最大日负荷总量(TMDL)技术在农业面源污染控制与管理中的应用与发展趋势

介绍了美国最大日负荷总量(totalmaximum daily load,TMDL)计划的基本内容、基本原理和实施步骤,综述了TMDL计划在国内外实施中常用的流域模型,如SWAT、HSPF和AnnAGNPS模型的研究进展,以及TMDL计划中使用的最佳管理措施(BMPs)及TMDL不确定性分析方面的研究现状。最后,提出了TMDL技术的发展方向,结合我国环境保护和总量控制技术体系现状,展望了TMDL技术在我国农业面源污染控制与管理中的应用前景。

最大日负荷总量计划在非点源污染控制管理中的应用

概述了美国环保局提出的最大日负荷总量(TMDL)计划的背景、发展进程、组成框架,介绍了TMDL计划的主要内容、如何确定水质关键管理区,以及TMDL计划中评价污染源并估算污染负荷容量的方法。最后对我国非点源污染控制管理提出建议:分地区、分重点、分阶段地实施开发TMDL计划,注意开发简单、实用、经济的估算负荷量的模型与技术手段,在总量控制范围内,应保证TMDL计划与其他控制措施相结合,计划中应包括公众参与和评论等。

基于洱海水生态特征的流域最大日负荷总量控制

基于洱海水生态历史数据及现状资料,采用概率密度分布曲线法及水生生物基准相结合的方式计算洱海总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数(COD_(Mn))和氨氮(NH_3-N)的控制目标,目标值分别为0.36、0.026、4和0.28 mg/L.再根据该水质目标,得到洱海的最大日负荷(TMDL)总量.TMDL总量采用线性规划法计算,其中污染物响应系数矩阵通过MIKE 21二维水质模型计算所得.安全容余(MOS)则通过一阶误差分析法确定.经过一系列的计算,最终确定洱海的TMDL总量控制计划.计算结果表明,洱海TN、TP、COD_(Mn)和NH_3-N的TMDL总量分别为2005.989、149.671、19258.844和1348.119 kg/d,其MOS所占比例分别为6.152%、5.570%、4.380%和5.021%,表明洱海农业面源污染为该流域主要的污染形式,其允许最大排放量约占全部允许排放量的90%左右.

通榆河南段控制单元最大日负荷估算及分配研究

以通榆河南段控制单元为研究区,利用现有的平原感潮河网区水量模型、面源污染负荷统计模型和水环境容量模型,估算研究区2010年污染物最大日负荷总量(TMDL),并进行负荷削减和分配研究。结果表明:研究区COD、氨氮(NH3-N)90%保证率(2004年)下的水环境容量分别为7.76万t、0.37万t;对照2010年污染物入河量,COD、NH3-N的最大年负荷分别为1.99万t、0.28万t。在研究区涉及的各县市中,海安、姜堰、东台是负荷削减的重点区域;对于不同的污染源,城镇生活点源和农业面源是研究区污染物总量控制的关键。

水质目标管理技术的研究——比弗河流域TMDL计划执行案例研究

TMDL计划制定与实施的目标是识别具体污染控制单元及其土地利用状况,根据分级、分区、分类、分期来对单元内点源和非点源污染物的排放浓度和总量提出控制措施,从而促进整个流域执行最好的流域管理与污染控制计划,达到水质目标管理要求。本文以美国比弗河流域TMDL计划执行案例为研究对象,简要分析了水质目标管理技术的计划内容、实施情况及效果评估,并提出了对我国流域水环境管理的启示。

蘑菇湖水库水环境容量总量控制研究

为逐渐恢复蘑菇湖水库的农业灌溉及养殖功能,介绍了按灌溉期划分的夏秋、非灌、春灌3个不同时段及不同的水质目标,定量计算蘑菇湖水库主要污染物水环境容量总量,得到水库不同时段的最大日负荷(TMDL)。根据TMDL对蘑菇湖水库的污染来源实施总量控制研究,得出了以下结论:同一水质目标下,在夏秋、非灌、春灌不同时段的水环境容量成递增趋势;扣除水库污染物本底值的环境容量多数为负值;扣除水库污染物本底值的环境容量春灌时段大于夏秋时段,夏秋时段大于非灌时段。最后阐述了对蘑菇湖水库水环境容量实施总量控制的效果。

