胡秀芳，袁 信，鄧仁貴，龍俞辰

（1.湖南南方水利水電勘測設(shè)計院有限公司，湖南長沙410007；2.湖南省水利水電科學(xué)研究院，湖南長沙410007；3.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計院有限公司，廣東廣州510230）

目前我國的水資源狀況非常嚴(yán)峻，水資源短缺且分布不均，水污染水環(huán)境惡化持續(xù)不斷，尤其是北方一些河流，在特殊年份出現(xiàn)部分河段斷流、干涸現(xiàn)象，由于水資源短缺，無法納污自凈，導(dǎo)致部分河段水質(zhì)變差[1，2]。寇河屬遼河二級支流，全長118 km，流域面積為1 238 km2。近幾年，寇河干流出境斷面松樹水文站水質(zhì)差于上游斷面誠信水庫水質(zhì)，沿河有大量的畜禽養(yǎng)殖專業(yè)戶的面源污染匯入，還有生活污水處理廠和一些規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場的點源污染匯入。從2016—2019年，河流水質(zhì)逐年變差，表現(xiàn)在COD指標(biāo)上，寇河水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類水，2016年石油類超Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.6倍，2017—2018年水質(zhì)符合Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，2019年水質(zhì)最差，符合Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，COD超Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.065倍。為了加強水污染綜合防治，進一步改善水環(huán)境質(zhì)量，保障人民群眾身體健康，結(jié)合寇河松樹水文站監(jiān)測斷面上游實際情況，開展寇河水質(zhì)時空變化分析及達標(biāo)水環(huán)境容量計算，為實現(xiàn)寇河水質(zhì)考核目標(biāo)提供技術(shù)支撐。

1 水質(zhì)時空變化

根據(jù)遼河主要支流考核斷面2017年和2018年松樹水文站斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及誠信水庫斷面的監(jiān)測數(shù)據(jù)，得出了氨氮、高錳酸鹽指數(shù)變化趨勢，見圖1。

由圖1顯示：誠信水庫，除2017年9月份氨氮超Ⅴ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.03倍之外，其他月份和2018年全年都符合Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；松樹水文站，2017年9月高錳酸鹽指數(shù)超Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.1倍，2018年3月高錳酸鹽指數(shù)超Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.08倍，2017年5月氨氮超Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.2倍，2018年2月和3月氨氮超Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)0.1倍和0.03倍；2017年年均值，高錳酸鹽指數(shù)松樹水文站劣于誠信水庫32.6%，氨氮松樹水文站優(yōu)于誠信水庫39.2%；2018年年均值，高錳酸鹽指數(shù)松樹水文站劣于誠信水庫22%，氨氮松樹水文站劣于誠信水庫41.8%?？傊?，松樹水文站水質(zhì)劣于誠信水庫的水質(zhì)。

2 污染排放與水質(zhì)的響應(yīng)分析

2.1 水質(zhì)模型

目標(biāo)河流屬于遼河二級支流，劃分后的各個河段長度較短，選取河流一維穩(wěn)態(tài)水質(zhì)模型模擬河流水質(zhì)變化[3]，污染物在河流橫向方向上混合均勻。

圖1 寇河干流上游誠信水庫與下游松樹水文站水質(zhì)監(jiān)測對比圖

式中：C′為支流或排污口等邊界匯入后稀釋濃度，mg/L；C0為上游來水濃度，mg/L；Q0為上游來水流量，m3/s；W為納污能力，g/s；q為支流或排污口等邊界的污染物排放量，kg/d；Cq為支流或排污口等邊界匯入濃度，mg/L；C為距離邊界下游x處斷面的濃度，mg/L；K為降解系數(shù)，1/d；x為控制斷面距離支流或排污口等邊界的距離，m；u為河段的流速，m/s。

2.2 降解系數(shù)

水質(zhì)模型中的參數(shù)選定是預(yù)測的關(guān)鍵，根據(jù)《全國地表水環(huán)境容量核定》、已有研究成果、水文年鑒等確定了目標(biāo)區(qū)域COD和氨氮的綜合降解系數(shù)取值范圍，并通過模型的調(diào)試驗證確定了COD和氨氮的綜合降解系數(shù)分別取0.1/d和0.05/d。

