劉 松， 徐 昕， 蔣 力

(淮安市水利工程建設(shè)管理服務(wù)中心， 江蘇 淮安 223300)

水環(huán)境污染問題是一個重要的生態(tài)環(huán)境問題，水質(zhì)污染、水資源短缺成為制約可持續(xù)發(fā)展和人民生活水平提高的重要因素[1]。我國越來越重視水污染的防治，經(jīng)過數(shù)年的努力，水污染治理在一定程度上有所緩和，但仍然沒有得到有效的控制。由于當(dāng)下河流環(huán)境容量的評價存在主要問題和缺陷，只能通過設(shè)計模型計算河流最大允許排放污染物總量，以此作為污染物排放總量控制方案提出的主要參考，也是當(dāng)前解決區(qū)域性水環(huán)境污染問題的重要方法。以前，我國污染物都是針對性從目標總量控制的方面來研究河流治理方案，現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)向容量總量控制，就相當(dāng)于以前研究的格局小，只考慮小環(huán)境因素，現(xiàn)在格局大，從宏觀全面的角度全面治理河流環(huán)境污染。而治理的第一步就是獲取數(shù)據(jù)，科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)是保證容量總量控制順利實施的重要保障。

隨著人口增長和經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，人類生存的環(huán)境被破壞的程度越來越大[2]。水環(huán)境容量研究成為當(dāng)前的科學(xué)研究熱點。而河流環(huán)境容量的評價意義就在于計算出河流的最大污染物允許排放量，為制定科學(xué)的水環(huán)境改善措施提供理論支撐，在水環(huán)境治理工作上既節(jié)約了人力、物力和財力，又改善了水質(zhì)，最重要的是實現(xiàn)了人與自然的和諧相處，保證了經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[3]。

我國當(dāng)下在河流環(huán)境容量評價方面存在的主要問題：(1)地方水質(zhì)目標的確定和選取的評價因子不夠精細準確，依據(jù)不充分[4]。我國都是粗略地將水系按水功能分區(qū)，只有大概的I～V類5個水質(zhì)目標值，在評價過程中只能對應(yīng)各水功能分區(qū)的地方規(guī)定目標值進行水環(huán)境容量計算，很少從生態(tài)角度和各類水體的特殊性和用途多樣性來考慮計算。這樣籠統(tǒng)地按照水體目標值來評價各類水體環(huán)境容量是片面的。就從水體各類化學(xué)污染物的角度來評價，對水體生態(tài)功能考慮不足，是我國當(dāng)下在河流環(huán)境容量評價中存在的最主要問題；(2)無法把握河流水環(huán)境容量在時間上的動態(tài)變化。因為評價時段不同，河流水環(huán)境容量也必然不同，無法把握河流環(huán)境容量在時間上的動態(tài)特征，評價過程中對各類水體環(huán)境容量的計算結(jié)果差異較大；(3)非點源污染無法定量計算，只能采取模型分析取大概的數(shù)值進行計算，其獲取的結(jié)果既不精確又不科學(xué)。

1 研究區(qū)概況

淮河可以分為上游、中游、下游3個部分，洪河口以上為上游，長360 km，地面落差980 m，流域面積3.1萬km2；洪河口以下至洪澤湖出口中渡為中游，長490 km，地面落差16 m，中渡以上流域面積15.8萬km2；中渡以下至三江營為淮河入江水道，長150 km，地面落差約6 m[5]?；窗彩形挥诨春恿饔虻闹邢掠味?，境內(nèi)主要有兩大水系，即淮河水系和沂沭泗水系[6]。京杭大運河貫穿淮安南北，我國五大淡水湖之一的洪澤湖也在淮安市的西南部。淮安市素有“洪水走廊”之稱，同時也稱得上是名符其實的水利大市。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來源于淮安市環(huán)保局網(wǎng)站、水資源公報。主要選取淮安市2015年的污染物排放數(shù)據(jù)，選取指標主要為COD和NH3-N。

