摘要:以地表水环境为主题对象,介绍其质量监测、评价和处理规划的相关理论和方法,结合福建省九龙江水环境实践分析案例,构建出一个完整的线性生态地表水环境管理框架。
关键词:地表水环境监测评价处理规划
中图分类号:X22文献标识码:A文章编号:1007-3973(2010)08-124-05
1引言
作为地球上最重要的物质之一,水是生物体不可或缺的构成部分,是一切生命生存的必要资源支撑,在生命演化和人类社会经济文化等活动中起到了推动性的作用。人类自古就开始对水产生了认识,在东西方古代朴素的物质观中都把水视为一种最基本的组成元素。在人类文明中,我们对于水兼有的哺育与毁灭能力、不可捉摸的性情,萌发出了复杂的感情,产生了水崇拜,并赋予水以神的灵性,祈祷她能给人类生存和发展带来安宁、丰收和幸福。
水环境在地球上处于不断循环的动态平衡之中,是构成环境的基本要素之一,是人类社会赖以生存和发展的重要场所,同时也是受人类干扰和破坏最严重的领域,如今水环境的污染和破坏已成为世界最主要的环境问题之一。在我国,人们通7常所说的地表水环境并不包括海洋水,属于狭义的地表水概念。主要指河流水、湖泊水、冰川水、和沼泽水,并把大气降水视为地表水体的主要补给源。其中地表河流水承载了相当大一部分社会生产生活发展压力。我国大小河流总长度约为42万km,径流总量达27115亿m3,占世界径流量的5.8%,河流数量虽然多,但地区分布不均,全国径流总量的96%都集中在外流流域,面积占全国总面积的64%,内陆流域仅占4%,面积占全国总面积的36%,且现今地表水环境问题日益突出,主要表现为江河流量减少,地表水体污染。
据环境保护部发布的2008年《全国环境质量状况》显示:全国地表水746个国控断面Ⅰ～Ⅲ类水质比例为47.7%,劣Ⅴ类水质比例为23.1%,且部分水体水质仍呈下降趋势,珠江、长江总体水质良好,松花江为轻度污染,黄河、淮河、辽河为中度污染,海河为重度污染。在监测营养状态的26个湖泊及水库中,呈富营养状态的占46.2%。以水质总体较好的长江为例,干流城市若干江段、支流和湖泊已出现较为严重的污染状况,长江源头支流之一的楚玛尔河段出现断流;内陆湖和淡水支流伤痕累累��云贵高原最大湖泊滇池,作为昆明唯一的纳污水体,水质自20世纪90年代后明显下降;太湖蓝藻暴发,无锡市民守着太湖没水喝。种种迹象表明:水污染不仅已经影响到经济社会发展的工商农业用水,而且威胁到满足人类的最基本需求��饮用,加强地表水环境质量的保护和改善已经刻不容缓。
2地表水环境质量监测评价
我国的环境监测开始于上世纪70年代中期,但有机污染物监测分析发展滞后、缓慢。新世纪以来,由于掠夺粗放的经济发展模式,我国突发环境事件不断发生,对饮用水安全已经构成了很大威胁,随着《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》的签订及《地表水环境质量标准》的修订,有毒、有害的有机污染物的监测分析及对人体健康、自然环境的影响评价逐渐上升为人们关注的热点问题。现行的《地表水环境质量标准》(GB3838�2002)于2002年由原来国家环保总局颁布实施,该标准共设置指标109项,涵盖了地表水中的有机、无机污染物和生物指标。近十年来,全国环境监测仪器设备水平和技术方法都有了长足的发展,但如何充分利用这些条件推动环境监测评价水平的现代化,是环境工作战线同行们面临的一项任重道远的任务。
2.1地表水环境质量监测
目前,地表水资源问题很大程度上是水质问题,地表水环境质量监测是水资源管理的重要组成部分,是有效开展地表水环境工作的基础,其整体水平对于反映我国的水环境质量状况、实施流域污染防治以及环境管理部分制定相关决策具有关键性作用。
