上海市水功能區(qū)納污能力和分階段限排總量研究

陳長太,徐貴泉,李學(xué)峰,夏雪瑾

(上海市水務(wù)規(guī)劃設(shè)計研究院,上海200233)

摘要：以COD、NH3-N 為控制指標(biāo),應(yīng)用一維感潮河網(wǎng)納污能力模型計算上海市水功能區(qū)水域納污能力。結(jié)果表明,上海市水功能區(qū)COD和NH3-N的納污能力分別為79.96萬t/a和7.56萬t/a。以水功能區(qū)水質(zhì)和污染物入河量分析評價結(jié)果為基礎(chǔ),制定水功能區(qū)分階段達(dá)標(biāo)目標(biāo),并從空間和時間上分解,提出每個水功能區(qū)分階段限制排污總量控制方案。

關(guān)鍵詞：水功能區(qū);納污能力;分階段限制排污總量;水資源保護(hù);上海市

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2015.05.019

作者簡介:陳長太(1978—),男,高級工程師,碩士,主要從事水資源開發(fā)與保護(hù)研究。E-mail:chenchangtai@126.com

中圖分類號：X32

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1004-6933(2015)05-0102-04

Abstract：Taking COD and NH3-N as the control index,the pollutant carrying capacity of water function zone in Shanghai were calculated by using the one dimensional tidal river network pollutant carrying capacity model. The results show that the pollutant carrying capacity of COD and NH3-N in the water function zone of Shanghai is 79.96×10`4t/a and 7.56×10`4t/a,respectively. Based on the analysis of the water quality and the pollutant discharged in water function zone,the phase goals of water function zone were set up with the goals decomposed from time and space,and the control scheme of the total pollutant discharge limits in different stages of every water function zones were put forward.

收稿日期：(2014-11-27編輯：彭桃英)

Study on pollutant carrying capacity of water function zone in

Shanghai City and its total pollutant discharge limits of different stages

CHEN Changtai,XU Guiquan,LI Xuefeng,XIA Xuejin

(ShanghaiWaterPlanningandDesignResearchInstitute,Shanghai200233,China)

Key words： water function zone; pollutant carrying capacity; total pollutant discharge limits in different stages; water resources protection;Shanghai City

上海市地處長江三角洲前緣,濱江臨海,屬典型的平原感潮河網(wǎng)地區(qū),城市化水平高,經(jīng)濟(jì)社會發(fā)達(dá)。隨著上海經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展和水環(huán)境綜合治理力度的不斷加大,尤其是經(jīng)過4輪“環(huán)保三年行動計劃”以及“黑臭河道整治”、“萬河整治”的實施,全市水環(huán)境質(zhì)量明顯改善。但是,上海市水環(huán)境綜合治理任重道遠(yuǎn),污染源徹底控制還需要一個較長過程,同時受上游省際邊界來水變化的影響,全市水環(huán)境質(zhì)量不容樂觀,現(xiàn)狀水質(zhì)與水功能區(qū)的水質(zhì)要求還有較大差距,水體使用功能仍受到嚴(yán)重影響,水資源開發(fā)利用與保護(hù)仍不相協(xié)調(diào)。上海市作為全國實行最嚴(yán)格水資源管理制度的試點(diǎn)城市之一,迫切需要從嚴(yán)核定納污能力,建立以限制排污總量為控制核心的水功能區(qū)限制納污制度[1]。

1上海市水功能區(qū)劃及現(xiàn)狀

1.1水功能區(qū)劃概況

根據(jù)《全國重要江河湖泊水功能區(qū)劃(2011—2030年)》,上海市水功能區(qū)劃共涉及河流57條,河長1643km;湖泊等開闊水域7個,面積876km2。上海市共區(qū)劃水功能區(qū)117個,其中太湖流域片區(qū)95個、長江流域片區(qū)22個;保留區(qū)3個、保護(hù)區(qū)7個、緩沖區(qū)23個、開發(fā)利用區(qū)84個。水質(zhì)目標(biāo)為Ⅱ類的水功能區(qū)有12個,占10.3%,Ⅱ～Ⅲ類的有9個,占7.7%;Ⅲ類的有45個,占38.5%;Ⅳ類的有27個,占23.1%;Ⅴ類的有20個,占17.1%;另外,有4個排污控制區(qū),其水質(zhì)類別為不低于現(xiàn)狀,占比為3.4%。

