白偉鋒

(遼寧省鐵嶺水文局，遼寧 鐵嶺 112000)

條子河和招蘇臺(tái)河一直是遼寧與吉林跨界水污染的糾紛點(diǎn)，主要因?yàn)槿珖a(chǎn)糧大縣鐵嶺市昌圖縣受來自吉林省的招蘇臺(tái)河及支流條子河影響較嚴(yán)重。

條子河在接納了吉林省四平市工業(yè)廢水和居民生活污水之后進(jìn)入招蘇臺(tái)河。因上游地區(qū)化工、化肥、造紙、制藥等污染嚴(yán)重企業(yè)較多，再加上條子河上游天然來水量較小，成為四平市的排污溝，進(jìn)而嚴(yán)重污染了招蘇臺(tái)河水質(zhì)，成為鐵嶺市水功能區(qū)達(dá)標(biāo)考核認(rèn)定的一個(gè)難點(diǎn)。

1 研究范圍

依據(jù)《全國重要江河湖泊水功能區(qū)劃(2011—2030年)》(水資源〔2011〕597號(hào))，招蘇臺(tái)河及條子河鐵嶺市境內(nèi)各水功能區(qū)詳細(xì)情況見表1。

2 污染責(zé)任主體分析方法研究

2.1 現(xiàn)行方法

在跨界水體污染責(zé)任主體分析中，只有當(dāng)入境實(shí)際濃度超過入境斷面水質(zhì)目標(biāo)濃度時(shí)，才需考慮入境水質(zhì)對(duì)省界下游水功能區(qū)達(dá)標(biāo)考核的影響?！度珖匾雍此δ軈^(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)技術(shù)方案》(以下簡稱《方案》)規(guī)定：對(duì)省界下游其他水功能區(qū)的影響，在省區(qū)達(dá)標(biāo)率統(tǒng)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)按照實(shí)際監(jiān)測結(jié)果計(jì)算水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率；在評(píng)估省區(qū)水功能區(qū)水質(zhì)保護(hù)工作成效時(shí)，可按扣除入境水質(zhì)影響后的達(dá)標(biāo)率進(jìn)行評(píng)估。《方案》同時(shí)提出了扣除入境水質(zhì)影響的計(jì)算方法：根據(jù)物料平衡原理，從目標(biāo)斷面實(shí)測污染物的通量中扣除入境斷面超出部分的通量，再按目標(biāo)斷面的流量折算成濃度值進(jìn)行達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)。計(jì)算方法原則上按以下公式進(jìn)行：

表1 招蘇臺(tái)河及支流條子河鐵嶺市境內(nèi)水功能區(qū)劃

(1)

當(dāng)Ci-Ci0≤0，C調(diào)整濃度=C實(shí)測濃度

(2)

式中，C調(diào)整濃度—下游目標(biāo)斷面該項(xiàng)污染指標(biāo)扣除上游超標(biāo)影響后的濃度值，mg/L；C實(shí)測濃度—下游目標(biāo)斷面該項(xiàng)污染指標(biāo)實(shí)際監(jiān)測結(jié)果，mg/L；Ci—上游第i條河流入境斷面該項(xiàng)污染指標(biāo)實(shí)際監(jiān)測結(jié)果，mg/L；Ci0—上游第i條河流入境斷面該項(xiàng)污染指標(biāo)目標(biāo)濃度，mg/L；Qi—上游第i條河流入境斷面斷面流量，m3/s；Q實(shí)測流量—下游目標(biāo)斷面流量，m3/s。

現(xiàn)行方法雖然提出了分析入境水質(zhì)影響的研究思路，但存在未考慮污染物降解的不足，故適用于污染物降解速率小或入境斷面與考核斷面距離小的情況。對(duì)于降解速率較大或入境斷面與考核斷面距離的情況，該方法計(jì)算值誤差較大。