2.1.1我国地表水环境质量监测方法现状
目前,我国地表水环境质量监测方法以物理、化学监测方法为主,生物监测日益受到重视,遥感技术也被逐渐应用于水环境质量监测中。从监测类型上大体可分为三类:
(1)常规监测
执行《地表水环境质量标准》(GB3838�2002)中规定的标准分析方法或参考相应的验证后的国外先进方法。
(2)自动监测
执行国家环保部、美国EPA和欧盟认可的仪器分析方法,并依照国家环保部批准的相关技术规范进行。
(3)应急监测
对于有国家认可的标准方法的项目,必须采用标准方法。没有标准方法的项目,可采用等效方法进行分析。
但同时我们也应看到,目前我国各级环境监测站在地表水环境监测方面的监测能力依然参差不齐,能实现地表水109项标准项目全分析的监测站数量非常有限,特别是对于有机污染物的监测能力较为缺失。
2.1.2我国地表水环境质量监测主要发展方向
纵观国内外该领域的研究历史,水环境质量监测学科在理论、方法、技术、层次研究基础等方面呈现以下趋势:
(1)理论��多学科交叉发展
在可持续发展的理论框架下,与水文学、水利工程学、水化学、水动力学、生态学等传统科学交叉发展。
(2)方法��多种监测因子整合分析,不同时空尺度系统研究
在不同时空尺度下,水环境和生态系统之间进行能量、物质及生物体的循环交换并相互影响,因此现代水环境监测科学研究必须从系统角度和时空多尺度出发,研究其整体行为、演化规律及相互作用。
(3)技术��多种技术有机集成、高新技术应用
技术应用中突出优势互补,极大地提高了信息丰度和分析效率,以及研究成果的决策支持能力。
(4)层次��研究向微观和宏观两级发展
遥感、计算机等科学技术的飞速发展,促进了水环境监测在物理、化学、生物基本过程及其作用的微观研究,将水、土资源监测结合,从更宏观和系统的角度研究将成为未来发展的趋势。
(5)研究基础��越来越依赖于长期连续观测数据的累积和分析
2.2地表水环境质量评价
地表水环境质量评价是建立在环境监测技术、污染物扩散规律、环境质量对人体健康影响、自然界自静能力等研究分析基础之上的。我国环境质量影响评价工作起步较晚,但近几年来进步很快。特别是第九届全国人民代表大会常务委员会第三十次会议于2002年10月28日通过了《中华人民共和国环境影响评价法》,本法规定了对于各种发展规划和建设项目的环境影响评价的内容、程序以及相应的法律责任。从此,从大范围的发展规划到具体项目的建设,都必须执行“先评价,后建设”的规定,这对于推进我国可持续发展将产生积极的重大影响。
2.2.1地表水环境质量影响评价分级
地表水环境质量评价工作分级主要是考虑到对于不同污水排放量、不同的污水水质构成、不同的水域范围以及不同的水质要求,其地面水环境影响评价与环境现状调查、环境影响预测、评价建设项目的环境影响及小结等都有相应不同的技术要求和标准。地表水环境影响评价工作分为三级,主要依据下列条件进行:建设项目的污水排放量,污水水质的复杂程度,各种受纳污水的地面水域的规模以及对它的水质要求等(表1)。
2.2.2地表水环境质量影响评价程序
在地表水环境影响评价中,说明环境不是我们的目的,根据评价的结果提出切实可行的建议,改善环境和控制污染才是我们的目的,可按如下所示程序进行(图1)。
2.2.3地表水环境质量影响评价结论
