朱金花

(甘肅省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，甘肅 蘭州 730000)

渭河流域位于甘肅中東部，省內(nèi)流域總面積2.56萬km2，占全省總面積的5.6%。流域內(nèi)主要包括定西、天水、平?jīng)?市的13個(gè)縣區(qū)，2008年總?cè)丝?79萬人，占全省總?cè)丝诘?2%，人口密度207人/km2，是全省人口密度57人/km2的3.6倍。流域內(nèi)農(nóng)業(yè)自然條件較差，灌溉面積151.2萬畝，僅占耕地面積的8.5%，大部分地區(qū)是典型的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，區(qū)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，其中干流區(qū)有隴西、武山、甘谷、天水等重要城鎮(zhèn)，經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)，同時(shí)流域內(nèi)又有11個(gè)國(guó)家重點(diǎn)扶持的貧困縣。2008年流域國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值308.8億元，占全省國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的9.7%，人均國(guó)內(nèi)總產(chǎn)值僅為全省的44.1%，社會(huì)生產(chǎn)力總體水平較低。流域氣候以干流為界，南北兩岸存在明顯的差異，南岸及中下游氣候?qū)贉貛О霛駶?rùn)區(qū)，降水較多，植被相對(duì)較好，是渭河的主要水源涵養(yǎng)區(qū)。北岸及上游區(qū)屬溫帶干旱區(qū)，氣候干旱，降雨量較少，土地裸露，水土流失嚴(yán)重。近年來，由于流域內(nèi)水平梯田化和雨水集流水窖等水土保持措施不斷強(qiáng)化和引蓄水工程的影響，河川徑流量明顯減少;另一方面，隨著城鎮(zhèn)化率的提高和工業(yè)生產(chǎn)的擴(kuò)大，廢污水排放量不斷增加，總排放量達(dá)到5 558.6萬t，雙重作用致使流域流域水環(huán)境質(zhì)量不斷惡化，水資源供需矛盾加劇，水環(huán)境問題越來越突出，在這種情況下，水環(huán)境承載能力不僅是社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的制約因素，而且是今后社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃的約束指標(biāo)，分析研究水環(huán)境承載能力，為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略布局提供決策依據(jù)，顯得非常重要。

1 水環(huán)境承載能力分析計(jì)算

1.1 水環(huán)境承載能力基本內(nèi)涵

廣義上的水環(huán)境承載能力是指在一定的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件下，一定的水域的水體能夠被繼續(xù)利用并仍保持良好的生態(tài)系統(tǒng)時(shí)所能支撐經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活需求的的能力，是一個(gè)動(dòng)態(tài)參數(shù)，受自然環(huán)境、社會(huì)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)環(huán)境和科技發(fā)展等因素的影響;狹義上的水環(huán)境承載能力是指在一定的水域，其水體能夠被繼續(xù)利用并仍保持良好的生態(tài)系統(tǒng)時(shí)所能容納污水及污染物的最大能力［1］，通常以納污能力或水環(huán)境容量來量化計(jì)算。本文從狹義角度出發(fā)，基于《甘肅省水功能區(qū)劃》所確定的渭河流域各條河流的水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)對(duì)渭河流域納污能力進(jìn)行分析研究。

1.2 計(jì)算模型

納污能力通常采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)渭河流域的水文特性，采用一維和二維模型進(jìn)行計(jì)算。

一維模型主要適用于寬深比較小、污染物在較短的河段內(nèi)基本上能混和均勻，且污染物濃度在斷面橫向方向變化不大，或者是計(jì)算河段較長(zhǎng)，橫向和垂向的污染物濃度剃度可以忽略的河段。渭河流域水功能區(qū)段均在10 km之上，河寬及河深遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于河長(zhǎng)，污染物在橫向和垂向較易混合均勻，而沿程變化較大，污染物主要靠縱向遷移向下游輸送，符合一維穩(wěn)態(tài)模型模擬條件，故全部采用一維模型進(jìn)行模擬計(jì)算。

