水环境容量核定技术指南
定义
水环境容量简而言之就是其在满足社会经济可持续发展和保持水生态系统健康基础上的纳污能力，包括稀释容量和自净容量。
自净容量：指由于沉降、生化、吸附等物理、化学和生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。
稀释容量：指在给定水域的本底污染物浓度低于水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量。
污染物排放方式的改变将影响水域的环境容量，因此水环境容量往往是一组数值。
基本特征
资源性。其价值体现在对排入污染物的缓冲作用，即容纳一定量的污染物也能满足人类生产、生活和生态系统的需要；但水域的环境容量是有限的可再生自然资源，一旦污染负荷超过水环境容量，其恢复将十分缓慢与艰难。
区域性。由于受到各类区域的水文、地理、气象条件等因素的影响，不同水域对污染物的物理、化学和生物净化能力存在明显的差异，从而导致水环境容量具有明显的地域性特征。
系统性。河流、湖泊等水域一般处在大的流域系统中，水域与陆域、上游与下游、左岸与右岸构成不同尺度的空间生态系统。因此，在确定局部水域水环境容量时，必须从流域的角度出发，合理协调流域内各水域的水环境容量。
影响要素
水域特性。水域特性是确定水环境容量的基础，主要包括：几何特征（岸边形状、水底地形、水深或体积）；水文特征（流量、流速、降雨、径流等）；化学性质（pH值，硬度等）；物理自净能力（挥发、扩散、稀释、沉降、吸附）；化学自净能力（氧化、水解等）；生物降解（光合作用、呼吸作用）。
环境功能要求。不同的水环境功能区提出不同的水质功能要求，不同的功能区划，对水环境容量的影响很大：水质要求高低与容量大小成反比。（如III类水域的COD环境容量仅为要求达V类水域的1/2）。
污染物质。不同污染物本身具有不同的物理化学特性和生物反应规律，对水生生物和人体健康的影响程度不同。因此，不同的污染物具有不同的环境容量，但具有一定的相互联系和影响，提高某种污染物的环境容量可能会降低另一种污染物的环境容量。因此，对单因子计算出的环境容量应作一定的综合影响分析，较好的方式是联立约束条件同时求解各类需要控制的污染物质的环境容量。
排污方式。水域的环境容量与污染物的排放位置与排放方式有关。一般来说，在其他条件相同的情况下，集中排放的环境容量比分散排放小，瞬时排放比连续排放的环境容量小，岸边排放比河心排放的环境容量小。因此，限定的排污方式是确定环境容量的一个重要确定因素。
确定原则
一、保持环境资源的可持续利用
要在科学论证的基础上，首先确定合理的环境资源利用率，在保持水体有不断的自我更新与水质修复能力的基础上，尽量利用水域环境容量，以降低污水治理成本。
二、维持流域各段水域环境容量的相对平衡
影响水环境容量确定的因素很多，筑坝、引水，新建排污口、取水口等都可能改变整个流域内水环境容量分布。因此，水环境容量的确定应充分考虑当地的客观条件，并分析局部水环境容量的主要影响因素，以利于从流域的角度，合理调配环境容量。
计算步骤
1水域概化将天然水域（河流、湖泊水库）概化成计算水域，例如天然河道可概化成顺直河道，复杂的河道地形可进行简化处理，非稳态水流可简化为稳态水流等。
水域概化的结果，就是能够利用简单的数学模型来描述水质变化规律。同时，支流、排污口、取水口等影响水环境的因素也要进行相应概化。
若排污口距离较近，可把多个排污口简化成集中的排污口。
2基础资料调查与评价包括调查与评价水域水文资料（流速、流量、水位、体积等）和水域水质资料（多项污染因子的浓度值）。
同时收集水域内的排污口资料（废水排放量与污染物浓度）、支流资料（支流水量与污染物浓度）、取水口资料（取水量，取水方式）、污染源资料等（排污量、排污去向与排放方式），并进行数据一致性分析，形成数据库。
3选择控制点（或边界）根据水环境功能区划和水域内的水质敏感点位置分析，确定水质控制断面的位置和浓度控制标准。
对于包含污染混合区的环境问题，则需根据环境管理的要求确定污染混合区的控制边界。
4建立水质模型根据实际情况选择建立零维、一维或二维水质模型，在进行各类数据资料的一致性分析的基础上，确定模型所需的各项参数。
5容量计算分析应用设计水文条件和上下游水质限制条件进行水质模型计算，利用试算法（根据经验调整污染负荷分布反复试算，直到水域环境功能区达标为止）或建立线性规划模型（建立优化的约束条件方程）等方法确定水域的水环境容量。
6环境容量确定在上述容量计算分析的基础上，扣除非点源污染影响部分，得出实际环境管理可利用的水环境容量。
计算基本准则
一般以一年中排污量大、水量最枯、扩散条件最差的条件作为设计条件。
容量计算3要素：自然条件、排污条件、目标条件。
单项指标选择，总体浓度或断面评价浓度。
管理精度。
静态容量。
计算分类指导
原则上推荐按照单因子、一维模型进行模拟计算。
