欽州市中小河流水功能區(qū)納污能力分析

熊 健

（廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，南寧 530023）

欽州市中小河流水功能區(qū)納污能力分析

熊 健

（廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，南寧 530023）

以欽州市六艮江六垠開(kāi)發(fā)利用區(qū)、京塘水庫(kù)開(kāi)發(fā)利用區(qū)為例，采用數(shù)學(xué)模型對(duì)水功能區(qū)納污能力進(jìn)行分析，確定水功能區(qū)納污能力。論述了水質(zhì)數(shù)學(xué)模型的建立及參數(shù)的選定，為水功能區(qū)分階段限制排污總量、控制方案編制提供依據(jù)，并為水資源保護(hù)、水污染防治工作提供技術(shù)支撐。

水功能區(qū)；納污能力；分析；水質(zhì)；數(shù)學(xué)模型；欽州市

1 概況

欽州市中小河流眾多，分屬珠江流域西江水系和桂南沿海兩水系，由于十萬(wàn)大山和六萬(wàn)山的縱橫分割，形成了市境內(nèi)南北水系的分水嶺，成為境內(nèi)多數(shù)河流的發(fā)源地。屬桂南沿海水系的主要河流有欽江、茅嶺江、大風(fēng)江等，還有南流江支流小江和武利江。屬西江水系的有武思江、沙坪河、羅鳳河等。轄區(qū)內(nèi)有74條集水面積≥50km2的河流，其中：桂南沿海水系64條，西江水系10條。河流總長(zhǎng)2 827km，河網(wǎng)密度0.26km/km2。

欽州市中小河流共劃分有64個(gè)水功能區(qū)[1]，涉及欽州市45條中小河流以及7座中型水庫(kù)，屬?gòu)V西水資源分區(qū)中珠江流域的左江及郁江干流、桂南諸河2個(gè)水資源三級(jí)區(qū)。

本文以欽州市六艮江六垠開(kāi)發(fā)利用區(qū)、京塘水庫(kù)開(kāi)發(fā)利用區(qū)為例，對(duì)水功能區(qū)納污能力進(jìn)行分析。

2 水功能區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀[2]

（1）水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)成果。依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3838-2002）對(duì)中小河流水功能區(qū)水質(zhì)進(jìn)行全指標(biāo)評(píng)價(jià)和雙指標(biāo)評(píng)價(jià)，六艮江六垠開(kāi)發(fā)利用區(qū)、京塘水庫(kù)開(kāi)發(fā)利用區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)全指標(biāo)評(píng)價(jià)和雙指標(biāo)評(píng)價(jià)基本成果詳見(jiàn)表1。

表1 水功能區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)評(píng)價(jià)成果

由表1可知，六艮江六垠開(kāi)發(fā)利用區(qū)、京塘水庫(kù)開(kāi)發(fā)利用區(qū)按年均值法及分析推算法進(jìn)行全指標(biāo)評(píng)價(jià)和雙指標(biāo)評(píng)價(jià)，水質(zhì)均達(dá)標(biāo)。

（2）水功能區(qū)污染物入河量?，F(xiàn)狀污染物入河量計(jì)算主要考慮生活污染源、工業(yè)污染源、養(yǎng)殖污染源，不考慮只在豐水期有較大影響的農(nóng)業(yè)面源污染，主要采用調(diào)查統(tǒng)計(jì)和估算相結(jié)合的方法計(jì)算基準(zhǔn)年水功能區(qū)污染物入河量，六艮江六垠開(kāi)發(fā)利用區(qū)、京塘水庫(kù)開(kāi)發(fā)利用區(qū)現(xiàn)狀年廢污水量及主要污染物估算成果見(jiàn)表2、不同污染源廢污水及污染物入河量對(duì)比圖見(jiàn)圖1。