式中，C為污染物的濃度，是時(shí)間t和空間位置x的函數(shù);Dx為縱向彌散系數(shù);ux為斷面平均流速;K為污染物的衰減速度常數(shù)。

在穩(wěn)態(tài)條件下，給定初始條件(x=0時(shí)，C=C0)，忽略彌散作用后，上式的解析解為:

式中:W為計(jì)算單元的納污能力，g/s;Q為河段上斷面設(shè)計(jì)流量，m3/s;Cs為計(jì)算單元水質(zhì)目標(biāo)值，mg/L;C0為計(jì)算單元上斷面污染物濃度，mg/L;qi為旁側(cè)入流量，m3/s;K為污染物綜合降解系數(shù)，1/d;x1為旁側(cè)入流概化口至下游控制斷面的距離，km;x2為旁側(cè)入流概化口至上游對(duì)照斷面的距離，km;u為平均流速，m/s。

1.3 計(jì)算指標(biāo)

在水功能區(qū)劃與水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)確定的基礎(chǔ)上，根據(jù)甘肅省入河排污口調(diào)查情況、甘肅省河流水質(zhì)現(xiàn)狀評(píng)價(jià)結(jié)果，化學(xué)需氧量和氨氮是污染最普遍、最嚴(yán)重的兩個(gè)因子，因此，確定化學(xué)需氧量和氨氮為納污能力分析計(jì)算的指標(biāo)。

1.4 模型參數(shù)

設(shè)計(jì).流量:一般水功能區(qū)采用75%保證率最枯月平均流量，具有飲用水功能的計(jì)算單元，為了保證飲用水安全，其設(shè)計(jì)流量采用90%保證率最枯月平均流量。

設(shè)計(jì)流速:根據(jù)設(shè)計(jì)流量，由所建立的水位～流速關(guān)系曲線確定。

初始斷面背景濃度C0:根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析，渭河流域化學(xué)需氧量初始濃度采用5mg/L;氨氮初始濃度采用0.15 mg/L。

水質(zhì)控制目標(biāo)濃度Cs:根據(jù)水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)確定，對(duì)于水質(zhì)目標(biāo)為Ⅱ類的水功能區(qū)，一般化學(xué)需氧量為15 mg/L，氨氮為0.50 mg/L;對(duì)于水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類的水功能區(qū)，一般化學(xué)需氧量為20 mg/L，氨氮為1.00 mg/L;對(duì)于水質(zhì)目標(biāo)為Ⅳ類的水功能區(qū)，一般化學(xué)需氧量為30 mg/L，氨氮為1.50 mg/L;對(duì)于水質(zhì)目標(biāo)為Ⅴ類的水功能區(qū)，一般化學(xué)需氧量為40 mg/L，氨氮為 2.00 mg/L。

污染物綜合降解系數(shù)K:根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外一些研究成果，通過綜合分析比較確定渭河流域化學(xué)需氧量的降解系數(shù)為 0.40d－1，氨氮的降解系數(shù)為 0.25d－1。

1.5 計(jì)算結(jié)果

采用(2)式對(duì)流域各水功能區(qū)進(jìn)行納污能力計(jì)算，在實(shí)際計(jì)算時(shí)，考慮到排污口之間的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于計(jì)算河段長(zhǎng)度，因此對(duì)排污口、支流口位置采用權(quán)重概化法，即把分散的排污口概化成一個(gè)集中排污口，以便于計(jì)算。通過納污能力模型模擬計(jì)算:渭河流域干支流總長(zhǎng)度1 466.7 km，CODcr、氨氮的總納污能力分別為:15 240.5 t/a，523.7 t/a，流域人均納污能力為:COD cr2.6 kg/a;氨氮 0.09 kg/a，分別是全省的15.4%和12.2%，就水環(huán)境容量資源而言，該流域人口和資源之間的矛盾較為突出。另外，納污能力空間分布也不夠均勻，其中，干流CODcr及氨氮的納污能力分別為11 305 t/a和350 t/a，分別占全流域的74.2%和66.8%，可以看出流域納污能力主要在干流。各河流的納污能力見表1。

