□陳琳

(山西省防汛應(yīng)急搶險總隊山西太原030002)

山西省沁河流域水環(huán)境承載能力與限制排污總量控制分析

□陳琳

(山西省防汛應(yīng)急搶險總隊山西太原030002)

本文以化學(xué)需氧量COD和氨氮NH3-N為污染物控制目標(biāo)，根據(jù)山西省沁河流域水功能區(qū)劃、水質(zhì)現(xiàn)狀和保護(hù)目標(biāo)等情況，運(yùn)用河流一維模型計算出沁河流域的水環(huán)境承載能力，并提出了污染物總量控制方案和水資源保護(hù)的一些措施，為落實最嚴(yán)格的水資源管理制度，加強(qiáng)水功能區(qū)限制納污紅線管理提供科學(xué)的依據(jù)。

沁河流域、水環(huán)境承載能力、排污總量控制

本文DOI編碼：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2015.06.019

《中共中央國務(wù)院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定》（中發(fā)[2011]1號）、《國務(wù)院關(guān)于實行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》（國發(fā)[2012]3號），明確提出建立水功能區(qū)限制承載制度，確立水功能區(qū)限制承載紅線，從嚴(yán)核定水域承載容量，嚴(yán)格控制入河湖排污總量。為了貫徹落實最嚴(yán)格的水資源管理制度，強(qiáng)化水資源保護(hù)的監(jiān)督管理，迫切需要從嚴(yán)核定承載容量，建立以限制排放總量為核心的水功能區(qū)限制承載制度。

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)等產(chǎn)生的廢污水排放量急劇增加，山西省沁河流域的河流水質(zhì)狀況也日益惡化，因此對沁河流域水功能區(qū)進(jìn)行承載能力的核定和限制排污總量控制分析，是落實最嚴(yán)格水資源管理制度的重要基礎(chǔ)，也將為各級政府防治水污染、強(qiáng)化水資源保護(hù)提供強(qiáng)有力的依據(jù)。

1　沁河流域及水功能區(qū)概況

沁河水系包括沁河干流和其支流丹河發(fā)源于山西省沁源縣霍山南麓，位于東經(jīng)111°55'～113°30'，北緯35°11'～37°08'，居山西省東南部，包括長治市、臨汾市和晉城市。由北向南流經(jīng)沁源、安澤、沁水、澤州、陽城五縣，進(jìn)入河南省的沁陽、武陟，于南賈村匯入黃河。河長485km，流域面積13 532 km2，其中最大支流丹河2 980 km2，干流落差1 674m，平均比降4.15%。根據(jù)《山西省水功能區(qū)劃》，沁河水功能一級區(qū)劃共劃分6個功能區(qū)，其中2個保護(hù)區(qū)、2個緩沖區(qū)和2個開發(fā)利用區(qū)，即沁河沁源源頭水保護(hù)區(qū)、沁河臨汾晉城開發(fā)利用區(qū)、沁河陽城緩沖區(qū)、丹河高平源頭水保護(hù)區(qū)、丹河晉城開發(fā)利用區(qū)、丹河晉城緩沖區(qū)，在2個開發(fā)利用區(qū)中又劃分為沁河沁源縣飲用農(nóng)業(yè)用水區(qū)、沁河安澤縣飲用工業(yè)用水區(qū)、丹河任莊水庫農(nóng)業(yè)工業(yè)用水區(qū)等7個二級水功能區(qū)。

在水功能區(qū)上，分別以一級與二級功能區(qū)為基本統(tǒng)計單元，不同水功能區(qū)排污口分布見表1，其中開發(fā)利用區(qū)為排污口調(diào)查的重點，共調(diào)查排污口77處。

表1　沁丹河水系不同水功能區(qū)入河排污口分布表

在不同量級廢污水的水資源分布上，沁河干流入河排污口以廢水量10～100萬m3/a為主，丹河以廢水量10萬m3/a以下排污口為主,不同量級廢污水的水資源分布見表2。

表2　沁丹河水資源分區(qū)不同量級排污口分布統(tǒng)計表

2　水環(huán)境承載的能力分析

水環(huán)境的承載能力也稱為水體納污能力，主要指對確定的水功能區(qū)，在滿足水域功能要求的前提下，按照給定的設(shè)計水文條件，功能區(qū)水體所能容納的最大污染物量。

2.1模型選擇

水功能區(qū)承載能力的計算應(yīng)當(dāng)根據(jù)實際情況來確定不同的數(shù)學(xué)計算模型。根據(jù)污染物在各河段橫斷面上均勻混合的特點，采用河流一維模型計算水域承載能力。公式為：

