碧流河入庫(kù)段納污能力與時(shí)段通量綜合分析研究

張弘

（遼寧省丹東水文局，遼寧丹東118001）

1 研究目的及意義

河流納污能力，是在滿足流域或區(qū)域水資源保護(hù)目標(biāo)要求的前提下，在一定的水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)值、設(shè)計(jì)水量、入河排污口位置及排污方式條件下，水體所能容納的最大污染物量。河流污染物通量指斷面在一定時(shí)間內(nèi)某種污染物的通過量，它分為瞬時(shí)通量和時(shí)段通量，在實(shí)際工作中主要是估算河流污染物的時(shí)段通量。近年來(lái)，國(guó)家加大了水源地水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作投入力度，一些比較先進(jìn)的科學(xué)方法和技術(shù)手段得到廣泛應(yīng)用，與水量相關(guān)的水位實(shí)現(xiàn)了遙測(cè)，河流水質(zhì)也實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)測(cè)，為開展河流納污能力與時(shí)段通量綜合分析研究工作，提供了較好的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)信息，很大程度上解決了用有限的瞬間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行污染物時(shí)段通量估算誤差較大的問題。因此，充分利用現(xiàn)有的水量水質(zhì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，開展河流納污能力與時(shí)段通量綜合分析，對(duì)探索構(gòu)建水源地污染物總量控制與區(qū)域水資源保護(hù)技術(shù)體系具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 方法的建立

2.1 河流納污能力

根據(jù)GB/T 25173-2010《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》，結(jié)合模型的適用條件和碧流河入庫(kù)河段的實(shí)際情況，河流納污能力計(jì)算采用一維模型，模型假設(shè)污染物在河段橫斷面上均勻混合，適用于Q＜150 m3/s 的中、小型河段。河段的污染物濃度按下式計(jì)算：

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；K——污染物綜合衰減系數(shù)，1/s；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。

污染物的綜合衰減系數(shù)估算采用實(shí)測(cè)法。即，選取一個(gè)河道順直、水流穩(wěn)定、中間無(wú)支流匯入、無(wú)排污口的河段，分別在河段上游和下游布設(shè)采樣點(diǎn)，監(jiān)測(cè)污染物濃度值，并同時(shí)測(cè)驗(yàn)水文參數(shù)以確定斷面平均流速。河段的綜合衰減系數(shù)按下式計(jì)算：

式中：△x——上下斷面之間的距離，m；CA——河段上斷面污染物濃度，mg/L；CB——河段下斷面污染物濃度，mg/L。

由于碧流河徑流量年內(nèi)分配極不均勻，如依據(jù)規(guī)范中的標(biāo)準(zhǔn)，基于歷史水文資料得到的90%保證率最枯月平均流量接近于零，甚至枯水期冰蓋的形成使河道水力現(xiàn)象發(fā)生改變，從而導(dǎo)致河道過流能力大幅下降，部分最枯月份出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。因此，結(jié)合河流實(shí)際情況，采用長(zhǎng)系列實(shí)測(cè)水文資料枯水期（11—2 月）90%保證率平均流量作為設(shè)計(jì)流量。流速按照多年流量測(cè)驗(yàn)成果，選擇對(duì)應(yīng)流量的流速。經(jīng)實(shí)測(cè)估算，河段的綜合衰減系數(shù)COD 為0.35，氨氮為0.34。

2.2 河流污染物通量

碧流河入庫(kù)河段污染物時(shí)段通量是根據(jù)河段的季節(jié)性特點(diǎn)，采用弱化徑流量作用和強(qiáng)化徑流量作用相結(jié)合的模式估算。即枯水期水量較低且平穩(wěn)時(shí)，采用弱化徑流量作用的計(jì)算模式，豐水期水量較大或變化較大采用強(qiáng)化時(shí)段總徑流量的模式：

式中：W——時(shí)段通量，t/a；n1——枯水期、平水期時(shí)間段內(nèi)的監(jiān)測(cè)頻次；n2——豐水期、洪水期時(shí)間段內(nèi)的監(jiān)測(cè)頻次；Ci——實(shí)測(cè)濃度，mg/L；Qi——實(shí)測(cè)流量，m3/s；——時(shí)段逐日平均流量，m3/s；K1——枯水期時(shí)間段轉(zhuǎn)換系數(shù)；K2——豐水期時(shí)間段轉(zhuǎn)換系數(shù)。