2.3 控制單元劃分

寇河流域的污染源排放口共有5個：烏魯河匯入口、石銀溝河匯入口、西豐縣中心、艾青河匯入口、郜家店鎮(zhèn)中心。根據(jù)匯水區(qū)的行政區(qū)劃和污染源的分布情況，誠信水庫作為水源地，水質(zhì)情況較好，且上游振興鎮(zhèn)污染源較少，更重要的是誠信水庫有水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)，便于模型分析，此方案將誠信水庫大壩至松樹水文站之間匯水區(qū)沿寇河河流流向依次分為3個控制單元，見圖2。

圖2 控制單元區(qū)劃圖

2.4 水環(huán)境現(xiàn)狀模擬結(jié)果

由于斷面流量數(shù)據(jù)僅有4月到12月，因此模擬了2019年4月到12月的COD和氨氮水質(zhì)情況，見圖3?？梢钥闯?，寇河松樹斷面2019年COD超標(biāo)月份為5，6，8，9月，氨氮不超標(biāo)。松樹斷面由于11和12月的流量較小，導(dǎo)致模擬COD值偏高，其他月份的模擬值均低于監(jiān)測數(shù)據(jù)。氨氮模擬數(shù)據(jù)除4月以外，其他月份的模擬數(shù)據(jù)均高于監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)分析可以看出，模擬結(jié)果主要受流量影響，流量較小的5，6，11和12月的模擬值高出監(jiān)測值較多。

圖3 COD與氨氮現(xiàn)狀模擬結(jié)果趨勢

2.5 污染源影響分析

分析各控制單元對河流水質(zhì)（COD和氨氮）的影響比重，見圖4。可以看出，COD的主要污染來源是控制單元①和②，而氨氮的污染源主要來自控制單元②。

2.6 環(huán)境容量

寇河的水文條件有限，起始點無流量數(shù)據(jù)，考核斷面（松樹）僅有2016—2019年的流量數(shù)據(jù)，并且個別月份數(shù)據(jù)缺失。在現(xiàn)有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，采用90%最枯流量，并通過流量查出相應(yīng)流速。水質(zhì)目標(biāo)為Ⅲ類水體，COD目標(biāo)值為20 mg/L，氨氮目標(biāo)值為1 mg/L，對應(yīng)的COD環(huán)境容量為297 t/a，氨氮環(huán)境容量為24 t/a。

圖4 污染源影響分析結(jié)果圖

3 許可排放量分配

排放量的分配主要取決于環(huán)境容量和各控制單元內(nèi)污染源的分布狀況。①段內(nèi)污染源包括安民、金星、更刻、陶然4個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的養(yǎng)殖戶、養(yǎng)殖場的畜禽糞便和生活污水污染，除此之外，安民鎮(zhèn)還有一部份工業(yè)污染源。②段是污染強度最大的一個控制單元，大部分污染來自德興、釣魚和西豐鎮(zhèn)的養(yǎng)殖污染，需采取有效措施予以控制，同時對于工業(yè)和城鎮(zhèn)生活污染，也應(yīng)積極地進行污水處理廠的提標(biāo)改造工程，減小排放量。③段的排污量較少，但離考核斷面距離最近，對考核斷面水質(zhì)的影響也最大，對區(qū)內(nèi)明德和郜家店的畜禽污染同樣應(yīng)引起高度的重視，采取必要的措施。從經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益等多方面綜合考慮，將環(huán)境容量合理地分配到各控制單元，見表1。

表1 許可排放量分配表t/a

根據(jù)表1可知，3個控制單元中，控制單元②的減排任務(wù)最重。而從不同污染源分析，散戶養(yǎng)殖污染的減排任務(wù)最重。

4 結(jié)論

通過對寇河水質(zhì)時空變化分析及達標(biāo)水環(huán)境容量計算，水質(zhì)變化、水環(huán)境容量及許可排放量預(yù)測與實際情況基本相符合，能夠指導(dǎo)寇河水質(zhì)考核目標(biāo)達標(biāo)。但前提是采取治理措施后才能達標(biāo)，因此需要各部門聯(lián)合行動，通過對流域內(nèi)點源污染和面源污染的有效控制，結(jié)合全面的管理措施，使斷面水質(zhì)考核達標(biāo)，實現(xiàn)流域內(nèi)的水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯改善。