杜忠潮

（咸陽師范學(xué)院 旅游與資源環(huán)境學(xué)院，陜西 咸陽712000）

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，我國不同等級城市的建設(shè)發(fā)展中，一方面是人口、產(chǎn)業(yè)聚集，土地利用／覆被的改變，地表建筑物、道路和地下水管網(wǎng)建設(shè)導(dǎo)致的下墊面非透水面積增大，改變了城市建成區(qū)地表和地下徑流的形成條件。另一方面是各類城市（尤其是濱河城市）結(jié)合河道綜合整治建造水體景觀，改變了城市河流的自然特性。加之城市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，對水資源需求量增大，廢污水相應(yīng)增多，從而對水的時空分布、水循環(huán)及水環(huán)境產(chǎn)生一定影響，甚至出現(xiàn)水資源緊缺、水環(huán)境污染、城市洪水災(zāi)害威脅等問題。因此，有關(guān)城鎮(zhèn)水資源系統(tǒng)變化、城市水環(huán)境納污能力，以及水環(huán)境與人類社會經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展等問題引起水利、環(huán)境、旅游等領(lǐng)域?qū)W者和業(yè)界人士的關(guān)注和思考。事實上，水環(huán)境承載力也是國外相關(guān)領(lǐng)域近十余年來研究的熱點。如北美湖泊協(xié)會對湖泊承載力概念的界定，美國URS公司對Florida Keys流域、美國環(huán)保局對在Barry和 Kalam－azoo縣的Barry、Prairieville、Richland和Ross 4個鎮(zhèn)區(qū)中4個湖泊環(huán)境承載力的研究，并提出保護(hù)和改善湖泊水質(zhì)的建議［1］。

國內(nèi)的研究主要以流域或區(qū)域（城市、風(fēng)景區(qū)等）為研究對象，采用定量和定性的研究方法，從不同視角探討區(qū)域水環(huán)境承載狀態(tài)。一是高屋建瓴性的定性分析研究。如汪恕誠從國家層面的水資源保護(hù)與管理出發(fā)，界定了水資源與水環(huán)境承載力的概念及其內(nèi)在關(guān)系，探討了提高水環(huán)境承載力的途徑［2］。王穎等引用大量數(shù)據(jù)闡述了長江三角洲地區(qū)水資源水環(huán)境的主要問題及其對策［3］。二是利用各種定量方法分析評價城市或區(qū)域水環(huán)境承載力指數(shù)，反映研究區(qū)水環(huán)境承載狀態(tài)及其與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)性。諸如層次分析法［4－6］、灰色關(guān)聯(lián)分析［7］、系統(tǒng)動力學(xué)［8］、熵值法［9］、多元 回 歸 分 析［10］、向 量 模 法［11］、人 工 神 經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)［12］和遺傳算法［13］等；三是運用不同容量模型進(jìn)行區(qū)（流）域或城市水環(huán)境承載力測算分析，給出研究區(qū)（流域或河段）的水環(huán)境承載力估算值，可具體反映某河段（流域）的納污能力，通常用于研究區(qū)的環(huán)境影響評價和規(guī)劃研究［14－15］。此外，對研究成果的述評總結(jié)［1，16］和展望也不容忽視，流域水生態(tài)承載力概念模型的提出和應(yīng)用［17］，更是體現(xiàn)了該領(lǐng)域研究的最新進(jìn)展。

本研究基于淳化縣甘泉湖水利風(fēng)景區(qū)規(guī)劃的編制和研究，對黃土高原地區(qū)河谷型城鎮(zhèn)水環(huán)境承載力進(jìn)行分析估算，旨在為縣域經(jīng)濟(jì)與河湖型風(fēng)景區(qū)可持續(xù)發(fā)展提供一種判據(jù)。

1 研究區(qū)水資源平衡與水功能區(qū)劃分

1.1 研究區(qū)水資源平衡

陜西省淳化縣地處關(guān)中平原北部、渭北黃土高原溝壑區(qū)南緣，地理范圍東經(jīng)108°18′—108°50′，北緯34°43′—35°03′；屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，多年平均氣溫9.8℃，年平均降水量600mm。該縣河流屬于渭河流域的涇河水系和石川河水系。其中石川河水系的冶峪河是縣域內(nèi)最大的河流，穿縣城而過，境內(nèi)河長39.0km，流域面積為514.4km2，總落差948 m，河床比降26.3‰。流域植被覆蓋率較高，約在85%左右，分為天然植被和人工植被。據(jù)淳化縣水文站實測資料，還原水量2.77×106m3，天然年徑流量0.171億 m3，年平均流量0.48m3／s。河流主要靠大氣降水補給，多年平均降雨量為600.6mm，年平均蒸發(fā)量520mm。從降水分布來看，年內(nèi)降水分布不均，7—9月3個月為汛期，降水多以暴雨形式出現(xiàn)，表現(xiàn)為降水集中，歷時短，強(qiáng)度大，易引起山洪暴發(fā)，造成災(zāi)害。此外，地下水儲量0.41億m3，可開采量為0.09億 m3。