1.2水質(zhì)現(xiàn)狀

2010年全市99個水功能區(qū)設(shè)置了監(jiān)測斷面,2012年底實現(xiàn)了117個水功能區(qū)水質(zhì)監(jiān)測全覆蓋。根據(jù)2010年全市水功能區(qū)的水質(zhì)資料(當(dāng)年未監(jiān)測水功能區(qū)采用2011年或2012年資料),采用GB3838—2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》,對117個水功能區(qū)水質(zhì)狀況進(jìn)行了CODMn和NH3-N兩個指標(biāo)年均值評價。結(jié)果表明,水質(zhì)達(dá)Ⅱ類的水功能區(qū)有17個,占14.6%;達(dá)Ⅲ類的有11個,占9.4%;達(dá)Ⅳ類的有19個,占16.3%;達(dá)Ⅴ類的有14個,占12.0%;劣Ⅴ類的有56個,占47.9%。全市水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為29.9%,其中,太湖流域部分達(dá)標(biāo)率為16.8%,長江流域部分達(dá)標(biāo)率為86.4%。長江流域水功能區(qū)水質(zhì)較好,但水功能區(qū)數(shù)量最多的太湖流域部分受上游邊界來水、本地污染負(fù)荷等的綜合影響,水質(zhì)與水功能區(qū)劃的要求相比還有很大差距。

1.3現(xiàn)狀入河污染物

根據(jù)工業(yè)企業(yè)、居民生活和污水處理廠尾水等點(diǎn)污染源調(diào)查結(jié)果,以及對城鎮(zhèn)地表徑流、農(nóng)村生活、散養(yǎng)畜禽、農(nóng)業(yè)面源和水產(chǎn)養(yǎng)殖等面污染源的估算結(jié)果,全市COD和NH3-N入水功能區(qū)的量分別為33.024萬t/a和4.238萬t/a,其中太湖流域分別為22.118萬t/a和1.942萬t/a,長江流域分別為10.906萬t/a和2.296萬t/a。在入水功能區(qū)的污染源中,全市點(diǎn)源COD和NH3-N負(fù)荷量占總量的比例分別為52.29%和68.90%,點(diǎn)源占比大于面源;太湖流域點(diǎn)源COD和NH3-N負(fù)荷量占總量的比例分別為37.44%和41.93%,點(diǎn)源占比小于面源;長江流域點(diǎn)源COD和NH3-N負(fù)荷量占總量的比例分別為82.40%和68.90%,點(diǎn)源占比遠(yuǎn)大于面源?？梢?太湖流域污染源以面源為主,長江流域以點(diǎn)源為主。

2水功能區(qū)達(dá)標(biāo)目標(biāo)分解

2.1分解原則

為了水功能區(qū)的科學(xué)規(guī)范管理,以實現(xiàn)水功能區(qū)分階段達(dá)標(biāo)為目標(biāo),將達(dá)標(biāo)目標(biāo)分解到每一個具體的水功能區(qū),明確每個水功能區(qū)的水質(zhì)達(dá)標(biāo)年限,提出2015年、2020年和2030年的水功能區(qū)達(dá)標(biāo)名錄。確定上海市各水平年水功能區(qū)達(dá)標(biāo)名錄的基本原則如下:①已達(dá)標(biāo)水功能區(qū)要穩(wěn)定達(dá)標(biāo)?，F(xiàn)狀已達(dá)標(biāo)的水功能區(qū)不降低現(xiàn)狀水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。②水功能區(qū)要優(yōu)先達(dá)標(biāo)。飲用水水源區(qū)、保護(hù)區(qū)和保留區(qū)的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率,在其上游邊界來水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下,2015年不低于90%、2020年全部達(dá)標(biāo)。《太湖流域水環(huán)境綜合治理總體方案》確定的重點(diǎn)治理區(qū)范圍內(nèi)的水功能區(qū)水質(zhì)優(yōu)先達(dá)標(biāo)。③易達(dá)標(biāo)水功能區(qū)要優(yōu)先達(dá)標(biāo)?？刂莆廴疚锶牒恿咳蝿?wù)較輕、污染治理經(jīng)濟(jì)技術(shù)可行區(qū)域的水功能區(qū),原則上應(yīng)在2015年達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)要求?？拷L江口區(qū)域,通過水資源調(diào)度能有效改善水質(zhì)的水功能區(qū),在2015年達(dá)到水質(zhì)目標(biāo)要求。④難達(dá)標(biāo)水功能區(qū)要逐步達(dá)標(biāo)。水質(zhì)現(xiàn)狀較差、控制污染物入河量任務(wù)較重的區(qū)域,根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和污染治理規(guī)劃,各水平年水功能區(qū)達(dá)標(biāo)目標(biāo)要逐步提高。

