改革开放近30年来,随着环渤海地区社会经济的快速发展,化学污染物的排海数量不断增加,渤海海水水质不断恶化,而原有的浓度控制和目标总量控制制度已不能满足海洋环境管理的需求。实施污染物排海容量总量控制是改善海洋环境质量的重要措施,具体包括污染物排海通量估算、海洋环境容量与流域分配容量计算、沿海城市容量的优化分配等,其中污染物排海通量估算是总量控制实施的基础,而海洋环境容量的计算与优化分配则是排海总量控制的核心和关键。本文针对水环境管理科学中容量的优化分配这一前沿领域和热点问题,在渤海主要化学污染物海洋环境容量和主要河流流域分配容量研究工作的基础上,依据多目标非线性规划原理,研究了环渤海城市COD和DIN的总量控制方案,并在此基础上对天津产业/行业结构进行了优化调整,主要研究方法与成果如下:(1)系统汇总、分析了渤海的污染源,建立了污染物排海通量估算的原则及方法,并据此估算了环渤海13城市COD、石油烃、营养盐、溶解态重金属等污染物的历年排海通量。结果表明,自20世纪70年代以来,环渤海13城市COD排海总量总体上表现出倒“U”形变化趋势,年均排海通量150万t/a左右。石油烃表现出倒“N”形变化趋势,年均排海通量1.5万t/a左右。DIN表现“N”形变化趋势,年均排海通量15万t/a左右。其它污染物TDP、挥发酚、Hg、Cd、Cr、Pb、砷、氰化物、悬浮固体年均排海通量分别为2万t/a、300 t/a、30 t/a、400 t/a、2000 t/a、1400 t/a、2000 t/a、800 t/a和480万t/a左右。(2)对污染的来源进行系统分析结果表明,入海河流是渤海污染物的主要来源,对于石油烃海上污染源是污染物的重要来源,仅次于河流;对于DIN、DIP、COD、Hg、挥发酚排污口也是污染物的重要来源;对于COD、Pb大气沉降的作用不可忽视。对于不同的污染物,13个城市污染物排放比例有所不同,总体上说来,污染物主要来源于东营、营口、盘锦、唐山、天津和潍坊,其它城市所占比例较小。(3)规范了排放容量概念,建立了估算城市污染物允许排放容量的原则与原理并依据多目标非线性规划方法,以实现渤海海洋环境容量、流域分配容量、城市允许排放容量最大为目标函数,以经济与人口增长、污染物排放、环境投资等为约束条件建立城市允许排放容量的估算模型,优化结果表明,在国家一类海水水质标准下,对于环渤海13城市COD,除秦皇岛和唐山外其余城市都需要不同程度的削减,其中营口的削减量最大为7.3万t/a,沧州的削减量最小为1.2万t/a;对于削减比例,盘锦的削减比例最大,潍坊的削减比例最小。在国家一类海水水质标准下,环渤海13城市的DIN均需要不同程度的削减,其中天津的削减量最大为2.11万t/a,烟台的削减量最小为0.16万t/a。对于削减比例,营口的削减比例最大,相当于基准年排海通量的86%,唐山的削减比例最小。(4)以实现第一、二、三产业各部门允许排放容量最大为目标函数,以经济增长、产业结构比例、污染物排放强度等为约束条件建立产业允许排放容量计算的多目标非线性规划模型,结果表明,在国家一类海水水质标准下,规划年各产业部门的COD均需不同程度的削减,其中第二产业中的工业部门的COD削减数量最大,约2万t/a,而林业部门的削减数量最小。第一、二、三产业结构比例由3.0:56.0:41.0调整为2.0:55.6:42.4。(5)以实现工业各部门允许排放容量最大为目标函数,以经济增长、污染物排放强度、水耗、能耗、劳动生产率等为约束条件建立行业允许排放容量计算的多目标非线性规划模型,结果表明,工业部门中,建材、医药、汽车、机械、电信和环保等6个行业的COD允许排放容量有一定的盈余,其中医药行业还可额外排放的数量最大为0.03万t/a,汽车行业可额外排放的比例最大。其他行业的COD需不同程度的削减,其中造纸行业的削减数量为1.4万t/a,削减比例也最大,相当于基准年的48%。在实现各产业/行业允许排放量最大前提下,天津工业各行业中,需大力发展电信、汽车、医药、机械等行业;适当发展服装、建材、石油、化工、环保、能源等部门;适当限制纺织、造纸、化学等行业,严格限制采掘、冶金、食品行业。本论文的研究成果为我国近海总量控制的实施提供了必要的理论基础和技术支撑,对渤海生态环境治理以及沿海城市的产业结构优化调整具有直接的指导意义。