朱金花

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

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石羊河流域水功能區(qū)限制納污控制紅線分析

朱金花

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

基于石羊河流域水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及不同水平年流域水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)，結(jié)合流域內(nèi)不同區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、河流水資源配置、污染程度以及水文、地理?xiàng)l件等因素，進(jìn)行區(qū)分處理，對(duì)不同區(qū)域的水功能區(qū)設(shè)定不同的水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)，確定限制排污總量，最終得到不同水平年不同水功能區(qū)的限制排污總量以及整個(gè)流域的限排總量，將其設(shè)定為限制納污紅線，作為流域綜合治理及生態(tài)修復(fù)的約束性指標(biāo)，建立以水功能區(qū)為單元的水質(zhì)目標(biāo)考核制度，促成量質(zhì)結(jié)合的水資源統(tǒng)一管理模式，達(dá)到以水資源可持續(xù)利用保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

石羊河；水質(zhì)目標(biāo)；限制納污紅線；水功能區(qū)

石羊河是我國(guó)內(nèi)陸河流域中人口最密集、水資源開(kāi)發(fā)利用程度最高、用水矛盾最突出、生態(tài)環(huán)境問(wèn)題最突出的流域之一。上世紀(jì)80年代中后期至本世紀(jì)初，粗放的水資源管理及開(kāi)發(fā)利用模式，導(dǎo)致流域水資源開(kāi)發(fā)利用嚴(yán)重超過(guò)其承載能力，生態(tài)環(huán)境日趨惡化，危害程度和范圍不斷加重[1]。位于石羊河下游的民勤盆地沙漠范圍擴(kuò)大，地下水位下降，礦化度上升，鹽漬化進(jìn)程加快，天然植被大面積枯萎，民勤綠洲面臨消亡威脅[2]。

2007年，國(guó)家批準(zhǔn)實(shí)施《石羊河流域重點(diǎn)治理規(guī)劃》，近十年來(lái)，通過(guò)生態(tài)移民、關(guān)井壓田、灌區(qū)節(jié)水改造、水資源統(tǒng)一調(diào)度等措施，減少生態(tài)脆弱區(qū)的人口，限制地下水無(wú)序開(kāi)采，提高農(nóng)業(yè)用水效率，調(diào)節(jié)均衡水資源空間配置，保障下游生態(tài)用水，使流域生態(tài)環(huán)境得到明顯的改善，民勤盆地地下水位持續(xù)回升，干涸沙化半個(gè)多世紀(jì)的民勤縣青土湖出現(xiàn)季節(jié)性水域，面積達(dá)3km2。流域重點(diǎn)治理取得階段性的顯著成效[1]。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，石羊河治理的根本出路是堅(jiān)持實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度，圍繞水資源的配置、節(jié)約和保護(hù)，明確水資源開(kāi)發(fā)利用紅線；嚴(yán)格實(shí)行用水總量控制，明確水功能區(qū)限制納污紅線；嚴(yán)格控制入河排污總量，明確用水效率控制紅線。本文通過(guò)分析水環(huán)境的納污能力，提出限制納污紅線，作為流域綜合治理及生態(tài)修復(fù)的約束性指標(biāo)，為建立以水功能區(qū)為單元的水質(zhì)目標(biāo)考核制度，促成量質(zhì)結(jié)合的水資源統(tǒng)一管理模式提供依據(jù)。