2.2 污染責(zé)任主體分析方法

水動(dòng)力水質(zhì)模型可模擬污染物的降解作用，可更為準(zhǔn)確地分析入境水質(zhì)的影響，因此本文通過一維圣維南方程組采用HEC-RAS軟件構(gòu)建招蘇臺(tái)河水動(dòng)力水質(zhì)模型，確定污染責(zé)任主體分析方法。

招蘇臺(tái)河水動(dòng)力水質(zhì)模型以張家橋斷面的逐月流量和水質(zhì)濃度為上邊界，以招蘇臺(tái)河入遼斷面的逐月水位為下邊界。模型的初始條件為流速等于零。水質(zhì)模型的初始條件取各河段內(nèi)實(shí)測水質(zhì)濃度的平均值。模型的源匯項(xiàng)共有10個(gè)，分別為由支流概化而得的4個(gè)源匯項(xiàng)(招蘇臺(tái)河進(jìn)入鐵嶺市昌圖縣后，有安家屯河、條子河、小南河等支流匯入，結(jié)合各支流的河道實(shí)測大斷面數(shù)據(jù)情況，將安家屯、小南河、二道河等概化為招蘇臺(tái)河干流上的源匯項(xiàng)。)和由點(diǎn)面源污染負(fù)荷輸入概化而得的6個(gè)源匯項(xiàng)。源匯項(xiàng)的邊界條件為對(duì)應(yīng)的逐月流量和水質(zhì)濃度。

招蘇臺(tái)河水動(dòng)力水質(zhì)模型模擬的水質(zhì)指標(biāo)為COD和氨氮。生化反應(yīng)項(xiàng)十分復(fù)雜，需考慮多級(jí)、多步的生化反應(yīng)過程。但在現(xiàn)有資料等因素限制下，若考慮得太復(fù)雜，非但不能提高模型模擬精度，相反因引入太多不確定因素而降低模擬精度，所以根據(jù)實(shí)際情況，本研究COD和氨氮的生化反應(yīng)項(xiàng)采用以下的一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程描述：

(3)

式中，K—化學(xué)需氧量的綜合降解系數(shù)，d-1；受到水流條件和溫度條件的影響，其取值變幅較大，利用當(dāng)?shù)厮乃|(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行率定和驗(yàn)證。

水動(dòng)力模型需率定的參數(shù)主要是糙率。本研究參考《水力計(jì)算手冊(cè)》中天然河道糙率作為模型糙率的初始值，再對(duì)比水動(dòng)力模擬值和實(shí)測值，最終確定主槽的糙率為0.027，灘地的糙率為0.018。水質(zhì)模型需要率定的參數(shù)主要是綜合降解系數(shù)。通過查閱文獻(xiàn)確定綜合降解系數(shù)的取值范圍，再利用斷面實(shí)測水質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)綜合降解系數(shù)進(jìn)行率定。COD和氨氮綜合降解系數(shù)率定結(jié)果為0.17d-1和0.13d-1。

本研究采用2017年1—12月作為模型的率定驗(yàn)證期。兼顧模型計(jì)算穩(wěn)定性要求及計(jì)算時(shí)間要求，模型的計(jì)算時(shí)間步長取5min，以陳家屯站、七家子站作為水質(zhì)率定驗(yàn)證站點(diǎn)，各站點(diǎn)在模型率定驗(yàn)證期內(nèi)COD、氨氮模擬值與實(shí)測值對(duì)比情況如圖1—4所示(圖中圓點(diǎn)為實(shí)測值，線為模擬值)。

圖1 COD模擬值和實(shí)測值對(duì)比(陳家屯站)

圖2 COD模擬值和實(shí)測值對(duì)比(七家子站)

圖3 NH3-N模擬值和實(shí)測值對(duì)比(陳家屯站)

圖4 NH3-N模擬值和實(shí)測值對(duì)比(七家子站)

通過模型驗(yàn)證可以看出，模擬值和實(shí)測值較為接近，模型較好的模擬了污染物的遷移演變，構(gòu)建的招蘇臺(tái)河水動(dòng)力水質(zhì)模型準(zhǔn)確可靠，可準(zhǔn)確反映招蘇臺(tái)河氨氮和COD污染物遷移變化。

