基于水文分割法的太子河干流本溪段入河污染量核定

毛玉鳳

(遼寧省本溪水文局，遼寧 本溪 117000)

遼河三大水系分別為遼河、渾河以及太子河，太子河流域總集水面積為1.39萬(wàn)km2[1]。河流主要流經(jīng)本溪、遼陽(yáng)以及鞍山等城市，其中本溪市位于太子河上游，隨著本溪市城市工業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，太子河流域水環(huán)境呈現(xiàn)逐年惡化的趨勢(shì)，近些年來(lái)，隨著流域水環(huán)境治理力度的不斷加大，區(qū)域水環(huán)境得到不同程度的改善，劣V類水質(zhì)斷面逐步減少[2]。當(dāng)前太子河流域雖然劣V類斷面有所減少，但部分河流斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)率依舊低于30%，尤其是干流本溪段，一些研究成果表明[3- 6]，本溪段部分水質(zhì)斷面在一些月份水污染濃度較高，部分?jǐn)嗝嫔踔脸霈F(xiàn)劣V類水質(zhì)，2011年以來(lái)氨氮濃度呈現(xiàn)較為顯著的遞增變化。當(dāng)前太子河流域已經(jīng)編制了流域水環(huán)境綜合整治規(guī)劃方案，并將太子河干流本溪段作為水污染核心控制單元，對(duì)核心控制單元的污染物總量嚴(yán)格控制，因此需要對(duì)進(jìn)入核心控制單元的面源污染物進(jìn)行較為精準(zhǔn)的核定。國(guó)內(nèi)對(duì)于污染負(fù)荷核定取得一定研究成果[7- 13]，其中水文分割法在一些地區(qū)面源污染負(fù)荷核定中得到較為成熟的應(yīng)用，但在太子河流域還沒(méi)有相關(guān)應(yīng)用，為提高太子河干流本溪段面源污染負(fù)荷量核定的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，本文以水文分割法對(duì)太子河干流本溪段入河面源污染負(fù)荷進(jìn)行核定，研究成果為太子河流域水環(huán)境綜合治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 污染負(fù)荷核定方法

對(duì)于入河污染物需要將面源和點(diǎn)源污染負(fù)荷進(jìn)行分離，為此本文采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)進(jìn)入本溪河段的點(diǎn)源進(jìn)行核定，而面源污染負(fù)荷采用水文分割法進(jìn)行核定。具體核定方法如下。

1.1 點(diǎn)源污染核定方法

太子河干流本溪段點(diǎn)源污染負(fù)荷采用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法進(jìn)行核定，主要對(duì)工業(yè)和污水處理廠上報(bào)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行核定后，對(duì)污染負(fù)荷W點(diǎn)進(jìn)行核定，核定方程為：

(1)

式中，Qi—第i個(gè)污水處理場(chǎng)或者工業(yè)排污口的排污流量，m3/s；Ci—第i個(gè)污水處理場(chǎng)或者工業(yè)排污口的排污濃度，mg/L；λ—入河污染比例。

1.2 面源污染核定方法

采用水文分割方法對(duì)太子河本溪段河流平水期、枯水期、豐水期的面源污染負(fù)荷W進(jìn)行核定，主要核定方程為：

(2)

式中，Cpi—污染物在枯水季節(jié)入河的濃度，mg/L；Qpi—枯水季節(jié)入河月平均流量，m3/s；Ci—污染物入河濃度月均值，mg/L；Qi—河流月流量均值，m3/s。

1.3 污染源調(diào)查

對(duì)太子河干流本溪段不同污染物控制單元內(nèi)的污染源進(jìn)行調(diào)查，共調(diào)查直接排入河道的污染源總計(jì)65個(gè)，具體分布如圖1所示。

圖1 太子河本溪段主要污染控制單元污染調(diào)查源分布

其中涉及熱力生產(chǎn)和工業(yè)污染源45個(gè)、氨肥制造點(diǎn)1個(gè)、鋼壓延加工點(diǎn)1個(gè)、化學(xué)試劑制造點(diǎn)2個(gè)、石灰石石膏開(kāi)采點(diǎn)3個(gè)、污水處理廠5個(gè)，其他加工企業(yè)點(diǎn)8個(gè)。對(duì)各調(diào)查污染源的排放量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定方式對(duì)各調(diào)查污染源的排放量進(jìn)行復(fù)核。

1.4 入河污染系數(shù)

從不同時(shí)期、入河距離對(duì)65個(gè)污染調(diào)查源的入河污染系數(shù)進(jìn)行分析，見(jiàn)表1。

河流溫度和入河距離是影響各污染源入河污染系數(shù)的2個(gè)主要因素，因此考慮河流結(jié)冰影響，將入河污染系數(shù)劃分為平水期、豐水期以及枯水期3個(gè)時(shí)段進(jìn)行確定。入河污染物負(fù)荷以及污染排放量的比值為入河污染系數(shù)。由表1可看出，平水期和豐水期入河污染系數(shù)較為接近，這主要是因?yàn)槠剿诤拓S水期水溫影響相對(duì)較小，而枯水期由于進(jìn)入河道封凍期其入河污染系數(shù)要高。

