洪 嫻，董增川，談娟娟，許波劉(河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，南京 210098)

水資源作為基礎(chǔ)性的自然資源和戰(zhàn)略性的經(jīng)濟(jì)資源，是生態(tài)與環(huán)境的控制要素[1]。合理開發(fā)、利用、保護(hù)水資源，關(guān)系到經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步[2]。泗洪縣地處江蘇西部的宿遷市，淮河中游，東臨洪澤湖，西與安徽接壤，總面積為2 731.4 km2，轄23個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。泗洪縣是淮北地區(qū)最下游的一個(gè)縣，承受上游豫、皖、蘇3省14.8 萬km2來水[3]，境內(nèi)河流從南到北構(gòu)成了行洪河道和排澇河道相間排列的格局。2014年末全縣總?cè)丝?07.5 萬人，城鎮(zhèn)化率34.33%，總用水量49 600 萬m3，其中城鎮(zhèn)生活用水2 215 萬m3，農(nóng)村生活用水2 495萬m3，農(nóng)業(yè)灌溉31 920 萬m3，林牧漁業(yè)6 250 萬m3，工業(yè)4 060 萬m3，第三產(chǎn)業(yè)2 190 萬m3，生態(tài)用水470萬m3。近年來，隨著泗洪縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展及各方面用水需求的增加，城鄉(xiāng)工業(yè)廢水和生活污水排放量隨之上升，但污水收集管網(wǎng)覆蓋率不高，污水處理能力不足，部分污廢水直接排入河道，污染物排放入河量大大超過了水體的承載能力，河道淤積嚴(yán)重，導(dǎo)致河湖水質(zhì)惡化，生物多樣性下降，水資源供需矛盾日益突出，加強(qiáng)水資源保護(hù)和管理顯得越發(fā)重要。

1 水環(huán)境狀況分析

1.1 水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)

以我國(guó)現(xiàn)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)[4]為評(píng)價(jià)依據(jù)，采用單因子評(píng)價(jià)法，選擇CODMn、BOD5、NH3-N、揮發(fā)酚等作為主要評(píng)價(jià)因子，采用2014年監(jiān)測(cè)資料，對(duì)全縣范圍內(nèi)重要河流湖泊的32個(gè)水質(zhì)斷面進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中Ⅲ類水?dāng)嗝?9個(gè)，占57.37%；Ⅳ類水?dāng)嗝?個(gè)，占21.87%；Ⅴ類水?dāng)嗝?個(gè)，占9.38%；劣Ⅴ類水?dāng)嗝?個(gè)，占9.38%；達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的斷面21個(gè)，占總斷面數(shù)的65.62%。超標(biāo)項(xiàng)目為氨氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)。

1.2 排污總量分析

根據(jù)泗洪水文局和環(huán)保監(jiān)測(cè)站的污染源監(jiān)測(cè)資料，2014年泗洪縣廢污水排放總量8 547.20 萬t，其中工業(yè)廢水排放量為2 932.80 萬t，占污廢水排放總量的34.31%；生活污水排放量為3 768.00 萬t，占污廢水排放總量的44.08%；第三產(chǎn)業(yè)廢水排放量1 846.40 萬t，占污廢水排放總量的21.60%。廢水中化學(xué)需氧量(COD)年排放總量為25 918.15 t，氨氮(NH3-N)年排放總量為3 169.45 t。據(jù)統(tǒng)計(jì)，泗洪縣共有29個(gè)直接排污口，廢污水入河量為1 023.57 萬t，占泗洪縣廢污水排放總量的12.0%。

1.3 飲用水源地現(xiàn)狀

(1)城市集中供水水源。泗洪縣集中引用水主要來自城區(qū)自來水廠和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)自來水廠。城區(qū)自來水廠取水水源為徐洪河，總供水規(guī)模10 萬m3/d，目前管網(wǎng)已覆蓋青陽(yáng)鎮(zhèn)、開發(fā)區(qū)、重崗鄉(xiāng)、大樓鄉(xiāng)、五里江農(nóng)場(chǎng)、瑤溝、高莊等區(qū)域。集中式供水工程250處，聯(lián)村、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及跨鄉(xiāng)鎮(zhèn)的有21處，其余229處為村級(jí)，全部采用了水源井-水塔(壓力罐或變頻加壓)-管網(wǎng)-供水到戶(集中供水點(diǎn))的供水方式，供水規(guī)模為13.52萬m3/d，受益總?cè)丝?7.95萬人，占農(nóng)村總?cè)丝诘?0.5%。

