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      鹽河淮安段污染負(fù)荷及水環(huán)境容量分析研究

      2016-08-30 09:02:34
      治淮 2016年1期
      關(guān)鍵詞:河量鹽河環(huán)境容量

      張 娟

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      鹽河淮安段污染負(fù)荷及水環(huán)境容量分析研究

      張娟

      隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,水環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重。目前,我國水環(huán)境管理已從濃度控制、目標(biāo)總量控制轉(zhuǎn)變?yōu)樗h(huán)境容量總量控制,通過調(diào)查分析污染源,合理確定水環(huán)境容量,可有效進(jìn)行總量控制,實(shí)現(xiàn)水質(zhì)目標(biāo)管理與水功能區(qū)限制納污紅線管理,達(dá)到既促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展又保護(hù)環(huán)境的目的。

      根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報道,關(guān)于太湖、長江、漓江、渭河、東遼河等流域污染負(fù)荷及水環(huán)境容量分析研究較多,而關(guān)于淮河流域報道較少。2008年江蘇省淮安市水資源綜合規(guī)劃對淮河流域鹽河淮安段進(jìn)行點(diǎn)源污染負(fù)荷及枯水年水環(huán)境容量分析取得一定成果。經(jīng)過幾年的發(fā)展,淮安市排污及水環(huán)境容量發(fā)生了相應(yīng)變化,本文通過對鹽河淮安段點(diǎn)、面源污染負(fù)荷展開調(diào)查分析,采用一維水質(zhì)模型確定不同水文頻率下水環(huán)境容量,為污染物總量控制、水資源合理開發(fā)利用、水環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)。

      一、鹽河淮安段水污染負(fù)荷分析

      1.污染源調(diào)查范圍和內(nèi)容

      鹽河是溝通淮安市和連云港市的人工河道,起源于淮陰水利樞紐,河流流向自西向東,全長140km,流域面積359.3km2,淮安市境內(nèi)全長78.9km,河寬30~130m,河深4~11m,既是淮陰區(qū)、漣水縣的工農(nóng)業(yè)用水主要水源地,也是工業(yè)、生活廢污水納污河道。

      污染源調(diào)查內(nèi)容包括點(diǎn)源、面源污染調(diào)查。其中點(diǎn)源污染調(diào)查主要是工業(yè)、城鎮(zhèn)生活污染源調(diào)查;面源污染調(diào)查主要是河流沿岸農(nóng)村生活、種植、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖等污染源調(diào)查。

      2.點(diǎn)源污染調(diào)查

      根據(jù)江蘇省水環(huán)境監(jiān)測中心淮安分中心2014年鹽河入河排污口水質(zhì)、水量監(jiān)測資料統(tǒng)計,淮安市鹽河工業(yè)、城鎮(zhèn)生活污水排放總量為1722.2萬t/a。其中,污染物CODCr入河量為1112.6t/a,NH3-N入河量為91.3t/a。

      3.面源污染調(diào)查

      采用查閱資料與實(shí)地查勘相結(jié)合的方法估算面源污染物入河量。部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于《淮安市年鑒》《第一次全國污染源普查城鎮(zhèn)生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》等。

      (1)農(nóng)村生活污染源調(diào)查

      根據(jù)區(qū)域內(nèi)實(shí)際農(nóng)村人口、排放系數(shù)、入河率等計算農(nóng)村生活污染物入河量,計算公式:

      式中:W生1為農(nóng)村生活污染物入河量,t/a;W生1p為農(nóng)村生活污染物排放量,t/a;β2為農(nóng)村生活入河系數(shù);

      其中,W生1p=N農(nóng)·α1

      式中:N農(nóng)為農(nóng)村人口數(shù),人;α1為農(nóng)村生活排污系數(shù)。

      經(jīng)計算,農(nóng)村生活污染物入河量CODCr為915.2t/a,NH3-N為61.5t/a。

      (2)畜牧養(yǎng)殖污染源調(diào)查

      根據(jù)調(diào)查相關(guān)鄉(xiāng)鎮(zhèn)養(yǎng)殖場實(shí)際養(yǎng)殖存欄數(shù)、入河系數(shù)等計算污染物入河量,計算公式:

      式中:W畜禽為畜禽養(yǎng)殖污染物入河量,t/a;W畜禽p為畜禽養(yǎng)殖污染物排放量,t/a;β4為畜禽養(yǎng)殖入河系數(shù)。

      式中:δ1為畜禽個體日產(chǎn)糞量,kg/d·頭;t為飼養(yǎng)期,d;N畜禽為飼養(yǎng)數(shù),頭;α3為畜禽糞中污染物平均含量,kg/t;δ2為畜禽個體日產(chǎn)尿量,kg/a;α4為畜禽尿中污染物平均含量,kg/t。

      經(jīng)計算,畜禽養(yǎng)殖污染物入河量CODCr為799.7t/a,NH3-N為37.8t/a。

      (3)農(nóng)田種植污染源調(diào)查

      根據(jù)農(nóng)田耕地面積、施肥量等計算污染物入河量,計算公式:

      W農(nóng)=W農(nóng)p·β5·γ

      式中:W農(nóng)為種植污染物入河量,t/a;W農(nóng)p為種植污染物排放量,t/a;β5為種植污染物入河系數(shù);γ為修正系數(shù)。

      其中,W農(nóng)p=S·α5

      式中:S為耕地面積,hm2;α5為種植排污系數(shù)。

      經(jīng)計算,農(nóng)田種植污染物入河量CODCr為374.8t/a,NH3-N為32.6t/a。

      (4)水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物調(diào)查

      區(qū)域內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物入河量計算公式:

      式中:W水產(chǎn)為水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物入河量,t/a;W水產(chǎn)p為水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物排放量,t/a;β6為水產(chǎn)養(yǎng)殖入河系數(shù)。

      池塘/工廠化養(yǎng)殖污染物排放量測算方法為:

      式中,V為年排水量,m3;ΔCi為污染物濃度的增量,mg/L。

      經(jīng)計算,水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物入河量CODCr為1.9t/a,NH3-N為0.2t/a。

      (5)各類污染源的貢獻(xiàn)率

      2014年鹽河各類污染源入河量CODCr為3204.2t/a,NH3-N為223.4t/a,其中以工業(yè)、城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活污染源為主,具體呈現(xiàn)為:工業(yè)、城鎮(zhèn)生活污染>農(nóng)村生活污染>畜禽養(yǎng)殖污染>種植業(yè)污染>水產(chǎn)養(yǎng)殖污染,見表1。

      二、水環(huán)境容量分析

      水環(huán)境容量是指水體在規(guī)定環(huán)境目標(biāo)下所能容納的最大污染物量,容量大小與水體特征、水質(zhì)目標(biāo)、污染物特性以及社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式有關(guān)。合理計算水環(huán)境容量是進(jìn)行污染物總量控制限排的關(guān)鍵。

      1.水環(huán)境容量計算方法

      一維水環(huán)境容量模型為:

      式中:M為水環(huán)境容量,t/a;31.565為量綱平衡系數(shù);α為不均勻修正系數(shù);Q為河流進(jìn)口斷面流量,m3/s;q為污水入流流量,m3/s;Cs為河流控制目標(biāo)濃度,mg/L;k為污染物綜合降解系數(shù),d-1;C0為河流進(jìn)口斷面背景濃度,mg/L;x為水質(zhì)控制斷面距排污口距離,m;u為流速,m/s。

      2.計算參數(shù)的確定

      (1)控制單元的劃分

      根據(jù)《江蘇省地表水(環(huán)境)功能區(qū)劃》,淮安市鹽河被區(qū)劃為鹽河淮安排污控制區(qū)、鹽河淮安農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水區(qū),2020年水質(zhì)目標(biāo)均為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

      (2)斷面設(shè)計流量與流速

      根據(jù)鹽河1959~2013年逐日流量監(jiān)測數(shù)據(jù),基于水量動力模型,計算鹽河閘、朱碼閘不同水文頻率(90%、75%、50%、20%)分別對應(yīng)枯水年、偏枯年、平水年、偏豐年的流量、流速,見表2。