TMDL计划的背景、发展进程及组成框架

美国环保局(EPA Environment Protection Agency)最早于1972年的《清洁水法》中提出 TMDLs(Total Maximum Daily Loads),TMDL为最大日负荷总量。在美国实施TMDL计划后,在点源和非点源污染综合控制方面成效显著;重点介绍其计划背景、发展进程、组成框架。

流域TMDL计划中的关键技术

阐述了流域TMDL计划中的关键技术问题,包括流域水环境特征识别、水污染现状分析、污染负荷估算、水文模型和点源污染物削减分配模型构建、非点源污染削减措施制定、点源和非点源削减措施实施效果评估等,分析了这些技术的应用情况,指出了我国制定和实施流域TMDL计划时应注意的相关问题。

水污染物排放总量控制的体系研究

回顾了我国水污染物排放总量控制发展的历程,针对总量控制方法体系中存在的问题,将非点源污染和不确定性分析纳入总量控制研究,构建了新的水污染总量控制方法系统,并对方法体系涉及的管理基础、管理目标、管理模型和管理实施等问题进行了研究。

基于安全余量的污染物总量控制方法评述

借助污染物最大日负荷量(TMDL)的相关研究成果,阐述安全余量(MOS)的特征。结合安全余量的表现形式,阐述隐式、显式、FOEA计算安全余量的流程。对安全余量的定量化及其负荷分配研究是推动TMDL策略完善的关键。在梳理以往研究成果的基础上,从安全余量的产生机理出发,分析与污染物总量控制相关的安全余量计算过程。在考虑安全余量的前提下,依据水环境质量的控制目标,结合环境容量所允许的污染物排放量,论述了基于数学模型测算、可持续管理策略的污染物总量控制方法。以永定河流域污染物容量总量分配为例,进行基于安全余量的污染物分配应用研究,对有效减少污染物排放总量、实现水功能区水质达标具有重要意义。

基于TMDL的WARMF模型在水污染控制管理中的应用

介绍WARMF(water analysis risk management framework)水环境管理模型及其在美国等国流域用来模拟和制定污染削减及泥沙负荷分配的应用情况,提出我国在借鉴应用WARMF水环境管理模型时应注意以下几点:①考虑模型模拟过程中复杂因素的相互作用;②严格制定污染物削减方法和分配量;③重视模拟结果的灵敏度分析及校准;④将模型的多功能性与模拟的准确性有机结合。

基于TMDL理念的流域排口污染物削减研究

随着海绵城市建设、城市黑臭水体治理、城镇污水处理提质增效等工作的不断深入开展,流域尺度的污染已成为不可回避且亟待解决的重大问题。基于TMDL(最大日负荷总量)水环境治理技术方法,以镇江市运粮河流域整治为例,以水体水质为目标导向,探讨出了一套应用于流域排口污染物削减的研究方法:①梳理流域排水系统,结合现场调研确定排口性质;②计算排口产污量;③根据流域水质目标及其水系流动、生态本底情况,采用一维模型分析计算流域的水环境容量;④以流域水环境为控制目标,结合产污量计算结果对重点排口提出污染物削减标准;⑤制定流域排口污染物削减方案;⑥对排口整治方案进行目标可达性分析。该研究方法可为我国其他中小城市的流域治理提供参考,为进一步深入研究流域治理提供实践案例。

TMDL计划在河湖环境容量管理中的应用方法

环境容量管理(ECM)已在世界范围内应用于管理地表水质量和控制污染,最大日污染负荷(TMDL)方案已被应用于ECM系统中。在调研相关文献的基础上,对TMDL在水环境容量管理中的研究现状进行了分析,探讨不同模型的特点、应用方向及优缺点,认为水动力和水质模型可构建流域内基于水环境容量的水动态调控机制,将水质监测与污染负荷总量控制实时挂钩,不断完善流域水环境容量管理机制,实现流域水资源与水环境联动调控和精细化管理。在后续的污染物负荷分配上还需进行充分研究,简单的分配方式很难兼顾效率和公平,应考虑不同类型、不同程度的污染负荷分配方法。

