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本书基于水环境容量的时间动态特性，提出按不同时段（日/月）采用不同设计水文条件，选择合适的水质模型，设计相应的参数取值，按照水功能区的水质目标控制要求，分别计算各时段的水环境容量，以反映水环境容量在时段内的动态变化特征，为水环境容量分配和污染物入河总量控制提供方案实施依据。
水环境容量指在满足水环境目标时，水体所能容纳的最大污染物。水环境容量作为一个理论值，在现实条件下难以达到。目前，水环境容量的计算方法主要包括确定性和非确定性方法两类，确定性方法以机理性水质模拟模型和物理验证为主要手段，研究方法主要包括模型试错法、数值解析法、模拟优化法。非确定性方法主要通过引入限制性条件因素，定量计算安全系数及控制风险等指标，结果可靠性高。
确定性方法通常以概念性水质模型为基础，借助模型试错法、解析公式法、模拟优化法等优化方法进行数据处理和验证，将不确定性因素作为约束条件进行限制，计算结果以定值形式给出。模型试错法借助动态水质模型试算，计算精度虽高，但计算过程耗时冗长，计算效率不高。解析公式法以稳态水质模型为基础，应用广泛，但不足以计算动态水环境容量。模拟优化方法较灵活，在提高效率和精度方面优势明显。不确定性方法着眼从不确定性层面分析和计算置信区间内（可信水平）的水环境容量，通常采用随机微分方程模型法、水质随机过程法、灰色理论将不确定过程显式化。随着盲数理论和三角模糊技术的引入，水环境容量计算的思路和方法有所拓展，但由于大量实测数据获取与变量参数求解过程复杂，难以大规模应用。
点源污染物的排污口位置、排污方式、排放规律对水环境容量计算结果影响较大。排污口位置相对固定，但由于功能区长度较长，横穿几个经济社会影响带或人口聚集区，因此，多个排污口在一个水功能区的不同位置同时存在。通常将水功能区内多个排污口的位置概化为排污影响带的重心或河流中点。排污口污染物排放浓度和水量随时间不断变化，比如某些北方河道的排污口或支流在冬季被冰封，造成河流的水环境容量随时间动态变化。概化排污口的入河污染源包括生活及工业点源、农业面源，其中工业点源可按90%的排污系数进行排污量确定。
由于污染物一般沿河岸多处排放，每一河段内可能存在多个入河排污口，而概化条件下各排污口的位置具有不确定性。针对污染物排放口在河道两岸排列方式、河段对污染物承受能力的不同，将污染物入河位置概化为河段顶端、中间、均匀排放等3种情况进行河流水环境容量计算。
（1）对于宽深比不大的河流，污染物在较短的时间内，基本上能在断面内均匀混合，污染物浓度在断面上横向变化不大，可用一维水质模型模拟污染物沿河流纵向的迁移过程。通常情况下，污染物排放口不规则地分布于河流的不同断面，河段过水断面的浓度由各排污口产生的浓度叠加而得。各排污口在河段内的浓度加以概化，即认为同一河段内所有污染物排放口集中于河段上界，如图2-1所示。此概化对某一河段存在一定偏差，但比较简单、适用。
图2-1 集中于上界的各排污口概化
（2）特殊情况下，存在排污口位于河段中间的情况，此时的污染物削减情况与顶点排放时相同，只是污染物削减长度为河段长度的一半。
（3）将排污口在河段内的分布加以概化，即认为河段内所有污染物排放口沿河均匀分布，如图2-2所示。此概化实际上体现了污染物分布的一种平均状况，在对某一河段也许存在一定偏差，但却综合反映了河段内污染物排放的一种平均状态。
图2-2 沿河均匀分布的各排污口概化
入河排放的污染源主要包括工业及生活点源、农业面源。通常情况下，为提高污水的收集率并减少水质类别判定误差，企业密集区及城镇人口密集区所在的河流、大型污水处理厂排放口均需概化为排污口。若排污口相距较近，可将多个排污口概化为集中排污口；对于间距较远且排污量较小的分散排污口，可考虑将其概化为面源污染入河（排污口均匀分布的情形）。对于集中概化后的排污口，水功能区内的污染物由该点集中排放，概化点与控制点间的距离计算公式为
式中： L 为概化点距控制断面的距离，km； Q i 为第 i 个排污口的流量，m 3 /s； C i 为第 i 个排污口的污染物浓度，mg/L； L i 为第 i 个排污口到控制断面的距离，km。
