王知曉，周鐵軍，陳崇德

(1.湖北省漳河工程管理局，湖北 荊門 448156；2.鄂北地區(qū)水資源配置工程建設(shè)與管理局，湖北 武漢 430071)

漳河水庫(kù)是一座以農(nóng)業(yè)灌溉、城鎮(zhèn)供水為主，兼有防洪、發(fā)電、旅游、養(yǎng)殖、航運(yùn)等綜合功能的大型水庫(kù)。水庫(kù)建于湖北省長(zhǎng)江支流沮漳河?xùn)|支的漳河上，1958年動(dòng)工興建，1966年建成并投入使用。漳河水庫(kù)集水面積2 212 km2，水庫(kù)水域面積104 km2，總庫(kù)容21.13億m3，其中興利庫(kù)容9.24億m3。設(shè)計(jì)灌溉面積17.4萬(wàn)hm2，覆蓋荊門、荊沙、當(dāng)陽(yáng)、鐘祥等市縣的大部分耕地。

根據(jù)湖北省環(huán)保局2000年《湖北省地表水環(huán)境功能區(qū)類別》規(guī)定：漳河水庫(kù)及其干流主要適用功能為集中式生活飲用水水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)，執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；漳河水庫(kù)各支流主要適用功能為集中式生活飲用水水源地二級(jí)保護(hù)區(qū)，一般魚(yú)類保護(hù)區(qū)，執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。漳河水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，部分水體水質(zhì)在若干年份的COD、總氮、總磷等指標(biāo)超標(biāo)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量受到一定的影響[1]。

1 漳河水庫(kù)水環(huán)境容量分析

1.1 漳河水庫(kù)水域理論水環(huán)境容量分析

1)漳河水庫(kù)水質(zhì)數(shù)學(xué)模型。為計(jì)算方便，認(rèn)為各功能區(qū)的水體是充分混合的，在此基礎(chǔ)上建立水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)鹽的數(shù)學(xué)模型，即：

dc/dt=(Q入C入-Q出C出)/V-C×k

(1)

由數(shù)學(xué)模型定義可知C出=C，令ρ=Q出/V，J入=Q入C入，于是：

dc/dt=J入/V-ρC/A-C×k

(2)

式中：C為氮(磷)濃度，mg/L；J入為年水庫(kù)容積，m3；k為氮(磷)的自凈系數(shù)；ρ為水力沖刷速率，a-1；J入、V、ρ、k等參數(shù)通過(guò)實(shí)測(cè)或?qū)嶒?yàn)方法求得。由于k值的取法不同，研究的均勻混合模型較多，采取多種模型試算與實(shí)測(cè)結(jié)果比較的方法，建立漳河水庫(kù)最佳水質(zhì)數(shù)學(xué)模型[2]。模型公式如下：

2)COD水質(zhì)模型：P=Pi/[1+(H/qs)1/2]

允許負(fù)荷量模型：Lc=qs×Ps×[1+(H/qs)1/2]

3)總氮水質(zhì)模型：P=L(1-R)/(ρ×H)

允許負(fù)荷量模型：Lc=(Ps×ρ×H)/(1-R)

4)總磷水質(zhì)模型：P=Pi/[1+2.27τ0.585]

允許負(fù)荷量模型：Lc=qs×Ps(1+2.27τ0.585)

5)水環(huán)境容量：Wk=Lc×A

式中：Lc為水庫(kù)氮(磷)允許負(fù)荷量，g/m2·a；L為水庫(kù)單位面積氮(磷)負(fù)荷量，g/m2·a；Ps為總氮(磷)的水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，mg/L；P為水庫(kù)平均總氮(磷)濃度，mg/L；Pi為平均入庫(kù)總氮(磷)濃度，mg/L；qs為單位水庫(kù)面積的水量負(fù)荷，m3/m2·a；ρ為水力沖刷系數(shù)；R為水庫(kù)中氮(磷)的滯留系數(shù)，1/a；H為水庫(kù)的平均深度，m；τ為庫(kù)水滯留時(shí)間；Wk為功能區(qū)的水環(huán)境容量，g/a；Lc為功能區(qū)的允許負(fù)荷量，g/(m2·a)；A為功能區(qū)的面積。

