王道涵，李曉旭，馮思靜，孟 曄，何宇姝，王永剛

（遼寧工程技術大學 環(huán)境科學與工程學院，阜新 123000）

水質目標管理技術的研究
——比弗河流域TMDL計劃執(zhí)行案例研究

王道涵，李曉旭，馮思靜，孟 曄，何宇姝，王永剛

（遼寧工程技術大學 環(huán)境科學與工程學院，阜新 123000）

TMDL計劃制定與實施的目標是識別具體污染控制單元及其土地利用狀況，根據(jù)分級、分區(qū)、分類、分期來對單元內點源和非點源污染物的排放濃度和總量提出控制措施，從而促進整個流域執(zhí)行最好的流域管理與污染控制計劃，達到水質目標管理要求。本文以美國比弗河流域TMDL計劃執(zhí)行案例為研究對象，簡要分析了水質目標管理技術的計劃內容、實施情況及效果評估，并提出了對我國流域水環(huán)境管理的啟示。

最大日負荷總量（TMDL）；非點源污染；總磷

TMDL（Total Maximum Daily Load，最大日負荷總量）是指“在滿足水質標準的條件下，水體能夠接受的某種污染物的最大日負荷量，包括點源和非點源的污染負荷分配，同時要考慮安全臨界值和季節(jié)性變化，從而采取適當?shù)奈廴究刂拼胧﹣肀ＷC目標水體達到相應的水質標準”（USEPA，2007），其目標是識別具體污染控制單元及其土地利用狀況，對單元內點源和非點源污染物的排放濃度和總量提出控制措施，從而引導整個流域執(zhí)行最好的流域管理計劃（梁博等，2004）。TMDL實施包括水質受限水體的識別，按優(yōu)先順序來確定需要優(yōu)先制定TMDL計劃的水體，制定TMDL計劃，控制措施的執(zhí)行，水質控制措施的評價。

比弗河在邁納斯維爾水庫，Kents Lake，LaBaron Reservoir和Puffer Lake的上游地區(qū)，由于受污染的水體通過滲流和徑流等流入到這些水庫和湖泊中，對它們的水體造成污染，導致水體富營養(yǎng)化，使農(nóng)業(yè)灌溉、水產(chǎn)養(yǎng)殖和休閑娛樂等重要的使用受到損害，影響到了當?shù)鼐用竦纳睿║SEPA，2002），因此，比弗河流域實施TMDL計劃是迫切和必須的。

1 TMDL計劃框架內容

1.1 水質受限水體識別

水質受限水體是指已經(jīng)實施水污染控制措施以后，仍不能符合水質目標的水體。EPA水質規(guī)劃與管理辦法中對水質受限水體的識別做了具體的規(guī)定，指出：水體在實施了污染措施后，仍不能滿足水質標準時，水體需要實行TMDL計劃。這里的控制措施包括：《清潔水法》中規(guī)定的基于技術的排放限制；聯(lián)邦、州及當?shù)赜嘘P部門規(guī)定的比基于技術的排放限制更加嚴格的排放限制(包括禁止排放)；聯(lián)邦、州和當?shù)赜嘘P部門規(guī)定的其他污染控制措施（如最佳管理措施BMPs）（邢乃春等，2005）。

1.2 按優(yōu)先順序來確定需要優(yōu)先制定TMDL計劃的水體

水體優(yōu)先順序要考慮水體受污染的程度和使用的功能，還有對人們生活健康和對水生生物生活的影響程度等，然后使用具體的排序方法對水體進行優(yōu)先排序，排序的方法一般由有關部門自己制定。

1.3 制定TMDL計劃

比弗河流域主要的污染問題是溶解氧過度損耗和富營養(yǎng)化，對流入水體所造成這些問題的污染物進行總量估算，然后執(zhí)行水體污染預測分析，確定允許的污染負荷量，在確保水體已經(jīng)達到水質標準的情況下，還需考慮安全臨界值的問題。

1.4 控制措施的實施

TMDL計劃制定之后，由有關的部門對污染控制措施進行實施。先要對水質管理計劃更新，然后按照TMDL計劃制定的污染負荷分配目標進行對點源和非點源的分配。

對于點源的排放限制，國家有污染物排放消減體系（NPDES）的排放許可證。

對于非點源，好多國家一般采用的措施，如最佳管理辦法（BMPs）。美國環(huán)境保護署（USEPA）將BMPs定義為“任何能夠減少或預防水資源污染的方法、措施或操作程序，包括工程、非工程措施的操作和維護程序”（代才江等，2009）。

