張 賀

(大連大水規(guī)劃設計有限公司, 遼寧 大連 116000)

2011年，中共中央1號文件“中共中央國務院關(guān)于加快水利改革發(fā)展的決定”明確提出建立水功能區(qū)限制納污制度，確立水功能區(qū)限制納污紅線，從嚴核定水域納污容量。2016年，遼寧省水利廳發(fā)布《遼寧省水功能區(qū)劃調(diào)整報告》。大連市水功能區(qū)劃及部分水質(zhì)目標進行了調(diào)整。針對本次水功能區(qū)調(diào)整，2017年完成水功能區(qū)水域納污能力核定，制定限制排污總量控制方案。

1 區(qū)域概況

1.1 自然地理

大連市位于歐亞大陸東岸，我國東北地區(qū)南部，遼東半島的南端，全域面積km2。屬于北半球的暖溫帶，具有海洋性特點的暖溫帶大陸性季風氣候特征，冬無嚴寒，夏無酷暑，四季分明。年平均氣溫10.5℃，多年平均降水量675mm，全年日照總時數(shù)為2 500-2800h。大連市多山地丘陵，少平原低地，素有“三山六水一分田”之稱。整個地形北高南低，北寬南窄。

1.2 河流水系

大連市境內(nèi)河流屬黃、渤海水系，河網(wǎng)比較發(fā)育，多獨流入海。域內(nèi)主要河流為碧流河、復州河、大沙河、莊河、湖里河、英那河、登沙河等。全市多年平均水資源總量33.0億m3，其中地表水資源量32.7億m3，地下水資源量7.0億m3。

1.3 社會經(jīng)濟

大連市全市常住人口669.0萬，城鎮(zhèn)化率65%。2016年，全市實現(xiàn)工業(yè)增加值2327.7億元，比上年增長6.4%。按輕重工業(yè)分，重工業(yè)增長9.1%；輕工業(yè)下降1.2%。

2 水功能區(qū)簡介

本次工作對象僅為控制斷面位于大連市境內(nèi)的58個水功能區(qū)。涉及28條河流，26座水庫，其中大型水庫7座，中小型水庫19座。

一級區(qū)劃中，劃分了保護區(qū)6個、緩沖區(qū)4個，開發(fā)利用區(qū)28個，共計38個一級區(qū)劃，涉及一級區(qū)中3類，未作保留區(qū)區(qū)劃。詳見表1。

表1 涉及河流一覽表

3 納污能力計算

3.1 計算方法

納污能力計算采用模型法。根據(jù)模型的適用條件，結(jié)合大連市水功能區(qū)的實際情況，本次計算河流納污能力采用一維模型、水庫納污能力采用均勻混合模型，計算污染物入河量采用污染負荷計算法中的調(diào)查統(tǒng)計法[1]。

3.1.1 河流一維模型

河流一維模型主要適用于污染物在河段橫斷面上均勻混合，Q<150m3/s的中、小型河段：

Cx=C0exp(-Kx/u)

(1)

式中：Co為初始斷面的污染物濃度，mg/L；Cx為流經(jīng)x距離后的污染物濃度，mg/L；x為沿河段的縱向距離，m；u為設計流量下河道斷面的平均流速，m/s；K為污染物綜合衰減系數(shù)，1/s。

入河排污口位于計算河段的中部時，即當x=L/2時，水功能區(qū)下斷面的污染物濃度及相應的水域納污能力按式1、2計算。

(2)

M=(CS-CX=L)(Q+Qp)

(3)

式中：Cx=L為水功能區(qū)下斷面污染物濃度，mg/L；L為計算河段長度，m；m為污染物入河速率，g/s；M為水域納污能力，g/s；Q為初始斷面入流流量；Qp為廢污水排放流量，m3/s。

3.1.2 湖(庫)均勻混合模型

污染物平均濃度按式4計算：

(4)

其中：

(5)

m0=C0OL

(6)

式中：Kh為中間變量，l/s；Ch為水庫現(xiàn)狀污染物濃度，mg/L；m0為水庫入流污染物排放速率，g/s；V為設計水文條件下的水庫容積，m3；QL為水庫出庫流量，m3/s；t為計算時段長，s；C(t)為計算時段t 內(nèi)的污染物濃度，mg/L。

當流入和流出水庫的水量平衡時，小型水庫的水域納污能力按照式7計算：

M=(Cs-C0)V

(7)