表2 現(xiàn)狀年廢污水量及主要污染物估算成果表

圖1 水功能區(qū)不同污染源廢污水及污染物入河量對(duì)比圖

3 水功能區(qū)納污能力分析

3.1 分析原則

（1）納污能力分析的主要污染物指標(biāo)統(tǒng)一采用化學(xué)需氧量（COD）和氨氮（NH3-N）。

（2）開(kāi)發(fā)利用區(qū)納污能力需根據(jù)各二級(jí)水功能區(qū)的設(shè)計(jì)條件和水質(zhì)目標(biāo)，選擇適當(dāng)?shù)乃克|(zhì)模型進(jìn)行分析。

（3）2015年、2020年、2030年規(guī)劃年納污能力計(jì)算時(shí)需考慮規(guī)劃的水庫(kù)擴(kuò)容工程和新建提水、引水、連通工程的影響。

3.2 分析模型及參數(shù)擬定

3.2.1 水質(zhì)數(shù)學(xué)模型

根據(jù)確定的計(jì)算區(qū)域，調(diào)查區(qū)域內(nèi)自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況及污染物排放情況，根據(jù)水體的特性和水質(zhì)水量資料，采用河流型水功能區(qū)的水質(zhì)數(shù)學(xué)模型和湖（庫(kù)）型水功能區(qū)的水質(zhì)數(shù)學(xué)模型計(jì)算不同條件下水體的納污能力。

（1）河流型水功能區(qū)的水質(zhì)數(shù)學(xué)模型。六艮江多年平均流量均小于15m3/s，屬小型河段，水功能區(qū)的納污能力計(jì)算均采用河流一維模型。適用于污染物在橫斷面上均勻混合的中、小型河段。河流的污染物濃度及其相應(yīng)的水域納污能力計(jì)算公式如下：

式中：Cx——流經(jīng)x距離后的污染物濃度，mg/L；

C0——初始斷面的污染物濃度，mg/L；

x——沿河段的縱向距離，m；

u——設(shè)計(jì)流量下河道斷面的平均流速，m/s；

K——污染物綜合衰減系數(shù)，1/s；

M——水域污染能力，mg/L；

Cs——水質(zhì)目標(biāo)濃度值，mg/L；

Q——初始斷面的入流流量，本次取控制斷面的流量，m3/s；

Qp——廢污水排放流量，m3/s。

（2）湖（庫(kù)）型水功能區(qū)的水質(zhì)數(shù)學(xué)模型。京塘水庫(kù)的正常蓄水位水面面積1.2km2，按水面面積5～50km2為中型湖庫(kù)、小于5km2為小型湖庫(kù)來(lái)劃定，均屬小型湖（庫(kù)）。結(jié)合京塘水庫(kù)的排污口情況，考慮到當(dāng)污染物排入后，污染物不單一的出現(xiàn)在排污口的附近水域，因此，京塘水庫(kù)可視為功能區(qū)內(nèi)污染物均勻混合，采用湖（庫(kù)）均勻混合模型計(jì)算其納污能力，計(jì)算公式如下：

式中：V——設(shè)計(jì)水文條件下的湖（庫(kù)）容積，m3；

其它同式（1），（2）。

3.2.2 參數(shù)擬定

水功能區(qū)納污能力模型分析主要參數(shù)有：污染物綜合衰減系數(shù)K、初始斷面的入流流量、河段設(shè)計(jì)流速、廢污水排放流量、初始斷面污染物濃度、水質(zhì)目標(biāo)濃度和湖（庫(kù)）設(shè)計(jì)水量等。

（1）污染物綜合衰減系數(shù)K。污染物綜合衰減系數(shù)K的確定可采用分析借用法和實(shí)測(cè)法進(jìn)行確定，本次主要參考《廣西壯族自治區(qū)主要污染物入河量測(cè)算及其模型應(yīng)用研究》中相關(guān)研究成果，并進(jìn)行復(fù)核。根據(jù)六艮江河流流速、污染物濃度情況，COD綜合衰減系數(shù)取0.10（1/d），氨氮綜合衰減系數(shù)取0.06（1/d）。

