劉 康

(清遠市水利水電勘測設計院有限公司，廣東 清遠 511500)

水域水功能區(qū)的納污能力是指滿足水質目標時，在設計水文條件下，水體環(huán)境能夠承受某種污染物的能力[1]。英德市水功能區(qū)納污能力受河流徑流量、水質目標及污染物降解能力影響，建立計算模型需綜合考慮以上因素。根據(jù)水功能區(qū)劃分的單元和斷面設計流量(水量或水位)，結合水源地與排污口布局調查結果計算入河排污口的主要污染物及其含量，能夠為水功能區(qū)的納污能力核算與分析提供依據(jù)。

英德市水功能區(qū)納污能力核算與分析的模擬指標由水質評價和入河污染物評價確定，一般確定為規(guī)劃河段內現(xiàn)狀水質和入河排污口中主要污染物。根據(jù)珠江片區(qū)以往研究成果，河流型水功能區(qū)納污能力計算采用COD、氨氮作為污染物控制指標，水庫型水功能區(qū)納污能力計算采用COD、氨氮、TN、TP作為污染物控制指標。

1 區(qū)域概況

英德市位于廣東省中北部，南嶺山脈東南部，北江中游，轄區(qū)國土面積5 634.29 km2，是廣東省面積最大的縣級行政區(qū)，英德市地理位置見圖1。

圖1 英德市行政區(qū)劃圖

英德市一級水功能區(qū)區(qū)劃河流22條、水庫24宗，其中：河流區(qū)劃河長1 002.5 km，水庫區(qū)劃總庫容53 058萬 m3。全市共區(qū)劃一級水功能區(qū)48個。保護區(qū)10個，均為河流水功能區(qū)；保留區(qū)13個，其中河流水功能區(qū)9個，水庫水功能區(qū)4個；緩沖區(qū)0個；開發(fā)利用210區(qū)25個。全市共區(qū)劃二級水功能區(qū)劃25個，按水域類型分：河流二級區(qū)5個，水庫二級區(qū)20個。按水功能區(qū)類別分：飲用水源區(qū)7個，其中河流3個，水庫4個；農(nóng)業(yè)用水區(qū)16個，均為水庫水功能區(qū)；工業(yè)用水區(qū)2個，均為河流水功能區(qū)。英德市水系分布見圖2。

圖2 英德市水系圖

2 水功能區(qū)納污能力核定

2.1 納污能力計算模型

2.1.1 河流水功能區(qū)納污能力計算模型

根據(jù)英德市轄區(qū)內水域的形態(tài)特征和稀釋混合特性，將河流分為狹長型單向河流、寬闊型單向河流兩種類型，分別采用不同的方法計算其納污能力。

狹長型單向河流是指枯水期水面寬小于200 m且流向一定的河段，根據(jù)一維衰減模型，忽略垂向離散，水功能區(qū)的污染物衰減通常用一級動力方程計算。本次計算英德市河流水功能區(qū)屬狹長型單向河流，納污能力計算以一維模型為主，為方便計算，一般將多個排污口作為一個排污口，該排污口位于河段中點的位置。假設河段為L，集中排污口的自凈長度為L/2，其中河道的流量忽略，則下游控制斷面污染物的濃度為：

(1)

式中：M為河道納污能力，g/s；CX=L為水功能區(qū)下游控制斷面的污染物濃度，mg/L；C0為起始斷面污染物濃度，mg/L；K為污染物綜合衰減系數(shù)，1/s；L為計算河段長度，m；μ為設計流量下河流斷面的平均流速，m/s；Q為設計流量，m3/s。

根據(jù)英德市水功能區(qū)控制斷面的水質目標，采用以下模型可以核算出各水功能區(qū)的納污能力：

M=(Cs-C0exp(-KL/2μ))×exp(-KL/2μ)×Q

(2)

式中：Cs為河段水質標準，mg/L；河流一維衰減模型的條件：污染物在控制斷面的橫斷面上混合均勻，且流量小于150 m3/s的河流。本次進行納污能力分析的河流為英德市管理的16個水功能區(qū)河流，河流流量較小，均滿足河流一維衰減模型。

2.1.2 湖(庫)水功能區(qū)納污能力計算模型

湖(庫)均勻混合模型適用于污染物均勻混合的小型湖(庫)，湖(庫)非均勻混合模型適用于污染物非均勻混合的大、中型湖(庫)，湖(庫)富營養(yǎng)化模型適用于富營養(yǎng)化型湖(庫)，湖(庫)分層模型適用于溫度分層的湖(庫)。