甘泉湖水利風(fēng)景區(qū)以冶峪河城區(qū)段綜合治理所建成的該縣最大人工湖—甘泉湖（又稱橡膠壩）為核心、占地約3km2，主要包括甘泉湖、興淳塔、碑林苑、簾云瀑布、文博館、梨園廣場、仿古一條街、宋城墻遺址、革命紀(jì)念館等景點，是迄今陜西省唯一的、以縣城打造的旅游水利風(fēng)景區(qū)。該風(fēng)景區(qū)既是淳化縣中心鎮(zhèn)居民的生產(chǎn)、生活和休閑地，也是“西咸”都市圈居民的觀光旅游地。常住人口2.20萬人，規(guī)劃年接待游客容量7.5×105人（2010—2030年），日客流容量為0.42萬人。

綜合考慮常住居民和游客規(guī)模，以2010年為現(xiàn)狀年，其供應(yīng)水量主要是縣城自來水公司現(xiàn)有的3個水源井（即二號井、三號井和南關(guān)女兒泉），日實際供水量為0.241 1萬t，年供水量為5.5×105t，水質(zhì)各項指標(biāo)均符合國家生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749—2006）的要求，供水范圍基本覆蓋全城區(qū)。隨著縣域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和縣城居民居住面積的不斷擴(kuò)展，人口逐年增加，年需水量1.83×106t，而自來水公司和工業(yè)自備井年實際供水量僅為0.88×106t，現(xiàn)狀缺水62%（表1），加之縣城部分群眾居住在高坡地段，供水壓力不足，群眾吃水時有時無。供水緊張對縣城可持續(xù)發(fā)展十分不利。據(jù)縣城規(guī)劃，至2011年底，已在冶峪河泛太果汁廠上游彎曲的河段建造壩高3m，壩長70 m的溢流壩一座。建成占地0.486hm2、年供水量1.64×106t的水源工程，大大緩解了縣城及景區(qū)缺水的狀況。

1.2 地表水功能區(qū)劃分

根據(jù)甘泉湖水利風(fēng)景區(qū)水資源狀況和淳化縣城功能區(qū)結(jié)構(gòu)，參照地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）［18］有關(guān)地表水使用功能分類體系，將甘泉湖水利風(fēng)景區(qū)劃分為2個地表水功能區(qū)，并規(guī)劃相應(yīng)的水質(zhì)目標(biāo)（表1）。據(jù)乾縣環(huán)境監(jiān)測站水質(zhì)檢測報告—乾環(huán)檢測字（2011）第039號（2011－11－24）對冶峪河水質(zhì)的監(jiān)測結(jié)果：冶峪河現(xiàn)狀水質(zhì)在淳化縣自來水廠取水口 上 游0.3km 處 監(jiān) 測 斷面 （W1）據(jù)滿足GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，地表水質(zhì)量好；大店新區(qū)斷面（W2）氨氮、COD、BOD5、石油類均超過GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，超標(biāo)倍數(shù)較大，呈現(xiàn)出污染物濃度沿W1—W2斷面遞增的趨勢。甘泉湖水利風(fēng)景區(qū)的飲用水源區(qū)水質(zhì)良好，而景區(qū)大部分河段受城鎮(zhèn)區(qū)生活污水和農(nóng)業(yè)污染源影響，其水質(zhì)受到一定程度污染，不能滿足GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)狀水質(zhì)同目標(biāo)水質(zhì)差距較大，污水處理任務(wù)重、難度大。

