2.2 宁夏地区总量控制管理研究现状与需求

总量控制管理是国内外实施流域或区域水污染综合防治的重要策略。本节基于宁夏地区总量控制管理研究现状和现实条件，并结合国内外总量控制研究的最新成果，提出宁夏地区总量控制的总体技术需求，为本次研究的顺利开展提供技术指导。

2.2.1 总量控制管理相关概念明晰

目前，与总量控制管理的相关概念较多，诸如：“水环境承载（能）力”“水域纳污能力”“水环境容量”“水体允许纳污量”等。但是这些概念在研究范畴、概念内涵、定量化指标、相关计算方法等方面均有所差异。

2.2.1.1 水域纳污能力

“纳污能力”一词最早源于全国水资源保护规划（1998），其后以此为核心被我国水资源保护行业广泛应用。2002年《中华人民共和国水法》（第三十二条第三款）首次在法律上提出了“水域纳污能力”的说法，并与水域限制排污总量意见一起构成我国水资源保护行业的核心工作。《水域纳污能力计算规程》（GB/T25173—2010）术语与定义中明确指出：水域纳污能力是指“在设计水文条件下，满足计算水域的水质目标要求时，该水域所能容纳的某种污染物的最大数量”。

另外，我国水环境管理、水资源保护等相关部门，以及高等院校和科研院所在不同时期也提出了与水域纳污能力类似的概念，如允许纳污量、控制区域容许排污量、区域容许排污量、湖泊容许负荷量等。总的来看，这些定义内涵基本一致，都是指一定水域范围内，为保护水体水质达到一定目标情况下，水体所能容纳的最大污染物量，具体定义如表2.2-1所示。

表2.2-1 水域纳污能力类似概念辨析

2.2.1.2 水环境容量

我国对环境容量的概念、解释及应用是从国外引入的，《辞海》中将环境容量定义为“自然环境或环境组成要素对污染物质的承受量和负荷量”。《中国大百科全书·环境科学》中指环境容量（Environmental Capacity）是在人类生存和自然生态不致受害的前提下，某一环境所能容纳的污染物的最大负荷量。

《全国水环境容量核定技术指南》（2004）指出，在给定水域范围和水文条件，规定排污方式和水质目标的前提下，单位时间内该水域最大允许纳污量，称作水环境容量。水环境容量分为稀释容量（W 稀释）和自净容量（W 自净）两部分。稀释容量是指在给定水域的来水污染物浓度低于出水水质目标时，依靠稀释作用达到水质目标所能承纳的污染物量；自净容量是指由于沉降、生化、吸附等物理、化学、生物作用，给定水域达到水质目标所能自净的污染物量。

《全国水资源保护综合规划技术细则》中水环境容量的描述是指，在水体使用功能不受破坏条件下，水体接纳污染物的最大数量。通常指在水资源利用综合区域内，按给定的水质目标和设计水文条件，水体所能容纳污染物的最大量。

2.2.1.3 水环境承载力

“承载力”一词最早来源于生态学中的概念，是指在某一环境条件下，某种生物个体可存活的最大数量。起初，承载力的概念仅用于生态学领域，但随着人类社会经济活动的逐步扩大所带来日益严峻的环境问题，以及后续可持续发展观念的提出，承载力的概念逐渐被环境科学所借鉴，并以此来描述人类和经济发展与周边环境的关系。水环境承载力正是在此背景下提出的。目前，作为实体形式存在的水资源其作用已经为社会公众所认知，水资源承载力概念已经得到广泛应用，“以供定需”的水资源配置模式正是在此概念下提出的。随着近年来人们对于水资源伴生的水环境认知程度逐渐提高，水环境资源和价值属性也日益得到认可，这正是水环境承载力的理论基础。