2.2分解成果

根據(jù)上海市水功能區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀和國家、流域水功能區(qū)達(dá)標(biāo)目標(biāo)要求,經(jīng)與流域反復(fù)多次協(xié)調(diào),最終確定2015年、2020年和2030年全市水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率分別為53%、78%和95%,其中,長江流域水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率分別為70%、78%和95%,太湖流域水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率分別為48%、78%和95%。

3水功能區(qū)納污能力計算

3.1計算方法

按照GB/T25173—2010《水域納污能力計算規(guī)程》和《全國水資源綜合規(guī)劃地表水資源保護(hù)補(bǔ)充技術(shù)細(xì)則》,結(jié)合上海市實際水情和工情,在以往相關(guān)工作和其他類似地區(qū)研究工作的基礎(chǔ)上[2-5],上海市水功能區(qū)納污能力的計算采用模型法和公式法兩種方法。對黃浦江水系概化河網(wǎng)及其相應(yīng)的水功能區(qū)使用模型法計算,對淀山湖采用二維水動力水質(zhì)模型法計算,對未列入概化河網(wǎng)的湖泊及河道使用公式法計算,最后進(jìn)行合理性分析綜合確定水功能區(qū)納污能力[6]。

3.2計算條件

a. 工況條件。根據(jù)水利分片、各區(qū)(縣)水利(系)規(guī)劃及相關(guān)專業(yè)規(guī)劃,概化河網(wǎng)河道斷面采用相應(yīng)規(guī)劃設(shè)計斷面進(jìn)行計算,水閘(泵站)控制建筑物采用相應(yīng)規(guī)劃規(guī)模進(jìn)行計算。

b. 水文邊界條件。根據(jù)長系列水文資料,經(jīng)頻率分析得到1971年是太湖流域90%來水保證率的典型年,其中2月份降水相對較枯、污染物降解速度慢、河網(wǎng)水質(zhì)相對較差，因此,選用1971年2月作為典型枯水期進(jìn)行計算。

c. 水質(zhì)邊界條件。根據(jù)太湖流域和長江流域納污能力核算及分階段限排總量技術(shù)大綱,假設(shè)省際邊界上游來水水質(zhì)均達(dá)到水功能區(qū)劃的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值。

d. 調(diào)度控制。各水利控制片采用的水資源調(diào)度方式,主要依據(jù)2012年上海市水務(wù)局發(fā)布的《上海市水利控制片水資源調(diào)度實施細(xì)則》所確定的水資源常規(guī)調(diào)度方式[7]。

表2　上海市水功能區(qū)限制排污總量統(tǒng)計結(jié)果　萬t/a

e. 水質(zhì)參數(shù)。根據(jù)以往太湖流域河網(wǎng)及上海黃浦江、蘇州河、浦東新區(qū)水系等的水質(zhì)和底質(zhì)參數(shù)的大量研究成果[4-9],結(jié)合相應(yīng)水質(zhì)模型率定和驗證的結(jié)果,將河道主要污染物的衰減系數(shù)確定為KCOD=0.04d-1、KNH3-N =0.05d-1,湖泊主要污染物的衰減系數(shù)確定為KCOD=0.02d-1、KNH3-N =0.025d-1。

3.3計算結(jié)果

計算結(jié)果表明,上海市水功能區(qū)COD和NH3-N的納污能力分別為79.96萬t/a和7.56萬t/a;其中,長江流域水功能區(qū)COD和NH3-N的納污能力分別為62.05萬t/a和6.46萬t/a,太湖流域水功能區(qū)COD和NH3-N的納污能力分別為17.91萬t/a和1.10萬t/a。

