徐 浩 彭 輝 蘭 峰

(長江委水文局長江上游水環(huán)境監(jiān)測中心， 重慶 400020)

?

重慶市臨江河永川段納污能力及限排總量分析

徐 浩 彭 輝 蘭 峰

(長江委水文局長江上游水環(huán)境監(jiān)測中心， 重慶 400020)

以重慶市臨江河永川段為研究區(qū)域，根據各水功能區(qū)水質目標和水質現(xiàn)狀，選取河流一維水質模型，以COD和氨氮作為污染指標，計算出各水功能區(qū)的納污能力，并提出相應限制排污總量，計算結果可供臨江河水資源綜合管理和污染控制規(guī)劃參考。

水功能區(qū)；納污能力；限制排污總量；一維水質模型；臨江河；重慶市

近年來，由于社會經濟的進一步發(fā)展，人類生產生活對水環(huán)境、水生態(tài)和水資源的影響加劇，使水環(huán)境保護和水資源管理面臨著更加嚴峻的形勢。隨著“三條紅線”的劃定以及《關于最嚴格水資源管理制度的意見》的實施，河流納污能力及限制排放總量等河流健康狀況方面的研究越來越受到人們的關注。臨江河橫跨重慶市永川區(qū)，地處農耕地區(qū)，沿途城鎮(zhèn)較多，流經路線復雜，在流域面積為50～1 000 km2的次級河流中具有典型的代表性。本文以臨江河永川段為研究區(qū)域，通過計算并分析流域內各水功能區(qū)的納污能力，提出限制排污總量，可供該流域及類似河流的水污染綜合治理參考。

1 臨江河水功能區(qū)相關狀況

1.1 臨江河概況

臨江河又稱永川河，是長江三峽庫區(qū)在重慶市永川區(qū)境內的左岸一級支流，發(fā)源于永川區(qū)寶峰華家寺，于朱楊溪鎮(zhèn)匯入長江，河長 96.4 km，流域面積為730 km2，河口多年實測流量為 8.96 m3/s，是流域內農田灌溉、工礦企業(yè)用水及沿途居民生活用水的主要水源。流域屬亞熱帶濕潤季風氣候，年均降雨量約為1 050 mm，主要集中在豐水期。按照《三峽庫區(qū)及其上游水污染防治規(guī)劃》，臨江河被列為重慶市境內擬進行水污染綜合治理的次級河流之一，其污染主要來源于沿岸鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放的廢水、生活污水及農業(yè)面源污染。

1.2 水功能區(qū)劃

根據《重慶市永川區(qū)水功能區(qū)劃》(2011年)，臨江河永川段共劃分一級水功能區(qū)3個，區(qū)劃河長86.2 km。其中保護區(qū)1個，長度為 6.1 km；保留區(qū)1個，長度為12.6 km；開發(fā)利用區(qū)1個，長度為67.5 km，見圖1。

圖1 臨江河水系及水功能區(qū)劃示意

一級水功能區(qū)中開發(fā)利用區(qū)河段長度最長，占區(qū)劃河長的78%，位于關門山水庫大壩下游至臨江鎮(zhèn)桐子屋基處。其中，過渡區(qū)4個，排污控制區(qū)4個，排污控制區(qū)和過渡區(qū)數量最多，主要位于來蘇、永川城區(qū)、陳食、臨江等人口密集的城鎮(zhèn)，這與臨江河沿岸的開發(fā)程度有關；此外還有飲用水源區(qū)2個，工業(yè)用水區(qū)1個，農業(yè)用水區(qū)1個，景觀娛樂用水區(qū)1個，這與臨江河沿岸經濟發(fā)展規(guī)劃有關。

另外，保護區(qū)長度占區(qū)劃河長的7%，位于臨江河源頭至關門山水庫大壩下游處，該功能區(qū)為保護源頭水及下游水質設立。保留區(qū)長度占區(qū)劃河長的15%，位于臨江鎮(zhèn)桐子屋基至何埂鎮(zhèn)長沖村江永橋處，該河段開發(fā)利用程度不高。

1.3 水質現(xiàn)狀

臨江河主要河段水質以Ⅲ～Ⅳ類為主，除臨江河永川源頭保護區(qū)的水質未達到水功能區(qū)水質管理目標外，其他水功能區(qū)水質均已達標[1, 2]。各水功能區(qū)水質現(xiàn)狀見表1。

表1 臨江河各水功能區(qū)水質現(xiàn)狀

2 水質模型選取及參數確定

2.1 水質模型

水功能區(qū)納污能力是指，在滿足給定水域功能要求的前提下，在水功能區(qū)設計水量、水質目標值、入河排污口位置及排污方式確定的情況下，該水體所能容納的最大污染物容量[3]。