1.5 效果評估

對實施了TMDL計劃的目標水體的水質、點源和非點源進行監(jiān)測，來評估TMDL計劃對水質改善的有效性。

2 比弗河流域TMDL計劃

2.1 比弗河流域概況

比弗河流域位于鹽湖城的南部大約160英里和50英里以北的錫達城區(qū)域內的盆地地區(qū)（圖1）。流域約320000畝，約占比弗城的306000畝和艾昂縣14000畝，流域被Tushar山脈的東北部和東部， Circleville山的東南部、Black山、Mahogany Knoll和Jack Henry Knoll的南部，Mineral山脈以西，Gillies山、Woodtic山和Wittwer山的北部所圍繞。流域地區(qū)的主要經(jīng)濟收入是依靠牛肉和奶制品的制作等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和附近的國家森林和邁納斯維爾公園提供的旅游業(yè)等方面。

2.2 TMDL計劃研究

比弗河流域的主要污染情況為富營養(yǎng)化，其中牧場和草地產(chǎn)生的灌溉回流和水位線以下的放牧已被確定為這是污染物進入比弗河流域的主要來源。

猶他州的水質部門與當?shù)氐牟块T對比弗河流域進行水質監(jiān)測，CWA建議將其確定為非點源流域。

2.2.1 受損的水域

在1998年的水體受損水域名單303(d)列表中比弗河及其他流域的污染物如表1所示。

2.2.2 水質標準

比弗河流域TMDL計劃側重于恢復水的功效，并達到猶他州的水質標準。根據(jù)“美國的水質標準”（猶他州行政法規(guī)R317-2），冷水漁業(yè)的溶解氧標準為4.0 mg·L?1，冷水漁業(yè)的水溫標準為20℃，河流與湖泊的總磷標準分別為0.05 mg·L?1、0.025 mg·L?1。

2.2.3 比弗河流域總磷的分析

在比弗河流域設置十個監(jiān)測站，這十個站點檢測出的總磷平均濃度為0.046 ～ 0.125 mg·L?1，站點9和站點10（上游）總磷的平均濃度顯著比其他8個站點偏低，站點4到站點10的總磷百分率從100%下降到26.5%，樣品的百分比超過國家指標范圍的0.05 mg·L?1，除了站點4、9、10，其他所有站點都超過國家標準至少93.9%。

圖1 比弗河流域Fig.1 Beaver River Watershed

表1 比弗河流域受損水體Table 1 Impaired waterbodies of Beaver River Watershed

農(nóng)業(yè)土地的灌溉，肥料的使用和飼養(yǎng)牲畜的位置，是比弗河流域磷的重要來源。動物的糞便會產(chǎn)生高濃度的磷，飼養(yǎng)的位置越接近流域，磷就越容易進入水中，流域地段的特點不同，磷的移動速度也不一樣。

2.2.4 控制措施

比弗河流域指導委員會實施了幾項計劃來控制磷的流入：1、實現(xiàn)最少80個綜合營養(yǎng)管理計劃；2、水庫的水位線以下減少或消除放牧；3、管理草場放牧以減少磷徑流潛力；4、改善土地灌溉輸水系統(tǒng)；5、恢復和保護河岸走廊使河岸穩(wěn)定；6、增加植被多樣性，提高牧場土壤的穩(wěn)定性。

2.2.5 TMDL責任分配

邁納斯維爾水庫清潔湖泊研究是將一部分量化的總磷輸入到邁納斯維爾水庫（1995），提取干凈的湖泊數(shù)據(jù)來研究每年的負荷率，除了有另外的說明（表2），每年流速如下：長期流量（英畝英尺）=比弗河（38154）+溝渠（2785）+徑流（779）+降水量+地下水（858）=43820；研究期間流量（英畝英尺）= 16958。

表2是指長期以來，在直接靠近水庫放牧區(qū)的水已經(jīng)退去后，磷產(chǎn)量的平均流量將產(chǎn)生0.026毫克/升的額外數(shù)值。

表3是根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)，摘要的年度負荷。負荷的計算如下：負荷（公斤/年）=平均濃度（毫克/升）×若干的英畝英尺/年×1233立方米/水量×1000升/立方米×1千克/1000000毫克。例如0.14毫克/升×38154水量/年×1233立方米/水量×1000 升/立方米×1 千克/100000毫克=6586千克/年。

893.1 是一個因素，可以用來乘以濃度（毫克/升）并乘以流量（立方尺/秒），得到公斤/年，其計算方法為：立方英尺 /秒×60秒/分鐘×60分鐘/小時×24小時/天×365天/年×28.32 升 / 立方英尺×1公斤/ 1000000毫克= 893.1。例如0.14毫克/升×52.7立方尺/秒（38154水量）×893.1=6589千克/年。

根據(jù)表2、3中的數(shù)據(jù)進行營養(yǎng)狀態(tài)分析，來確定邁納斯維爾水庫的負荷分配。邁納斯維爾庫的年度負荷量取決于流量，所以，禁止水庫水位線以下放牧則減少流入總磷的濃度。

如果停止水庫周圍放牧（表2），每年磷的流入量都會顯著降低，那么就可允許長期放牧所產(chǎn)生的約1397千克/年或大約60%的載荷量。

表2 年度總磷負荷的觀測和目標Table 2 Annual total phosphorus loading observations and goals

表3 邁納斯維爾水庫年度總磷負荷總結Table 3 Summary of annual total phosphorus loads to Minersville Reservoir