2 流域污染物排放及水環(huán)境質(zhì)量狀況

根據(jù)調(diào)查流域共有入河排污口91個(gè)，干流46個(gè)，年排污總量5 559萬 t，其中主要污染物COD cr的入河量為27 097 t/a，氨氮為 4 643 t/a。

流域共有水功能區(qū)40個(gè)，河流總長(zhǎng)度1 727.1km，其中按目標(biāo)水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，達(dá)標(biāo)9個(gè)，達(dá)標(biāo)率22.5%，按河長(zhǎng)評(píng)價(jià)，達(dá)標(biāo)374.1km，達(dá)標(biāo)率21.7%。兩種評(píng)價(jià)結(jié)果相近，達(dá)標(biāo)率均較低。

表1 渭河干、支流納污能力計(jì)算成果表

按照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)進(jìn)行評(píng)價(jià):達(dá)到和優(yōu)于Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水功能區(qū)和河長(zhǎng)占總數(shù)的比例分別為30%和28%，Ⅳ類水質(zhì)的水功能區(qū)數(shù)和河長(zhǎng)占總數(shù)的比例分別為20%和19.4，Ⅴ為12.5%和12.9%，劣Ⅴ為37.5%和39.7%，詳見表2?？梢钥闯瞿壳拔己恿饔蛩h(huán)境質(zhì)量較差。

表2 渭河流域水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)表

3 排污控制量及削減量

以水功能區(qū)的納污能力為入河控制量，計(jì)算出現(xiàn)狀排污條件下的入河污染物削減量和削減率(表3)，可以看出目前污染較重，水質(zhì)較差的渭河干流，漳河、散度河、葫蘆和、耤河等河流削減量很大，其削減率均在50%以上，其中耤河COD-cr削減率最高，達(dá)到97.9%，排污量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于承載能力，水污染治理任務(wù)相當(dāng)艱巨。而牛頭河、湯峪河、后川河、永川河目前排污量在納污能力之內(nèi)，尚有一定的發(fā)展空間。

表3 渭河流域污染物排放量及削減量表

4 結(jié)語

分析結(jié)果表明:渭河流域目前的排放量已經(jīng)整體上超過承載能力，水環(huán)境質(zhì)量趨于惡化，因此必須進(jìn)行生產(chǎn)方式和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，節(jié)能減排，加大水環(huán)境治理力度，走集約化發(fā)展道路，促使社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展。

4.1 加大污水凈化處理能力

從分析結(jié)果來看，渭河干流由于水量較大，所以，74.2%和66.8%的COD cr及氨氮納污能力集中在干流，同時(shí)由于天水、甘谷、武山、隴西等流域人口、工業(yè)比重較大的城鎮(zhèn)也集中在干流，由于這些城鎮(zhèn)的COD cr及氨氮排放量分別占全流域的44.7%和86.5%，因而是污染治理的重點(diǎn)，為了滿足干流水功能區(qū)的納污能力，達(dá)到排污控制目標(biāo)，就目前而言，必須加大這些城鎮(zhèn)的污水凈化處理能力，嚴(yán)格執(zhí)行達(dá)標(biāo)排放，這是最直接、最有效的措施。

4.2 進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，淘汰低產(chǎn)出，高排放的企業(yè)