4分階段限排總量控制方案的制定

4.1方案制定的基本原則

以流域分階段限制排污總量為基礎(chǔ),根據(jù)分階段的水功能區(qū)達(dá)標(biāo)名錄,提出各水功能區(qū)的分階段限制排污總量,排污總量限制分解基本原則如下:①2015年,飲用水水源區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率總體上不低于90%,保護(hù)區(qū)和保留區(qū)的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率有一定提高。在污染物削減的基礎(chǔ)上,加強(qiáng)入河湖排污口整治,提高流域省界緩沖區(qū)的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率。現(xiàn)狀已達(dá)標(biāo)的水功能區(qū)2015年保持或提高水質(zhì)目標(biāo)。②太湖流域所有水功能區(qū)采用納污能力、現(xiàn)狀入河污染物量較小者作為該水功能區(qū)遠(yuǎn)期限制排污量目標(biāo);長江流域開發(fā)利用區(qū)中除飲用水水源區(qū)以外的水功能區(qū),可在不超過水質(zhì)目標(biāo)要求的前提下,綜合考慮當(dāng)?shù)匕l(fā)展要求、上下游關(guān)系,并結(jié)合水功能區(qū)目標(biāo),從嚴(yán)控制確定分階段限制排污總量。③現(xiàn)狀水質(zhì)不達(dá)標(biāo)但入河污染物削減任務(wù)較輕的水功能開發(fā)利用區(qū),原則上2015年實現(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo),采用核定的納污能力作為2015年限制排污總量。④現(xiàn)狀水質(zhì)不達(dá)標(biāo)且入河污染物較大,污染物削減任務(wù)較重的水功能區(qū),根據(jù)水功能區(qū)污染程度,考慮社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、污染治理能力及其可達(dá)性,按一定的入河污染物削減比例,提出分階段污染物限制排污總量。

4.2分階段限排方案

4.2.1太湖流域

現(xiàn)狀水質(zhì)不達(dá)標(biāo)且入河污染物較大,污染物削減任務(wù)較重的水功能區(qū),考慮到污水處理廠全面升級改造和面源治理還需一個較長過程,近期對NH3-N進(jìn)行大幅削減的難度較大,因此,太湖流域水功能區(qū)污染物分階段削減率按逐步加大的方式削減,見表1。

表1　太湖流域水功能區(qū)超量污染負(fù)荷分階段削減方案

4.2.2長江流域

長江口是上海污水處理達(dá)標(biāo)排放的主要受納水體,2010年尾水排放長江的污水處理廠處理能力為496萬m3/d,規(guī)劃2015年和2020年分別達(dá)到583.25萬m3/d和697萬m3/d,2030年預(yù)計將增加至717萬m3/d。盡管長江流域水功能區(qū)的納污能力較大,但考慮到長江口生態(tài)環(huán)境和海洋保護(hù)的要求,應(yīng)從嚴(yán)控制。根據(jù)相關(guān)規(guī)劃要求，結(jié)合上海實際情況,尾水排放長江的各污水處理廠尾水排放標(biāo)準(zhǔn)確定為:①2015年新建污水處理廠達(dá)一級A,既有污水處理廠要加快改造,逐步達(dá)到一級B(其中考慮到竹園、白龍港因規(guī)模較大,近期改造較困難,達(dá)標(biāo)難度較大,故按不低于現(xiàn)狀排放水質(zhì)確定尾水排放標(biāo)準(zhǔn));②2020年以后新建污水處理廠達(dá)一級A,既有污水處理廠全面達(dá)到一級B。

4.3分階段限制排污總量控制方案

不同水平年下上海市水功能區(qū)COD和NH3-N入河污染物總量、納污能力和限制排污總量見表2。

分析計算結(jié)果可知,在各規(guī)劃水平年下全市水功能區(qū)限制排污總量呈逐步下降趨勢,且前期削減率大于后期,NH3-N削減率大于COD。根據(jù)上海市污水治理總體格局,除西部地區(qū)污水處理廠采用就地處理污水處理廠尾水排放內(nèi)河外,大部分污水通過管網(wǎng)收集后集中處理,尾水主要排江、排海。因此,在各規(guī)劃水平年下,太湖流域污水限排總量呈逐步下降趨勢,而長江流域限制排污總量呈逐步增加趨勢,但增加幅度不大。

5措施與建議

5.1措施

a. 工程措施。水污染治理包括點(diǎn)源治理和面源治理。太湖流域部分以面源治理為重點(diǎn),包括:初期雨水治理,農(nóng)村生活污水、散養(yǎng)畜禽、農(nóng)業(yè)面源和水產(chǎn)養(yǎng)殖等污染源的綜合治理;長江流域部分以點(diǎn)源治理為重點(diǎn),主要是對排江污水處理廠進(jìn)行升級改造,降低尾水排放濃度。

b. 管理措施。落實組織保障措施,強(qiáng)化地方行政首長負(fù)責(zé)制,將納污紅線管理主要指標(biāo)納入地方經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展綜合評價體系;落實能力保障措施,突出監(jiān)控與管理能力建設(shè),依靠科技進(jìn)步,促進(jìn)水資源保護(hù)和管理現(xiàn)代化;落實政策保障措施,健全政策法規(guī)和社會監(jiān)督機(jī)制,加強(qiáng)宣傳教育,強(qiáng)化社會監(jiān)督,鼓勵公眾參與;落實資金保障措施,完善水資源管理投入機(jī)制。