对于大江大河以及饮用水水源二级保护区等情况，可以结合二维模型进行校核计算，取模拟计算的最小结果作为确定的水环境容量（一维计算，二维校核）
大江大河水环境容量也往往取决于混合区（岸边污染带）计算的水环境容量。
一般情况下，设计流量选择近10年最枯流量，但是有条件的地区，对于丰平枯水期特征明显的河流，以及按照最枯流量计算没有水环境容量的情况，可以分水期（季平均）进行水环境容量的计算，汇总得到全年的水环境容量。
河流水环境容量计算方法参考
一、不考虑混合区的水环境容量河流概化可按一维水质模型考虑，由河段和节点两部分组成，节点指河流上排污口、取水口、干支流汇合口等造成河道流量发生突变的点，水量与污染物在节点前后满足物质平衡规律（忽略混合过程中物质变化的化学和生物影响）。
河段指河流被节点分成的若干段，每个河段内污染物的自净规律符合一阶反应规律。
如上图所示，假定功能区内有i个节点，则将河流分成i＋1个河段。在节点处，要利用节点均匀混合模型进行节点前后的物质守恒分析，确定节点后的河段流量和污染物浓度。节点后的河段要以节点平衡后的流量和污染物浓度为初始条件，按照一维降解规律计算到下一个节点前的污染物浓度。
节点平衡方程考虑干流、支流、取水口、排污口均在同一节点的最复杂情况，水量平衡方程为：
Q干流混合后＝Q干流混合前＋Q支流＋Q排污口－Q取水口
污染物平衡方程为（忽略混合过程的不均匀性）：
环境容量计算将式1代入模型，得到一维模型水环境容量的计算公式2。
式中：Wi——第i个排污口允许排放量，t/a；
Ci——河段第i个节点处的水质本底浓度，mg/l；
C——沿程浓度，mg/l；
Qi——河道节点后流量，m3/s；
Qj——第i节点处废水入河量，m3/s；
u——第i个河段的设计流速，m/s；
x——计算点到第i节点的距离，m。
若以下界处作为功能区考核的断面，按照上述方法沿程计算整个功能区的沿程污染物浓度变化规律，如下图所示。
若功能区要求是III类，CODIII类标准是20mg/l，则计算结果模拟结果显然超过III类水质标准要求，就要通过削减每一个排污口的排污量来重新计算，直到计算结果满足水质标准要求为止。
这时各个排污口的排污量之和，即
就是此环境功能区内的一个水环境容量值。
水环境功能区内沿程污染物浓度变化曲线
环境容量的确定每个水环境功能区可以调整设计条件得出多个水环境容量计算结果，根据前述的容量确定原则，分析各个排污口污染负荷削减的技术经济可行性。
利用线性规划模型或其他的数学方法，从一组水环境容量结果中确定合理的水环境容量。
二、考虑混合区的水环境容量在排放口下游指定一个限定区域，使污染物进行初始稀释，在此区域内可以超过水质标准，这个区域称为混合区。混合区含有容许的意义，因此它具有位置、大小和形状三个要素。
混合区位置：指按照国家的有关规定，有些严格保护的水域（一级水源保护区、自然保护区等水域）不能允许混合区存在。
混合区大小：指允许混合区存在的水域，混合区边界不应该影响鱼类洄游通道和邻近功能区水质，一般来说，湖泊海湾内可存在不大于总面积为1~3km2的混合区，河口、大江大河的混合区可根据具体情况确定。
混合区形状：指为便于混合区的管理，将混合区划定为比较简单的形状设置在水中，湖泊中一般允许一定半径的圆形或椭圆形水域；在河流中，河道中一般允许一定范围的岸边窄长水域。
计算混合区的目的在于限制混合区。排污混合区范围影响了水域的环境功能时，就需要定量计算混合区范围，然后通过控制排污量加以限制，一方面使水体的自净能力得以体现，另一方面保证下游功能区水质达到标准。为此，在排放口与取水口发生矛盾时，在预测向大水体排放污水的影响范围以及在研究改变排放方式的效果时，都必须进行混合区范围计算。
计算混合区方法很多，有简单的解析解求解方法，也有各种比较复杂的紊流模型。由于简化了河岸、地形等多项边界条件，利用解析解虽然能够得出初步的计算结果，但往往误差较大。利用二维紊流模型进行数值计算，由于涉及的计算条件比较复杂，可能需要大量的实测资料来校正模型，因此不具备普遍推广应用的条件。
因此，建议各地实际工作时可先利用解析法求解得出一些初步的结果，然后根据实际监测情况对初步结果进行修正；有条件的地区推荐利用二维紊流模型。中国环境科学研究院、清华大学、水利水电科学研究院等都有比较成熟的模型可供应用。
水环境容量推导同一维模型，不再作具体推导，直接给出，即：
式中：86.4为单位换算系数；
W——水环境容量，kg/d；
Cs——控制点水质标准，mg/L；
C0——上断面来水污染物设计浓度，mg/L；
K——污染物综合降解系数，1/d；
h——设计流量下污染带起始断面平均水深，m;
x1、x2——概化排污口至上下游控制断面距离，km;
u——设计流量下污染带内的纵向平均流速，m/s；
Ey——m2/s。
完
文章来源：水污染、污水处理工作室
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