2.2 研究方法

本文就針對COD和NH3-N指標利用水質(zhì)數(shù)學(xué)模型計算水環(huán)境容量，獲得河流污染物最大允許排放量。

2.2.1 水環(huán)境容量計算方法

(1)水環(huán)境容量概念

水環(huán)境容量特指在滿足水環(huán)境質(zhì)量的要求下，水體容納污染物的最大負荷量，因此亦稱“水體負荷量”或“納污能力”[7]。不同的河流水質(zhì)目標不同，環(huán)境容量亦不同，依次按I～V類水體的水質(zhì)目標高低，河流環(huán)境容量呈由低到高遞增的趨勢，水質(zhì)目標要求越低，河流允許的污染物排放量越大。按水功能分區(qū)，一般工業(yè)用水區(qū)的河流環(huán)境容量最大，其次是保護區(qū)。

(2)計算公式

河段利用分段計算方法[8]，方程為

其中，α=Q/(Q+q)

式中：Wp為水環(huán)境容量，kg/d；CN為水質(zhì)目標值，mg/L；C0為污染物質(zhì)量濃度，mg/L；Q為河流設(shè)計流量，m3/s；K為一級綜合衰減系數(shù)，1/d；X為模型選取規(guī)定距離，km；U為河流設(shè)計流速，m/s；q為污水流量。

2.2.2 流量的確定

流量是河流的重要水文特征之一[9]，一般豐水期和枯水期的流量差值較大，河流設(shè)計流量取值10 m3/s[10]，排污口與控制斷面間的距離定為5 km，河流設(shè)計流速為0.6 m/s，污水流量q為0.8 m3/s[11]，由于各地規(guī)定標準不同，淮安市COD綜合衰減系數(shù)K值取0.18，NH3-N取0.12。

2.2.3 水質(zhì)控制目標值的確定

斷面水質(zhì)目標值：根據(jù)水域環(huán)境按功能分為五類：I類主要是水源和自然保護區(qū)。II類主要是生活飲用水和地表水、動物棲息地、魚蝦類產(chǎn)卵場等。I、II水域的COD允許排放上限值都是15 mg/g。III類、IV類、V類排放上限依次是20 mg/L、30 mg/L、40 mg/L。NH3-N標準極限值范圍取0.02～150 mg/L。

2.2.4 主要污染物水環(huán)境容量的計算

帶入設(shè)計數(shù)據(jù)化簡水環(huán)境容量計算公式為

帶入CN利用上述水質(zhì)模型及有關(guān)參數(shù)可得到I，II，III，IV，V類水功能分區(qū)COD和NH3-N的環(huán)境容量計算結(jié)果，見表1。

3 結(jié)果與分析

3.1 主要河流環(huán)境容量分析

從表1可見，京杭運河COD環(huán)境容量為15 8463 t/a，NH3-N為1 519 t/a；景觀區(qū)COD為316 927 t/a，NH3-N為3 239 t/a；保護區(qū)、居民用水區(qū)COD為133 724 t/a，NH3-N為1 222 t/a；工業(yè)用水區(qū)COD為267 436 t/a，NH3-N為2 445 t/a。從表2可以看出，京杭大運河COD為排放量為74 086.2 t/a，最大允許排放量[12]為158 463 t/a，結(jié)果表明京杭大運河的COD實際排污量小于最大允許排放量，屬于達標；NH3-N實際排放量為2 552.95 t/a，最大允許排放量為1 519 t/a，表明京杭大運河的NH3-N排放量已經(jīng)嚴重超標。綜上所述，京杭大運河COD排放量雖然已經(jīng)達標，但也不容樂觀，仍需加強治理；NH3-N的排放量已經(jīng)嚴重超出河流最大理論允許排放量。

表1 淮安市主要河流污染物年允許排放量

表2 2015年淮安市各排污口監(jiān)測數(shù)據(jù)表

(續(xù)表2)

(續(xù)表2)

(續(xù)表2)