1 流域概況

石羊河流域位于甘肅省河西走廊東段，烏鞘嶺以西，祁連山北麓。深居大陸腹地，屬大陸性溫帶干旱氣候，氣候特點(diǎn)是：太陽(yáng)輻射強(qiáng)、日照充足，溫差大、降水少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、空氣干燥。流域域自南向北大致劃分為三個(gè)氣候區(qū)。南部祁連山高寒半干旱濕潤(rùn)區(qū)：海拔2 000～5 000 m，年降水量300～600 mm，年蒸發(fā)量700～1 200 mm，干旱指數(shù)1-4；中部走廊平原溫涼干旱區(qū)：海拔1 500～2 000 m，年降水量150～300 mm，年蒸發(fā)量1 300～2 000 mm，干旱指數(shù)4～15；北部溫暖干旱區(qū)：海拔1 300～1 500 m，年降水量小于150 mm。北部騰格里沙漠邊緣地帶年降水量50 mm，年蒸發(fā)量2 000～2 600 mm，干旱指數(shù)15～25。石羊河發(fā)源于祁連山東麓，自東向西由大靖河、古浪河、黃羊河、雜木河、金塔河、西營(yíng)河、東大河、西大河八條河流匯集而成。上游山區(qū)為徑流形成區(qū)，中下游為水資源耗散區(qū)。全流域水資源總量17.05億 m3，其中地表水資源15.04億 m3，純地下水資源2.01億 m3，人均水資源量757億 m3，耕地畝均水資源271億 m3，低于全省水平，屬典型的資源型缺水地區(qū)[2]。

石羊河流域人口219.39萬(wàn)人，總用水量23.91億 m3，用水結(jié)構(gòu)為：生活用水占2.9%，城鎮(zhèn)公共用水占0.7%，工業(yè)用水占6.2%；農(nóng)業(yè)占87.7%，生態(tài)環(huán)境用水占2.6%。農(nóng)業(yè)是用水耗水的主要產(chǎn)業(yè)[1]。

2 現(xiàn)狀水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)

根據(jù)甘肅省水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心2015年的監(jiān)測(cè)資料，采用全指標(biāo)及氨氮、COD雙指標(biāo)均值進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.1 全指標(biāo)評(píng)價(jià)

以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中的24個(gè)基本項(xiàng)作為評(píng)價(jià)對(duì)象，按水功能區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)，符合Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水功能區(qū)6個(gè)，占33.3%；Ⅲ類(lèi)水質(zhì)9個(gè)，占50.0%；Ⅳ水質(zhì)2個(gè)，占11.1%；Ⅴ類(lèi)水質(zhì)1個(gè)，占5.6%。按水功能區(qū)水質(zhì)類(lèi)別所占河長(zhǎng)評(píng)價(jià)，Ⅱ類(lèi)水質(zhì)河長(zhǎng)190.9 km，占20.6%；Ⅲ類(lèi)水質(zhì)河長(zhǎng)543.6 km，占58.7%；Ⅳ類(lèi)水質(zhì)河長(zhǎng)132.0 km，占14.2%；Ⅴ類(lèi)水質(zhì)河長(zhǎng)60.0 km、占6.5%。

2.2 雙指標(biāo)評(píng)價(jià)

以氨氮及COD兩個(gè)主要污染指標(biāo)為評(píng)價(jià)對(duì)象，按照水功能區(qū)進(jìn)行評(píng)價(jià)，符合Ⅱ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水功能區(qū)7個(gè)，占38.9%；符合Ⅲ類(lèi)水質(zhì)水功能區(qū)8個(gè)，占44.4%、符合Ⅳ水質(zhì)水功能區(qū)2個(gè)，占11.1%；符合Ⅴ類(lèi)水質(zhì)水功能區(qū)1個(gè)，占5.6%。按照水功能區(qū)河長(zhǎng)進(jìn)行，Ⅱ類(lèi)水質(zhì)河長(zhǎng)238.4 km，占25.7%；Ⅲ類(lèi)水質(zhì)河長(zhǎng)496.1 km，占53.6%；Ⅳ類(lèi)水質(zhì)河長(zhǎng)132.0 km，占14.2%；Ⅴ類(lèi)水質(zhì)河長(zhǎng)60.0 km、占6.5%。

以上評(píng)價(jià)表明：Ⅳ-Ⅴ類(lèi)水質(zhì)的水功能區(qū)及河長(zhǎng)所占比例在20%左右，但這些重污染區(qū)域主要集中在人口密集的下游區(qū)域，治理難度較大，水環(huán)境質(zhì)量狀況依然不容樂(lè)觀。