3 納污能力與污染物通量綜合分析

3.1 納污能力計(jì)算結(jié)果

依據(jù)41 年枯水期（11—2 月）實(shí)測(cè)水文數(shù)據(jù)，確定河段設(shè)計(jì)水量為0.80 m3/s，按照河流納污能力計(jì)算模型計(jì)算，設(shè)計(jì)條件下河段納污能力高錳酸鹽指數(shù)（Imn）為27.50 t/a，氨氮（NH3-N)為3.44 t/a。按照2019-2020 年水質(zhì)水量在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，估算年度以及年內(nèi)逐日納污能力，描述年內(nèi)納污能力的變化情況。經(jīng)計(jì)算，年度河段納污能力高錳酸鹽指數(shù)為580.00 t/a，氨氮為148.00 t/a，是設(shè)計(jì)條件下河段納污能力的21.1倍和42.9倍；河段高錳酸鹽指數(shù)納污能力最小月為8.43 t/m，最大月為240.00 t/m，最大月為最小月的28.5 倍；河段氨氮納污能力最小月為1.37 t/m，最大月為73.40 t/m，最大月為最小月的53.5 倍。由此可見，河段納污能力受水文條件影響較大，河段月納污能力變化明顯。

3.2 河流污染物通量計(jì)算結(jié)果

依據(jù)2019—2020 年常規(guī)水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行污染物通量估算，計(jì)算年度河段污染物通量高錳酸鹽指數(shù)為793.00 t/a，氨氮為19.50 t/a。依據(jù)2019—2020 年水量水質(zhì)同步監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算年度河段污染物通量高錳酸鹽指數(shù)為900.00 t/a，氨氮為26.60 t/a，分別比依據(jù)常規(guī)水量水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)估算的污染物通量高出13.5%，36.2%；河段高錳酸鹽指數(shù)污染物通量最小月為3.40 t/m，最大月為517.00 t/m，最大月為最小月的152 倍；河段氨氮污染物通量最小月為0.04 t/m，最大月為15.90 t/m，最大月為最小月的405 倍。另外,采用入庫(kù)段水質(zhì)目標(biāo)控制在Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)的條件下，計(jì)算限制污染物通量高錳酸鹽指數(shù)為1 368.00 t/a，氨氮為171.00 t/a，高于實(shí)際通量。由此可見，河段污染物通量受水文條件影響較大，河段月污染物通量變化顯著。

3.3 綜合分析

依據(jù)2019-2020 年河段納污能力和污染物通量計(jì)算結(jié)果進(jìn)行綜合比對(duì)分析。從年度計(jì)算結(jié)果來(lái)看，河段限制污染物通量高于現(xiàn)狀污染物通量，高錳酸鹽指數(shù)和氨氮分別高出52.0%，15.8%?，F(xiàn)狀高錳酸鹽指數(shù)污染物通量高于納污能力，高出55.1%；氨氮污染物通量低于納污能力，低至82.0%。從月計(jì)算結(jié)果來(lái)看，高錳酸鹽指數(shù)月最大河段通量明顯高于納污能力，高出116%；氨氮月最大河段通量明顯低于納污能力，低至78.3%；高錳酸鹽指數(shù)月最小河段通量明顯低于納污能力，低至59.7%；氨氮最小河段通量明顯低于納污能力，低至97.1%。月限制污染物通量均高于現(xiàn)狀污染物通量和納污能力。由此可見，高錳酸鹽指數(shù)汛期河段通量雖然超過納污能力，引起濃度升高，但未超過限制通量，水質(zhì)仍然達(dá)到目標(biāo)要求的Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)；氨氮通量各月份均為超過納污能力和限制通量，水質(zhì)亦達(dá)到目標(biāo)要求的Ⅱ類水標(biāo)準(zhǔn)。納污能力和污染物通量變化情況見圖1、圖2。

4 結(jié)語(yǔ)

通過納污能力與時(shí)段通量綜合分析，分析結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映河流實(shí)際水質(zhì)狀況，以納污能力與時(shí)段通量作為進(jìn)行污染物總量控制的依據(jù)是可靠的。對(duì)于能夠開展水量水質(zhì)同步監(jiān)測(cè)的河段，在獲得準(zhǔn)確的河段污染物時(shí)段通量的同時(shí)，可為恰當(dāng)選擇污染物時(shí)段通量計(jì)算方法提供依據(jù)，在一定程度上解決了用有限的瞬間實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行污染物時(shí)段通量估算誤差較大的問題。由納污能力與時(shí)段通量估算結(jié)果可見，污染物通量隨著水量增大而增大，尤其汛期面源入河量受流域內(nèi)降雨及徑流量影響較大，水質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)加大。因此，對(duì)河流尤其是匯入地表水水源地的河流，加強(qiáng)汛期水質(zhì)水量監(jiān)控與水源保護(hù)工作力度是十分必要的。

圖1 高錳酸鹽納污能力和污染物通量變化

圖2 氨氮納污能力和污染物通量變化