3.2 主要河流環(huán)境達標分析

從淮安市27個監(jiān)測斷面來看(表3)，水功能區(qū)水質(zhì)為I、II類的比例均為0，III類水質(zhì)比重較大，其嚴重污染區(qū)很明顯看出主要為排水渠和河口，主要污染源來自淮安市所排放的工業(yè)廢水和生活污水匯入河道和排水渠。全省27條主要入海河流監(jiān)測斷面中，年均水質(zhì)處于《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》(GB3838—2002)III類、IV類、V類和劣V類比例分別為34.6%、34.6%、3.9%和26.9%；從具體數(shù)據(jù)來看，可見淮安市I、II類優(yōu)質(zhì)水體少之又少，并且III類斷面與劣V類斷面比例呈逐年上升的趨勢。所以總的來說，淮安市雖然水資源多，但水體富營養(yǎng)化比較嚴重[13]；河流水體均在不同程度上受到污染，其主要污染指標均為有機污染。京杭大運河、蘇北灌溉總渠、鹽河都達到了水質(zhì)目標，“洪澤湖、排水渠”水質(zhì)劣于“京杭運河、淮河、入江水道和白馬湖”，水質(zhì)最差的是蘇嘴排水渠，監(jiān)測結(jié)果為劣>V類。各監(jiān)測斷面均無I、II類水質(zhì)，可見可供飲用水稀缺?？偟膩碚f，淮安市可利用的水資源較少，雖然流經(jīng)淮安境內(nèi)的水較豐富，但無法達到高效率利用，并且水資源時空分布不均勻，容易導(dǎo)致洪澇災(zāi)害頻頻發(fā)生，影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展，而局部性地下水又超采嚴重，未能實現(xiàn)優(yōu)水優(yōu)用，劣質(zhì)水與優(yōu)質(zhì)水渾為一用，導(dǎo)致浪費嚴重，水質(zhì)狀況從景觀角度來看總體較好，但也仍有隱患，所以淮安市水資源現(xiàn)狀可總結(jié)為水資源短缺與用水浪費并存[14]。水功能分區(qū)及水環(huán)境現(xiàn)狀可見表3。

表3 淮安市水環(huán)境現(xiàn)狀

3.3 主要河流環(huán)境影響成因分析

在環(huán)境治理中，規(guī)定水質(zhì)目標，確定環(huán)境容量，才能實現(xiàn)各水功能分區(qū)的有效治理。在水污染問題面前，人類能夠控制的僅僅是排放的方式，不同的排放方式對水質(zhì)的影響不同，如果污染物完全分散混合排放，能獲得最大的水體污染物容納量。也就是說完全分散混合排放方式所對應(yīng)的污染物容納量就是水體的環(huán)境容量，也稱為河流最大允許排放量。河流環(huán)境容量總量控制指在一定的水域內(nèi)，在規(guī)定的水質(zhì)目標條件下河流所能容納污染物的最大值[15]。

(1)水資源自身的特征。一般來說，水體自身特征決定其環(huán)境容量，自身的稀釋、遷移、擴散能力越強，水環(huán)境容量也就越大。

(2)污染物的特點。不同的污染物容納能力不同，污染物的擴散特性與其可降解性決定了水環(huán)境容量的大小，一般情況下，不能降解的污染物環(huán)境容量一定小于可降解的污染物。

(3)人類對環(huán)境的利用方式。從生態(tài)角度來說，保護水資源，提高水質(zhì)，水環(huán)境容量就屬于潛在資源，人們對水資源的利用方式?jīng)Q定著水環(huán)境容量的大小。

(4)地方標準環(huán)境質(zhì)量目標。在各地水質(zhì)標準中，各地因為其利用方式和地理特性的不同，其水質(zhì)目標值亦不相同，水質(zhì)目標是人為確定的，不同的目標有不同的環(huán)境容量標準。一般水質(zhì)目標越低，環(huán)境容量越高，所以不同的環(huán)境目標對應(yīng)著不同的環(huán)境容量。

4 對策與建議

根據(jù)上文對淮安市河流環(huán)境容量的計算，可知要使淮安市主要河流的水質(zhì)達標，就要采取一定的措施和方法。

首先明確規(guī)定河流流域區(qū)段的用水規(guī)劃及相應(yīng)的法律法規(guī)，以此達到全民治水的效果，再次是提高工業(yè)用水的重復(fù)利用率，以求一水多用，循環(huán)利用，避免不必要的水資源浪費，爭取使工業(yè)用水重復(fù)利用率達到90%以上，并制定河流流域工業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方案及生態(tài)化農(nóng)業(yè)建設(shè)，推廣生物防治技術(shù)、大力呼吁節(jié)水。