      (3)污染物綜合降解系數(shù)

      采用二斷面實(shí)測率定法確定污染物綜合降解系數(shù):

      式中:CA為河段上斷面污染物濃度,mg/L;CB為河段下斷面污染物濃度,mg/L;x為上下斷面間的距離,km;u為斷面平均流速,km/d。鹽河CODCr、NH3-N降解系數(shù)k分別確定為0.11d-1、0.10d-1。

      (4)河流本底濃度與目標(biāo)控制濃度

      鹽河各功能區(qū)起始斷面水質(zhì)現(xiàn)狀濃度取上一功能區(qū)末斷面達(dá)標(biāo)濃度。鹽河淮安排污控制區(qū)、鹽河淮安農(nóng)業(yè)工業(yè)用水區(qū)水質(zhì)目標(biāo)均為Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn),本底濃度、目標(biāo)控制濃度分別取CODCr為20.0mg/L、NH3-N為1.00mg/L。

      (5)不均勻修正系數(shù)

      基于水質(zhì)達(dá)標(biāo)計算的水環(huán)境容量偏大,為更加符合實(shí)際情況,引入不均勻系數(shù)的概念進(jìn)行修正,修正公式如下:

      M修正=αM

      式中:α為不均勻系數(shù),是[0,1]區(qū)間一個數(shù),取值見表3。

      根據(jù)鹽河河寬及其他因素,不均勻系數(shù)取值為0.65。

      3.水環(huán)境容量計算結(jié)果分析

      鹽河淮安段不同水文頻率下水環(huán)境容量見表4。計算結(jié)果表明,在平水年、偏豐年(50%、20%)鹽河淮安段CODCr、NH3-N均有可利用水環(huán)境容量,枯水年、偏枯年(90%、75%)NH3-N現(xiàn)狀入河量均已超過水環(huán)境容量,需削減量分別為22.3t/a、8.2t/a,削減部分均位于鹽河淮安排污控制區(qū)。

      通過對比分析不同水文頻率下鹽河淮安段水環(huán)境容量與相應(yīng)的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果,兩者基本吻合,認(rèn)為以上計算結(jié)果較為合理。

      表1 鹽河各類污染源入河量統(tǒng)計表

      表2 鹽河各水功能區(qū)不同水文頻率下的設(shè)計流量、流速

      表3 河道不均勻系數(shù)取值表

      表4 鹽河不同水文頻率下水環(huán)境容量(單位:t/a)

      三、結(jié)論與建議

      2014年排入鹽河淮安段CODCr入河量為3204.2t/a,NH3-N入河量為223.4t/a,污染源主要以工業(yè)、城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活污染為主。

      采用一維水質(zhì)模型,計算不同水文頻率下鹽河淮安段水環(huán)境容量,得出其水環(huán)境容量:偏豐年>平水年>偏枯年>枯水年。

      鹽河淮安段不同水文頻率下水環(huán)境容量較真實(shí)地反映其水環(huán)境容量動態(tài)變化情況。50%、20%保證率下鹽河淮安段水環(huán)境容量均有盈余,90%、75%保證率下氨氮現(xiàn)狀入河量均已超過其水環(huán)境容量,需削減量分別為22.3t/a、8.2t/a。

      建議采取如下措施保護(hù)鹽河水環(huán)境健康:

      加快城鄉(xiāng)污水處理設(shè)施建設(shè),確保廢污水達(dá)標(biāo)排放,適當(dāng)調(diào)整流域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),大力發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè),降低農(nóng)田化肥、農(nóng)藥施用量,有效降低鹽河流域點(diǎn)、面源污染對水環(huán)境的影響。

      根據(jù)鹽河水環(huán)境容量動態(tài)變化的特性,適應(yīng)區(qū)域年內(nèi)、年際水資源分配不均的狀況,可對不同水期水環(huán)境容量資源進(jìn)行合理開發(fā)利用,更好地促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展,同時達(dá)到有效保護(hù)水資源環(huán)境的目的■

      (作者單位:江蘇省水文水資源勘測局淮安分局223005)

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