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流域水质目标管理技术体系研究

流域水质目标管理技术体系研究

作者:张远等
出版社:科学出版社出版时间:2021-11-01
开本: 其他 页数: 304
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流域水质目标管理技术体系研究 版权信息

流域水质目标管理技术体系研究 本书特色

适读人群 :从事水环境管理的科研人员、相关政府部门,环境科学、生态学等专业的本科生和研究生本书可供从事水环境和水生态系统管理的科研人员、相关政府管理部门工作人员以及环境科学、生态学等专业的本科生和研究生参考。

流域水质目标管理技术体系研究 内容简介

本书围绕国家“水十条”实施对建立流域水生态功能分区管理体系的科技需求,进一步突破水质目标向水生态目标转化、土地利用空间优化与水生态承载力调控关键技术,系统集成流域水生态功能区管理成套技术,建立分区管理技术体系,支撑我国流域水环境“水陆”一体化精细管理。内容包括:1)流域水生态功能分区管理理论基础与技术体系框架;2)分章节介绍流域水生态功能分区关键技术组成、流域水生态健康评估技术体系、流域水生态保护目标制定技术、流域功能区生态空间管控主要技术、流域功能区生态空间管控技术、流域水生态承载力评估与优化调控技术。3)鄱阳湖流域和太湖流域典型区(常州)水生态功能分区管理。