5.2建議

a. 上海市地處長江、太湖兩個流域最下游,水功能區(qū)的水質(zhì)受上游來水影響大,建議進(jìn)一步加強(qiáng)流域中上游地區(qū)的水污染源綜合治理和流域的綜合管理,進(jìn)一步加強(qiáng)省際邊界地區(qū)的水質(zhì)在線監(jiān)測,以促進(jìn)和保障邊界來水水質(zhì)達(dá)到水功能區(qū)劃的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

b. 在污染源治理過程中,既要加強(qiáng)點(diǎn)源治理,也要加強(qiáng)面源治理;既要注重城市面源治理,也要加強(qiáng)農(nóng)村面源治理。

c. 在繼續(xù)加強(qiáng)截污治污的同時,建議加大污水處理廠升級改造力度,增強(qiáng)其脫氮除磷能力,進(jìn)一步削減入河污染物。

d. 在科學(xué)規(guī)劃入河排污口布局與整治的基礎(chǔ)上,關(guān)注濕地建設(shè)與保護(hù),突出飲用水水源地保護(hù),高度重視江河湖庫水系連通,增強(qiáng)河流自然凈化能力,加強(qiáng)水資源合理調(diào)度,改善水環(huán)境,修復(fù)水生態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳雷.全面落實最嚴(yán)格水資源管理制度 保障經(jīng)濟(jì)社會平穩(wěn)較快發(fā)展[J].中國水利,2012(10):1-6.(CHEN Lei. To implement the most stringent water resources management system,ensuring the stable and fast development of economy and society[J]. China Water Resources,2012(10):1-6. (in Chinese))

[2] SL348—2006水域納污能力計算規(guī)程[S].

[3] 傅慧源.長江干流水域納污能力及限制排污總量研究[J].人民長江,2008,39(23):40-42. (FU Huiyuan. Study on water pollutant capacity and limit of total pollution of the Yangtze River[J]. Yangtze River,2008,39(23):40-42. (in Chinese))

[4] 張紅舉,翟淑華.平原河網(wǎng)納污能力核算方法研究[J].水資源保護(hù),2009,25(5):24-27. (ZHANG Hongju,ZHAI Shuhua. Research on calculation of carrying capacity of plain river network [J].Water Resources Protection,2009,25(5):24-27. (in Chinese))

[5] 張紅舉,章杭惠,汪傳剛.太湖流域省際邊界地區(qū)入河污染物總量控制[J].水資源保護(hù),2010,26(5):42-49. (ZHANG Hongju,ZHANG Hanghui,WANG Chuangang. Total pollutant amount control in inter-provincial border area of Taihu Basin [J]. Water Resources Proection,2010,26(5):42-49.(in Chinese))

[6] 徐貴泉.感潮河網(wǎng)水功能過渡區(qū)及水環(huán)境承載能力研究[D].南京:河海大學(xué),2005.

[7] 徐貴泉,陳長太,唐迎洲.上海市分片水資源調(diào)度方案優(yōu)化[J].水資源保護(hù),2013,29(6):80-84.(XU Guiquan,CHEN Changtai,TANG Yingzhou.Scheme optimization of water resources regionalization scheduling in Shanghai City[J].Water Resources Protection,2013,29(6):80-84.(in Chinese))

[8] 黃琳煜,聶秋月,周全,等.基于MIKE11的白蓮涇區(qū)域水量水質(zhì)模型研究[J].水電能源科學(xué),2011,29(8):21-24.(HUANG Linyu,NIE Qiuyue,ZHOU Quan,et al.Study on water quantity and water quality model of Bailianjing Region based on MIKE11 [J]. Water Resources and Power,2011,29(8):21-24. (in Chinese))

[9] 劉水芹,田華,易文林. 太浦閘調(diào)度對黃浦江水源地水質(zhì)影響數(shù)值模擬[J].人民長江,2012,43(12):33-36.(LIU Shuiqin,TIAN Hua,YI Wenlin. Digital simulation for influence of Taipu Sluice operation on water quality of water source of Huangpu River [J]. Yangtze River,2012,43(12):33-36.(in Chinese))