国内对环境承载力或水环境承载能力概念研究时间不长，关于“水环境承载力”之概念可归纳为三类。第一种表达方式单纯从水体角度出发，不考虑作用于水体的人类行为，这种定义的特点是承载对象为污染物，指标体系容易表达，指标能够量化，便于和其他流域进行比较。例如，水利部原部长汪恕诚在《水环境承载能力分析与调控》一文所提出的水环境概念。文中由水资源承载能力谈到水环境承载能力，指出水资源承载能力与水环境承载能力是一个问题辩证的两个方面，水资源承载能力讲的是用水，即取水这一面，水环境承载能力是排水排污这个方面。其中，水资源承载能力指的是“在一定流域或区域内，其自身的水资源能够持续支撑经济社会发展规模，并维系良好的生态系统的能力”。水环境承载能力指的是“在一定的水域，其水体能够继续使用并仍保持良好生态系统时，所能够容纳污水及污染物的最大能力”。同时，在谈到考虑目前我国水污染防治状况，“水体能够被继续使用并仍保持良好生态系统”这个远期目标目前难以实现，近期目标可提出“还能被继续使用”这个比较低的要求。

第二种表达方式是在第一种的基础上加入了水体环境所能够承载的人口规模和人口数量。此种表达方式约束下水环境承载能力是相对于一定时期、区域及一定的社会经济发展状况和水平而言的，其目标是保护现实的或拟定的水环境状态（结构）不发生明显的不利于人类生存的方向性改变，以保障水环境系统功能的可持续发挥，以此为前提，对区域性的人类社会活动，特别是人类经济发展行为在规模、强度或速度上的限制值。这一定义的特点将水环境承载力具体到人口数量和污染物数量，把水环境对人类社会的“承载”内涵表述出来。如彭静在《广义水环境承载理论与评价方法》中系统总结诸多成果，将水环境承载力概念扩展到人类社会经济活动领域，她认为水环境承载力可以理解为：在某一时期，某种状态或条件下，某地区的水环境所能承受的人类活动作用的阈值。

第三种表达方式是在第二种的基础上加入了水体所能承载的经济规模。如刑有凯在《基于向量模法的北京市水环境承载力评价》一文中对水环境承载力的定义为：在一定的时期和水域内，在一定生活水平和环境质量要求下，以可持续发展为前提，在维护生态环境良性循环的基础上，水环境子系统所能容纳的各种污染物，以及可支撑的人口与相应社会经济发展规模的阈值。

综合学者们对水环境承载力定义的不同理解，贺瑞敏在博士论文《区域水环境承载能力理论与评价方法研究》从广义与狭义两个角度对水环境承载力进行了定义。

狭义的水环境承载力就是指在一定的水域，其水环境能够被持续利用的条件下，通过自身调节净化并仍能够保持良好的生态环境的条件下所能容纳污水及污染物的最大量。此处的狭义水环境承载能力即为水体纳污能力，也就是我们常说的水环境容量。它以量化形式直接表述了自然环境对水体污染物的耐受能力，在环境影响评价、布局规划、污染物总量控制中均得到了广泛的应用。其大小与水功能区范围的大小、水质目标、水环境要素的特性和水体净化能力、污染物的理化性质等有关。

广义的水环境承载力是指在一定的社会、经济与技术条件下，某一区域（流域）水系统功能的正常发挥和保持良好的状态时，所支撑的社会经济发展和人民生活需求的协调度。它在一定程度上反映一个区域（流域）的水资源的开发利用、水环境污染、生态环境保护、水资源在水质和水量等方面的可继续开发利用能力以及水环境系统对经济社会发展的支撑程度。

综合“水域纳污能力”“水环境容量”和“水环境承载力”的相关概念辨析，并结合黄河干流宁夏段总量控制管理的技术需求，本研究所涉及的水环境承载力就是指黄河干流宁夏段，其水环境质量满足水功能区要求并被持续利用的条件下，通过自身调节净化并仍能够保持良好的生态环境的条件下所能容纳污水及污染物的最大量，即黄河干流宁夏段水环境容量。