报告书的结论就是全部评价工作结论,编写时要在概括和总结全部评价工作的基础上,客观地总结建设项目实施过程各阶段的生产和生活活动与当地环境的关系。评价结论的内容包括地表水环境现状概要、建设项目工程分析与地表水环境有关部分的概要、建设项目对地表水环境影响预测和评价的结果、水环境保护措施的评述和建议等。
表1地表水环境影响评价分级判据
图1水环境质量评价程序
3地表水环境质量处理规划
地表水环境质量处理规划是一个多目标、多层次的开放式系统工程,其具有如下几个特点:(1)综合性;(2)整体性和地域性;(3)政策性;(4)可实施性。
3.1地表水环境质量处理规划原则
地表水环境综合处理规划师一个科学决策的过程,进行规划所必须遵循的原则如下:
(1)坚持全面规划,合理统一,兼顾正常性原则,做到环境与经济的协调可持续性;
(2)充分发挥有限资金的效益,坚持以提高经济、社会、环境效益为核心的原则,遵循经济规律和生态规律;
(3)坚持依靠科技进步的原则,大力发展清洁生产和推广“三废”综合利用,将污染消灭在生产过程之中,积极采用适宜规模的、先进的、经济的治理技术,发展经济,保护环境;
(4)坚持污染防治与基本建设、技术改造和城乡建设紧密结合,实行环境综合整治的方针;
(5)坚持谁污染谁治理、谁开发谁保护的原则,点源治理与集中控制相组合,以集中控制为优先,由污染、破坏环境者承担环境补偿的责任;
(6)坚持自然资源的开发利用与保护增值并重的原则,建立以保护资源为核心的环境战略;
(7)坚持实事求是、因地制宜的原则。从实际出发,环境目标要切实可行与经济发展相协调,规划措施要具有可操作性;
(8)坚持强化环境管理的原则,运用法律的、经济的、市场的和行政的手段保证和促进规划方案的实施。
3.2地表水环境质量处理规划程序
制定地表水环境质量处理规划程序的主要内容和步骤如下(图2):
图2水环境综合整治规划程序框图
3.3地表水环境质量处理规划指标体系
指标是目标的具体内容、要素特征和数量的表达,是一系列相互联系、相对独立、互为补充的指标所构成的有机整体。从系统学的观点来看,一个规划所选择的指标越多,考察的范围越大,涉及的因素就越多,规划的效果就越好;但随着研究因素的增多,问题的复杂性将急剧增加,系统不确定性也将急剧增加,结果又降低了规划的可靠性。指标太少,则难以保证规划的科学性和完整性。因此,指标的选取宜适当,需要根据规划对象、所要解决的主要问题、所掌握资料的数量和质量以及经济技术力量等条件来决定,以能基本表征规划对象的实际状况和体现规划目标内涵为总原则。
3.3.1指标选取
水环境指标的选取除遵循环境规划指标选取的原则外,还应结合本身的规划特点和内容:
(1)按控制污染最不利条件制定管理、控制指标
一般选一年中水量最少、排污量最大、温度最高、扩散条件最差的组合作为控制水污染的最不利条件;但在组合时各参量的设计条件要一致。
(2)按污染单项指标分别选择总量控制单项指标
一般从水质标准项目出发,对应选出污染源排污指标,并在影响受纳水域水质的所有污染源中,一一选定单项控制指标。
(3)按控制断面水质浓度计算总量负荷指标
水质管理应在排污口控制排污量,在控制断面检测水质浓度。控制断面应选择在功能区与排污口最接近的位置,允许保留混合距离或混合区。
(4)按功能区范围和水质标准计算控制水域允许纳污量,考虑安全系数后,作为区域允许排污总量负荷指标。
3.3.1指标体系
(1)水环境质量指标
地表水达到地表水水质标准的类别,生活饮用水水源水质达标率和饮用水源数;江河水质指标,包括COD、酸、氰化物、酚化物、砷、汞、Cr6+、BOD、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、石油类和大肠杆菌等;近海水域水质指标,包括COD、石油、氨氮、磷、重金属、悬浮物、PH值、电导率、氧化还原电位等。
