余香英,向 男, 蔣婧媛

(廣東省環(huán)境科學(xué)研究院，廣東 廣州 510050)

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韶關(guān)市芙蓉新區(qū)水環(huán)境容量研究

余香英,向 男, 蔣婧媛

(廣東省環(huán)境科學(xué)研究院，廣東 廣州 510050)

以韶關(guān)市芙蓉新區(qū)為例，采用一維水質(zhì)模型對區(qū)域內(nèi)各鎮(zhèn)2017、2020和2030年COD和氨氮的水環(huán)境容量進行了研究。結(jié)果表明：桂頭等9鎮(zhèn)仍有可利用容量，重陽鎮(zhèn)2017、2020和2030年將出現(xiàn)氨氮水環(huán)境容量不足情況。

韶關(guān)市；芙蓉新區(qū)；水環(huán)境容量；模型

1　研究區(qū)域與方法

1.1研究區(qū)域

芙蓉新區(qū)位于廣東省韶關(guān)市中部，地域范圍包括武江區(qū)西聯(lián)鎮(zhèn)、西河鎮(zhèn)、重陽鎮(zhèn)、龍歸鎮(zhèn)，湞江區(qū)樂園鎮(zhèn)、新韶鎮(zhèn)、十里亭鎮(zhèn)、犁市鎮(zhèn)，曲江區(qū)馬壩鎮(zhèn)、白土鎮(zhèn)、大塘鎮(zhèn)以及乳源縣桂頭鎮(zhèn)的部分區(qū)域，總面積490 km2。區(qū)域內(nèi)城鎮(zhèn)化水平達53.3%，人口規(guī)模27.8 萬人，區(qū)內(nèi)主要水系河段有武江七星敦村至塘灣村段、北江上游下鄉(xiāng)村以上、西聯(lián)鎮(zhèn)沐溪村赤水河、重陽鎮(zhèn)新街水、重陽鎮(zhèn)重陽河、龍歸鎮(zhèn)龍歸村龍歸水、新韶鎮(zhèn)蓮花村大陂水和馬壩鎮(zhèn)梅花河及馬壩水等(圖1)。

圖1　研究區(qū)域及水系示意

1.2研究方法

水環(huán)境容量是指在設(shè)定的水文條件、污染源排污狀況下，在保證水域內(nèi)水質(zhì)滿足水質(zhì)目標的前提下，單位時間內(nèi)該水域所能接受的最大排污量[1]，是環(huán)境容量的重要組成部分，是容量總量技術(shù)體系的核心內(nèi)容之一[2]。水環(huán)境容量的影響因素主要包括水量、環(huán)境功能目標、污染排放方式等[3]。一般而言，水環(huán)境容量的計算過程包括水域概化、基礎(chǔ)資料調(diào)查與評價、建立水質(zhì)模型、選擇控制點(或邊界)、容量計算分析、環(huán)境容量確定等幾個步驟[4]。

1.2.1水域概化

根據(jù)收集到的研究區(qū)域DEM數(shù)據(jù)獲得地表徑流源-匯關(guān)系，提取主要水系，劃定各河流集雨區(qū)范圍。綜合考慮研究區(qū)域內(nèi)已有常規(guī)監(jiān)測斷面、主要污染源位置等，共設(shè)置30個計算斷面，主要分布在水廠及大型企業(yè)取水口上游、污水廠排污口上游、支流匯入口上游、地表水常規(guī)監(jiān)測點，斷面分布情況見圖2。

圖2　芙蓉新區(qū)水環(huán)境模型控制斷面設(shè)置示意

1.2.2模型選擇

計算水環(huán)境容量可用的模型包括零維、一維及二維水質(zhì)模型，在計算河流水環(huán)境容量時，一般采用一維水質(zhì)模型。對有重要保護意義的水環(huán)境功能區(qū)、斷面水質(zhì)橫向變化顯著的區(qū)域或有條件的地區(qū)，可以采用二維模型[5]。由于研究區(qū)域內(nèi)湞江、武江、北江等河流河面較寬，污染物濃度在橫向方向變化不大，且污染物在較短的時間內(nèi)基本能混合均勻，因此水環(huán)境容量計算模型采用一維模型。

1.2.3參數(shù)選取

由于研究區(qū)域內(nèi)無常規(guī)水文控制站，且土地利用差異較大，對于主要河流，采用徑流系數(shù)法折算無水文數(shù)據(jù)河流的90%保證率最枯月流量。筆者根據(jù)1956～2000年韶關(guān)3個水文站監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取武江下游、湞江下游、南水水庫出口的90%保證率最枯月流量。其中對武江、湞江、韶關(guān)市區(qū)3個沒有成型河流的散流區(qū)徑流系數(shù)取0.6，其他山地、農(nóng)田地區(qū)徑流系數(shù)主要考慮地形和降雨強度、土壤蓄水能力等差異，徑流系數(shù)取0.27。