水庫(kù)規(guī)劃水質(zhì)目標(biāo)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅱ類水質(zhì)，COD的Ps≤15 mg/L、總氮Ps≤0.5 mg/L和總磷Ps≤0.025 mg/L。按模型公式計(jì)算，漳河水庫(kù)COD的理論允許負(fù)荷量為143.137 g/m2·a，總氮的理論允許負(fù)荷量為6.603 g/m2·a，總磷的理論允許負(fù)荷量為1.556 g/m2·a。按水環(huán)境容量計(jì)算，漳河水庫(kù)水域COD的理論環(huán)境容量為13 942 t/a，總氮的理論環(huán)境容量為643 t/a，總磷的理論環(huán)境容量為152 t/a。

1.2 漳河水庫(kù)流域主要河流理論環(huán)境容量分析

一維模型水環(huán)境容量的計(jì)算公式：

Wi=31.536×(C×eKx/86.4u-Ci)×(Qi+Qj)

(3)

式中：Wi為允許排放量，t/a；C為沿程濃度，mg/l；Kx為計(jì)算點(diǎn)到第i節(jié)點(diǎn)的距離，m；u為第i個(gè)河段的設(shè)計(jì)流速，m/s；Ci為河段第i個(gè)節(jié)點(diǎn)處的水質(zhì)濃度，mg/l；Qi為河道節(jié)點(diǎn)后流量，m3/s；Qj為第i節(jié)點(diǎn)處廢水入河量，m3/s。

漳河水庫(kù)各主要干流支流水質(zhì)目標(biāo)為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅲ類水質(zhì)，COD的Ps≤20 mg/L、總氮Ps≤1.0 mg/L和總磷Ps≤0.05 mg/L。對(duì)流域各主要直接入庫(kù)干流支流水環(huán)境容量分別分析后匯總，漳河水庫(kù)流域各主要干支流理論水環(huán)境容量：COD的理論環(huán)境容量為6 889 t/a，總氮的理論環(huán)境容量為317 t/a，總磷的理論環(huán)境容量為83 t/a。

1.3 漳河水庫(kù)流域理論水環(huán)境容量分析

將漳河水庫(kù)和水庫(kù)流域主要干支流理論水環(huán)境容量進(jìn)行匯總后得出整個(gè)漳河水庫(kù)流域理論水環(huán)境容量，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 漳河水庫(kù)流域理論水環(huán)境容量匯總表 t/a

2 漳河水庫(kù)水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查與預(yù)測(cè)分析

2.1 漳河水庫(kù)水質(zhì)現(xiàn)狀調(diào)查分析

1)主要污染源。漳河水庫(kù)流域主要污染源有：①農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染主要來(lái)自化肥、農(nóng)藥利用不充分，降雨后其污染物隨地表徑流進(jìn)入水體；②牲畜和家禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄物沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理或處理不徹底隨意排放至水體；③水產(chǎn)養(yǎng)殖污染主要是化肥、飼料投入過(guò)多及網(wǎng)箱養(yǎng)殖等污染水體；④城鄉(xiāng)居民生活、工業(yè)生產(chǎn)(主要是煤礦)廢水沒(méi)有經(jīng)過(guò)有效處理或直接排入水體；⑤旅游業(yè)、食用菌生產(chǎn)的污染物排放不規(guī)范等[3]。

2)計(jì)算分析依據(jù)。主要分析依據(jù)有：全國(guó)飲用水水源地環(huán)境保護(hù)規(guī)劃，第一次全國(guó)污染源普查相關(guān)數(shù)據(jù)，流域各縣、市、區(qū)，漳河水庫(kù)調(diào)度運(yùn)用的實(shí)測(cè)資料。2011年度流域主要排污量及入河(庫(kù))計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