3 代表站的水污染變化趨勢(shì)

以石羊河下游干流四壩橋、蔡旗及紅崖山水庫(kù)三個(gè)代表斷面氨氮及COD近十年來(lái)的變化趨勢(shì)進(jìn)行分析，由圖1及圖2可以看出：2003年之前水污染呈現(xiàn)加重趨勢(shì)，之后由于實(shí)施了石羊河流域綜合治理，水污染得到有效控制，污染逐年減輕。2011年之后水質(zhì)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)。

圖1 石羊河干流氨氮變化趨勢(shì)

圖2 石羊河干流化學(xué)需氧量變化趨勢(shì)

4 排污現(xiàn)狀及排污量測(cè)算

根據(jù)調(diào)查2011年石羊河流域水功能區(qū)廢污水入河量1 934萬(wàn) t、化學(xué)需氧量5 700 t、氨氮608 t、揮發(fā)酚1 t、總磷30 t、總氮623 t、五日生化需氧量2 323 t。

結(jié)合區(qū)域污染源的現(xiàn)狀排放量調(diào)查成果，綜合考慮規(guī)劃水平年流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、城鎮(zhèn)人口增長(zhǎng)、工業(yè)增長(zhǎng)等因素，以規(guī)劃年工業(yè)和生活用水預(yù)測(cè)成果為基礎(chǔ)，對(duì)規(guī)劃水平年污染源排放量采用凈需水量乘綜合排水系數(shù)法進(jìn)行預(yù)測(cè)，然后采用污染物入河系數(shù)法對(duì)入河量進(jìn)行測(cè)算，得到不同水平年污染物的入河量：2015年廢污水年入河量2 358萬(wàn) t、化學(xué)需氧量4 005 t、氨氮入河量518 t；2020水平年廢污水年入河量3 189萬(wàn) t、化學(xué)需氧量4 215 t、氨氮557 t；2030水平年廢污水入河量3 531萬(wàn) t、化學(xué)需氧量3 915 t、氨氮529 t。

5 水質(zhì)控制目標(biāo)及相應(yīng)納污能力計(jì)算

5.1 水質(zhì)控制目標(biāo)

按照國(guó)家和甘肅省的水功能區(qū)水環(huán)境質(zhì)量控制目標(biāo)，石羊河河流域水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率在2015年要達(dá)到80%以上、2020年達(dá)到90%以上、2030年達(dá)到95%以上，基于上述控制目標(biāo)對(duì)石羊河流域納污能力進(jìn)行計(jì)算。

5.2 納污能力計(jì)算

考慮到石羊河流域河流寬深比的特點(diǎn)，采用一維模型計(jì)算納污能力[4]：

式中：C為污染物的濃度，為時(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)。

給定初始條件，并做概化處理后，納污能力計(jì)算公式為：

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

根據(jù)流域水質(zhì)背景濃度和確定的目標(biāo)濃度，采用上述公式計(jì)算得到石羊河流域化學(xué)需氧量納污能力為7 126 t/a，氨氮納污能力為312.0 t/a。各河流的納污能力見(jiàn)表1。

6 限制納污控制紅線指標(biāo)

以流域總的水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)為約束，結(jié)合流域內(nèi)不同區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展、河流水資源配置、污染程度以及水文、地理?xiàng)l件等因素，進(jìn)行差異化處理，對(duì)不同區(qū)域的水功能區(qū)設(shè)定不同的水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)，確定限制排污總量，得到不同水平年每個(gè)水功能區(qū)的限制排污總量以及整個(gè)流域的限排總量。這個(gè)限排總量就是限制納污紅線。見(jiàn)表2。

根據(jù)測(cè)算的不同水平年的排污總量及由限制納污紅線確定的允許排污總量，計(jì)算得到了需要通過(guò)污染治理措施削減的排污量，氨氮2015年削減量為34%，2020年為51%，2030年達(dá)到76%；COD在2015年削減量為9%，2020年為22%，2030年達(dá)到38%?？梢钥闯鱿鳒p量較大，污染治理任務(wù)很重，尤其是對(duì)氮排放量的控制要加大力度。