表1 甘泉湖水利風(fēng)景區(qū)水功能區(qū)劃分

2 水環(huán)境承載力分析

2.1 水環(huán)境承載力測算模型

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)使用并仍保持良好生態(tài)系統(tǒng)時，所能夠容納污水及污染物的最大能力。對城市水資源系統(tǒng)而言，是指以生態(tài)良性循環(huán)為目標(biāo)，“水體容許城市污水的最大排放量”（納污能力）［1］。關(guān)于城市（水域）水環(huán)境承載力的評價分析和測算，國內(nèi)外學(xué)者提出過種種算法和模型［4－17］。本研究考慮冶峪河為小型河流（多年平均流量Q≤15m3／s），采用國家水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《SL348—2006［19］所規(guī)定的、適用于污染物均勻混合河段的河流零維模型。其河段的污染物濃度計算的數(shù)學(xué)模型為：

式中：C——污染物濃度（mg／L）；Cp——排放的廢污水污染物濃度（mg／L）；C0——初始斷面污染物濃度（mg／L）；Qp——廢污水排放流量（m3／s）；Q——初始斷面流量（m3／s）。

相應(yīng)的水域納污能力計算公式為：

式中：M——水域納污能力（kg／s）；Cs——水質(zhì)目標(biāo)濃度值（kg／s）；其余參數(shù)意義同式（1）。需要說明的是，利用上述時模型進(jìn)行計算，本研究將淳化縣自來水廠取水口上游300m處斷面作為初始斷面，以污水處理廠排污口下游大店新區(qū)斷面作為控制斷面（假定排污口位于計算河段的中間點），來分析測算研究區(qū)水環(huán)境承載能力（圖1）。原因在于：一是該出口斷面基本上控制了甘泉湖景區(qū)（淳化縣城）污廢水出區(qū)量；其次，該斷面也是更大范圍水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的主要控制斷面。

圖1 水量水質(zhì)計算模型示意圖

2.2 水環(huán)境質(zhì)量控制目標(biāo)

參照渭河水系（陜西段）污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（DB61／224—2006）制定的五種污染物最高允許排放濃度（表2），結(jié)合甘泉湖景區(qū)地表水功能區(qū)劃分，甘泉湖娛樂景觀區(qū)和城鎮(zhèn)生活污廢水出口斷面以下河段2020年水質(zhì)分別為：水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ類和Ⅳ類。即冶峪河大店公路橋上游斷面以上河段達(dá)到Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)：COD濃度為≤20mg／L、BOD濃度為≤4mg／L、氨氮濃度為≤0.5mg／L、揮發(fā)酚為≤0.005mg／L。景區(qū)（縣城）排污口一下河段達(dá)到Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)：COD濃度為≤30mg／L、BOD濃度為≤6mg／L、氨氮濃度為≤1.0mg／L、揮發(fā)酚為≤0.01mg／L［18］。

表2 渭河流域5種污染物最高允許排放濃度 mg／L

2.3 水環(huán)境承載力測算及結(jié)果分析

2.3.1 景區(qū)水資源量 據(jù)位于縣城中心的淳化水文站實測資料，冶峪河多年平均徑流量1 433萬m3，實測年最大洪峰流量524m3／s，調(diào)查年最大洪峰流量881m3／s（1933年）、多年平均流量0.48m3／s。地下水資源可開采量為0.09億m3。

2.3.2 污廢水排放量 污廢水排放量包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)及生活三大方面。參照《淳化縣城總體發(fā)展規(guī)劃》（2006—2020）、《陜西省2010年水資源公報》等提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，工業(yè)廢水耗水量約為工業(yè)引水量的20%，排放量為工業(yè)用水的80%。即對工業(yè)廢水排放量計算可以近似采用工業(yè)用水量乘以排放系數(shù)；城市生活污水排放量亦等于生活用水量乘以排放系數(shù)（平均約80%）；農(nóng)村生活污水比較分散，近似認(rèn)為農(nóng)村生活用水全部消耗。由此得到不同年份工業(yè)和城市生活廢污水排放總量（表3）。

2.3.3 水環(huán)境承載能力測算結(jié)果與分析評價 以COD為主要污染物，分別計算現(xiàn)狀水平年（2011年）、規(guī)劃水平年（2020年）的相關(guān)指標(biāo)（表3），結(jié)果表明：

（1）現(xiàn)狀條件下，按照目前的用水、排水、污水處理能力等條件計算的結(jié)果，已經(jīng)超出地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，屬于渭河水系陜西段主要污染物最高允許排放濃度一級標(biāo)準(zhǔn)（表2）。水環(huán)境承載能力表現(xiàn)為廢污水總排放量為0.507 2萬 m3／d、流量為0.06 m3／s，COD排放量為0.007 3kg／s（或231.87t／a）。按照目前的發(fā)展趨勢，倘若不進(jìn)行大規(guī)模調(diào)整，2020年水環(huán)境承載能力將嚴(yán)重超載。