流域水质目标管理技术体系研究 目录

目录
前言
第1章背景与意义1
1.1研究背景与意义1
1.1.1研究背景1
1.1.2水质目标管理的必要性和迫切性2
1.2水质目标管理的概念与体系3
1.2.1概念与内涵3
1.2.2水质目标管理技术体系4
1.3水质目标管理关键技术的发展历程5
1.3.1水环境质量基准发展历程5
1.3.2控制单元水质目标管理发展历程6
1.3.3*佳可行技术发展历程8
1.3.4水环境风险管理发展历程9
1.3.5水生态分区管理发展历程10
1.3.6生态流量管控发展历程11
第2章流域水环境基准及标准制定技术集成及应用13
2.1水环境基准标准概念解析13
2.2水环境基准标准制定技术体系13
2.3水生生物基准技术集成14
2.3.1水生生物筛选技术15
2.3.2水生生物毒理学数据获取技术15
2.3.3水生生物基准推导16
2.3.4水生生物基准校验17
2.4人体健康水质基准技术集成18
2.4.1人体健康水质基准制定18
2.4.2人体健康水质基准校验25
2.5水生态学基准及标准相关方法集成27
2.5.1水生态学基准制定28
2.5.2水生态学基准校验38
2.6水环境沉积物基准及标准相关方法集成44
2.6.1水环境沉积物质量基准制定44
2.6.2沉积物质量基准校验49
2.7水环境基准向标准转化技术50
2.7.1基准向标准转化的原理50
2.7.2技术经济分析50
第3章控制单元水质目标和排污许可管理技术集成及应用56
3.1控制单元水质目标管理技术集成56
3.1.1集成背景及思路56
3.1.2控制单元水质目标管理技术体系57
3.1.3水环境问题诊断技术58
3.1.4污染负荷核定和源识别技术60
3.1.5污染源-水质响应关系模拟与容量总量技术63
3.1.6负荷总量分配到源技术64
3.1.7水质目标管理效果评估技术66
3.2基于水质的固定源排污许可管理技术68
3.2.1技术内容介绍68
3.2.2主要关键技术70
3.2.3技术应用案例:常州市控制单元排污许可管控方案72
3.3重点行业水污染物排放限值管理研究73
3.3.1重点行业排污许可限值管理技术体系73
3.3.2重点行业污染物排放限值分级73
3.3.3示范区常州市重点行业固定源污染物排放限值分级方案75
3.4城镇污水处理厂水污染物排放限值管理研究77
3.4.1城镇污水处理厂进水污染物种类分析77
3.4.2我国污水间接排放系统环境监管执法主要问题分析79
3.4.3城镇污水处理厂排放浓度限值分级与技术可行性评估研究82
3.4.4许可排放限值和许可排放量制定方法85
第4章重点行业*佳可行技术评估与验证技术集成及应用87
4.1基于生命周期评价的*佳可行技术筛选与评估创新88
4.1.1*佳可行技术的筛选88
4.1.2生命周期评价理论与实施框架88
4.1.3基于生命周期评价的BAT筛选与评估90
4.2重点行业*佳可行技术评估方法集成92
4.2.1方法集成框架与特点92
4.2.2四级技术体系92
4.2.3污染防治可行技术指南编制技术94
4.2.4重点行业水污染防治*佳可行技术通用评价技术95
4.2.5基于数据匹配建模及智能数据提取技术95
4.2.6BAT物理验证技术95
4.2.7*佳可行技术支撑排污许可制实施的集成优化与应用示范技术96
4.3重点行业及畜禽养殖防治可行技术指南96
4.3.1纺织工业污染防治可行技术指南96
4.3.2制革工业污染防治可行技术指南98
4.3.3制药工业污染防治可行技术指南101
4.3.4农药工业污染防治可行技术指南104
4.3.5氮肥工业污染防治可行技术指南106
4.3.6电镀工业污染防治可行技术指南108
4.3.7调味品/发酵制品工业污染防治可行技术指南110
4.3.8啤酒工业污染防治可行技术指南113
4.3.9畜禽规模养殖场污染防治可行技术指南115
4.3.10污染防治可行技术指南编制应用情况117
4.4重点行业*佳可行技术虚拟评估与物理验证平台建设及业务化应用119
4.4.1重点行业水污染防治可行技术(BAT)虚拟评估平台119
4.4.2重点行业物理验证平台建设123
4.4.3平台主要业务化应用128
vvi第5章流域水环境风险管理技术集成及应用129
5.1流域水环境风险管理的内涵、类型及理论129
5.2水环境突发性风险管理技术集成131
5.2.1基于双目标的突发风险源识别技术131
5.2.2事件发生后风险源精准识别与快速预测预警技术134
5.2.3快速高效分类应急处理工艺技术138
5.2.4地表水和沉积物水生态环境损害鉴定评估技术139
5.3水环境累积性风险管理技术集成144
5.3.1基于生物有效性的TIE与EDA相结合的污染物识别技术144
5.3.2基于原位被动采样的水生态暴露评估技术147
5.3.3流域水环境复合污染生态风险评估技术149
5.3.4基于生物生理特征以及个体行为的生物预警技术150
5.3.5流域重点行业风险分级管控技术151
5.4三峡和太湖流域水环境管理应用155
5.4.1三峡库区水环境突发性风险管理应用155
5.4.2太湖流域水环境累积性风险管理应用160
第6章流域水生态功能分区管理技术集成及应用163
6.1水生态功能分区管理技术体系163
6.2全国水生态功能分区管理方案164
6.2.1全国水生态功能分区体系与方案164
6.2.2全国水生态功能区分类管理方案166
6.3水生态完整性评价及目标制定技术及应用169
6.3.1技术框架170
6.3.2关键支撑技术178
6.3.3常州水生态完整性及其保护目标制定182
6.4功能区土地利用优化与空间管控技术及应用185
6.4.1功能区土地利用优化与空间管控技术框架185
6.4.2关键技术186
6.4.3常州市土地利用优化和空间管控方案194
6.5水生态承载力评估与调控技术及应用200
6.5.1水生态承载力评估与调控技术框架200
6.5.2关键支撑技术202
6.5.3常州市水生态承载力评估及调控208
第7章生态流量管控成套技术集成及应用215
7.1生态流量管控的内涵、理论及集成体系215
7.1.1生态流量管控内涵215
7.1.2生态流量管控集成体系216
7.2生态流量核算方法技术集成217
7.2.1水文学法217
7.2.2水力学法218
7.2.3栖息地法219
7.2.4整体法220
7.2.5计算方法适用性分析221
7.3生态流量适应性管理技术集成222
7.3.1内涵及构成222
7.3.2我国生态流量保障适应性管理方法体系222
7.4沙颍河流域应用224
7.4.1沙颍河流域概况224
7.4.2生态调度前沙颍河流域生态流量管理状况224
7.4.3沙颍河流域生态流量适应性调度方案制定与实施225
7.4.4沙颍河流域生态流量适应性调度效果监测与评估228
第8章长江流域水质目标管理技术集成与平台构建235
8.1基本概况235
8.1.1自然概况235
8.1.2长江流域水生态环境问题235
8.2长江经济带水环境管理适用技术甄选236
8.2.1技术筛选原则236
8.2.2技术筛选过程237
8.2.3技术筛选结果及衔接关系分析237
8.3流域水环境模型评估验证241
8.3.1流域水环境模型评估验证技术框架241
8.3.2流域水环境模型评估验证技术要求243
8.3.3长江流域水环境相关模型的评估验证250
8.4水质目标管理平台构建与业务化应用259
8.4.1长江经济带(长江流域)水质目标管理平台构建与业务化应用259
8.4.2基于水质目标管理技术的洱海流域管理平台业务化应用268
参考文献 282
附录288
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流域水质目标管理技术体系研究 节选