考虑大气沉降的湖库分区动态水环境容量精细解析

针对面源污染为主的湖库型流域,为建立水质目标管理与污染总量控制之间更精准的响应关系,借鉴日最大负荷总量模式,基于物质量平衡原理提出考虑径流丰枯变化、不均匀混合、大气沉降等影响因素的湖库分区动态水环境容量精细解析方法,包括污染混合区设置、代表水文系列确定、逐日分区水量水质计算。以沙河水库为例,分别以全湖Ⅱ类、主湖Ⅱ类作为水质管理目标,采用2010—2015年代表水文系列对总氮动态水环境容量进行精细解析。结果表明:全湖Ⅱ类、主湖Ⅱ类水质管理目标下沙河水库总氮水环境容量的多年均值分别为36.7 t和99.43 t,若不考虑湖滨混合区,全湖Ⅱ类水质目标下总氮的年水环境容量计算值偏大66.43%;实施水质目标管理的水域面积越大,大气沉降对水环境容量的影响越大;径流年际及年内丰枯变化对水环境容量的影响显著;各分区总氮控制总量占全流域总量的比例与面积比基本一致。湖库分区动态水环境容量精细解析可量化不同因素对水环境容量计算结果的影响,科学解析面源输入型湖库水环境容量的时空结构特征,实现水质目标管理与污染总量分区管控的有机联动,更好地支撑流域水环境的精细化管理。

TMDL管理模式用于农村小流域水环境治理

为了改善巢湖水质,选取巢湖流域典型农村小流域——石茨河流域作为研究对象,在对该流域进行水文和水污染分析的基础上,构建HSPF流域模型对其负荷和水质进行计算,根据确立的污染分配原则对负荷进行削减,以满足考核断面水质达标要求,并计算得到石茨河流域最大日负荷总量(TMDL),同时提出流域水质管理建议。结果表明,石茨河干流各水质指标(COD、NH_(3)-N与TP)均超出考核标准(地表水Ⅲ类标准);流域污染源中点源除明确排口管控外,还需重点关注镇区难以收集的散排点源,面源需重点关注集镇、村庄、工业用地与稻田等地块单元。经计算,在满足石茨河考核断面水质达到地表水Ⅲ类标准时,COD、NH_(3)^-N与TP允许排放的污染物量分别为1 196.31、30.25、2.43 kg/d;同时,从空间和时间角度提出分区和分阶段管理模式,以实现水质稳定达标。

中美水质管理制度的比较研究

水功能区水质管理是事关我国社会、经济和生态良性发展以及人民健康的战略性问题,是最严格水资源管理制度的三个核心要素之一。实现水质管理目标是我国亟待解决的重要理论和实践课题。以水资源可持续利用为理论基础,通过分析和比较美国和我国的水质管理制度和实施成效,借鉴美国日最大纳污负荷总量制度,我国可以从完善水质管理法律和水环境质量标准以及强化水质管理长效机制两个方面完善水质管理制度。

负荷历时曲线法在梁子湖流域污染容量总量控制中的应用

采用负荷历时曲线法（LDC）,基于水质保护目标,研究水体纳污能力,确定最大日负荷总量（TMDL）是当前流域污染总量控制的主要方法之一。根据梁子湖高桥河流域控制断面2008-2011年的水文、水质数据,以主要污染物COD为指标,将负荷历史曲线法运用到梁子湖高桥河等子流域污染容量总量控制中,对该流域的最大日负荷（TMDL）变化规律进行分析,提出流域不同水文条件下的污染负荷消减量。研究结果表明：梁子湖水环境受面源污染影响较大。高桥河、徐家港、张家桥港、山坡港、宁港流域,在高流量期实际负荷值均已超出了允许负荷,其削减量分别为61.36、4.33、12.98、3.84、7.13 t/d;徐家港和宁港流域在丰水期实际负荷值也超出了允许负荷,削减量分别为0.16、0.17 t/d。该研究为流域相关管理部门对湖泊水环境的污染控制提供可靠的决策依据。

美国非点源参与点源水质交易的法律问题研究

美国是世界上最先探索非点源参与点源水质交易的国家之一,其在水质交易的研究、试点、推广和立法等方面均进行了大量长期的实践,并积累了较多的经验。介绍了美国《清洁水法》和相关州法律关于非点源参与点源水质交易的法律规定,研究了交易驱动力、赋予非点源交易权、鼓励综合许可证和实行多方参与并实行成本分摊等在非点源参与点源水质交易项目中的实际应用。研究发现,非点源参与点源水质交易是水污染控制最有效的突破口;完善水质交易的法律规范,制定符合实际情况的国家污染物排放消除制度(NPDES)和日最大负荷总量计划(TMDLs)是非点源参与点源水质交易的必要条件;促进点源与非点源污染削减责任的公平分配是美国水质交易探索中积累的重要经验;加强环保与农业等部门间的合作是支持非点源参与点源水质交易的关键。