式中：W——水功能區(qū)承載能力，t/a；

q——水功能區(qū)入河污水量，m3/s；

Cs——水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)，mg/L；

Q——水功能區(qū)設(shè)計流量，m3/s；

C0——水功能區(qū)上斷面污染物濃度，mg/L；

k——污染物綜合衰減系數(shù)，1/d；

x——水功能區(qū)上斷面到下斷面的距離，km；

xi——簡化后排污口到下計算斷面的距離，km；

u——水功能區(qū)設(shè)計流量下的河段平均流速，m/s。

2.2控制指標(biāo)的確定

按照《山西省水功能區(qū)劃》中規(guī)定的水質(zhì)目標(biāo)對照相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)予以確定。以COD、氨氮為主要污染控制指標(biāo)。

2.3模型參數(shù)的確定

2.3.1設(shè)計流量的確定。1）控制站設(shè)計流量確定各控制站以95%保證率最枯月平均流量作為設(shè)計流量。2）水功能區(qū)設(shè)計流量確定。有水文站的水功能區(qū)，設(shè)計流量直接采用控制站設(shè)計流量進(jìn)行分析計算。無水文資料的河段，設(shè)計流量按以下原則確定：

a）距水文站較近，區(qū)間無較大的支流加入或大的取水口，直接借用鄰近水文站的資料推求設(shè)計流量；

b）距水文站較遠(yuǎn)，區(qū)間有較大的支流加入或大的取水口，通過水量平衡計算，確定設(shè)計流量。

2.3.2斷面設(shè)計流速確定。利用水文站斷面及流量資料，點繪水位～流量、水位～面積關(guān)系

根據(jù)設(shè)計流量推求設(shè)計面積，采用公式計算:

式中：——設(shè)計流速(m/s)；

——設(shè)計流量(m3/s)；

——過水?dāng)嗝婷娣e(m2)。

2.3.3初始濃度值C0的確定。根據(jù)上一個水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值來確定C0，即上一個水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值就是下一個功能區(qū)的初始濃度值C0。

2.3.4綜合降解系數(shù)的確定。綜合降解系數(shù)反映了污染物在水體作用下降解速度的快慢。研究表明，降解系數(shù)不但與河流的水文條件，如流量、流速、河寬、水深、泥沙含量等一系列的因素有關(guān)，更為重要的是降解系數(shù)還與河道的污染程度有關(guān)。污染物降解系數(shù)可用實測資料反推或水團(tuán)追蹤法求取，亦可經(jīng)類比分析確定。利用實測水質(zhì)資料反推K值，計算公式如下：

式中：C1——河段上斷面污染物濃度(mg/L)；

C2——河段下斷面污染物濃度(mg/L)；

Vs——河段平均流速(km/d)；

吟x——上、下斷面距離(km)。

山西省水文水資源勘測局2003年在汾河下游選取無支流和排污口匯入的柴莊河段進(jìn)行試驗，根據(jù)上下斷面的監(jiān)測值、水流流速、河長距離等參數(shù)，對CODcr和氨氮的降解系數(shù)分別進(jìn)行計算，其結(jié)果是：CODcr的降解系數(shù)為0.40d-1,氨氮的降解系數(shù)為0.22d-1。

在缺乏實測資料的情況下，綜合衰減系數(shù)根據(jù)以下經(jīng)驗公式進(jìn)行確定：

式中：u——設(shè)計流量下河段平均流速(m/s)。

根據(jù)沁河實際情況，并參考汾河實驗的結(jié)果，COD的k值取值范圍在0.2～0.48（1/d）之間，平均為0.34（1/d）；氨氮的k值取值范圍在0.12～0.32（1/d）之間，平均為0.22（1/d）。

由于流量、水質(zhì)情況的差異，綜合衰減系數(shù)會有所不同。

2.4水環(huán)境承載能力計算結(jié)果

按照確定的計算原則和采用水質(zhì)計算模型，根據(jù)不同的河段斷面形態(tài)和水力特性、污染物擴(kuò)散特征以及各河段水體功能和水質(zhì)管理目標(biāo)，以各水功能區(qū)為計算單元，自上而下逐段進(jìn)行水域承載能力的計算。各水功能區(qū)水環(huán)境承載能力計算結(jié)果見表3。

沁丹河水系COD和NH3-N的承載能力分別為8444.8t/a和374.0t/a，見表3。

表3　沁丹河水系水環(huán)境承載能力統(tǒng)計表

2.5承載能力結(jié)果分析

在一級水功能區(qū)上，承載能力最大的為開發(fā)利用區(qū)，其COD和氨氮的承載能力分別為7969.8t/a和352.0t/a，分別占水系總承載能力的94.4%、94.1%；而沁丹河源頭水保護(hù)區(qū)為河流重點保護(hù)河段，禁止在本段進(jìn)行對水質(zhì)不利的開發(fā)利用活動，其承載能力則計為0。在二級水功能區(qū)上，承載能力最大水功能區(qū)為農(nóng)業(yè)用水區(qū)，其COD和氨氮的承載能力分別為4 264.6t/a和196.1t/a，沁丹河水系不同功能區(qū)承載能力統(tǒng)計結(jié)果見表4。