2.2.2 宁夏地区总量控制管理研究现状

（1）宁夏地区入河污染物总量控制研究进展 天然水体对入河污染物质均具有一定程度的稀释、净化能力。通过一系列的物理输移、化学转化和生物降解作用过程能够使入河污染物浓度在水体中逐渐降低，从而保持自然水域良好的水环境质量状况和水生态系统的动态平衡。因此，从保护水生态环境、维护水生态系统平衡的角度来说，对承纳污染物的天然水体（包括河流），必须预留一部分生态环境水量，以维持水体具有一定量的自净能力。韩宇平等（2006）采用单向河流水环境容量计算模型（恒定解析模式），分不同水情和不同水质控制标准（Ⅲ类和Ⅳ类水质目标浓度下限值）核算了黄河干流宁夏段氨氮（NH3-N）和五日生化需氧量（BOD5）两指标的水环境容量。李淑霞等（2007）采用一维解析模型对黄河干流宁夏段化学需氧量（CODCr）和氨氮（NH3-N）的水环境容量进行了核算。马文敏等（2003）采用一维解析模式对银川市5条排污干沟（第五排水沟、银新干沟、四二干沟、第二排水沟和中干沟）的水环境容量进行核算，并将各排水沟实际排污量与执行污水综合排放一级标准和二级标准下水环境容量进行了比较。这些研究成果为宁夏地区入河污染物总量控制与管理提供了科学依据。

由万年青等（2006）引用的宁夏地区水环境容量核定结果可以看出，宁夏地区总体水环境容量偏少且分布极其不均。南部山区、贺兰山区属于严重缺水地区之一，尤其以固原市、吴忠市（同心县、海原县）、石嘴山市的大武口区为代表的缺水地区枯水期几乎没有降水，冬季冰封地表几无径流，水环境容量非常小。固原市的西吉县境内的祖历河、葫芦河皆为源头或上游，水环境功能区划为饮用水源保护区，水环境容量很小；彭阳县茹河为泾河的支流，除境内的上游河段外大部分污染严重，水环境容量也很小。北部靠近黄河干流的区县，水环境容量明显高于不靠近黄河干流的区县，比如中卫市的中宁县和海原县，前者的水环境容量是后者的上千倍，地区间水环境容量资源禀赋差异悬殊。

（2）宁夏地区总量控制研究中存在的主要问题

①水环境容量核算多采用解析算法，无法客观真实反映黄河干流宁夏河段复杂河势变化条件下河道的水动力条件和入河污染物的迁移扩散规律；

②水质模型参数取值严谨性不够，且不同研究者的模型参数取值差异较大（相差约2倍），同时模型参数取值缺乏相关的实测数据支撑和相应的试验数据资料校验；

③宁夏地区水环境容量成果，以黄河干流和银川市区河段为主，未做到全覆盖，尚未开展时空分解，很难在管理中具体落实和应用；

④宁夏地区入河污染物总量远小于其核算水环境容量（CODCr），但出境断面CODCr指标浓度不达标，水环境容量成果应该重新核定，以适应水环境总量控制管理的现实需求；

⑤宁夏地区非点源污染日渐突出，目前的水环境容量核算成果无法为非点源污染负荷的总量控制管理提供科学依据。

2.2.3 国内外总量控制管理研究进展

2.2.3.1 国外水污染总量控制管理研究进展

各国在实施总量控制管理过程中，分别采用了污染源解析模型、污染负荷分配模型、水污染控制管理模型等数学模型，下面重点介绍美国环境保护局（USEPA）实施的水污染控制管理模型（TMDL, Total Maximum Daily Loads，日最大承载负荷量）。

基于美国《清洁水法》的要求，为促进美国境内水体尽快全面达到水质标准，USEPA于1997年制定了TMDL计划实施的技术指南，其目标之一就是将可分配的污染负荷分配到各个污染源，是指“在满足水质标准的条件下，水体能够接受的某种污染物的最大日负荷量，包括点源和非点源的污染负荷分配，同时要考虑安全临界值和季节性的变化，从而采取适当的污染控制措施来保证目标水体达到相应的水质标准”。其目标是识别具体的污染控制单元及其土地利用状况，对控制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，从而引导整个流域执行最好的流域管理计划。

TMDL实施步骤主要包括：识别水质目标、限制水体是否仍需要实施TMDL，对限制水体水质进行排序，确定TMDL计划，通过控制行动执行TMDL计划以及评价控制行动是否满足水质标准。建立TMDL模型首先需要调查、确认和评估危害水体的污染源类型、数量、地理位置和对水体的影响程度；然后通常结合稳定状态下的方程和模型，估算实际的和最大的污染负荷量；最后确定点源、面源与污染源个体之间的具体污染负荷分配。