(2)地表水污染物总量控制指标
工业用水方面,包括工业用水量、用水重复利用率、新鲜水用量;废水排放总量,包括工业废水总量和排放量、生活污水总量和排放量;万元产值工业废水排放量,外排工业废水达标量、达标率;废水中污染物(COD和BOD、重金属等)的产生量、排放量、去除量和削减量。
(3)规划措施和管理指标
水域环境保护指标,包括生活污水、工业废水、COD和BOD、氨氮等的纳入量;重点污染源治理指标,包括污染物处理量、削减量,工程建设年限、投资预算及来源;投资方面,包括环保投资总额占国民收入的百分数,环保投资占基建和升级资金的比例。
(4)相关指标
经济指标,包括国民圣战总值、工农业生产总值及年增长率、部门工业产值;社会指标,包括人口总量与自然增长率、人口分布、城市人口;水资源利用指标,包括区域水资源总量及其时空分布、河流径流量及其年际变化、各用水部门用水量和水质要求、取水点位置等。
4案例��以福建省九龙江为研究对象
九龙江为福建省第二大河流,全长约1920公里,流经龙岩、漳州、厦门等13县市,流域面积约1.5万平方公里,是龙岩、漳州、厦门三市的重要生活生产水源,滋养全省近500万人。九龙江流域水环境的保护不仅关系到覆盖地广大民众的健康安全,同时关系到经济社会发展的稳定和可持续性。近年来九龙江流域以水环境治理为主的城乡建设与环境资源保护工作正稳步推进??。
4.1九龙江流域地表水现状
九龙江流域内有北溪、南溪、西溪三条干流,覆盖流域中75%为农村地区,整体村镇建设缺乏规划统筹,产业管理不成系统,分散凌乱,生活生产污水处理贫乏。九龙江水质下降是由点源及非点源污染共同作用的结果,近几年在工业点源污染得到有效控制后,化肥农药、养殖废水和生活污水垃圾等一系列随意排放引起的农业非点源已成为影响九龙江流域地表水质的最主要因素??。该流域上游的龙岩市畜禽养殖业发达,中下游的漳州平原是闽东南的农业发达地带,沿江两岸氮、磷排放负荷大,特别是上游养猪行业废水排放污染严重??。
间歇性、随机性和不确定性农业非点源构成九龙江地表水域污染的复杂过程,基于GIS的九龙江流域农业非点源氮磷负荷估算研究成果表明(表2,表3见文后),九龙江流域总氮负荷的来源贡献依次是化肥施用(53.4%)>畜禽养殖(21.0%)>农村生活污染(13.3%)>水土流失(12.4%);总磷负荷的来源排序分别是化肥施用(40.8%)>畜禽养殖(31.4%)>水土流失(14.7%)>农村生活污染(13.1%)??。
4.2九龙江流域北溪甲藻水华事件
2009年1月中下旬,基于水体的有机污染,氮、磷营养盐丰富,且长时间的干旱少雨,沿江水库蓄水截流,造成了九龙江流域北溪段水体严重富营养化,并发生甲藻水华事件(图3),优势种为拟多甲藻。甲藻是一种有鞭毛藻类,可像浮游动物一样在水中自由游动,细胞内含叶绿素,能进行光合作用,具有植物的基本特征。
图3九龙江甲藻水华事件现场照片
在九龙江北溪甲藻水华发生期间,对水华发生段进行了主要水质因子的监测,其中的氮和磷远高于Ⅲ类水质(图4,图5)??。
图4龙岩市溪仔口水电站库区水质变化情况
图5龙岩市小杞水电站库区水质变化情况
4.3九龙江流域地表水环境质量综合整治规划建议
水环境作为承载社会经济生活的重要载体,是生存发展持续和平稳的重要保证,九龙江甲藻水华事件背后更重要的警醒意义应引起我们万分的注意。作为龙岩、漳州、厦门等13县市的母亲河,九龙江水环境质量综合整治已刻不容缓。
4.3.1生物脱氮理论与技术介绍??