3　污染物總量控制方案

污染物總量控制的目的是河道水質(zhì)達(dá)到水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)?？紤]到沁河水質(zhì)較好、丹河中下游水質(zhì)已遭受嚴(yán)重污染的現(xiàn)實，本次限制排污總量原則是流域內(nèi)各行政區(qū)排放的主要污染物總量不再增加，具體計算方法為：若功能區(qū)現(xiàn)狀入河量小于或者等于該功能區(qū)的允許承載量，否則該目標(biāo)控制總量將視其為功能區(qū)入河污染物的控制總量；反之，將該功能區(qū)允許承載量作為其入河污染物控制總量。沁丹河水系各水功能區(qū)污染物限制排放總量統(tǒng)計見附表4。

以分析計算范圍內(nèi)水功能區(qū)為基礎(chǔ)統(tǒng)計得沁河COD、NH3-N限制排污總量分別為901.7t/a和103.4t/ a，丹河COD、NH3-N限制排污總量分別為461.7 t/a和37.7t/a。沁丹河流域限制排放總量成果見表5。

表4　沁丹河流域水功能區(qū)承載能力統(tǒng)計結(jié)果表

表5　沁丹河流域限制排污總量意見統(tǒng)計表

4　水資源保護(hù)對策的措施

4.1制定一些保護(hù)方面的措施

1）制定一些飲用水資源的保護(hù)區(qū)和一些比較集中的飲用水源地保護(hù)方案，重點在于落實和監(jiān)督管理舉措，以防水資源的枯竭和水體等方面的污染，確證城鄉(xiāng)居民的飲用水安全。

2）做好沁河源頭的生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和建設(shè)工作，保護(hù)好河源的生態(tài)環(huán)境。利用當(dāng)?shù)氐淖匀毁Y源和地理優(yōu)勢，重點發(fā)展一些綠色產(chǎn)業(yè)和生態(tài)農(nóng)業(yè)，采取一系列的措施來提高當(dāng)?shù)氐乃Y源及水環(huán)境的承載能力。

3）嚴(yán)格按照保護(hù)優(yōu)先原則和經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的原則，限制在較好的水源質(zhì)量區(qū)域內(nèi)建設(shè)一些規(guī)模大和污染重的開發(fā)項目。

4）提高人們的節(jié)水意識，大力推廣合理用水、節(jié)約用水及污水資源化。采取一系列的方法去處理生活中的污水。

4.2治理方面的措施

1）對有污染物的源頭實施嚴(yán)格的監(jiān)督管理制度，以此來控制污染物的排放，制定一系列的規(guī)章制度。按照以水定供和以供定需的原則，大力調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、對工業(yè)重新布局，進(jìn)行一系列的技術(shù)改造，重點推行清潔生產(chǎn)和厲行節(jié)水減污。提高工業(yè)用水的重復(fù)率，加大對工業(yè)廢水的處理，堅決淘汰一些落后的生產(chǎn)工藝產(chǎn)品，關(guān)停一些高耗水和重污染的企業(yè)。

2）加大城市的污水處理設(shè)施建設(shè)，包括建立城市集中污水處理廠和居民小區(qū)污水處理設(shè)施等，統(tǒng)籌安排城市的供水設(shè)施。

3）提高水環(huán)境容量和水體自凈能力：主要有水工程的調(diào)度、引水的減污、疏浚和清淤等一系列的工程措施。其中水工程的調(diào)度主要用于一些有閘壩控制的水體，理應(yīng)結(jié)合水情和自然條件，加大水量的調(diào)度，提出一些調(diào)度的方案。引水的減污應(yīng)該提出一些具體的工程規(guī)模和調(diào)水量，從而分析出提高水資源承載力和減污的效果。清淤措施應(yīng)該提出具體的清淤量以及實施方案。

4）修復(fù)生態(tài)措施：通過一系列的措施，修復(fù)已經(jīng)破壞的生態(tài)環(huán)境。通過合理配置使用水資源，使得生產(chǎn)、生活和生態(tài)用水得以同時兼顧，從而解決了水資源稀缺的河道斷流等問題。

5）控制面源污染采取措施。大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，改進(jìn)傳統(tǒng)的模式，調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，提高農(nóng)作物對氮磷鉀的吸收效率；為了防止土壤氮磷的流失，采取生物和工程措施相結(jié)合的方法，加大水土流失的治理工作。

6）加大水功能區(qū)的水質(zhì)監(jiān)測和主要入河排污口污染物監(jiān)測，結(jié)合已有規(guī)劃成果，提出一系列的內(nèi)容，如監(jiān)測斷面、項目、站點布設(shè)等。

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1004-7026（2015）06-0036-03中國圖書分類號：X323

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