臨江河寬深比小，污染物在河流中容易均勻混合，滿足流場均勻穩(wěn)定等條件。河口多年實測流量(8.96 m3/s)符合《水域納污能力計算規(guī)程》(GB/T 25173—2010)中選擇河流一維模型的基本條件(Q<150 m3/s)。在計算時，為方便處理計算，采用河流一維水質模型，設定污染物排放口在同一水功能區(qū)內沿河段均勻分布，將各排污口概化為均濃度排放，并據此推算該水功能區(qū)納污能力[4]。污染物濃度計算公式如下：

(1)

式中，Cx為流經一段距離后的污染物濃度，mg/L；Co為起始斷面的污染物濃度，mg/L；x為該水功能區(qū)河段的長度，m；u為設計流量下的平均流速 ，m/s；K為污染物綜合衰減系數，1/s。

相應的納污能力計算公式為：

(2)

式中，M為污染物納污能力，t/a；Cs為水功能區(qū)終止斷面污染物的設定濃度，mg/L；Co為水功能區(qū)起始斷面污染物的設定濃度，mg/L；L為水功能區(qū)長度，m；Q為初始斷面的入流流量，m3/s；Qp為污廢水排放流量，m3/s。

2.2 計算參數

(1) 設計流量。水域的納污能力不是固定不變的，在不同的水平年、不同保證率的前提下會得出不同的納污能力計算值。在實際計算中，設計流量的設定大小對計算結果影響較大，其合理性也將直接影響水功能區(qū)納污能力及限排方案設定的合理性[3]。

根據《水域納污能力計算規(guī)程》(GB/T 25173—2010)，一般推薦采用最近10 a間最枯月平均流量或者90%保證率情況下最枯月的平均流量作為該水功能區(qū)的設計流量。有水文實測資料的河段，設計流量選取90%保證率下最枯月平均流量；在上下游水功能區(qū)均無系列水文資料而該水功能區(qū)資料又較少時，設計流量選取偏枯典型年的枯水期平均流量；在該水功能區(qū)河段內無水文資料時，根據相鄰上下游有水文資料的水功能區(qū)，用內插法確定設計流量；在上下游河段均無水文資料的水功能區(qū)，設計流量利用產流面積與水系或水文站控制產流面積的比例確定。

(2) 設計流速。對有實測流速資料的水功能區(qū)，設計流速采用該斷面的實測資料；對沒有相應流速資料的水功能區(qū)，設計流速參照附近區(qū)域河流的流量流速關系進行擬定。

表2 臨江河各水功能區(qū)納污能力計算參數擬定

(3) 初始濃度值。根據上一個水功能區(qū)的水質目標值確定初始濃度值Co。若為源頭，則取源頭污染物濃度值。

(4) 水質目標值。污染物目標值Cs為該水功能區(qū)的水質設定值。

(5) 綜合衰減系數。在河流一維水質模型中，采用綜合衰減系數。綜合衰減系數由污染物在水環(huán)境中的物理降解、化學降解和生物降解系數綜合擬定而來。根據相關實測成果，并參考《重慶市水資源綜合規(guī)劃水資源保護規(guī)劃》中一些中小河流以及其他類似河流的綜合衰減系數[5- 6]，擬定得出臨江河的綜合衰減系數K值，對于COD為 2.315×10-6L/s，對于氨氮為 2.894×10-6L/s，較為符合臨江河的實際情況。

各水功能區(qū)的參數具體擬定值見表2。

3 計算結果

3.1 納污能力

根據設計條件分析計算，臨江河COD納污能力為1 095.7 t/a，氨氮納污能力為53.2 t/a。各水功能區(qū)納污能力見表3。

3.2 限制排污總量

3.2.1 各水功能區(qū)限排總量的確定

根據水功能區(qū)的實際污染物入河量和納污能力，綜合考慮該水功能區(qū)水質狀況、當地技術經濟條件和社會經濟發(fā)展水平，在給定的時間內，允許進入水功能區(qū)的最大污染物數量，稱為限制排污總量。

表3 臨江河各水功能區(qū)納污能力計算 t/a

以河段的納污能力分析計算結果和該河段的現(xiàn)狀納污量、污水達標排放量來確定限制排污總量，不同類型的水功能區(qū)限制排污總量按不同的方法分別確定[3]。

(1) 現(xiàn)狀水質達標的水功能區(qū)，污染物入河量又小于納污能力計算值時，采用小于納污能力的入河排放量或納污能力作為限制排污總量。

(2) 因上一個水功能區(qū)來水污染導致該水功能區(qū)水質未達標或污染來源不能控制，污染物削減目標難以實現(xiàn)的水功能區(qū)，不能達到設定的水質目標時，根據該功能區(qū)納污能力確定限制排污總量。