实施TMDL计划主要包括3个要素：

①污染负荷核算，非点源部分是采用流域非点源数学模型进行模拟计算获得；

②安全余量，考虑到可允许排放负荷的不确定性，要求预留一定比例的污染负荷作为安全余量；

③污染负荷排放分配，即将基于控制行动核算得到的污染负荷排放量分配到各个污染源。

图2.2-1 TMDL计划研究的基本流程

总体而言，TMDL技术包括5个方面的特点。

①TMDL计划的立足点是基于水体生态环境功能确定相应的污染物管理策略，即在综合考虑水环境功能、对生物活动的影响以及地域差异的基础上来确定水质标准值；

②TMDL计划从识别问题水体、确定水质指标，到后续制定、实施与评估污染控制措施，对每一个技术环节都需做详细而具体的规定和解释，并将其纳入法律框架，使其在执行过程中有法可依；

③TMDL计划是一个对流域水环境的全面分析过程，其中充分考虑了不同类型污染源的贡献，要求建立流域非点源排放负荷模拟体系，并且在确定安全余量的基础上进行点源与非点源负荷的分配，建立非点源控制的最佳管理技术研究；

④充分考虑了不同季节、不同用途水体的水质标准要求。不同季节是为了水体在满足水质标准下充分利用其自净能力，允许其在一年内不同季节的排污量有所变化，可根据水量、水温和pH等因素在各季节的差异来确定；

⑤更加合理地分配日最大负荷，确定更加有效的污染控制方案。美国提出了20多种污染物公平分配方法，要求各州根据实际情况进行合理的分配。

2.2.3.2 我国水污染总量控制发展过程

我国水环境污染物总量控制的概念来自日本的“封闭性水域总量控制”，技术方法引自美国的水质规划理论。我国水污染物总量控制迄今主要经历了以下4个阶段。

（1）总量控制起步研究阶段“六五”科技水环境容量攻关课题以沱江水污染物总量控制系统分析为特征，在用数学模型化技术、离散规划方法分配总量负荷方面有了新的进展，这为我国水污染物总量控制研究拉开了序幕。

（2）水污染控制政策发展方向调整阶段 在1988年的第三次全国环境保护会议上，原国家环保总局提出了实行污染物浓度和总量同时控制的对策，确定了从浓度控制向总量控制的发展方向。

（3）总量控制宏观政策制定阶段20世纪90年代原国家环保总局编制的《跨世纪绿色工程计划》及《污染物总量控制方案》等，提出了落后工艺淘汰指标和工业结构调整方案，为中国的水环境污染物总量控制制定了先按达标排放控制污染物总量，再按水质目标要求规定允许排污总量的基本模式。1996年，全国人大通过《国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标纲要》，把污染物排放总量控制正式定为中国环境保护的一项重大举措，确定了对CODCr、石油类、氰化物、砷、汞、铅、镉、铬（六价）、SO2、烟尘、工业粉尘、工业固废等12种污染物实行全国总量控制。进入“十五”以后，中国总量控制的思路和做法作了进一步的调整，针对水污染的控制，将国家、流域的宏观目标总量控制管理与基于控制单元水质目标的容量总量控制管理相结合。

（4）由宏观引导向具体办法方向发展阶段2006年，国务院批复了“十一五”期间全国主要污染物排放总量控制计划。原国家环保总局为做好“十一五”期间控制全国主要水污染物（CODCr）排放总量工作专门制定了《主要水污染物总量分配指导意见》。2007年，原国家环保总局又制定了《“十一五”期间主要污染物总量减排统计办法》和《主要污染物总量减排监测办法》等。