(2)飲用水源地保護(hù)區(qū)。泗洪縣共劃分了徐洪河、懷洪新河、洪澤湖3處飲用水源地保護(hù)區(qū)，分別以泗洪集泰自來水廠、西南崗地表水廠和東南片地表水廠取水口為基點(diǎn)，城區(qū)地下水、魏營(yíng)鎮(zhèn)紅旗小型水庫(kù)和孫園鎮(zhèn)張?zhí)列⌒退畮?kù)為備用水源地。

2 水功能區(qū)劃

水功能區(qū)劃是水資源開發(fā)、利用、保護(hù)的依據(jù)[5]。泗洪縣水功能區(qū)劃涉及20條河流、1個(gè)湖泊。根據(jù)《江蘇省地表水(環(huán)境)功能區(qū)劃》，泗洪縣境內(nèi)設(shè)置保護(hù)區(qū)2個(gè)，緩沖區(qū)5個(gè)，保留區(qū)2個(gè)以及2級(jí)功能區(qū)17個(gè)。水功能區(qū)劃情況及污染狀況分別見表1、表2。

表1 泗洪縣水功能區(qū)劃Tab.1 Water function zones of Sihong County

表2 水功能區(qū)主要河流水質(zhì)現(xiàn)狀Tab.2 The main rivers water quality status of water function zones

3 水功能區(qū)納污能力及污染物入河量研究

計(jì)算水功能區(qū)納污能力及制定污染物控制量、削減量是水資源保護(hù)規(guī)劃的核心任務(wù)之一，關(guān)系到水資源的有效保護(hù)[6]。泗洪縣開發(fā)利用區(qū)、緩沖區(qū)、保留區(qū)內(nèi)排污問題較為復(fù)雜，為了合理地進(jìn)行排污量削減，本文對(duì)除徐洪河、洪澤湖以外的24個(gè)水功能區(qū)進(jìn)行水域納污能力和污染物入河量計(jì)算，其中緩沖區(qū)5個(gè)，保留區(qū)2個(gè)，2級(jí)功能區(qū)中農(nóng)業(yè)用水區(qū)13個(gè)，過渡區(qū)3個(gè)，排污控制區(qū)1個(gè)。

3.1 水功能區(qū)納污能力

3.1.1水質(zhì)模型

泗洪縣地處蘇北平原，大多數(shù)河流坡降較小，加上水利工程眾多，流速較慢，流量小于150 m3/s，部分河段流速極小近似為零，同時(shí)洪澤湖不允許排污，不進(jìn)行納污能力計(jì)算。根據(jù)《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》(GB/T25173-2010)[7]，選取河流零維和一維水質(zhì)模型。

(1)零維水質(zhì)模型。對(duì)于極小或零流速的河段，采用槽蓄量進(jìn)行流域納污能力計(jì)算：

M≈CskV

(1)

式中：M為水域納污能力，g/d；k為污染物綜合衰減系數(shù)，1/d；Cs為水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)，mg/L；V為槽蓄量，m3。

槽蓄量V計(jì)算中所采用的河段長(zhǎng)為水功能區(qū)管理上允許超標(biāo)的河長(zhǎng)(建議采用1～2 km)，該河長(zhǎng)不大于水功能區(qū)河段長(zhǎng)；計(jì)算槽蓄量宜采用90%保證率低水位所對(duì)應(yīng)的過水?dāng)嗝婷娣e。

(2)一維水質(zhì)模型。在流動(dòng)的河道中，污染物濃度沿程是變化的，對(duì)式dC/dt=-kC引用dt=dx/u并求得其一維水質(zhì)模型為：

(2)

式中：x為與起始斷面間的距離，km；u為設(shè)計(jì)條件下河段平均流速，m/s；C0為起始斷面水質(zhì)濃度，mg/L；C為監(jiān)測(cè)斷面污染物濃度，mg/L；k為污染物綜合衰減系數(shù)，1/d。

將排污口概化至計(jì)算河段中部、以出口斷面控制，對(duì)應(yīng)功能區(qū)的納污能力計(jì)算公式為：

(3)

式中：M為功能區(qū)納污能力，t/a；Q為計(jì)算河段設(shè)計(jì)流量，m3/s；L為計(jì)算河段長(zhǎng)度，m；其余符號(hào)意義同前。

3.1.2模型參數(shù)

水功能區(qū)納污能力計(jì)算包括的參數(shù)有：水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)Cs、初始濃度值C0、污染物綜合衰減系數(shù)k、設(shè)計(jì)流量Q、設(shè)計(jì)流速u等。