第1章 背景与意义 1.1 研究背景与意义 1.1.1 研究背景 我国水环境管理可以追溯到20世纪70年代末期,经过40多年的发展,形成了环境标准、环境监测、总量控制、环境影响评价、排污许可申报、流域规划、目标考核、区域限批、风险预防、排污收费、损害评估、生态补偿等水环境管理技术,在社会经济发展过程中,这些方法在缓解水环境质量压力方面发挥了作用。然而,我国水环境管理仍然粗放,与欧美先进管理技术仍然存在差异,如美国和欧盟都发展了水生态系统保护管理技术,我国水环境管理还停留在污染防治阶段,而且污染减排要求又与水环境质量改善相脱节,尚未形成面向水质目标的管理体系,难以满足国家对水生态环境质量改善的迫切需求。 随着生态文明意识的逐步普及,国家对环境质量改善的要求日益迫切,精准化的环境管理方法研究成为当务之急。2015年国务院颁布的《水污染防治行动计划》(简称“水十条”),提出以改善水环境质量为核心,按照“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”原则,贯彻“安全、清洁、健康”方针,强化源头控制,水陆统筹、河海兼顾,对江河湖海实施分流域、分区域、分阶段科学治理,系统推进水污染防治、水生态保护和水资源管理。《重点流域水生态环境保护“十四五”规划编制技术大纲》,提出了“三水统筹”、水生态完整性保护等目标要求。因此,亟待研发现代管理技术体系,支撑我国水环境管理模式的战略转型。 为了支撑我国水环境管理技术的升级换代,国家水体污染控制与治理科技重大专项(简称水专项)提出了构建“我国流域水质目标技术体系”的工作任务,要求针对我国水环境保护阈值不清、环境质量改善与污染控制相脱节、水环境风险管理能力不足和“水资源、水环境、水生态和水风险”(简称“四水”)统筹管理薄弱等关键技术问题,开展技术攻关和突破,为我国水环境管理技术体系构建提供支撑。其中,水专项提出的流域水质目标管理技术主要包括水环境基准标准、总量控制与排污许可管理、*佳可行技术(BAT)评估、水环境风险管控、水生态健康保护等技术内容。“十一五”至“十三五”期间,水专项围绕“流域水质目标管理及监控预警技术标志性成果”设置多个项目,以太湖等流域为重点示范区,开展关键技术突破,力图突破水质目标管理基本理论,实现关键技术的标准化、规范化和业务化,形成整装成套水质目标管理技术体系,提出我国水环境基准标准本土化阈值,制定示范流域控制单元水质目标管理方案、排污许可管理方案和水环境风险管控方案,搭建流域水质目标管理业务化平台并实现业务化运行,为我国水质目标管理体系的建立奠定科学基础。当然水质目标管理技术体系的构建不是一蹴而就的,需要结合国家需求通过长期的研究、技术攻关和示范,*终才能取得成功。 1.1.2 水质目标管理的必要性和迫切性 (1)水生态完整性保护对水环境管理提出了更高的要求 近半个世纪以来,随着经济社会的快速发展,以及工业化和城市化的深入推进,水资源的需求量、污染物排放量大增,水生态系统功能受到严重破坏。在此背景下,欧美发达国家或组织环境管理目标逐渐从单一的水化学指标向多要素的水生态指标转变,如美国《清洁水法》提出了物理、化学和生物完整性保护要求,欧盟则是将良好生态状况作为管理追求目标。我国水环境管理仍然偏重于水质管理,强调水体使用功能的保护,尚未提出水生态完整性保护的要求,造成水资源管理、水污染防治与水生态保护相脱节等问题。生态文明建设新时期下,生态完整性成为环境管理的重要目标。水生态完整性保护技术涉及监测、评价、目标制定、模拟预测和优化调控等关键技术,这些技术当前尚未实现规范化和标准化。因此,需要以水生态功能分区技术成果为基础,研发水质目标向水生态目标转化、土地开发水生态影响和水生态承载力调控等关键技术,建立面向水生态系统健康保护的水质目标管理技术模式。 (2)水环境基准“本土化”制定是水质目标管理的坚实基础 水环境基准是制定水环境标准的科学基础。