总体上看，我国的总量控制技术体系包括目标总量控制、容量总量控制以及行业总量控制3种类型。其中，目标总量控制是把主要水污染物允许排放总量控制在管理目标所规定的污染负荷范围内，即目标总量控制的“总量”是基于源排放的主要污染物不能超过管理上能达到的允许限额。该技术具有目标制定简单、便于操作和易分解落实的特点，能在短期内有效减少污染物排放量，是我国目前所采用的总量技术方法。容量总量控制是指把允许排放的污染物总量控制在受纳水体设定环境功能所确定的水质标准范围内，即容量总量控制的“总量”系指基于受纳水体中的污染物不超过水质标准所确定允许排放的限额。该方法的主要特点是强调水体功能以及与之相对应的水质目标和管理目标的一致性，通过水环境容量计算方法直接确定水体纳污总量。行业总量控制是指从行业生产工艺着手，通过控制生产过程中的资源和能源的投入以及控制污染物的产生，使排放的污染物总量限制在管理目标所规定的限额之内，即行业总量控制的“总量”是基于资源、能源的使用水平以及“少废”“无废”工艺的发展水平。

2.2.3.3 我国水污染总量控制研究存在的不足

如何科学、合理地在各种污染源以及排污单位之间分配允许排放污染物的量成为水环境总量控制与管理的核心问题。总量控制是对环境管理政策的改革，也是对环境法律制度的突破。建立总量控制法律法规保障体系是实现总量控制目标的重要保证，也是总量控制体系运行模式的组成部分。但是，在我国目前法律体系中没有专门的有关总量控制的统一法规。如1989年颁布的《水污染防治法实施细则》、1995年颁布的《淮河流域水污染防治暂行条例》等。2008年修订的《水污染防治法》中规定：“省、自治区、直辖市人民政府应当按照国务院的规定削减和控制本行政区域的重点水污染物排放总量，并将重点水污染物排放总量控制指标分解落实到市、县人民政府。市、县人民政府根据本行政区域重点水污染物排放总量控制指标的要求，将重点水污染物排放总量控制指标分解落实到排污单位。具体办法和实施步骤由国务院规定。”这是迄今为止我国现行法律层面水污染物总量控制的相关规定。

在上述国内外水污染控制技术体系中，TMDL计划经实践检验是一个先进有效的水环境管理技术，其充分体现了恢复和维持水体物理、化学、生物作用的完整性，注重对水生态系统健康保护的目标要求，是国际水环境管理技术的发展趋势。我国虽然也提出了容量总量控制技术方法，但是与美国TMDL计划相比仍然存在一定的不足，主要表现在以下几方面。

（1）管理理念有待更新 我国总量控制是以满足水资源的使用功能为主要目标，更多地关注水污染物的削减，缺乏体现水生态系统保护目标，水质目标与水体保护功能关系的联系。

（2）技术手段仍然不完善 尚未建立基于水生态系统分区体系以及体现水生态系统健康保障的水质基准与标准体系，不能对面向水生态安全的总量控制技术提供支持。

（3）污染物排放总量控制的基本目标是达到满足水体功能的水质标准 目前采用的方法中水质指标选取单一，以 CODCr、NH3-N 为主，影响了水环境容量的确定，进而影响污染物总量控制的实施。另外，水体污染的因素是多种多样的，除了污染物造成的水体污染外，有时亦有非污染物造成水质变化的情况。单纯对某一种或几种污染物（水质指标）控制，水体未必能满足功能要求。

（4）没有将非点源污染纳入总量控制中 现行的水污染物总量控制的制度和计算方法基本针对点源污染，还没有将非点源污染纳入总量控制计划。国外经验表明，不控制非点源污染就无法实现保护水体的目标。

（5）分配总量时缺乏不确定性分析 水环境系统中存在随机性和偶然因素，导致水污染物排放和水质响应的关系存在诸多不确定性。《主要水污染物总量分配指导意见》第13条规定：“地方环境保护部门在分配辖区内 CODCr总量指标时，可兼顾当地经济发展的需要，预留部分量作为建设项目的发展用量或调节指标备用，但预留指标不得超过区域总量控制指标的15%。”这种分配预留指标规定比较模糊，基于不确定性分析来核定安全预留值是水污染总量控制发展的趋势。