2 入河污染量核定成果

2.1 月入河污染量核定

以2018年為基準(zhǔn)年，結(jié)合各污染源調(diào)查污水排放量，結(jié)合點(diǎn)源和面源污染量核定方法，對(duì)太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD污染量進(jìn)行核定，核定成果見(jiàn)表2。

表1 太子河本溪段各污染控制單元入河污染系數(shù)

(續(xù)表)

表2 太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD污染量核定成果 單位：t

根據(jù)調(diào)查的污染源排放量數(shù)據(jù)以及控制單元監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)數(shù)據(jù)、水文數(shù)據(jù)對(duì)太子河干流本溪5個(gè)污染控制單元豐水期、平水期、枯水期的月入河污染量均值進(jìn)行了計(jì)算。從計(jì)算結(jié)果可看出，興安斷面控制單元豐水期、平水期及枯水期入河的COD和氨氮污染量均明顯高于其他污染控制單元，通過(guò)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)興安斷面主要集中分布有熱力生產(chǎn)、工業(yè)污染及農(nóng)灌區(qū)，因此其點(diǎn)源和面源污染量均較高。北沙河本溪段控制單元豐水期、枯水期及平水期月污染量均值在5個(gè)污染控制單元中最低，通過(guò)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)該污染控制單元內(nèi)工業(yè)污染及農(nóng)業(yè)面源污染相對(duì)較少，因此其入河污染量較低?？傮w而言，從太子河本溪入口上游段到下游出口段，豐水期、平水期及枯水期入河污染有沿程降低的趨勢(shì)，表明太子河干流污染物呈現(xiàn)逐步衰減的變化趨勢(shì)。

2.2 污染貢獻(xiàn)率分析

在太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD污染量核定基礎(chǔ)上，對(duì)各污染控制單元年及不同時(shí)期入河污染貢獻(xiàn)率進(jìn)行分析。分析結(jié)果見(jiàn)表3—6。

結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)太子河干流本溪段各污染控制單元年、豐水期、平水期及枯水期的點(diǎn)源入河污染量進(jìn)行核定，面源污染核定主要采樣水文分割方法，并統(tǒng)計(jì)5個(gè)污染控制單元對(duì)總污染負(fù)荷量的貢獻(xiàn)率，由分析結(jié)果可統(tǒng)計(jì)出，以2018年為基準(zhǔn)年，其豐水期COD和氨氮入河污染總量分別為4040.56和482.33t/a，枯水期分別為673.44和80.4t/a，平水期分別為2020.32和241.21t/a，河段入河面源和點(diǎn)源的年污染量占比分別為92.3%和7.7%，面源污染是其入河主要污染。和各控制污染源月入河污染負(fù)荷量對(duì)比可看出，各污染控制單元年污染量及不同時(shí)期污染量較為接近，興安斷面以上污染控制單元的COD、氨氮點(diǎn)源和面源污染量均最高，其污染貢獻(xiàn)率也明顯高于其他控制單元。由沿程分布可看出，從太子河干流本溪段入口到出口段其COD和氨氮污染貢獻(xiàn)率下降較為明顯。入河污染物主要以徑流作為其運(yùn)移的載體，豐水期由于水量相對(duì)較為充沛，因此其入河污染量較大，而枯水期由于水量的銳減，且加上河流冬季結(jié)冰，其污染量減少。此外，由太子河干流本溪段各污染控制單元點(diǎn)源河面源污染量可看出，面源污染是當(dāng)前太子河本溪段較為突出的污染問(wèn)題。

表3 太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD年污染貢獻(xiàn)率分析結(jié)果

表4 太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD豐水期污染貢獻(xiàn)率分析結(jié)果

表5 太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD平水期污染貢獻(xiàn)率分析結(jié)果

表6 太子河干流主要污染控制單元的氨氮和COD枯水期污染貢獻(xiàn)率分析結(jié)果

3 結(jié)論

(1)本文基于水文分割法及統(tǒng)計(jì)方法對(duì)太子河本溪段入河面源和點(diǎn)源進(jìn)分別進(jìn)行核定，以2018年為基準(zhǔn)年，河段入河面源和點(diǎn)源的年污染量占比分別為92.3%和7.7%，面源污染是入河主要污染，因此太子河本溪段要加大對(duì)各污染控制單元內(nèi)面源污染的治理力度。

(2)在5個(gè)污染控制單元中，興安斷面豐水期、平水期及枯水期入河的COD和氨氮污染量均明顯高于其他污染控制單元，因作為重點(diǎn)環(huán)境治理單元，加大對(duì)區(qū)域主要污染指標(biāo)COD和氨氮入河污染量，建議嚴(yán)格控制區(qū)域內(nèi)熱力生產(chǎn)、石灰礦石企業(yè)廢水排放量在500～1000t/a之間，并加大區(qū)域生態(tài)農(nóng)肥的推廣使用。

(3)枯水期尤其是河流結(jié)冰期其入河污染量很難核定，在后續(xù)研究中還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注封凍期河流入河污染物特征的變化，從而提高枯水期入河污染物核定的準(zhǔn)確度。