管理的基本依據(jù)，是環(huán)境規(guī)劃的主要環(huán)境約束條件，也是污染物總量控制的關(guān)鍵參數(shù)。影響水環(huán)境容量的因素很多，概括起來主要有以下4個方面：（1）水域特性。水域特性是確定水環(huán)境容量的基礎(chǔ)，主要包括：幾何特征（岸邊形狀、水底地形、水深或體積）；水文特征（流量、流速、降雨、徑流等）；化學(xué)性質(zhì)（pH、硬度等）；物理自凈能力（揮發(fā)、擴(kuò)散、稀釋、沉降、吸附）；化學(xué)自凈能力（氧化、水解等）；生物降解（光合作用、呼吸作用）。（2）水環(huán)境功能要求。目前，我國各類水域一般都劃分了水環(huán)境功能區(qū)。對不同的水環(huán)境功能區(qū)提出不同的水質(zhì)功能要求。不同的功能區(qū)劃，對水環(huán)境容量的影響很大：水質(zhì)要求高的水域，水環(huán)境容量??；水質(zhì)要求低的水域，水環(huán)境容量大。（3）污染物質(zhì)特性。不同污染物本身具有不同的物理化學(xué)特性和生物反應(yīng)規(guī)律，不同類型的污染物對水生生物和人體健康的影響程度不同。因此，不同的污染物具有不同的環(huán)境容量，但具有一定的相互聯(lián)系和影響，提高某種污染物的環(huán)境容量可能會降低另一種污染物的環(huán)境容量。（4）排污方式。水域的環(huán)境容量與污染物的排放位置與排放方式有關(guān)，因此，限定的排污方式是確定環(huán)境容量的一個重要確定因素。

編輯推薦

《水環(huán)境容量計(jì)算理論及應(yīng)用》由科學(xué)出版社出版。

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