2.2.4 宁夏地区总量控制管理研究的技术需求

2.2.4.1 总量控制管理研究的总体技术需求

归纳起来，我国水污染总量控制与管理总体可分为3个阶段，即初级总量控制阶段、中级总量控制阶段和高级总量控制阶段。其中初级总量控制阶段以重点污染源的重点污染物为对象，建立排污许可制度；中级总量控制阶段以整个区域的重点污染物（如CODCr、NH3-N等）为对象，实现区域环境容量总量控制；高级总量控制阶段以区域环境质量为对象，通过总量控制以改善区域生态环境、增加区域环境容量。目前，我国绝大部分区域仍处于中级总量控制阶段，并不断向高级总量控制研究与管理过渡，包括宁夏地区。

TMDL计划是基于水体生态环境功能确定相应的污染物管理策略，即在综合考虑水环境功能、对生物活动的影响以及地域差异的基础上来确定水质标准值，是美国实现高级总量控制的主要策略与手段，也是我国众多学者和管理部门正在学习和借鉴的技术方法。受基础资料及水体功能与生物活动的响应关系等基础研究成果限制，目前TMDL计划在中国全面推广仍存在较大的难度，但我们在总量控制管理由中级阶段向高级阶段过渡期间，可以借鉴相关理念与技术方法，充分考虑不同类型污染源的贡献水平，考虑不同季节、不同用途水体的水质标准要求，实现区域（或流域）污染负荷总量控制的全覆盖。

针对本项目研究，黄河干流宁夏段水环境容量总量控制管理的技术总需求主要包括以下3个方面。

（1）根据区域水（环境）功能区划要求，确定研究水域及主要河段的水质标准值；

（2）总量控制管理要实现不同类型污染源的全覆盖；

（3）体现不同用途水体容纳污染物能力的季节性变化特征等。

2.2.4.2 总量控制管理研究的技术方法需求

数学模型是水环境行政主管部门实施区域总量控制管理与科学决策研究的重要技术手段。根据区域自然环境特点、基础资料情况、已有的工作基础和总体目标需求等，可灵活选取适合的水环境模型来满足相关的技术需求。

宁夏地区黄河干流段全长397 km，上下游水位落差约为143 m，水面比降约为0.36‰，河道水流流速相对较快，年内介于0.5～2.0m/s之间。黄河干流宁夏段因两岸城市防洪需要，除局部河段洲滩较为发育外，主要河段河势均相对较为稳定，一维水流特征明显，并结合研究目标需求和已有的基础资料情况，本课题研究选择符合黄河干流宁夏段水动力条件和入河污染物迁移扩散特征的一维非恒定水动力与水质模型作为本次总量控制管理研究的主要技术方法，同时辅以文献调研、基础资料收集、现场调查、野外试验与原型观测等多种技术手段，以满足黄河干流宁夏段水环境总量控制研究的总体技术需求。

（1）黄河干流宁夏段一维水动力模拟方法 选用一维非恒定水动力学模型对黄河干流宁夏段的河道水位和流速变化情况进行模拟分析与预测。首先对黄河干流宁夏段汇水区域内的各影响要素进行合理概化：①不考虑降水和散流入河过程，只考虑较大一级支流汇入；②忽略了地表水和地下水间的相互转换，将河床概化为无渗漏、无补给、不透水的稳定河床；③将各支流口、排水口和退水口概化为源项，而将黄河沿岸各灌区取水口作为汇项。

在概化的水文概念模型基础上，引用圣维南方程，建立了描述黄河干流宁夏段河道水流的一维非恒定流数学模型：

式中：Q——流量（m3/s）; A——断面面积（m2）; q——源汇项（m2/s）; α——流速在垂向的分布系数；h——水深（m）; C——谢才系数；R——水力半径（m）; g——重力加速度（m2/s）;h1、q1——边界水深（m）和流量（m3/s）; h0、q0——初始水深（m）和流量（m3/s）; ζ——边界。

模型求解采用显式有限差分格式。计算节点包括流量和水位，并且流量和水位节点交叉分布，如图2.2-2为模型求解计算节点沿黄河干流沿程分布示意图。其中，流量节点位于两个水位节点之间，水工建筑物被指定为流量节点。水位节点置于河流上相距剖分单元DX的各点上，有河流断面的点被设定为水位节点。模型可根据用户的要求自动生成这种计算节点。