水环境基准研究与制定技术体系及管理工作在美国、加拿大、澳大利亚、欧盟等发达国家和地区已相对成熟。由于地域和国情的差异,照搬国外基准,难以制定出符合我国水体特征的水环境标准,无法保证我国水环境管理的科学性,如通过应对2005年松花江硝基苯污染事件,暴露出我国作为一个国际大国在水环境基准标准研究方面的严重不足。至今,我国开展了水环境基准制定方法技术的研发,提出了一系列相关的基准建议值,总体而言水环境基准研究基础仍然薄弱。因此,促使水环境基准方法技术系列化、规范化、本土化,制定适合我国国情的本土化水质基准标准已经十分紧迫,这对于实现我国环境管理战略目标具有重要作用。 (3)亟须形成以环境质量改善为核心的水质目标管理技术体系 亟须围绕生态文明建设、“水十条”实施和水环境管理模式转变等国家需求,从技术突破方面开展技术对管理的支撑研究,亟须突破流域水系统耦合模拟、水环境容量总量控制、水环境风险评估、水质-水量-水生态综合调控等关键技术,建立污染源减排与环境质量响应关系,解决水环境质量改善与水陆一体化管理、排污许可制、水环境风险管理、重点行业污染管理等的衔接关系,形成流域水质目标管理的成套技术体系和管理机制,按照系统化、规范化和标准化的要求,全面促进关键技术的衔接和融合,集成流域水质目标管理技术体系,实现水质管理技术对国家战略的支撑作用。 1.2 水质目标管理的概念与体系 1.2.1 概念与内涵 当前我国新老水问题交织,水生态系统健康面临巨大威胁。针对水专项启动之初我国水环境管理面临的“重水化学、轻水生态”“污染控制与水环境质量改善相脱节”“风险管控以被动响应为主”等问题,水专项通过深入剖析水生态环境质量组成及气候变化、污染减排、水资源利用、土地开发和社会经济发展对其影响机制,提出了水质目标管理的概念,即以“四水”多维目标保护为核心,以适合本土的水环境基准标准为控制阈值,以流域环境压力与水环境质量响应关系为依据,以多过程耦合的流域水系统调控为主要措施的水环境管理技术系统。 水质目标管理从生态完整性理论发展而来(图1-1)。生态完整性,即生态系统结构和功能的完整性,是生态系统维持各生态因子相互关系并达到*佳状态的自然特性,生态完整性也可以理解为生态系统的健康程度,广义上包括生态系统生物、物理、化学完整性。其中,生物完整性指标主要由不同生物群落的完整性指数和丰富度指数构成,物理完整性指标则由定性生境评价指数和物理生境指数构成,化学完整性指标主要包括大部分的水质指标。大量的研究证明,单纯从水化学角度来实施流域水环境管理系统,并不能达到良好的生态效果,只有维持水生态系统结构和功能的完整性,图1-1流域水生态环境系统逻辑关系 即具有健康的水生生物群落和良好的物理化学生境,才能实现河流湖泊的真正健康。 水质目标管理体现了流域水生态环境系统协同控制要求。水生态环境系统健康状况受到流域、区域、河段等多尺度人类胁迫压力的影响(图1-1),需要从流域系统性、整体性角度进行诊断与保护。流域水生态环境系统实质是以水循环为纽带的物理过程(水量变化)、水生生物及生物地球化学过程(水质-水生态)和人类活动调控为一体的水系统。 1.2.2 水质目标管理技术体系 水质目标管理包括水环境基准标准、控制单元容量总量控制、固定源排污许可管理、水环境风险管控、水生态健康管控、水质目标管理业务化平台构建等技术内容(图1-2)。 图1-2 水质目标管理技术体系示意 水质目标指标体系由生态流量、水体理化、风险污染物、生物完整性指数等指标构成。水环境基准标准是水生态环境目标确定的依据。 基于水环境基准标准,开展水生态环境退化诊断和关键胁迫因子识别,针对不同环境问题实施不同的管理措施:①针对水质超标问题,计算控制单元水环境容量总量,开展污染源*大日排放负荷分配,实施固定源排污许可管理制度;②针对突发性、累积性水环境潜在风险问题,建立以水环境风险评估、风险污染物识别、水环境风险预警和应急管控等为核心的水环境管控技术体系;③针对生态流量不足、水生境退化等非化学胁迫问题,实施生态流量保障、水生态空间管控和水生态承载力调控等技术手段,恢复流域水生态健康状态。 *后,制定流域水质目标管理方案,通过建设水生态环境监测体系和水质目标管理业务化平台,实现“四水”协同管控。 因此,水质目标管理技术体系作为近年来新发展的技术模式,具有三个方面的特点:一是强调水生态完整性保护,强调生态流量目标、水体理化目标、水风险管控目标、生物完整性目标的共同保护;二是强调以流域压力-水生态环境的响应关系为基础,针对性实施适用性管理措施;三是强调“四水”的协同管控,不仅是过去的水污染管控,根据流域环境问题需求,还要综合实施水环境风险管控、生态流量保障和水生态承载力调控等管理手段。 1.3 水质目标管理关键技术的发展历程 1.3.1 水环境质量基准发展历程 水环境质量基准,简称水环境基准或水质基准,是指为保护水环境的特定用途,对水体中某物质存在水平的客观定量或定性限制;通常表述为水环境中某物质对特定对象不产生有害影响的*大剂量(或无作用剂量)或浓度水平,主要考虑自然生态特征,并主要基于毒理学及污染生态学试验的客观记录和科学推论,是制定水环境质量标准的科学依据,不具有法律效力。水环境质量标准,简称水环境标准或水质标准,是以水质基准为依据,在考虑自然环境和国家或地区的社会、经济及技术等因素的基础上,经过综合分析,由国家相关管理部门颁布的具有法律效力的限值,是进行环境评价、环境监控等环境管理的执法依据,具有法律强制性。水质基准和水质标准共同组成了水环境管理的重要尺度。 19世纪末,卫生学家尼基京斯基研究了石油制品对鱼类的影响,提出环境质量基准的概念。美国在国际上*早开展水质基准相关实验研究,目前基准方法体系建设相对较完善,目前大多数国家主要以美国的基准/标准体系为准则。欧美等发达国家或组织常以国家层面[如美国国家环境保护局(United States Environment Protection Agency,USEPA)]颁布的优控污染物水质基准推荐值为主要依据,以保护水体中水生生物的正常生长和发展以及人群可安全利用水体(通常的生产、生活用水)与水生生物食物资源(可食用的水生生物等)的安全,国家内部各州或部落等相关部门再依据国家基准推荐值,颁布可执行的水质标准限值;除一些地方的特殊需求应科学说明并调整国家基准推荐值外,大多数情况是地方部门直接采用国家基准推荐值作为本地区水环境质量标准值来使用。 现今国际环境基准的主流定值方法主要是依据生物物种对目标物质的毒性响应特征、生态完整性保护要求及人体健康风险阈值要求制定的,方法主要包括三类:①基于毒理学风险评估的经验性“评估因子法”;②基于物种敏感度分布(species sensitivity distributions,SSD)统计的“数理推导法”;③基于生物或生态暴露效应模型分析的“模型推导法”。该三类方法都需要生物学代表性强、毒理学终点明确的有效性生物种测试数据。其中,评估因子法更依赖于敏感生物种的毒性数据,较多应用于工业化学品的毒性风险评估管理;数理推导法主要基于本土生态物种敏感度分布理论,依赖于获得生态系统中大部分生物(保护95%的生物)的毒性数据,有时为校正方法的不确定性,也可用评估因子给予补充;模型推导法目前在理论方法及实际应用技术上都还有待发展,如USEPA发布了仅采用生物配体模型并只用于金属铜的水生生物基准值的推导文件。该三类方法中,以基于本土生物种的毒理学试验数据,用SSD法经数理推导获得的基准值*常用。 当前在水环境基准基础研究方面,主要缺乏种群、群落和生态系统等尺度上对污染物的生态学暴露数据及基准数据推导转换的方法学研究,尤其在复合污染条件下,目标污染物在多个环境介质中迁移转

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