2　水环境需水量预测

目前主要采用10年最枯月平均流量法和水质目标法计算水环境需水量，前者是改进的7Q10法，通常采用近10年最小月平均流量或90%保证率下最小月平均流量作为满足河流污染物稀释功能所需的最小流量；后者是依据水环境容量的基本原理，以水质目标为约束的计算方法[8]。本文以水质目标为约束条件，采用水质模型法计算长湖水环境需水量。

2.1　水环境需水量模型

根据长湖流域污染源分布特征，考虑到浅丘区大型浅水湖泊的特点，确定采用浅水湖库氮磷水质数学模型，即OECD模型[9]。

（1）水质模型方程。

式中：C为氮磷控制目标浓度，mg/L；C1为入湖单位体积氮（磷）负荷，mg/L；T为湖水停留时间，年，T=湖泊湖容/出湖水量；Q入为入湖水量，m3/a；Q为允许入湖氮（磷）总量，t/a。

（2）核定区划分与概化。根据长湖流域水系和污染源分布特征分析，参考文献[10]中的湖泊水环境容量核定方法，将长湖划分为两大核定区（即混合区、主体区），并在河渠入湖处按1～3km2设混合区，见图1。长湖有大小12条河渠入湖，考虑污染物在大湖中自净规律，结合湖周堤内外水产养殖等因素，取全湖面积10%作为混合区面积，由此对核定区作进一步概化。

（3）边界条件。在湖泊水质模型计算中，边界条件可分成两类：一类是外边界条件，通常是作为输入资料给定；另一类是内部边界条件，通常是用兼容条件给定。

（4）污染物控制指标及其控制目标浓度。模拟污染物指标为TP、TN、NH3-N，长湖水环境功能为集中式生活饮用水源地二级保护区、一般鱼类保护区，水域中氮、磷控制目标浓度按Ⅲ类标准的上限控制。

图1　长湖核定区划分与概化图

2.2　长湖水环境需水量计算

本文取污染负荷现状（2010年）与实施水污染综合治理、污染物负荷削减后（2020年）两种情况，按上述Ⅲ类水质目标和确定的各项参数，采用水质模型，计算得2010、2020年长湖的最小水环境需水量分别为40.63亿m3、3.26亿m3，结果见表2。

表2　长湖水环境需水量　单位：m3/s

2.3　长湖水环境需水量盈缺分析

水环境需水量盈缺分析主要是湖泊水环境需水量的用水过程分析，将湖泊水环境需水量分配到全年各月份，分别与入湖径流量进行比较，得出不同水平年逐月的水生态环境的需水过程和缺水情况，具体用水环境缺水量来表示，月缺水量=月需水量-月径流量，见表3。

表3　长湖水环境需水量盈缺分析　单位：万m3

由表3分析长湖水环境的需水和缺水过程，结论如下：①各水平年长湖水环境均存在不同程度缺水，2010年、2020年长湖的水环境缺水量分别为33.12亿m3、1.26亿m3。因此，若需保证长湖达到Ⅲ类水质目标，2010年、2020年从外流域实施引水流量应分别达到144.96m3/s、21.30m3/s。②现状年长湖不采取有效水污染防治措施情况下的水环境缺水量远大于治污后的缺水量，说明“引水必先治污”，控制污染源、减少入湖污染负荷是长湖水污染综合治理的基础和根本。③至2020年，长湖在采取水污染综合防治和水生态系统修复与保护等系列措施的情况下仍然缺水，说明只考虑入湖污染物综合治理和生态修复，而不从外流域引清补水的情况下，2020年长湖仍然无法达到Ⅲ类水质目标要求。因此，实施外流域调水是十分必要的，引清调水是基于已有水污染防治潜能均得以充分发挥作用下的有益补充，以便使长湖水环境尽快得到改善。④从年内分布来看，冬季（1月、2月、12月）水环境缺水量较为突出，其原因主要是冬季长湖的来水量较小，而向四湖流域中下游的下泄水量较大，造成长湖入湖的稀释净污水量较少，水体置换速度较慢，水体自净能力减弱，从而使得水环境需水量变大，缺水较为严重。