(1)水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)Cs。按照《淮河流域水資源保護(hù)規(guī)劃技術(shù)細(xì)則》及《江蘇省水環(huán)境保護(hù)規(guī)劃技術(shù)細(xì)則》的要求，確定納污能力計(jì)算控制指標(biāo)為CODcr、氨氮。水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)取值執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的COD、氨氮標(biāo)準(zhǔn)閾值。

(2)初始濃度值C0。以上一水功能區(qū)目標(biāo)水質(zhì)作為入流斷面水質(zhì)濃度的初始值。

(3)污染物綜合衰減系數(shù)k。k是反映污染物沿程變化的綜合系數(shù)，常用自然條件下的實(shí)測(cè)資料率定，率定方法常用二斷面法和經(jīng)驗(yàn)公式法。根據(jù)《淮河流域納污能力及限制排污總量意見》，CODcr、NH3-N的k值公式分別為：

kCODcr=0.05+0.68u

(4)

kNH3-N=0.061+0.551u

(5)

(4)設(shè)計(jì)流量Q。按照《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》，河流納污能力應(yīng)采用90%保證率最枯月平均流量或近10 a最枯月平均流量作為設(shè)計(jì)流量。由于資料原因，本文納污能力設(shè)計(jì)流量計(jì)算分2部分。

①區(qū)域性河流。采用宿遷市泗洪站1956-2013年降水量資料，以年降水量進(jìn)行頻率計(jì)算，取90%保證率年降水量作為典型年進(jìn)行降雨徑流計(jì)算，按照泗洪地區(qū)枯水期降雨量占年降雨量40%的比例確定枯水期的月平均徑流深，然后根據(jù)河流的匯水面積求得枯水期的月平均流量，即為相應(yīng)的設(shè)計(jì)流量。利用皮爾遜Ⅲ型曲線進(jìn)行頻率分析得統(tǒng)計(jì)年平均降水量905.23 mm，變差系數(shù)0.28，偏態(tài)系數(shù)0.76，求得90%保證率年降水量為618.5 mm。采用降雨-徑流系數(shù)法，徑流深為55 mm，按照比例枯水期的月徑流深為2.75 mm。

②流域性河流。通過查找資料，選用90%保證率最枯月平均流量。

(5)設(shè)計(jì)流速u。區(qū)域性河流按u=Q/A式計(jì)算河段設(shè)計(jì)流速，流域性河流：借用附近區(qū)域的流量流速關(guān)系分析計(jì)算。

3.2 污染物入河量

污染物入河量分為點(diǎn)源污染物和面源污染物入河量。點(diǎn)源污染物入河量計(jì)算時(shí)，根據(jù)《泗洪縣城市總體規(guī)劃(2004-2020)》，2020年污水收集率為100%，確定工業(yè)廢水、城市生活、第三產(chǎn)業(yè)污水入河系數(shù)(見表3)。按照行政區(qū)劃，統(tǒng)計(jì)出2020年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)點(diǎn)源污染物入河量。

表3 點(diǎn)源污染入河系數(shù)Tab.3 Coefficient of point source pollution into the river

泗洪面源污染分為城市和農(nóng)業(yè)面源污染。城市面源污染主要來自降雨期間，隨地面徑流進(jìn)入河流的地面污染物。農(nóng)業(yè)面源污染主要來自化肥農(nóng)藥施用、畜禽飼養(yǎng)和魚塘養(yǎng)殖。面源污染物入河量計(jì)算時(shí)，根據(jù)類似泗洪地區(qū)的入河系數(shù)(見表4)，按照泗洪地區(qū)枯水期徑流量占年徑流量的比例，確定枯水情況下各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2020年面源污染物入河量。

表4 面源污染入河系數(shù)Tab.4 Coefficient of non-point source pollution into the river

綜合考慮整體點(diǎn)、面污染情況，點(diǎn)源污染物入河按照有污水處理廠的鄉(xiāng)鎮(zhèn)按尾水排入河流統(tǒng)計(jì)，無污水處理廠的按鄉(xiāng)鎮(zhèn)中心就近的河流統(tǒng)計(jì)，面源污染物入河按照河流匯水面積分配到各計(jì)算單元，統(tǒng)計(jì)出各水功能區(qū)2020年CODcr、氨氮排放情況。

3.3 結(jié)果分析

根據(jù)上文所述方法，得出相應(yīng)的計(jì)算結(jié)果。2020年各水功能區(qū)污染物入河總量與納污能力對(duì)比結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，大部分水功能區(qū)的污染物入河總量嚴(yán)重超出納污能力。為保證功能區(qū)水體的功能，需對(duì)水功能區(qū)的污染物入河量進(jìn)行控制。當(dāng)污染物入河量小于等于納污能力時(shí)，入河控制量等于污染物入河量，入河削減量為零；當(dāng)污染物入河量大于納污能力時(shí)，入河控制量等于納污能力，入河削減量等于污染物入河量與納污能力之差。2020年削減量見圖2。