（2）按照2020年規(guī)劃目標(biāo)計算，即甘泉湖水域段水質(zhì)達(dá)到地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，水環(huán)境承載能力為廢污水總排放量0.691萬 m3／d、流量為0.08m3／s，COD最大容許排放量為0.002 8kg／s（或88.33t／a）。水質(zhì)接近渭河水系陜西段主要污染物最高允許排放濃度一級標(biāo)準(zhǔn)。

（3）對照現(xiàn)狀年（2011）與規(guī)劃目標(biāo)年（2020）的水環(huán)境承載能力，按平均減速計算，平均每年化學(xué)耗氧量（COD）排放總量需下降6.16%。對比國務(wù)院頒發(fā)的《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》（國發(fā)［2011］26號）中：“2015年，全國化學(xué)需氧量和二氧化硫排放總量分別控制在2.35×106t，2.09×106t，比2010年的2.56×106t、2.27×106t分別下降8%”（年平均下降1.6%）的主要目標(biāo)，節(jié)能減排形勢確實嚴(yán)峻、任重道遠(yuǎn)。

表3 甘泉湖景區(qū)水環(huán)境承載能力計算結(jié)果

3 水質(zhì)保護(hù)與水污染防治措施

隨著淳化縣縣城的發(fā)展和人口增加，水資源緊缺狀況日趨嚴(yán)重，甘泉湖風(fēng)景區(qū)水環(huán)境質(zhì)量不容樂觀。據(jù)《淳化縣水利志》（2010）：“縣城（含甘泉湖景區(qū)）由于工業(yè)廢水排放，造成冶峪河污染，水質(zhì)惡化，水質(zhì)分析結(jié)果氰化物0.09mg／L，氨氮7.36mg／L，COD（化學(xué)耗氧量）25.48mg／L，BOD（生物耗氧量）4.47mg／L，懸浮物373mg／L”。對照國家地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB3838—2002）［18］，甘泉湖水體河段水環(huán)境質(zhì)量為地表水Ⅳ類，非直接飲用水，僅可供工業(yè)和非身體直接接觸的娛樂用水。據(jù)該縣環(huán)保局的監(jiān)測資料（2009年10—11月），水污染處理廠排污口下游出口段，水質(zhì)分析結(jié)果：氨氮0.567mg／L，COD（化學(xué)耗氧量）38.95mg／L，BOD5（生物耗氧量）6.50mg／L，動植物油0.935mg／L。就單項指標(biāo)（COD）衡量，為地表水Ⅴ類，屬于重度污染。預(yù)計到2020年，淳化縣城人口規(guī)模將超過3.00萬人，縣城規(guī)模相應(yīng)擴(kuò)展，加之游客人數(shù)增大，水資源和水環(huán)境問題還會進(jìn)一步加劇。

此外，就縣城與甘泉湖風(fēng)景區(qū)污水排放量的來源和構(gòu)成看（表1），居民生活污水和工業(yè)廢水排放量各占55.50%和44.50%，農(nóng)業(yè)和旅游所致污廢水量對于縣城和甘泉湖景區(qū)的影響極小。因此，為了改善水環(huán)境質(zhì)量，滿足縣城居民與甘泉湖風(fēng)景區(qū)游客的生活、生產(chǎn)和游憩娛樂活動對水體質(zhì)量和水環(huán)境的要求，提高水環(huán)境承載力，有必要采取如下措施：

3.1 提升城市污水集中處理能力

城鎮(zhèn)污水集中處理是改善城鎮(zhèn)水環(huán)境質(zhì)量的必要和有效措施。隨著城市化進(jìn)程的加快，縣城建成區(qū)范圍擴(kuò)大，人口聚集規(guī)模增大，有必要對原城區(qū)污水處理廠進(jìn)行擴(kuò)建，提升其污水處理能力。此外，嚴(yán)格污水處理達(dá)標(biāo)排放制度，杜絕排污口向河道直排污水。企業(yè)排污口的設(shè)立，必須進(jìn)行環(huán)境論證，經(jīng)環(huán)保部門論證同意后方可建設(shè)。