3)比重分析。漳河水庫(kù)流域COD、總氮、總磷等污染物輸入比重見(jiàn)表3。從表3可以看出，流域的主要污染源為畜禽養(yǎng)殖，其次是農(nóng)業(yè)種植、生活污水與食用菌生產(chǎn)，應(yīng)加強(qiáng)這方面的環(huán)保工作[4]。

2.2 流域污染物排放量預(yù)測(cè)

1)預(yù)測(cè)方法。①農(nóng)業(yè)種植耕地面積在各水平年均保持不變，排污系數(shù)不變；②牲畜、水產(chǎn)養(yǎng)殖按各縣、市、區(qū)“十三五”規(guī)劃中農(nóng)業(yè)(第一產(chǎn)業(yè))的年均增長(zhǎng)率分別進(jìn)行預(yù)測(cè)；③居民生活按各縣、市、區(qū)人口增長(zhǎng)率及今后生活水平提高而需要增加的用水量預(yù)測(cè)；④工業(yè)廢水各水平年污染排放量不變；⑤旅游業(yè)根據(jù)《漳河風(fēng)景區(qū)重點(diǎn)區(qū)域生態(tài)旅游規(guī)劃》預(yù)測(cè)；⑥食用菌生產(chǎn)污染物排放按各縣、市、區(qū)規(guī)劃的增長(zhǎng)率預(yù)測(cè)(見(jiàn)表4)。

表2 2011年度主要排污量與入河(庫(kù))污染量統(tǒng)計(jì)表

表3 主要污染物排入比重表 %

2)各類污染物入河(庫(kù))量預(yù)測(cè)分析。根據(jù)以上各污染源污染物排放預(yù)測(cè)結(jié)果和污染物入河(庫(kù))系數(shù)，預(yù)測(cè)漳河水庫(kù)流域各類污染源污染物入河(庫(kù))量，見(jiàn)表5。

3 漳河水庫(kù)流域水環(huán)境容量分析

3.1 水環(huán)境容量分析

根據(jù)上述分析計(jì)算，漳河水庫(kù)流域污染物輸入量統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表6。從表6可以看出，2011年全流域污染物輸入量已經(jīng)大于水環(huán)境容量，從預(yù)測(cè)情況來(lái)看，漳河水庫(kù)流域的水環(huán)境容量變化形勢(shì)不容樂(lè)觀。2011年水庫(kù)水域除總氮、總磷輸入量稍微大于水環(huán)境允許容量外，其他各污染物輸入量基本上小于水環(huán)境容量，說(shuō)明當(dāng)時(shí)漳河水庫(kù)流域的水質(zhì)基本滿足水體環(huán)境功能區(qū)劃要求。但是隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，2015年后各污染物的輸入量增加較多，如不采取相應(yīng)治理措施，漳河水庫(kù)水體將不能達(dá)到《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)Ⅱ類水質(zhì)要求，務(wù)必引起有關(guān)部門的高度重視[5]。

表4 主要污染物預(yù)測(cè)統(tǒng)計(jì)表 t/a

表5 流域各類污染源污染物入河(庫(kù))量預(yù)測(cè)表 t/a

表6 漳河水庫(kù)流域預(yù)測(cè)理論水環(huán)境容量與污染物輸入量表 t/a

注：①全流域理論容量：COD 20 831 t/a，總氮960 t/a，總磷235 t/a；②水庫(kù)水域理論容量：COD 13 942 t/a，總氮643 t/a，總磷152 t/a。