4 水資源保護(hù)措施研究

水資源保護(hù)的本質(zhì)要求是要尊重水資源自然循環(huán)再生規(guī)律，以資源承載力為基礎(chǔ)對(duì)水資源開發(fā)利用，以水資源可持續(xù)利用支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[8]，根本目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)人水和諧[9]。水資源保護(hù)措施應(yīng)堅(jiān)持水量、水質(zhì)和水生態(tài)統(tǒng)籌安排[10]。根據(jù)泗洪縣水資源保護(hù)目標(biāo)，2020年水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率提高到85%以上，集中式飲用水源地水質(zhì)全面達(dá)標(biāo)，污水處理廠尾水回用率達(dá)到30%。

圖1 2020年各水功能區(qū)CODcr、氨氮量對(duì)比Fig.1 The amount of CODcr and Ammonia nitrogen contrast of each water function zone in 2020

圖2 2020年各水功能區(qū)污染物削減量Fig.2 Pollutant reductions of each water function zone in 2020

4.1 點(diǎn)源污染削減控制

(1)加強(qiáng)污水處理設(shè)施建設(shè)。根據(jù)2020年污染物排放情況和需進(jìn)行污染物削減的功能區(qū)分布，遵循“覆蓋優(yōu)先、處理有效、適度超前”的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，在2020年前新增城西、四河、峰山、陳圩、曹廟等22座污水處理廠，覆蓋所有鄉(xiāng)鎮(zhèn)，并根據(jù)實(shí)際情況對(duì)已有污水處理廠進(jìn)行擴(kuò)建，所有污水處理廠的尾水排放標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)針對(duì)污水處理廠分布和尾水入河情況，在污水處理廠周邊鋪設(shè)污水管網(wǎng)。

(2)推進(jìn)中水回用工程建設(shè)。中水回用不僅可以大幅降低“上水”的消耗量，而且可以在一定程度上解決“下水”對(duì)水源的污染問題，起到保護(hù)水源、水量的作用[11]。泗洪縣中水回用于城市雜用和農(nóng)業(yè)灌溉。按照回用目標(biāo)和城市雜用、農(nóng)業(yè)需水情況及河道納污能力合理制定各鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠污水回用量、回用率，進(jìn)行中水回用干管建設(shè)。園林綠化、城市道路廣場(chǎng)澆灑等工作均由灑水車完成，用于農(nóng)業(yè)灌溉的中水通過中水干管運(yùn)送到附近農(nóng)田。

4.2 內(nèi)源治理及面源控制

(1)內(nèi)源治理。對(duì)河流實(shí)行清污工作，主要包括清除河道淤泥和打撈漂浮物。河道清淤主要是對(duì)城區(qū)底泥淤積嚴(yán)重的河道進(jìn)行清理，10 a一次。同時(shí)做好河道的長(zhǎng)效管理工作，每年組織專門隊(duì)伍，在汛期和落葉期對(duì)列入功能區(qū)的河流進(jìn)行漂浮物打撈工作。沿河各鄉(xiāng)鎮(zhèn)需負(fù)責(zé)組織所管轄范圍內(nèi)河道及河道橋涵的管護(hù)，做到河道及橋涵管理人員到位，措施到位；無侵占河道行洪斷面，無隨意向河道傾倒垃圾、糞便等現(xiàn)象發(fā)生，無擅自損壞河道工程設(shè)施現(xiàn)象發(fā)生。

(2)面源控制。泗洪縣面源控制以城市面源污染和包括農(nóng)村生活污染、畜禽糞便污染、化肥農(nóng)藥污染和魚塘污染在內(nèi)的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染為重點(diǎn)。

①城市面源污染控制。從增加透水面積方面著手，在泗洪地區(qū)城市發(fā)展規(guī)劃時(shí)盡量增加城市綠化面積，并多采用多孔瀝青和草皮磚。

②農(nóng)村生活污染控制。加快生活污水處理站建設(shè)，并采用農(nóng)灌的方式處置中水，使中水資源化。完善垃圾收運(yùn)系統(tǒng)，按照“戶集-村收-鎮(zhèn)運(yùn)-縣處理”[12]的方式，在全縣農(nóng)村統(tǒng)一配置垃圾桶，購(gòu)置清運(yùn)三輪車，修筑農(nóng)村垃圾房。