通過對非點源源頭的控制，實施動物飼養(yǎng)區(qū)（AFAs）發(fā)展優(yōu)先級選擇標準，進一步削減總磷的來源，CRMP建議AFAs制定和實施綜合營養(yǎng)管理計劃來減少磷的負荷。

綜合管理營養(yǎng)計劃實施水質最大化優(yōu)先級，首先控制動物糞便是當前的重點項目。初始分配已經(jīng)確定為：動物糞便項目60%，水功能改善項目20%，河邊與河岸改善項目15%，高地修復項目5%。每個項目設立的具體標準都是根據(jù)CRMP對水質進行改善和管理。

3 對我國流域治理的啟示

由于我國國土面積廣闊，地區(qū)差異顯著，流域富營養(yǎng)化是在不同區(qū)域的不同自然和社會條件下形成的，不僅受到當?shù)貧夂?、水文、地質、地貌、生物等自然條件的影響，還受到區(qū)域土地的利用方式、人口、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平、城市化和工業(yè)化水平等因素的影響，導致了富營養(yǎng)化具有區(qū)域分異特點。所以，要控制流域的富營養(yǎng)化，就需要采用我國水環(huán)境管理總量分配的方案，實行分級、分區(qū)、分類的控制策略。

高效的流域管理是實施水環(huán)境管理總量分配計劃的關鍵，目前我國的流域管理體制存在諸多問題，主要表現(xiàn)在四個方面。（1）各相關部門的職能定位不清，流域管理與行政區(qū)域管理的職責不清晰。（2）流域與區(qū)域、區(qū)域與區(qū)域、部門和部門之間缺乏統(tǒng)一的管理機制。（3）缺乏完善的流域管理體系。（4）水資源保護的措施很難落實；流域管理機構缺乏有效的管理手段，依法行政的管理職責難以到位。這些問題嚴重地影響了流域水資源的有效保護。因此，在流域富營養(yǎng)化問題日益突出的情況下，加強這些方面的研究是非常重要的。

比弗河流域水質治理的過程中，各政府間的協(xié)同治理、非點源的氮磷污染限制、廣泛的公眾參與是水質治理中必不可少的部分。美國為了改善阻礙不同部門和領域間整體合作的現(xiàn)狀，在2000年公布了統(tǒng)一聯(lián)邦政策《聯(lián)邦土地和資源流域管理方法》，這是在環(huán)境保護局、農(nóng)業(yè)部、商務部、國防部、能源部以及內務部之間合作框架內對于流域管理必要性的一種認同（趙永宏等，2010）。為了實現(xiàn)共同合作，必須進行流域信息的共享，地方居民和管理機構提供的信息用于流域決策，通過信息的提供使得公眾參與成為可能。公眾參與也是TMDL計劃順利實施的一部分，這是確保長期目標的實現(xiàn)和恢復供水質量的關鍵。

通過比弗河案例研究可以發(fā)現(xiàn)流域管理、公眾參與、完善流域法律法規(guī)體系、加強法律保障、控制非點源污染等措施在流域富營養(yǎng)化控制中的重要作用（何天龍，2012），這給我國的流域富營養(yǎng)化控制提供了借鑒，也是我國今后控制流域富營養(yǎng)化不可忽視的方面。

代才江, 楊衛(wèi)東, 王君麗, 等. 2009. 最佳管理措施（BMPs）在流域農(nóng)業(yè)非點源污染控制中的應用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境與發(fā)展, 4: 65–67. [Dai C J, Yang W D, Wang J L, et al. 2009. Best managment practices (BMPs) in the application of the watershed agricultural non-point source pollution [J]. Agro-Environment and Development, 4: 65–67.]

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Water quality target management technology—A case study of TMDL implementation of Beaver River Basin planning

WANG Dao-han, LI Xiao-xu, FENG Si-jing, MENG Ye, HE Yu-shu, WANG Yong-gang
(College of Environmental Science and Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China )

The target of TMDL program formulation and implementation was to identify the choice of pollution control unit and its land use status. The control measures would be put forward from the unit point source and non-point source pollutants concentration of emission and its total discharge according to the grade, region, type, and term. This promoting the whole basin executed the best watershed management and pollution control plan to meet the water quality target management requirements. In this paper, taking the TMDL program of Beaver Creek watershed in the US as a case, then the plan content of water quality target management technology, implementation and evaluation would be analyzed brief y, and the revelation of water environment management in China was put forward.

Total Maximum Daily Loads (TMDL); non-point source pollution; total phosphorus

10.7515/JEE201404008

X524

A

1674-9901(2014)04-0282-05

2014-03-26

國家重大水專項（2012ZX07505005）

李曉旭，E-mail: alice1372@163.com