最重要的是，從根本上治理河流水質(zhì)，在河道建設(shè)改善工程，通過凈化、分散、稀釋來降低污染物濃度，并建立水質(zhì)實時監(jiān)測站，保證及時掌握水質(zhì)現(xiàn)狀，能夠隨時做出相應(yīng)的評價，為環(huán)境治理提供數(shù)據(jù)支撐。具體步驟如下：

(1)實施污染物總量控制。發(fā)展新型技術(shù)產(chǎn)業(yè)，對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改革，以此來實現(xiàn)從污染源向污染物全過程的控制。對于工業(yè)污染治理，必須以工業(yè)廢水達標排放為標準，以總量控制方案和水功能區(qū)目標水質(zhì)為前提，嚴格把關(guān)新增的污染源頭，對于低效率高消耗高污染企業(yè)堅決實行強行治理整改和關(guān)停等措施。加快污水處理廠建設(shè)，提高生活污水處理率，改善水質(zhì)。將污水處理廠建設(shè)為主向運行為主轉(zhuǎn)變。

(2)改善水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)。水環(huán)境監(jiān)測可以實時反映水質(zhì)的動態(tài)變化，掌握數(shù)據(jù)的速度越快，就越方便對水環(huán)境容量做出評價，從而一步一步完善治理措施。

(3)完善水環(huán)境保護的相關(guān)法律法規(guī)，推行依法治水。執(zhí)法的力度決定治水的效果，只有做到保護水質(zhì)，人人有責(zé)，水環(huán)境才會越來越好。

5 討論與結(jié)論

本文通過對淮安市主要河流環(huán)境的統(tǒng)計，以COD、NH3-N為主要污染物控制指標[16]，分別計算出兩種污染物的年最大允許排放量，與淮安市各水功能區(qū)的污染物實際排放量比較，結(jié)果表明：淮安市農(nóng)業(yè)區(qū)、工業(yè)用水區(qū)和生活用水區(qū)NH3-N排放量嚴重超標，COD只能算基本達標，要想實現(xiàn)水質(zhì)全面達標，淮安市在居民生活用水和工廠工業(yè)污染排放控制工作上仍需繼續(xù)努力。在今后的水質(zhì)治理中，更應(yīng)該把工作的重心轉(zhuǎn)移到COD、NH3-N治理上。COD在河流污染和工業(yè)廢水中是重要且能較快測定的參數(shù)，特別是在飲用水I、II類水體中，必須保證(ρ(COD)≤10mg/L)。若COD的值越來越大，那么表明水體的污染情況越來越嚴重。而NH3-N，稱為“生態(tài)定時炸彈”，一般來源于生活污水和某些含氮工業(yè)廢水的排放中，所以要想改善水質(zhì)，在關(guān)于NH3-N的治理控制方面，應(yīng)偏向重視居民生活污水排放和工業(yè)廢水排放。

COD、NH3-N的最大允許排放量是基于河流流量來計算的，而由于季節(jié)以及氣候的影響，豐水期和枯水期的河流流量存在差別。本文選取的數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)的處理按年平均值計算，存在一定程度上的誤差；獲取的數(shù)據(jù)若能精確到污染物月排放量，計算出的年最大允許排放量將更精確，更能給水污染治理提供更科學(xué)可靠的理論參考。河流環(huán)境容量本就是一個大環(huán)境的預(yù)測與估計問題，對于指標的選取不應(yīng)只局限于COD和NH3-N，當(dāng)前的污染物排放數(shù)據(jù)來源于監(jiān)測斷面，無法實現(xiàn)點源性實時獲取點源污染物排放總量。將來的監(jiān)測技術(shù)愈加發(fā)達，獲取的數(shù)據(jù)愈加豐富準確，對于河流環(huán)境容量的評價便更精確可靠，更能為河流的治理起指導(dǎo)作用。