3.2 加強(qiáng)工業(yè)污染源防治

工業(yè)污水和居民生活廢水是淳化縣城、甘泉湖景區(qū)的主要污染源，必須加強(qiáng)對工業(yè)廢水污染物的控制和處理。（1）貫徹“誰污染，誰治理”的原則，強(qiáng)化環(huán)境監(jiān)測管理，嚴(yán)格控制工業(yè)污染源。所有新、擴(kuò)、改建項目必須嚴(yán)格執(zhí)行環(huán)境影響評價制度和“三同時”制度。項目建成投產(chǎn)后，必須確保廢水處理設(shè)施穩(wěn)定運行，廢水達(dá)標(biāo)排放。（2）加強(qiáng)水污染物治理設(shè)施的運行管理，建立工業(yè)污染源長效管理體系。積極推進(jìn)治理設(shè)施運行市場化、管理規(guī)范化、監(jiān)控自動化進(jìn)程，開展重點污染源在線監(jiān)測試點。根據(jù)“一控雙達(dá)標(biāo)”的要求，近、遠(yuǎn)期所有工業(yè)企業(yè)的廢水都應(yīng)達(dá)標(biāo)排放，近期應(yīng)著重抓好重點工業(yè)污染源的治理工作，并按上級政府規(guī)定的目標(biāo)對污染物進(jìn)行總量控制。

3.3 加強(qiáng)農(nóng)村面源污染防治

現(xiàn)階段農(nóng)業(yè)與農(nóng)村地區(qū)廢污水對縣城和甘泉湖景區(qū)的直接影響尚不明顯，仍不可忽視農(nóng)村地區(qū)面源污染對水域功能區(qū)的影響，應(yīng)大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，科學(xué)使用化肥、農(nóng)藥，推廣生物防治技術(shù)，減少化肥、農(nóng)藥污染。加強(qiáng)對畜牧養(yǎng)殖業(yè)污水排放的管理，對水體影響大的畜牧養(yǎng)殖企業(yè)進(jìn)行搬遷或關(guān)停。積極推進(jìn)鄉(xiāng)村生活污水集中處理，農(nóng)村推廣生活污水、禽畜糞便沼氣化處理，改善納污水域環(huán)境。

3.4 開展流域水環(huán)境綜合整治與生態(tài)環(huán)境建設(shè)

加強(qiáng)冶峪河流域水環(huán)境綜合治理，對河道進(jìn)行截污、疏浚，增加水體環(huán)境容量和自凈能力；對河道進(jìn)行清淤，降低底泥中的污染物質(zhì)和營養(yǎng)鹽含量，改善清淤河道水質(zhì)；嚴(yán)格控制沿河地區(qū)污染物排放，對流域水環(huán)境進(jìn)行綜合管制，提高流域水生態(tài)承載力。此外，生態(tài)環(huán)境建設(shè)是水資源保護(hù)及其可持續(xù)發(fā)展治本之策，應(yīng)積極推進(jìn)植樹造林、水土保持、生態(tài)農(nóng)業(yè)以及城市園林建設(shè)等生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程。

3.5 合理開發(fā)和保護(hù)水資源

堅持開發(fā)與保護(hù)并重、開源與節(jié)流同步的方針，加強(qiáng)水資源的開發(fā)與保護(hù)。首先要建立水資源統(tǒng)一調(diào)度機(jī)制，大力推廣先進(jìn)的節(jié)水技術(shù)，全面節(jié)約水資源。其次是加強(qiáng)飲用水源保護(hù)，重點抓好各水庫及上游流域污染防治，強(qiáng)化飲用水保護(hù)區(qū)監(jiān)督管理，嚴(yán)格控制各類污染源進(jìn)入水源保護(hù)區(qū)，改善和提高飲用水源水質(zhì)，使城市生活飲用水水質(zhì)100%達(dá)到生活飲用標(biāo)準(zhǔn)。禁止在冶峪河取水口上游1 000m，下游100 m（一級保護(hù)區(qū)）沿岸傾倒垃圾和排污，保證水體達(dá)Ⅱ級以上標(biāo)準(zhǔn)。尤其對地下水源的保護(hù)，按照國家生活用水水質(zhì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB5749—2006）采取嚴(yán)格的衛(wèi)生防護(hù)措施：一是水廠生產(chǎn)區(qū)外圍10～20m范圍內(nèi)，不得設(shè)置生活居住區(qū)和修建畜牧場、滲水廁所、滲水坑、堆放垃圾糞便和排放污水。二是水源井周圍300～400m范圍內(nèi)，不得使用污水灌溉和施用有持久性的劇毒農(nóng)藥。

［1］ 楊維，劉萍，郭海霞.水環(huán)境承載力研究進(jìn)展［J］.中國農(nóng)村水利水電，2008（12）：66－69.

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