2.3 污染責(zé)任主體分析方法

采用HEC-RAS軟件構(gòu)建招蘇臺(tái)河水動(dòng)力水質(zhì)模型，從而提出招蘇臺(tái)河水體污染責(zé)任主體分析方法：

(1)采用張家橋(招蘇臺(tái)河干流省界斷面)和東義和屯(條子河省界斷面)實(shí)測水質(zhì)濃度減去其目標(biāo)水質(zhì)濃度，得到入境的超標(biāo)水質(zhì)濃度。

(2)以超標(biāo)水質(zhì)濃度為招蘇臺(tái)河水動(dòng)力水質(zhì)模型的邊界條件(點(diǎn)面源輸入的水質(zhì)濃度為零)，模擬得到超標(biāo)水質(zhì)在各水功能區(qū)控制斷面產(chǎn)生的濃度。

(3)各水功能區(qū)控制斷面的實(shí)測濃度減去超標(biāo)水質(zhì)在各水功能區(qū)控制斷面產(chǎn)生的濃度，即為調(diào)整后的水功能區(qū)控制斷面考核濃度。

3 水體污染責(zé)任主體分析

利用招蘇臺(tái)河水動(dòng)力水質(zhì)模型，按照提出的招蘇臺(tái)河水體污染責(zé)任主體分析方法，以2017年為例，對(duì)招蘇臺(tái)河水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)考核進(jìn)行調(diào)整，招蘇臺(tái)河吉遼緩沖區(qū)、條子河吉遼緩沖區(qū)、條子河林家農(nóng)業(yè)用水區(qū)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率分別由調(diào)整前的50.0%、0.0%、8.3%變?yōu)檎{(diào)整后的100%、100%、91.7%，這三個(gè)水功能區(qū)調(diào)整后均達(dá)標(biāo)；招蘇臺(tái)河黑崗農(nóng)業(yè)用水區(qū)、招蘇臺(tái)河黃酒館農(nóng)業(yè)用水區(qū)過渡區(qū)調(diào)整前后達(dá)標(biāo)率都為33.3%，達(dá)標(biāo)率沒有變化，這兩個(gè)水功能區(qū)均不達(dá)標(biāo)。

考慮受吉林省污染物輸入的影響，招蘇臺(tái)河吉遼緩沖區(qū)、條子河吉遼緩沖區(qū)、條子河林家農(nóng)業(yè)用水區(qū)的水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率有所提高，招蘇臺(tái)河黑崗農(nóng)業(yè)用水區(qū)和招蘇臺(tái)河黃酒館農(nóng)業(yè)用水區(qū)、過渡區(qū)的水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率不變，說明除了吉林省污染物輸入，鐵嶺境內(nèi)的點(diǎn)面源輸入也對(duì)這兩個(gè)水功能區(qū)水質(zhì)有較大影響。

4 結(jié)論

文章通過招蘇臺(tái)河污染責(zé)任主體分析方法，認(rèn)定各河段的污染責(zé)任主體：招蘇臺(tái)河吉遼緩沖區(qū)、條子河吉遼緩沖區(qū)、條子河林家農(nóng)業(yè)用水區(qū)的的污染責(zé)任主體為吉林省，招蘇臺(tái)河黑崗農(nóng)業(yè)用水區(qū)和招蘇臺(tái)河黃酒館農(nóng)業(yè)用水區(qū)、過渡區(qū)的水功能區(qū)污染責(zé)任主體為吉林省和遼寧省鐵嶺市。該分析方法的運(yùn)用將客觀準(zhǔn)確地反映鐵嶺市境內(nèi)招蘇臺(tái)河和條子河水功能區(qū)達(dá)標(biāo)責(zé)任，同時(shí)將為招蘇臺(tái)河及支流條子河河長制的順利實(shí)施提供技術(shù)支撐，也將為其它跨界河流達(dá)標(biāo)考核以及污染責(zé)任主體確定提供方法借鑒。