(承德水文水資源勘測(cè)局， 河北 承德 067000)

承德市河流納污量分析及控制

陸永新

(承德水文水資源勘測(cè)局， 河北 承德 067000)

近年來承德市流域水環(huán)境污染問題日益突出，為了控制和治理城市河流污染,研究城市河流的納污能力十分必要。本文通過分析流經(jīng)承德市河流的26個(gè)河段，統(tǒng)計(jì)現(xiàn)階段水域納污總量，并采用一維水質(zhì)模型計(jì)算規(guī)劃河段最大納污量。經(jīng)計(jì)算，到2022年全市控制COD入河總量為0.100萬t，為現(xiàn)狀入河量的2.5%，全市控制氨氮入河總量為0.0073萬t，為現(xiàn)狀入河量的12.6%。為日后的河流水環(huán)境污染防治和環(huán)境管理決策提供了依據(jù)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

承德市；規(guī)劃河段；納污量

承德市位于河北省東北部,燕山山脈東段長(zhǎng)城北側(cè)，總面積為39548km2。承德市地形差異大，地形總趨勢(shì)由西北向東南傾斜，基本與河流流向一致。流經(jīng)承德市河流主要是三個(gè)流域，即遼河流域、潮河流域、灤河流域。其中灤河流域集水面積28878.35km2，境內(nèi)流經(jīng)長(zhǎng)度378km；潮河流域集水面積6776.74km2，境內(nèi)流經(jīng)長(zhǎng)度7.1km；遼河流域集水面積4153.78km2。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，河流周邊大量的工業(yè)和生活污水未經(jīng)處理直接排入河流上游, 導(dǎo)致河道納污量明顯增加，水污染問題較為突出。

1 規(guī)劃河段、水域納污總量概況

在本次規(guī)劃26個(gè)河段中，選取能控制排污廠礦和城鎮(zhèn)生活污水且排污量較為集中，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活有重大影響的河段。共選出10個(gè)河段，統(tǒng)計(jì)其水域納污總量：全年廢污水量為3103.49萬t，年污染物入河量CODCr為40506.77t，揮發(fā)酚為1.179t，氨氮為582.38t，氰化物為0.0364t，硫化物為6.155t，見表1。

水體納污能力是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的污染物最大允許負(fù)荷量。為制定污染物排放總量的控制方案提供依據(jù)[1]。

2 規(guī)劃河段最大允許納污量計(jì)算

2.1 設(shè)計(jì)流量、水量確定

承德市所屬灤河、北三河水系中河流，全是山區(qū)性常年有水河流，汛期洪水陡漲陡落，按下列原則確定設(shè)計(jì)流量：

表1 承德市水資源保護(hù)規(guī)劃河段納污量統(tǒng)計(jì)

a. 設(shè)計(jì)流量的確定(常年有水河道)：選取10年枯水期(除去6—9月)的平均流量計(jì)算，取保證率為90%的枯水期月平均流量為設(shè)計(jì)流量。

b. 僅僅汛期有水的季節(jié)性河道，設(shè)計(jì)流量取0。

2.2 水質(zhì)模型選取與參數(shù)確定

2.2.1 河流水質(zhì)模型選取與參數(shù)確定

山區(qū)河流水質(zhì)模型選取與參數(shù)確定。水質(zhì)模型采用一維恒定流水質(zhì)模型[1]，即：

C=C0exp(-Kx/u)

(1)

式中C—— 下游斷面污染物濃度，mg/L；

C0—— 上游斷面污染物濃度，mg/L；

x—— 相鄰兩斷面間距離，km；

u—— 平均流速，km/d；

K—— 衰減系數(shù)。

衰減系數(shù)K用實(shí)測(cè)資料反推法求?。?/p>

K=(InC1-InC2)u/Δx

(2)

衰減系數(shù)結(jié)果見表2。

a. 河段平均流速u的確定。河段平均流速u是在設(shè)計(jì)流量確定的基礎(chǔ)上，從水文年鑒查得設(shè)計(jì)流量下相對(duì)應(yīng)的河流平均流速。

表2 衰減系數(shù)K統(tǒng)計(jì)

b. 上游來水污染物背景濃度C0的確定。如現(xiàn)狀水平年C0小于規(guī)劃水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，直接采用現(xiàn)狀實(shí)測(cè)平均值；如現(xiàn)狀水平年C0大于規(guī)劃水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，取上游斷面規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)值。