植物和藻类的生长离不开营养物质,在自然水体中,他们的生长通常受氮和磷的限制。九龙江水体富营养化,氮、磷超标是发生甲藻水华事件的根本性原因。在面对此突发事件时,如何应急处理,将事态影响范围和程度减至最低,降低人为处理对生态环境的破坏,就显得直观重要的。以下将以氮素污染控制为例,介绍生物脱氮理论与技术的运用。
生物法(即生物脱氮技术)是目前应用最广的废水脱氮技术。它通常由硝化工艺和反硝化工艺组成。
(1)硝化工艺
硝化工艺是通过工程措施,利用自养型硝化细菌的作用将废水中的氨氧化为硝酸盐的处理方法。硝化工艺诞生于20世纪中叶,随着研究的深入和应用的普及,硝化工艺的类型不断增加。硝化工艺可分为单级处理系统和多级处理系统(图6,图7)。根据反应器内硝化细菌的存在状态,又可分为悬浮生长系统(活性淤泥法)和附着生长系统(生物膜法)。
图6活性污泥法单级硝化系统的工艺流程
图7活性污泥法二级硝化系统的工艺流程
(2)反硝化工艺
反硝化工艺是通过工程措施,利用反硝化细菌的作用,将废水中的硝酸盐、亚硝酸盐以及其他氮氧化物还原为氮气的处理方法。与硝化工艺类似,反硝化工艺也可分为单级处理系统和多级处理系统;悬浮生长系统(活性污泥法)和附着生长系统(生物膜法)。
但在实际应用中,常常联合应用硝化工艺与反硝化工艺,以求达到既把氨转化为硝酸盐,又能根除氮素对环境的污染。
4.3.2综合整治规划探索与思考
(1)坚持长效,重在治本,加强九龙江流域地表水环境保护措施,做好工农业污染控制,特别是上游地区的畜禽养殖污水排放,加强城市和产业污水处理设施建设,在源头上直接遏制污染源;
(2)提高水环境容量和水体自净能力的工程措施,做好九龙江流域两岸植被保护和加强,保护流域环境生态平衡和生物链丰富性,疏浚清淤,巩固加强河段间坝区的联合协作调度能力;
(3)加强地表水水质监测,加强污染事故应急处理系统及信息能力建设,有针对性地开展一些操作性强的应用研究,并建立一些地表水水质保护示范工程;
(4)守水有责,明确流段责任主体,将保护管理目标责任制落实,期盼出台《福建省九龙江流域水环境保护管理条例》,建立健全九龙江流域地表水环境保护管理生态补偿和奖励机制,沿江市县区间协同合作,用计划、立法、市场手段合理配置资源;
(5)加强社会水环境生态意识宣传,提高流域内全民环保意识,建立适当的鼓励奖赏机制,提倡公众参与,提高公众参与有效性的途径,选择合适的公众参与对象,完善信息公开方式,充分发挥非政府组织团体和个人的作用??。
5结语
人类社会在其漫长的发展中,自然环境既是其生活需要的生产地,又是其消费地,在生产生活与消费中,我们越来越远离了自然,竭泽而渔。21世纪的新经济是循环经济,其除了劳动力循环、资本循环,更是资源环境循环,是在最大化寻求人与自然的和谐??。在我国迈向全面建设小康社会的关键时期,我们更应该以科学发展观为指导,全面贯彻落实协调可持续的发展模式。保护环境,保护水资源,同时也是保护我们自己的生命血液线。
表2九龙江流域各县(市)农业非点源污染总氮来源贡献
表3九龙江流域各县(市)农业非点源污染总磷来源贡献
注释:
①陈钢铁.九龙江流域水环境的保护与管理[J].城市建设,2010,(01):42～44.
②MetcalfeCD,MiaoXS,KoenigBG,etal.DistributionofacidicandneutraldrugsinsurfacewatersnearsewagetreatmentplantsinthelowerGreatLakes,Canada[J].EnvironmentalToxicologyAndChemistry,2003,22(12):2881-2889.
③陈能汪,张珞平,洪华生,等.九龙江流域农村生活污水污染定量研究[J].厦门大学学报(自然科学版),2004,43:249～253.
④黄金良,洪华生,张珞平,等.基于GIS的九龙江流域农业非点源氮磷负荷估算研究[J].农业环境科学学报,2004,23(5):866～871.
⑤黄滨松.九龙江北溪甲藻水华期间各水质因子的检测及相关分析[J].福建分析测试,2009,18(3):71～75.
⑥郑平,徐向阳,胡宝兰.新型生物脱碳理论与技术[M].北京:科学出版社,2004.
⑦桑燕鸿,刘芳文,卞国建.战略环境影响评价中公众参与有效性评估[A].见:国家环境保护局编.第二届环境影响评价国际论坛论文集��战略环评在中国[C].北京:中国环境科学出版社,2008:239～241.
⑧张鸿雁,张登国.城市定位论��城市社会学理论视野下的可持续发展战略[M].南京:东南大学出版社,2008.