③畜禽糞便污染控制。遵循“資源化、無害化、減量化、生態(tài)化”的原則，積極發(fā)展生態(tài)型畜禽養(yǎng)殖業(yè)，大力推進(jìn)規(guī)?；B(yǎng)殖，優(yōu)化畜禽養(yǎng)殖布局，逐步完善養(yǎng)殖場(chǎng)畜禽糞便綜合治理設(shè)施，并加強(qiáng)糞尿還田利用。

④化肥農(nóng)藥污染控制?？茖W(xué)施肥，改變施肥方法，選擇科學(xué)的耕作制度，調(diào)整作物的種類與布局，進(jìn)行合理的間、套、輪作等措施，提高肥料的利用率；同時(shí)推廣抗病蟲品種，降低農(nóng)藥施用量。

⑤魚塘污染控制。合理投放餌料，提高餌料利用率；減少化肥與魚藥的用量；定期及時(shí)換水和清淤，魚塘廢水可考慮引入農(nóng)田灌溉，避免直接排入附近河流，污染水域。

4.3 確立水功能區(qū)限制納污紅線，嚴(yán)控污染物入河量

建立水功能區(qū)限制納污紅線是最嚴(yán)格水資源管理制度重要內(nèi)容之一[13]，是保障水體功能達(dá)標(biāo)的根本途徑[14]。按照水功能區(qū)劃，嚴(yán)格核定水域納污能力，嚴(yán)控入河排污總量，建立水功能區(qū)限制納污紅線考核指標(biāo)和監(jiān)測(cè)評(píng)估指標(biāo)體系，加強(qiáng)水功能區(qū)限制納污紅線管理。為強(qiáng)化水功能區(qū)達(dá)標(biāo)監(jiān)督管理，按照2020年水功能區(qū)納污能力、污水處理工程情況及中水回用目標(biāo)要求，將限制排污總量按鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行劃分，為各鄉(xiāng)鎮(zhèn)水污染防治和污染減排工作提供重要依據(jù)。

4.4 加強(qiáng)入河排污口管理，完善排污許可制度建設(shè)

加強(qiáng)入河排污口數(shù)量的監(jiān)測(cè)，嚴(yán)格入河排污口審批制度。新建或改建入河排污口，必須先經(jīng)水功能區(qū)管理機(jī)關(guān)批準(zhǔn)。加大環(huán)保部門對(duì)排污口監(jiān)督管理力度，所有現(xiàn)有排污口須有排污許可證，做到持證排污，按證排污；沒有排污許可證的排污口需申報(bào)排污許可證或關(guān)閉。

4.5 調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，發(fā)展節(jié)水環(huán)保型產(chǎn)業(yè)

根據(jù)水資源條件和行業(yè)特點(diǎn)，通過區(qū)域用水總量控制、取水許可審批、用水節(jié)水計(jì)劃考核等措施，按照以水定產(chǎn)、以水定發(fā)展的原則，調(diào)整、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。建設(shè)工業(yè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，促進(jìn)企業(yè)集中發(fā)展、資源集中利用。推進(jìn)清潔生產(chǎn)戰(zhàn)略，制定行業(yè)節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)用水制度建設(shè)，鼓勵(lì)發(fā)展低耗水、低污染、高用水效率的環(huán)保產(chǎn)業(yè)，建設(shè)節(jié)水示范工程，完善循環(huán)用水系統(tǒng)，推廣節(jié)水技術(shù)和節(jié)水工藝，逐步淘汰高耗水工藝和設(shè)備，積極發(fā)展節(jié)水型企業(yè)。同時(shí)加強(qiáng)水污染執(zhí)法力度，嚴(yán)厲打擊違法偷排、多排、亂排污水行為，取締和關(guān)停不符合國(guó)家環(huán)保政策以及污染嚴(yán)重的企業(yè)，形成節(jié)水環(huán)保型工業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)。

5 結(jié) 語(yǔ)

泗洪縣水體超標(biāo)項(xiàng)目主要為氨氮、總磷和高錳酸鹽指數(shù)，水功能區(qū)排污量嚴(yán)重超出納污能力，部分水功能區(qū)排污量超標(biāo)率達(dá)到90%，水環(huán)境形式不容樂觀。針對(duì)泗洪河流湖泊水質(zhì)狀況，通過水資源保護(hù)措施，2020年水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率為87.5%，污水處理廠尾水回用率為35.26%，達(dá)到相關(guān)水資源保護(hù)目標(biāo)，河流水質(zhì)得到改善，飲用水安全得到有效保障，水資源可利用量有所增加，水生態(tài)環(huán)境實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)，可為今后泗洪地區(qū)水資源保護(hù)規(guī)劃提供指導(dǎo)作用，也可為其他縣域水資源保護(hù)研究提供參考。

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