图2.2-2 一维模型中计算节点沿河流的分布示意图

支流的旁侧汇入将处理为边界条件，只考虑旁侧入流在指定点处的入流量，并把它加到连续性方程中，而不考虑侧向入流的动量贡献。对于汇流口的处理，见图2.2-3。模型中支流河道1和支流河道2的水深h1=h2=h，由此给出汇流口处河道1、河道2与河道3之间水深有如下关系式：

式中，α——动量校正系数；h3——距汇入点D处河道3的河宽（m）; Q——流量（m3/s）; θ——对于河道3、河道1与河道2的方向角（弧度）; B——河宽（m）; F3——河道3的弗劳德数，。

汇流口处的水位H可以表示为：H=H3+Δh, ,H3为距汇流口为D处的水位。

图2.2-3 一维模型中支流汇流口示意图

（2）黄河干流宁夏段一维水质模拟方法 在认识和掌握黄河干流宁夏段水流特征的基础上，将水体中的各种物理、化学和生物作用过程做相应的简化处理，并由综合衰减系数K表征。通过一系列合理的概化，建立了描述黄河干流宁夏段河道水质的一维数学模型。水质控制方程式如下所示：

式中：C——物质组分的浓度（mg/L）; D——弥散（扩散）系数；A——断面面积（m2）;v——水流速度（m/s）; K——物质组分综合衰减系数（1/d）; q——侧向流量（m3/s）; C2——源汇项浓度（mg/L）; x——空间坐标（m）; t——时间坐标（s）。

将黄河干流宁夏段直接入河的排污口和各主要支流均概化为点源，按空间位置将其加入水质模型计算中。

水质模型中的生化反应项，反映了污染物质在水体中复杂的生化反应过程，影响因素很多。在黄河干流宁夏段水质模拟过程中，根据黄河干流宁夏段水体污染特点并结合基础资料的获取情况，选取国家总量控制指标化学需氧量（CODCr）、氨氮（NH3-N）和表征富营养化程度的总磷（TP）、总氮（TN）指标作为研究对象，同时根据研究对象对不同类型水质指标生化项处理如下：

对有机污染指标CODCr在水体中的生化反应过程，在考虑其自净衰减过程的同时，也考虑底泥释放对上浮水体水质的影响。CODCr在水体中的生化反应过程可简化为：

F（c）=-Kc·C·h

式中，Kc为CODCr自净衰减系数，是温度的函数。

Kc=K201.047 T-20

式中，K20为温度在20℃时的自净衰减系数。

对TP、TN、NH3-N在水体中的生化反应过程，通常考虑底泥的释放及沉降、浮游植物的生长对磷和氮的吸收、死亡的浮游植物中所含磷和氮的返回等过程。在本次水质模拟过程中，浮游植物对TP、TN、NH3-N浓度的影响是通过内源（底泥）释放与污染物综合沉降过程来综合反映的。

F（TP）=Sp- Pk

式中，Pk为磷沉降速率[g/（m2·d）]; Sp为底泥释放磷速率[g（/ m2·d）]。

其中，水体磷沉降速率PK=KTP·CTP·H；式中，KTP为TP综合沉降系数，d-1; CTP为水体TP浓度，mg/L; H为水深，m。

F（TN）= SN- Nk

式中，SN为底泥释放氮的速率[g/（m·2 d）]; Nk为氮沉降速率[g（/ m2·d）]。

其中，水体氮沉降速率NK=KTN·CTN·H；式中，KTN为TN综合沉降系数，d-1; CTN为水体TN浓度，mg/L; H为水深，m。

2.2.5 宁夏地区入河污染物总量控制与管理方案

宁夏地区入河污染物总量控制与管理方案，应以黄河干流宁夏段为主体，以一级支流和各排水沟作为控制单元划分的基本依据，同时将宁夏地区作为一个整体进行考虑，以入河污染负荷对黄河干流水量水质影响的响应关系为依据，以黄河干流水环境容量为约束条件，根据整体性原则，研究“黄河干流水环境功能区水质达标→水环境功能分区总量控制→入河控制单元污染物总量分解→入河污染源特征污染物限排→水质控制断面达标考核与监控”的区域水环境总量控制与管理技术。技术方案如图2.2-4。

图2.2-4 黄河干流宁夏段入河污染物总量控制与管理方案