污染物衰減系數(shù)選擇方面，根據(jù)廣東省地表水環(huán)境容量核定報告的調(diào)研成果，河流 COD 衰減系數(shù)取0.15/d，氨氮衰減系數(shù)為0.05/d。其他水力參數(shù)如曼寧系數(shù)、糙度，水質(zhì)參數(shù)如擴散系數(shù)等根據(jù)國內(nèi)的經(jīng)驗參數(shù)確定。

1.2.4目標約束條件

結(jié)合研究區(qū)域內(nèi)主要河流水質(zhì)現(xiàn)狀、地表水環(huán)境區(qū)劃及韶關(guān)市環(huán)境保護規(guī)劃研究成果，將相鄰功能類似的計算單元合并控制。武江段分為3段，馬壩河分為2段，北江、湞江、南水河所有計算單元均統(tǒng)一確定水質(zhì)控制目標(表1)。

2　研究結(jié)果

按照上述研究方法，計算芙蓉新區(qū)地表水系在既定水質(zhì)目標、設(shè)計水文條件及現(xiàn)有排污口布設(shè)條件下的各計算單元的理想水環(huán)境容量，從理想環(huán)境容量中扣除非點源入河量即得到某個控制單元的可利用環(huán)境容量。

表1　芙蓉新區(qū)河段水質(zhì)目標約束條件

本研究采用一維水質(zhì)模型計算河流水環(huán)境容量時，采用段尾控制法分配環(huán)境容量，即只要保證控制斷面水質(zhì)達標即可，但以這種條件計算時兩控制斷面之間河流水質(zhì)大部分處于超標狀態(tài)，不符合河流水環(huán)境容量計算的初衷，因而在進行段尾控制計算時，一般會將計算得的水環(huán)境容量乘以不均勻系數(shù)，當河寬小于100 m時，不均勻系數(shù)在0.8～1.0內(nèi)選擇，本研究取中間值0.9(圖3)。

圖3　芙蓉新區(qū)水環(huán)境模型控制斷面設(shè)置示意

表2　芙蓉新區(qū)各鎮(zhèn)可利用水環(huán)境容量

3　討論

韶關(guān)市芙蓉新區(qū)范圍內(nèi)主要飲用水源地和主要河流斷面水質(zhì)現(xiàn)狀均達到其對應(yīng)的水環(huán)境功能區(qū)劃水質(zhì)要求，但湞江的昌山變電站監(jiān)測斷面的水質(zhì)由2011年的Ⅱ類水質(zhì)下降為2012年Ⅲ類水質(zhì)，水質(zhì)有下降風(fēng)險。雖然各主要河流監(jiān)測斷面的污染物監(jiān)測指標年均濃度均達到相應(yīng)的水環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)要求，但從月均值來看，馬壩河和昌山變電站兩個監(jiān)測斷面存在不同頻次的化學(xué)需氧量、氨氮及總磷超標現(xiàn)象，但根據(jù)芙蓉新區(qū)主要水污染物排放負荷以及主要河流水環(huán)境容量計算和分析結(jié)果(表2)，除了重陽鎮(zhèn)外，其余鎮(zhèn)街仍有可利用環(huán)境容量，而重陽鎮(zhèn)將出現(xiàn)氨氮水環(huán)境容量不足，因此韶關(guān)市芙蓉新區(qū)未來不僅需密切關(guān)注湞江水質(zhì)下降與污染風(fēng)險，而且需要重點關(guān)注重陽鎮(zhèn)水環(huán)境可利用容量較小的現(xiàn)狀和趨勢，未來需采取更嚴格的水污染控制措施，加大經(jīng)濟結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整力度，加快區(qū)域污水處理設(shè)施建設(shè)，提高污水的收集和處理能力，并加強農(nóng)業(yè)面源污染控制，切實減少水污染物排放，防止超容量排放導(dǎo)致區(qū)域水質(zhì)下降。

[1]張永良．水環(huán)境容量基本概念的發(fā)展[J]．環(huán)境科學(xué)研究，1992，5( 3) : 59～61．

[2]董飛，彭文啟，劉曉波，等．河流流域水環(huán)境容量計算研究[J]．水利水電技術(shù)，2012，43(12) :9～14，31．

[3]于雷，吳舜澤，徐毅．我國水環(huán)境容量研究應(yīng)用回顧及展望[J]．環(huán)境保護，2007(6) : 46～48，57．

[4]逄勇，陸桂華．水環(huán)境容量計算理論及應(yīng)用[M]．北京: 科學(xué)出版社，2010: 8～12．

[5]劉蘭芬，張祥偉，夏軍．河流水環(huán)境容量預(yù)測方法研究[J]．水利學(xué)報，1998(7) : 17～21．

2016-05-17

余香英(1984—)，女，碩士，主要從事環(huán)境規(guī)劃與管理方面的研究。

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1674-9944(2016)14-0088-02