（2）廢污水排放流量Qp[1]根據(jù)水功能區(qū)廢污水排放量成果，再根據(jù)各水功能區(qū)廢污水排放規(guī)律，分析得相應(yīng)90％最枯月的廢污水排放流量，六艮江廢污水排放流量Qp為0.0 065m3/s。

（3）初始斷面污染物濃度C0和水質(zhì)目標(biāo)濃度Cs初始斷面污染物濃度C0主要是根據(jù)上一個(gè)水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值來(lái)確定，一般采用枯水期的平均值或上游相鄰水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值。分析區(qū)間是源頭時(shí)，C0取水質(zhì)本底值，均轉(zhuǎn)換為COD、氨氮濃度值。

水質(zhì)目標(biāo)Cs值一般取本功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)值的上限。對(duì)于沒(méi)有明確水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)的開(kāi)發(fā)利用區(qū)內(nèi)的排污控制區(qū)，水質(zhì)控制濃度以滿(mǎn)足下一個(gè)功能區(qū)水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)為前提來(lái)確定。六艮江六垠開(kāi)發(fā)利用區(qū)、京塘水庫(kù)開(kāi)發(fā)利用區(qū)C0和Cs分析成果見(jiàn)表3。

3.3 水文條件[2]

3.3.1 河流型水功能區(qū)

（1）河流型水功能區(qū)納污能力計(jì)算的設(shè)計(jì)水文條件包括設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)流速，其中設(shè)計(jì)流量為90％保證率最枯月平均流量或近10年最枯月平均流量；位于飲用水源區(qū)的水功能區(qū)，設(shè)計(jì)流量為95％保證率最枯月平均流量或近10年最枯月平均流量。設(shè)計(jì)流速為設(shè)計(jì)流量相對(duì)應(yīng)的代表斷面平均流速。

（2）設(shè)計(jì)流量。欽州市中小河流集水面積最小的也有33.1km2，經(jīng)過(guò)查閱有關(guān)工程的設(shè)計(jì)報(bào)告、欽州市水利電力志等資料，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、了解，六艮江枯水期未出現(xiàn)過(guò)斷流現(xiàn)象，因此，六艮江設(shè)計(jì)流量主要采用水文比擬法搬參證站設(shè)計(jì)流量。

（3）欽州市境內(nèi)及其鄰近地區(qū)有西塘站、合江站、埌坡坪站、陸屋站、常樂(lè)站等水文站，六艮江六垠開(kāi)發(fā)利用區(qū)代表斷面控制集水面積為105.3km2，參證站不宜選擇集水面積大于1 000km2的站點(diǎn)。西塘站（192km2）和坡朗坪站（613km2）集水面積與欽州市中小河流水功能區(qū)集水面積相近，系列較長(zhǎng)，資料觀測(cè)規(guī)范，精度可滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，可靠性較高，總體代表性強(qiáng)，可作為參證站。根據(jù)《廣西壯族自治區(qū)暴雨徑流查算圖表》，西塘站與浦北縣在同一降雨、徑流等值線(xiàn)區(qū)，因此選擇西塘站作為浦北縣六艮江六垠開(kāi)發(fā)利用區(qū)河流設(shè)計(jì)流量計(jì)算的參證站。采用水文比擬法移植西塘站徑流成果，在考慮降雨修正后，再分析水利水電工程對(duì)水功能區(qū)最枯月平均流量影響，并采用P-Ⅲ型線(xiàn)型通過(guò)目估適線(xiàn)，計(jì)算得到現(xiàn)狀年六艮江代表斷面P=90％的最枯月平均流量為0.23m3/s。又根據(jù)廣西第一次全國(guó)水利普查成果及現(xiàn)狀調(diào)查成果，六艮江上無(wú)水利工程和取水口，且未規(guī)劃有相關(guān)水源工程，即六艮江代表斷面P=90％的最枯月平均流量為0.23m3/s。