由于部分山區(qū)河流有水文資料，因此本次僅對(duì)有流量資料的河段計(jì)算模型。

2.2.2 湖庫水質(zhì)模型選取與參數(shù)確定

湖庫采用推流衰減模型：

C=Ciexp(-KΦHr2/2qi)

(3)

式中C——r處污染物濃度，mg/L；

Ci—— 排污口污染物濃度，mg/L；

Φ—— 擴(kuò)散角，弧度；

H—— 擴(kuò)散區(qū)平均水深，m；

r—— 距排污口距離，m；

qi—— 污水量，m3/s。

按有關(guān)規(guī)定不允許直接排污，不進(jìn)行最大允許納污量的計(jì)算。如計(jì)算其COD水質(zhì)模型為

C=58.8exp(-9.48×10-3r2)

(4)

其氨氮水質(zhì)模型為

C=0.22exp(-1.15×10-2×r2)

(5)

進(jìn)行模型計(jì)算的河流(河段)及其水質(zhì)模型見表3。

表3 進(jìn)行模型計(jì)算的河流(河段)及其水質(zhì)模型

2.3 最大允許納污量計(jì)算

2.3.1 河流最大允許納污量計(jì)算

a. 季節(jié)性河流。由于季節(jié)性河流大部分設(shè)計(jì)流量為0，對(duì)于設(shè)計(jì)流量為零的河流，采用該河段內(nèi)入河污染物濃度與按其功能區(qū)劃規(guī)定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值之差，乘以規(guī)劃水平年入河排污水量，計(jì)算出該河段的污染物應(yīng)削減量[3- 4]。

b. 山區(qū)河流。山區(qū)河流的最大允許納污量計(jì)算采用一維恒定流模型進(jìn)行計(jì)算[2]，計(jì)算公式為

(6)

(7)

對(duì)于保護(hù)區(qū)、保留區(qū)按2022年達(dá)到零排放計(jì)算，對(duì)于飲用水源區(qū)按2018年達(dá)到零排放計(jì)算。

2.3.2 湖庫最大允許納污量計(jì)算

湖庫的最大允許納污量采用推流衰減模型進(jìn)行計(jì)算[3- 4]，計(jì)算公式為

W=86.4Ciqi=86.4Csexp(KφHr2/2qi)qi

(8)

各水系、市規(guī)劃河段(湖庫、洼淀)最大允許納污量計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 承德市水體最大允許納污量計(jì)算成果

續(xù)表

3 水系及河流污染物入河總量控制

納污總量控制及分配方案的研究與制定是水資源保護(hù)規(guī)劃工作的重要內(nèi)容。為了使規(guī)劃水域滿足水質(zhì)目標(biāo)的要求，對(duì)其實(shí)施污染物總量控制，必須根據(jù)水體的納污能力、納污現(xiàn)狀、不同水平年的水質(zhì)控制目標(biāo)、污染源源強(qiáng)與排入水體水質(zhì)關(guān)系等因素，提出規(guī)劃水域按照水功能區(qū)劃要求的水質(zhì)目標(biāo)和不同水平年水質(zhì)目標(biāo)下各水域水體的污染物控制量[5- 6]。

3.1 入河污染物總量控制計(jì)算

根據(jù)規(guī)劃水域納污能力、不同水平年的水質(zhì)控制目標(biāo)和受納污染物負(fù)荷，計(jì)算出不同水質(zhì)目標(biāo)下的污染物最大允許排放量和入河污染物削減量。

對(duì)于各規(guī)劃河段、水域，根據(jù)污染物入河量、設(shè)計(jì)流量(水量)、水質(zhì)控制目標(biāo)和污染源的源強(qiáng)等，部分河段考慮污染物降解、稀釋作用等因素，分別測(cè)算不同規(guī)劃水平年不同方案控制斷面各主要污染物總量控制指標(biāo)。各水平年各規(guī)劃河段、水域入河污染物總量見表4。

3.2 2022年各水系及河流污染物入河總量控制

3.2.1 COD入河總量控制

2022年全市控制COD入河總量為0.100萬t，為現(xiàn)狀入河量的2.5%。灤河水系最多為0.091萬t，占2022年入河總量的91%；武烈河入河控制量最大,為0.082萬t，占82%；瀑河為0.006萬t，占6.0%；入河量最小的是柳河、伊遜河、老牛河為0；北三河水系潮河為0.009萬t，占9.0%。