3.2 設計水文條件

由于北方地區(qū)部分河流水量較小，徑流量年內(nèi)分配極不均勻，如依據(jù)規(guī)范中的標準，基于歷史水文資料得到的90%保證率最枯月平均流量接近于零，部分最枯月份出現(xiàn)斷流現(xiàn)象[2]。因此，本次計算結(jié)合大連地區(qū)實際情況，采用設計水文條件如下：

3.2.1 河流的設計流量

采用1956-2000年45a實測水文資料枯水期(11-2月)90%保證率平均流量作為設計流量。對于有水利工程控制的河段采用河道內(nèi)生態(tài)基流作為設計流量，生態(tài)基流的計算采用Tennant法，以枯水期平均流量的10%作為設計流量。

3.2.2 水庫的設計水量

本次計算，水庫的設計水量采用死庫容相應的蓄水量。

3.3 模型參數(shù)

3.3.1 水功能區(qū)水質(zhì)目標濃度CS

根據(jù)水功能區(qū)的水質(zhì)目標、水質(zhì)狀況、排污狀況和當?shù)丶夹g(shù)經(jīng)濟等條件確定。CS不僅要滿足功能水質(zhì)要求，又要充分考慮該功能區(qū)的實際排污情況。本次計算中的CS，以水功能區(qū)劃報告中的水質(zhì)目標為準[3]。

3.3.2 初始斷面污染物濃度C0

在各種水質(zhì)模型計算納污能力時，往往需要確定該功能區(qū)水質(zhì)的初始濃度值C0。具體方法是，根據(jù)上一個水功能區(qū)的水質(zhì)目標值來確定C0，即上一個水功能區(qū)的水質(zhì)目標CS就是下一個水功能區(qū)的初始濃度值C0。

3.3.3 綜合衰減系數(shù)K

污染物的綜合衰減系數(shù)K是反映污染物沿河段長度變化的綜合系數(shù)，它是計算水體納污能力的一項重要參數(shù)，對于不同的污染物、不同的環(huán)境條件，其值是不同的[4]。綜合衰減系數(shù)的計算方法主要包括以下3種方法：

1)分析借用：無資料時，可借用水力特性、污染狀況、地理、氣象條件相似的鄰近河流的資料。

2)實測法：對于河流，選取一個河道順直、水流穩(wěn)定、中間無支流匯入、無排污口的河段，監(jiān)測污染物濃度值等，分析計算。

3)經(jīng)驗公式法：可以根據(jù)各種經(jīng)驗公式推求綜合衰減系數(shù)。

本次計算，主要采用分析借用法確定K值。根據(jù)河流的K值范圍，結(jié)合大連地區(qū)的實際情況，借用《大連市水資源保護規(guī)劃(2010-2030)》中的取值，河流的化學需氧量和氨氮的K值分別取0.3/d、0.338/d。根據(jù)東風水庫的實測資料，認為水庫的K值選用0.0015/ d較為適合。

3.4 計算成果

本次大連市水功能區(qū)納污能力計算涉及的河流為28個，3條主要河流英那河、碧流河、復州河的化學需氧量納污能力分別為：411.75 t/a、866.47 t/a、1509.93t/a。氨氮的納污能力分別為24.61 t/a、53.10t/a、80.03 t/a。詳見表2。

表2 全市20條主要河流納污能力計算成果表

4 水功能區(qū)限制排污總量分析

設定限制排污總量，考慮水功能區(qū)的重要程度，對保護區(qū)、飲用水源區(qū)和緩沖區(qū)嚴格控制限制排污總量。對于現(xiàn)狀水質(zhì)不達標的水功能區(qū)，應根據(jù)當?shù)厣鐣l(fā)展現(xiàn)狀，合理削減污染物入河量，直至達到水質(zhì)目標。確定限制排污總量及削減量：2020年，大連市58個水功能區(qū)的化學需氧量和氨氮的限制排污總量分別為5521.50 t/a、382.17 t/a，與現(xiàn)狀相比，削減量分別為184.38 t/a和36.95 t/a；2030年化學需氧量和氨氮的限制排污總量分別為5204.26 t/a、323.39 t/a，削減量分別為501.62 t/a、95.74 t/a。

5 思 考

大連市水資源形勢十分嚴峻，水資源的可持續(xù)利用與經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展對水質(zhì)提出了更高的要求，促使我們需要真正做到水資源的有效利用、堅定保護和可持續(xù)發(fā)展，最終實現(xiàn)人、水與社會和諧。針對本地水資源現(xiàn)狀，應從長遠角度，制定了水資源開發(fā)利用與保護政策，建立以限制排污總量為控制核心的水功能區(qū)限制納污制度，努力引導經(jīng)濟布局與水資源和水環(huán)境承載能力相適應。