3.2 水環(huán)境容量變化原因與利用建議

1)水環(huán)境容量變化原因。①流域森林面積減少較多，水土流失嚴(yán)重。據(jù)各縣市區(qū)統(tǒng)計(jì)資料，1958年建設(shè)漳河水庫(kù)時(shí)，流域森林面積達(dá)65%之多，并具有完整的森林生態(tài)系統(tǒng)，是湖北省重要的林區(qū)之一。但目前流域森林面積只有40%。森林面積的銳減，使得漳河主河道多年平均含沙量、流域侵蝕模數(shù)呈增加趨勢(shì)，水土流失進(jìn)一步加劇。②污染隱患持續(xù)增加。農(nóng)業(yè)種植、畜禽與水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)等經(jīng)營(yíng)粗放，其污染物沒(méi)經(jīng)過(guò)徹底處理直接排入水體，造成部分地段水體污染嚴(yán)重；生活污水、工業(yè)廢水治理的覆蓋率較低，至今成效不大；旅游業(yè)的發(fā)展與城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程加快，但環(huán)境保護(hù)工作卻滯后，導(dǎo)致其污染物的排放呈繼續(xù)增加的趨勢(shì)。③水源地保護(hù)工程建設(shè)不健全。主要表現(xiàn)在生態(tài)監(jiān)測(cè)能力較弱，缺少相應(yīng)的設(shè)施和儀器。預(yù)警能力、污染事故應(yīng)急執(zhí)法能力不足[6]等。④生態(tài)環(huán)境監(jiān)管、執(zhí)法合力不夠。流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)管有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、面廣、跨界等特點(diǎn)，因而環(huán)境違法行為監(jiān)管難度較大；環(huán)境保護(hù)涉及的部門較多，使得查處違法行為的程序多、手續(xù)多、辦案周期長(zhǎng)、時(shí)效較差等，且不同部門法規(guī)，量責(zé)和處理方式、結(jié)果也不盡相同，造成了執(zhí)法資源的分散和內(nèi)耗[7]。⑤管理體制亟待理順。流域跨多個(gè)縣、市、區(qū)，受行政區(qū)劃的約束，導(dǎo)致環(huán)境保護(hù)統(tǒng)一執(zhí)法困難較多，執(zhí)法效能不高。

2)水環(huán)境容量利用建議。①利用水環(huán)境容量資源分布特征，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，合理調(diào)整工業(yè)布局，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)。通過(guò)漳河水庫(kù)流域水環(huán)境容量計(jì)算，對(duì)現(xiàn)有水環(huán)境容量利用狀況進(jìn)行分析。通過(guò)分析，根據(jù)水環(huán)境容量分布調(diào)整區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局，合理利用水環(huán)境容量。以水環(huán)境容量特征來(lái)引導(dǎo)和調(diào)控社會(huì)經(jīng)濟(jì)布局，解決工業(yè)發(fā)展與環(huán)境協(xié)調(diào)的問(wèn)題。②節(jié)約環(huán)境資源、加快發(fā)展規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖和鄉(xiāng)鎮(zhèn)生活污水治理步伐。城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的嚴(yán)重滯后，已經(jīng)在很大程度上制約著流域經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此，加快發(fā)展規(guī)模化畜禽養(yǎng)殖，完善和改造現(xiàn)有城鎮(zhèn)排污管網(wǎng)與建設(shè)城市生活污水處理廠已成當(dāng)務(wù)之急，須盡快有效處理畜禽養(yǎng)殖污染物及生活污水，降低污染負(fù)荷[8]。

4 結(jié) 語(yǔ)

漳河水庫(kù)流域水環(huán)境容量分析結(jié)果表明，流域內(nèi)面臨著越來(lái)越嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境不斷遭受破壞的問(wèn)題。在流域人類經(jīng)濟(jì)與社會(huì)活動(dòng)日趨頻繁、工業(yè)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展、城鎮(zhèn)化建設(shè)和人口不斷增長(zhǎng)的同時(shí)，亟需按照漳河水庫(kù)流域生態(tài)環(huán)境保護(hù)實(shí)施規(guī)劃與“讓江河湖泊休養(yǎng)生息”的戰(zhàn)略部署，繼續(xù)探索“一湖一策”的湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)方式，建立漳河水庫(kù)生態(tài)環(huán)境保護(hù)長(zhǎng)效機(jī)制，確保漳河水庫(kù)水資源的可持續(xù)利用。