河段由于形态、下垫面条件的不同，河道水体流速、污染物浓度降解速度差异较大，其中，糙率是影响水体动态特征的重要指标。浑河流域河道断面形态变化大，流域上、中、下游下垫面条件差异明显，河道特征具有鲜明的分段性。对于复式断面的河道糙率一般采用分段设置，因此，研究中对于河道糙率依据相关研究取值，在河道/渠道性质分类的基础上结合率定试验数据，检验分段取值的合理性。
在不受潮汐影响的天然河道，河道流速与糙率间关系为
式中： n 为河道糙率； C 为谢才系数； v 为河道流速，m/s； R 为河道水力半径，m； J 为水位坡降，无量纲。
研究过程中，参照水力学中对于不同渠道的相关细则对 n 进行确定，见表2-3。
表2-3 河段渠道 n 的设计参考值
河道地形复杂，加之流动水体并非呈现稳定均匀流状态，因此，采用经验公式得出的糙率变化范围大，某些断面甚至出现异常奇异值。为避免取值的不合理性，通常联合运用经验值与数学模型模拟值对理论值和实测值进行综合验证，以便准确率定河道糙率。
污染物降解系数是反映河流水质污染变化情况、建立水质模型、计算水环境容量的重要参数之一，其准确性直接影响到水环境容量和污染物总量分配研究结果的可靠性。结合资料的可获取性和地区经验系数的丰富性，当前主要采用实测法、分析借用、经验公式法、类比法进行研究。
（1）两点法计算。假定污染物集中以排污口形式自初始断面入河，河段顺直、水流稳定、中间无支流及其他排污口存在，河段足够长，流速相同（一般取河流断面平均流速），上下游测点的污染物浓度存在差异。按照《水域纳污能力计算规程》（SL 348—2006）中提供的公式进行降解系数的计算，即
式中： K 为河段污染物降解系数，1/d； u 为断面平均流速，m/s； x 为两监测点间的距离，m； C 0 、 C 分别为河段上、下游两测点的污染物浓度，mg/L。
该方法主要适用于河岸平直且排放点较为固定的点源，尤其适用于有固定水质监测点的河段。
（2）多点法计算。假定污染物集中以排污口的形式自初始计算断面入河，河段顺直、水流稳定、中间无支流及其他排污口存在，自上而下不同测点的污染物浓度递减，河流上下断面间各测点的流速相同，各个排污口沿河岸呈线性排列，且各个排污口的间距相同。河流断面的降解系数计算公式为
式中：
K
为河段污染物降解系数，1/d；
为河段的平均流速，m/s；Δ
l
为两相邻监测点间的距离，m；
n
为河段中监测点的个数；
C
1
，
C
2
，…，
C
n
为河段中1，2，…，
n
个监测点的污染物浓度，mg/L。
此方法主要适用于点源排放中多点沿河排放的情形，在某些情况下也可用于沿支流入河或降雨径流入河的面源污染情形。
（3）分析借用。本书中，因源头水保护区、保留区等对水质级别要求较高，不需要进行纳污能力核算，以现状水质类别为控制目标。结合研究区源头水污染物含量实际调查数据，以Ⅱ类水作为河流污染物 K 界定的起始点。
针对河流类型、流动状态、地貌类型、水质类别，对河流污染物 K 的界定依照研究区水质控制因子，分COD、NH 3 -N、总磷、总氮进行考虑。实际操作中，一般可将各种设计条件下的污染物降解系数取为同一个值。河流污染物 K 设计参考值见表2-4。
表2-4 河流污染物 K 设计参考值 单位：d -1
浑河及其周边河流在地形地貌上多属于山间丘陵平原地带，因此，研究中对河流降解系数的界定值可参考流动河流中的山间平原一项，结合研究区的实际资料在现场测定的基础上进行修正。大辽河河段较短，且易受潮汐影响，因此，对于大辽河的河流降解系数采用潮汐河段流动状态的参考值进行确定。
（4）经验公式法。对于研究条件难以满足降解系数 K 的确定要求时，也可利用经验公式对污染物的 K 值进行确定，如《水域纳污能力计算规程》（SL 348—2006）中给定的怀特经验公式为
式中： P 为河床湿周，m； Q 为设计流量，m 3 /s。
考虑到流域试验测定条件与实际水环境（非冰期和冰期温度相差很大）的差异，根据浑河流域的实际情况对冰期的降解系数进行修正，以反映冰期水环境的脆弱性。修正公式为
式中： K 为河流的实际降解系数，1/d； T 为河流实际温度，℃； θ 为温度修正系数，即1.07； K s 为在20℃室内模拟试验所测降解系数，1/d。
此外，流域其他各地还可根据本地实际情况采用其他方法拟定降解系数 K 。