2022年全市COD削減總量為0.300萬t，為現(xiàn)狀入河量的7.7%。灤河水系削減量最大為0.297萬t，占削減總量的99.0%；武烈河為0.273萬t，占91.0%；伊遜河為0.019萬t，占6.3%；削減量最小的是柳河、老牛河為0；北三河水系潮河削減量為0.004萬t，占1.33%。

3.2.2 氨氮入河總量控制

2022年全市控制氨氮入河總量為0.0073萬t，為現(xiàn)狀入河量的12.6%。灤河水系中武烈河入河量最大為0.0070萬t，占該水平年入河總量的95.9%；排在第二位的是瀑河，為0.0003萬t，占4.1%；其余河流的入河量接近0。

2022年全市氨氮削減總量為0.0043萬t，為現(xiàn)狀入河量的7.4%。削減量最大的為武烈河，是0.0039萬t，占削減總量的90.7%；伊遜河和瀑河分別列于第二、第三名，各為0.0003萬t、占7.0%，0.0001萬t、占2.3%。

4 結(jié) 語

用水質(zhì)目標(biāo)作為控制條件，以COD、氨氮、總磷為主要指標(biāo)，運(yùn)用一維水質(zhì)模型，得到各水功能區(qū)污染物的最大納污量, 同時(shí)根據(jù)現(xiàn)有的狀況要求承德市在2022年各水系及河流污染得到控制。主要結(jié)論如下：

a. 承德市水體最大允許納污量計(jì)算成果見表4。

b. 2022年全市控制COD入河總量為0.100萬t，為現(xiàn)狀入河量的2.5%。

c. 2022年全市控制氨氮入河總量為0.0073萬t，為現(xiàn)狀入河量的12.6%。

通過運(yùn)用一維水質(zhì)模型計(jì)算承德市規(guī)劃河段最大納污量，得到COD和氨氮入河總量；根據(jù)水體的納污現(xiàn)狀以及納污能力逐步控制規(guī)劃區(qū)內(nèi)污染物的總量，考慮不同水平年的水質(zhì)控制目標(biāo)、污染源源強(qiáng)與排入水體水質(zhì)關(guān)系等因素，提出規(guī)劃水域按照水功能區(qū)劃要求的水質(zhì)目標(biāo)和不同水平年水質(zhì)目標(biāo)下各水域水體的污染物控制量，為日后的河流水環(huán)境污染防治和環(huán)境管理決策提供了依據(jù)。

[1] 劉征. 河北省水生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能重要性評(píng)價(jià)[D]. 石家莊: 河北師范大學(xué), 2006.

[2] 倪深海. 半濕潤(rùn)地區(qū)水生態(tài)環(huán)境恢復(fù)研究[D]. 南京: 河海大學(xué), 2003.

[3] 李秀瑩. 水質(zhì)數(shù)據(jù)處理和評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究與實(shí)現(xiàn)[D]. 南京: 河海大學(xué), 2007.

[4] 王秀蘭, 李紅亮. 河北省水環(huán)境承載能力及污染物總量控制方案研究[J]. 海河水利, 2004(4):31- 33.

[5] 左欣. 大汶河泰安段水污染控制與水質(zhì)預(yù)測(cè)初步研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué), 2005.

[6] 郎子龍, 劉英學(xué). 河流污染總量控制分析[J]. 地下水, 2015(5):142- 143.

AnalysisofriverpollutantholdingquantityandcontrolinChengde

LU Yongxin

(ChengdeHydrologicalWaterResourcesSurveyBureau,Chengde067000,China)

In recent years, water environmental pollution problem is becoming more and more serious in Chengde. It is necessary to study the pollution capacity of urban rivers in order to control and govern urban river pollution.Total pollution capacity in water areas at current stage is counted through the analysis on 26 river sections flowing through Chengde. One- dimensional water quality model is adopted for calculating and planning the maximum pollutant holding quantity of the river. Total COD into the river all over the city till 2022 is 0.1million tons according to calculation, which accounts for 2.5% of current amount into river. Total ammonia nitrogen in the river all over the city is controlled at 73t, which accounts for 12.6% of current amount into the river. It provides basis for river water pollution control and environmental management decision in the future with important practical significance.

Chengde; planed river section; pollutant holding quantity

10.16616/j.cnki.10- 1326/TV.2017.010.007

TV213.4

A

2096-0131(2017)010-0020-05