（4）設(shè)計(jì)流速。六艮江無(wú)水文測(cè)站，水功能區(qū)的設(shè)計(jì)流速在參考西塘站的的基礎(chǔ)上，根據(jù)斷面的形狀、河段坡降等因素，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查情況，綜合確定其設(shè)計(jì)流速，六艮江P=90％的最枯月平均流速為0.03m/s。

表3 水功能區(qū)水質(zhì)濃度成果表

3.3.2 湖（庫(kù)）型水功能區(qū)

從京塘水庫(kù)歷年運(yùn)行情況來(lái)看，枯水期一般達(dá)到死水位，但沒(méi)有出現(xiàn)在死水位以下取水的情況，本次采用水庫(kù)近10年最低月平均水位相應(yīng)的庫(kù)容作為京塘水庫(kù)的設(shè)計(jì)水量，用于湖（庫(kù)）型水功能區(qū)的納污能力計(jì)算。京塘水庫(kù)于1960年6月建成，集水面積9.4km2，近10年最低月平均水位相應(yīng)庫(kù)容為93萬(wàn)m3，死庫(kù)容20萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)年供水量805萬(wàn)m3。

3.4 水功能區(qū)納污能力分析成果

通過(guò)分析，六艮江六垠開(kāi)發(fā)利用區(qū)、京塘水庫(kù)開(kāi)發(fā)利用區(qū)2015年、2020年、2030年COD納污能力為134.86t/a、13.72t/a，2015年、2020年、2030年氨氮納污能力為6.63t/a、0.93t/a。

水功能區(qū)的納污能力與其河流大小、河長(zhǎng)、流量、流速等具有較強(qiáng)的相關(guān)性，對(duì)于現(xiàn)狀水質(zhì)達(dá)標(biāo)的水功能區(qū)，其納污能力不應(yīng)小于現(xiàn)狀的污染物入河量；對(duì)于現(xiàn)狀水質(zhì)超標(biāo)的水功能區(qū)，其納污能力小于現(xiàn)狀的污染物入河量。因此，認(rèn)為本次分析的水功能區(qū)的納污能力基本合理。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采用數(shù)學(xué)模型對(duì)水功能區(qū)納污能力進(jìn)行分析，確定水功能區(qū)納污能力，為水功能區(qū)分階段限制排污總量控制方案提供依據(jù)，是貫徹和落實(shí)關(guān)于實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度、強(qiáng)化水資源保護(hù)監(jiān)督管理的要求，可為水資源保護(hù)、水污染防治工作提供重要技術(shù)支撐。

[1] 欽州市水利局.欽州市水功能區(qū)劃[R].欽州：欽州市水利局，2012.

[2] 廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.欽州市中小河流水功能區(qū)納污能力核定和分階段限制排污總量控制方案[R].南寧：廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，2015.

（責(zé)任編輯：劉征湛）

Environmental capacity analysis of water function areas by middle and small rivers in Qinzhou City

XIONG Jian
（Guangxi Water and Power Design Institute,Nanning 530023,China）

Taking the Liuyin Development and Utilization Zone and Jingtang Reservoir Development and Utilization Zone by Liugen River in Qinzhou City as example,analysis was made by mathematical model to ascertain the environmental capacity of water function area.The author discussed the setting of water quality mathematical model and determination of parameters.The results of analysis will be the basis for drafting the control scheme of limiting total amount of sewage in phases,and can be the technical support for water resources protection and water pollution prevention in water function area.

Water function area;water environmental capacity;analysis;water resources protection;prevention of water pollution;Qinzhou City

TV213.4；X524

B

1003-1510（2016）04-0056-04

2016-04-12

熊 ?。?986-），男，湖北荊門(mén)人，廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院工程師，學(xué)士，主要從事水利工程規(guī)劃設(shè)計(jì)工作。