（5）类比法。国内外有关文献中部分河流的 K 值，BOD 5 的下限或变化范围不大于0.35/d的河流占70.8%。COD Cr 降解系数比BOD 5 要小，约为BOD 5 降解系数的60%~70%。由此推断，大约有70%以上河流的COD Cr 降解系数为0.20~0.25/d。
（1）相关曲线法。当研究区具有满足精度要求的长系列水文资料时，利用各功能区集水面积与流量相关关系推求设计流速为
式中： v 为设计流速，m/s； Q 为设计流量，m 3 /s； A 为过水断面面积，m 2 。
当水文测站水文系列资料比较稀缺时，可根据资料系列一致性、代表性较好的邻近测站水文资料进行查补延长，建立流量—流速经验公式，即
式中： v 为断面平均流速，m/s； Q 为断面流量，m 3 /s； a 、 b 为系数。
采用此法进行计算时，假定研究河段顺直， Q — v 关系稳定。根据选定流量站实测的中、低水位流量资料，逐站分析系数 a 、 b ，并分水系综合后作为各功能区由流量推算流速的依据。
（2）水力学公式计算法。浑河流域大多河流为坡降小于10°、流量稳定均匀变化，且坡降基本一致的顺直长河段。采用曼宁公式进行计算，即
式中： v 为流速，m/s； n 为糙率； R 为水力半径，m； J 为水力坡度（比降）。
控制单元指确保控制断面水质达标而划定的污染物控制区域。控制单元划分应以流域水文情势及污染物分布特征为基础，同时兼顾行政单元经济发展规划、污染物治理基础和区域水环境保护目标。控制单元内污染物来源比例和断面水质分析是确定控制单元划分合理性的关键。
控制单元的确定主要依据研究区域内污染物排放特征及初始边界的水质状况，并结合面源模型确定影响控制断面水质的主要污染源所在区域。控制单元的划分主要基于流域水体水文情况及区域污染物排放规律：①水文情况，浑河流域处于辽河流域东部山丘地区，河流支流众多，受地势影响，河流多为自东向西、自周边向中心辐射状流向。由于受潮汐影响，大辽河河流为双向流，造成三岔河口以下污染源对断面水质的影响较为复杂，因此，进行控制单元划分时应以流域完整性为基础；②区域内污染源分布情况，鉴于控制断面水质主要取决于控制单元内污染负荷的分布情况，因此，划分控制单元时应充分考虑区域内部污染源排放规律和废水入河降解特征。
流域控制单元与水功能区、子流域及行政区在空间划分上存在交叉和重叠，在功能上形成交互和补充。随着面源污染加剧，水功能区作为我国水环境管理的基础单元，亟需实现陆域与水体的协同管理，因此，传统概念上的水功能区需向控制单元转变，从流域层面出发进行水环境管理。数字化技术的应用使得子流域划分与水环境模拟过程中可量化为更小尺度的地理信息，在尽可能保证地理空间经济社会特性用水差异的情况下，充分考虑流域水环境行政区管理的实际需求，借助控制单元水环境容量总量控制措施，使“水中”和“岸上”利益相关者的投入和收益达到平衡。
控制单元划分过程中，充分利用行政区长系列的社会经济、废水排放与治理、产业结构调整等统计资料，将控制单元与县域行政区边界紧密结合，便于对排污超标地区和行业进行行政管理。流域作为完整的汇水单元，是实现区域内水文调控、水质模拟、面源测算及水环境容量定量模拟计算的基础，为控制单元水环境容量计算和分配提供数据支持，因此，确保流域边界的完整性是进行控制单元划分的关键。污染物排放规律及其空间分布特征、水环境容量总量的计算和分配等水环境管理策略的实施，均以大量数据为支撑。因此，在计算单元内充分利用控制点的水文和水质长系列资料，本着区域经济可行的原则，减少监测站点数据收集过程中的费用支出。
水环境容量计算大多依据不同公式进行。但针对各个水功能区特殊的水质条件和排污限定要求，计算过程中还遵循以下约束条件。
（1）排污河道的处理。对于没有径流量（设计流量为零）的水功能区或河流，可暂不进行本水域水环境容量计算，但应将该排污河道作为下游功能区划水域的支流进行处理，在满足下游水功能区划要求时，将本水功能区的水质要求作为节点条件加以处理。
（2）对饮用水水源一级保护区等不容许排污的高功能水域、水环境容量无法利用水域，可以不进行水环境容量的计算。
（3）当一条河流的中间水域没有进行功能区划时，可以直接按照上下断面的水质要求确定本水域的水质边界条件。对于没有进行功能区划但最终汇入一定功能区划水域的河流，可以将该河流作为下游功能区划水域的支流进行分析计算。