(3) 現(xiàn)狀水質未達標而入河污染物削減較容易的水功能區(qū)，可采用納污能力作為限制排污總量。

(4) 現(xiàn)狀水質未達標而入河污染物削減較難的水功能區(qū)，綜合考慮各水功能區(qū)的社會經濟發(fā)展水平、污染物排入量、水質現(xiàn)狀、污染物削減水平、污染治理水平及其上下游水功能區(qū)的敏感性等多方因素，按照從嚴控制、未來有所改善的要求，確定水功能區(qū)限制排污總量。

據估算，至2019年，臨江河COD限制排放總量為576.5 t/a，氨氮限制排放總量為 39.3 t/a。各水功能區(qū)限制排污總量見表4。

表4 臨江河各水功能區(qū)限制排污總量 t/a

3.2.2 相關水功能區(qū)限排總量設定釋義

(1) 永川源頭保護區(qū)位于臨江河源頭地區(qū)，由于現(xiàn)狀水質未達標，需對其入河污染物作削減處理，故設定限排總量為0，即不允許在該水功能區(qū)內進行排污操作。

(2) 永川城區(qū)飲用水源區(qū)為當地民眾生活提供重要水源，故設定限排總量為0。

(3) 城區(qū)過渡區(qū)、陳食過渡區(qū)、臨江過渡區(qū)等3個水功能區(qū)現(xiàn)狀水質雖然達標，但位于永川區(qū)域內3個較大排污控制區(qū)下游，其污染物削減水平將受到上游排污量的影響，為保證在水平年期內水質能夠滿足水質設定目標，故設定限排總量為0。

(4) 其余水功能區(qū)現(xiàn)狀水質均符合水質管理目標，其限排總量按照納污能力和污染物入河排污量進行設定。

4 結論與建議

本文以臨江河為例，結合該流域水資源保護規(guī)劃要求，按照河流一維模型簡化計算納污能力。經計算，臨江河COD納污能力為1 095.7 t/a，氨氮納污能力為53.2 t/a；至2019年，COD限制排放總量為576.5 t/a，氨氮限制排放總量為39.3 t/a。

在進行納污能力計算時，假設前提是水功能區(qū)中的各入河排污口在同一水功能區(qū)內沿河均勻分布，但實際情況往往比較復雜，水體真正的納污能力與計算值會存在一定的差異。應當充分考慮水體的污染特性、自然特性等諸多因素，選擇合適的水質模型，避免出現(xiàn)水體納污能力被過分地增大或減小，進而造成不利于水資源保護的局面[7]。本文選用的河流一維水質模型計算出的納污能力結果，與臨江河實際污染狀況及納污能力較為相符。

在設計限制排污總量時，要綜合考慮各水功能區(qū)的社會經濟發(fā)展水平、污染物排入量、水質現(xiàn)狀、污染物的削減水平、污染治理水平及其上下游水功能區(qū)的敏感性等多方因素，確定該水功能區(qū)的限制排污總量。

為充分發(fā)揮臨江河水資源的多種功能，不斷滿足流域內經濟社會的可持續(xù)發(fā)展目標對水資源的客觀要求，必須強化對臨江河水功能區(qū)的管理。為此，建議做好以下工作。

(1) 注意處理好各水功能區(qū)之間、水功能區(qū)與經濟社會發(fā)展之間的關系，嚴格執(zhí)行水功能區(qū)水質目標要求。

(2) 建立良性的投入運行機制。將水功能區(qū)的保護和管理納入國民經濟和社會發(fā)展計劃，加大水資源保護經費投入，滿足水資源保護、管理、監(jiān)測、科研等工作的需要。

(3) 開展水功能區(qū)監(jiān)測、水資源配置、水生態(tài)安全、水資源環(huán)境生態(tài)修復與治理、管理技術、河流健康評價等方面的科學研究，積極推廣水資源環(huán)境生態(tài)修復與治理新技術并建立試點基地。

[1] GB 3838—2002地表水環(huán)境質量標準[S]. 北京：中國標準出版社, 2002.

[2] SL 397—2007地表水資源質量評價技術規(guī)程[S]. 北京：中國水利水電出版社, 2007.

[3] GB/T 25173—2010 水域納污能力計算規(guī)程[S]. 北京：中國標準出版社, 2010.

[4] 勞國民.污染源概化對一維模型納污能力計算的影響分析[J]. 浙江水利科技, 2009，165(5)：8-10.

[5] 訾香梅.陜西渭河流域水功能區(qū)水域納污能力分析[J]. 水利水電快報, 2008，29(10):28-30.

[6] 蔚秀春.河流中污染物綜合降解系數的影響因素淺析[J].內蒙古水利，2007(2)：116-117.

[7] 韓龍喜, 朱黨生, 蔣莉華. 中小型河道納污能力計算方法研究[J]. 河海大學學報：自然科學版, 2002，30(1)：35-38.

(編輯：陳紫薇)

2016-09-15

徐浩，男，長江委水文局長江上游水環(huán)境監(jiān)測中心，助理工程師.

1006-0081(2016)11-0044-04

TV213.4

A