7 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)大量的監(jiān)測(cè)調(diào)查數(shù)據(jù)，研究分析了石羊河流域水質(zhì)現(xiàn)狀、水質(zhì)變化趨勢(shì)，測(cè)算了未來(lái)不同水平年污染物的排放量，在流域總的水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)控制前提下，根據(jù)實(shí)際情況對(duì)流域內(nèi)不同區(qū)域水功能區(qū)的具體指標(biāo)進(jìn)行了區(qū)分處理，分析確定各水功能區(qū)限制納污紅線指標(biāo)，作為石羊河流域綜合治理，生態(tài)恢復(fù)重建的約束性指標(biāo)，具有重要的作用和意義。

(1)現(xiàn)狀水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)表明：Ⅳ-Ⅴ類(lèi)水質(zhì)的水功能區(qū)及河長(zhǎng)所占比例在20%左右，較之2000年左右有了明顯的提高，但重污染區(qū)主要集中在人口密集的下游區(qū)域，要使其穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，依然需要做大量的工作。

(2)通過(guò)雙指標(biāo)和全指標(biāo)對(duì)流域水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，兩種方法結(jié)果相近，表明石羊河流域主要污染物為氨氮和COD，其中以氮排放最為突出，這也進(jìn)一步指明了流域污染治理的重點(diǎn)方向和相應(yīng)的措施。

(3)通過(guò)對(duì)代表站氨氮及COD兩個(gè)主要污染指標(biāo)演變趨勢(shì)分析看出:自2003年以來(lái)，石羊河干流水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，尤其是2008年以來(lái)，提升幅度比較大。表明石羊河流域治理效果顯現(xiàn)，取得階段性成果。

表1 石羊河流域納污能力計(jì)算成果

表2 不同水平年排污量及限制納污量

(4)按照分析確定的流域各水功能區(qū)限制納污紅線指標(biāo)外來(lái)排污量的測(cè)算，2015、2020及2030三個(gè)不同水平年氨氮治理削減量分別為34%、51%、76%，COD分別為9%、22%、38%，可以看出削減量較大，污染治理任務(wù)很重，需要綜合配套的治理措施。

(5)為了落實(shí)限制納污紅線控制指標(biāo)，必須強(qiáng)力推行最嚴(yán)格水資源管理制度。把水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率、污染物限排總量、生態(tài)流量一并納入地方政府考核目標(biāo)。繼續(xù)推進(jìn)流域綜合治理各項(xiàng)措施，建立以水功能區(qū)為單元的水質(zhì)管理制度和以河流生態(tài)基流為約束條件的水資源開(kāi)發(fā)模式。在治理點(diǎn)源污染的同時(shí)加大對(duì)面源污染的治理力度，控制氮排放量。繼續(xù)完善水資源統(tǒng)一管理與調(diào)度制度、深化水資源管理體制改革和機(jī)制創(chuàng)新，探索建立流域科學(xué)決策民主管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置，達(dá)到以水資源可持續(xù)利用保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的最終目標(biāo)。

[1]鄭自寬,朱金花,趙治文,等.石羊河流域地表水限制納污紅線控制指標(biāo)與應(yīng)用[R].蘭州.2012:8-9.

[2]康國(guó)璽，石羊河生態(tài)修復(fù)與環(huán)境治理探討[J].中國(guó)水利.2005(8):30-31.

[3]劉曉峰，許靜.石羊河流域水環(huán)境承載力分析研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì).2011(3)：17-20.

[4]朱金花，甘肅渭河流域水環(huán)境承載能力及污染控制分析[J].地下水.2012(3)：94-96.

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1004-1184(2016)06-0078-02

2016-06-06

朱金花(1966-)，女，甘肅平?jīng)鋈?，高?jí)工程師，主要從事水環(huán)境監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)及保護(hù)工作。