從長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，僅僅通過提高污水的處理能力來控制污染是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，因?yàn)檫@一方面會(huì)增加污水處理的壓力和投資，另一方面當(dāng)污水增加到一定程度時(shí)，即便是全部經(jīng)過污水處理廠處理后達(dá)標(biāo)排放，河流水功能區(qū)的水質(zhì)不一定達(dá)標(biāo)，因?yàn)槲鬯幚韽S達(dá)標(biāo)排放的標(biāo)準(zhǔn)要低于水功能區(qū)要求的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)污徑比達(dá)到一定限度時(shí)，將必然超過其承載能力。因此，必須通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，淘汰低產(chǎn)出、高排放的企業(yè)，大力培育和發(fā)展節(jié)能環(huán)保型的產(chǎn)業(yè)，建立資源節(jié)約、型環(huán)境友好型社會(huì)，走綠色發(fā)展、和諧發(fā)展之路，使污染從源頭上得到治理，達(dá)到治本之目的。

4.3 進(jìn)行水環(huán)境容量資源的優(yōu)化配置，建立有償使用和市場(chǎng)交易制度

水環(huán)境容量是一種功能性資源，從流域目前情況來看，應(yīng)該說這種資源處于一種無序和無償利用的狀態(tài)，一些高耗能、高排放的企業(yè)占有了較大的資源，限制了低排放的高新產(chǎn)業(yè)的發(fā)展空間，阻遏流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。因此為了使水環(huán)境容量資源得到優(yōu)化配置，一方面要通過政策導(dǎo)向，進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，同時(shí)還要運(yùn)用市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)手段，通過建立有償使用和排污權(quán)市場(chǎng)交易制度，把水環(huán)境容量資源配置給節(jié)能環(huán)保型產(chǎn)業(yè)和企業(yè)，淘汰落后產(chǎn)業(yè)和企業(yè)，優(yōu)勝劣汰，促使經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)達(dá)到協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。

4.4 以水環(huán)境容量為約束條件，調(diào)整產(chǎn)業(yè)和城鎮(zhèn)發(fā)展的空間布局

分析結(jié)果表明，流域內(nèi)各支流和干流區(qū)域目前的水環(huán)境狀況不同，其中干流以及漳河、散度河、葫蘆和、耤河等支流排污量很大，已經(jīng)處于超載狀態(tài)，這些地區(qū)的發(fā)展只能通過產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代，培植節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)，限制高污染、低產(chǎn)出的產(chǎn)業(yè)，提高水環(huán)境容量資源的利用效率來謀求更大的發(fā)展，同時(shí)要以水環(huán)境容量為約束條件，對(duì)城鎮(zhèn)的規(guī)模、人口數(shù)量做出長(zhǎng)遠(yuǎn)而科學(xué)的規(guī)劃，防止竭澤而漁。而處于流域東部牛頭河支流域，水環(huán)境承載能力尚有余量，從全流域角度分析，可以考慮適度轉(zhuǎn)移部分產(chǎn)業(yè)，一方面減輕干流城鎮(zhèn)的壓力，另一方面帶動(dòng)本支流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)整個(gè)流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)均衡發(fā)展、全面發(fā)展、和諧發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

(1)渭河流域人口總量多、密度大，水資源相對(duì)匱乏，水環(huán)境承載能力相對(duì)較低;

(2)流域排污量大，治理措施相對(duì)滯后，導(dǎo)致流域水環(huán)境質(zhì)量較差，目前整體處于超載狀態(tài);

(3)流域的發(fā)展必須以水環(huán)境承載能力為約束條件，走科學(xué)發(fā)展，和諧發(fā)展和可持續(xù)發(fā)展之路。

［1］汪恕誠(chéng).再談人與自然和諧相處——兼論大壩與生態(tài)［J］.中國(guó)水利.2004(8):6—14.

［2］陳雷.實(shí)行最嚴(yán)格的水資源管理制度保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展［J］.中國(guó)水利.2009(5).

［3］于術(shù)桐，黃賢金，程緒水.南湖流域生態(tài)保護(hù)與修復(fù)生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制研究［J］.中國(guó)水利.2011(5).

［4］路雨，蘇保林.河流納污能力計(jì)算方法比較［J］.水資源保護(hù).2011(4).