分析英德市水庫的污染物濃度，可以發(fā)現(xiàn)水功能區(qū)的水體混合均勻，沒有分層現(xiàn)象，且水體在水庫中的停留時間較長，因此可以采用以下的均勻合混合模型計算水庫中的COD、HN3-N、TN和TP納污能力。

均勻混合模型為：

(3)

其中：Kb=QL/V+K

(4)

M0=C0QL

(5)

式中：C(t)為t時間內的污染物濃度，mg/L；Ms為水庫的納污能力，g/s；m0為污染物排放速率，g/s；Kb為中間變量，l/s；V為水庫庫容，m3；Ch為水質現(xiàn)狀濃度，mg/L；t為停留時間，s；QL為出庫流量，m3/s；K為污染物綜合衰減系數(shù)，l/s；Cs為出庫水質濃度，mg/L。

(6)

其中：MN=CSKBV-m0=CSKV+CSQ-m0

(7)

式中：Cs為水質目標濃度，mg/L；Q為入庫流量，m3/s。本次進行納污能力分析河流為英德市管理的18宗水功能區(qū)水庫，均為小型水庫且污染物混合較為均勻，均滿足混合均勻模型計算條件。

2.2 水文條件

2.2.1 設計流量的選取

水環(huán)境容量計算模型中，各河段流量空間分布的計算方法取決于該河段資料情況和集水區(qū)的特性。根據(jù)河段的資料情況，該河流分為四種類型并分別估算其設計流量。

1)直接有流量控制站的控制單元

對于這類控制單元，直接引用各水文站近10年最枯月流量或90%保證率最枯月流量。

2)鄰近控制站與計算單元的水文控制站相似

(1)當鄰近控制站與某計算單元的水文控制站相似時，可采用以下?lián)Q算公式：

(8)

式中：Qsj為計算單元流量，Qcz為鄰近單元流量，Asj為本單元集雨面積，Acz為鄰近單元的集雨面積。

(2)當某計算單元上、下游均有水文站時，用上、下游兩站的設計流量，用內插法求取該計算單元的設計流量：

(9)

2)鄰近有流量控制站，但兩單元的降雨量相差較大

如果某計算單元與參證單元的自然條件相近，但降雨量與其有較大差別時，不能直接移用參證單元的設計流量，而要考慮降雨量的修正，同時用集雨面積和降雨量的比值與設計流量相乘，其計算公式為：

(10)

式中：Psj為本計算單元的年降雨量，Pcz為參證單元的年降雨量。

2.2.2 水庫庫容選取

英德市水庫的設計流量依據(jù)水庫近10 a的最低月平均水位，或者采用90%保證率下水庫的最枯月平均水位對應的蓄水量；納污能力分析計算設計水文條件下水庫容積采用水庫死庫容進行計算。

2.3 降解系數(shù)的選取

根據(jù)《全國地表水水環(huán)境容量核定技術復核要點》中提出的水質降解系數(shù)參考值，詳見表1，英德市管理水功能區(qū)境內河流和水庫取值如下：

(1)河流COD、氨氮降解系數(shù)取值：COD：Ⅱ～Ⅲ類為0.21(1/d)；Ⅲ～Ⅳ類為0.14(1/d)；Ⅴ～劣類為0.08(1/d)；氨氮：Ⅱ～Ⅲ類為0.18(1/d)；Ⅲ～Ⅳ類為0.12(1/d)；Ⅴ～劣類為0.08(1/d)。

(2)水庫COD、氨氮降解系數(shù)取值：COD：Ⅱ～Ⅲ類為0.08(1/d)；Ⅲ～Ⅳ類為0.05(1/d)；Ⅴ～劣類為0.03(1/d)；氨氮：Ⅱ～Ⅲ類為0.08(1/d)；Ⅲ～Ⅳ類為0.05(1/d)；Ⅴ～劣類為0.03(1/d)；水庫TP、TN的降解系數(shù)參考《從化區(qū)水功能區(qū)納污能力核定及限制排污總量控制方案》的取值，分別為0.06(1/d)、0.08(1/d)。

表1 水質降解系數(shù)參考值(1/d)

2.4 計算結果

2025水平年及2035水平年，英德市管理水功能區(qū)對COD的納污能力分別為16 382 t、13 582 t，對氨氮的納污能力分別為652 t、417 t；其中河流水功能區(qū)對COD的納污能力分別為15 507 t、12 788 t，對氨氮的納污

能力分別為636 t、406 t；水庫水功能對COD的納污能力分別為875 t、793 t，對氨氮的納污能力分235別為15.4 t、10.8 t。水庫水功能對TP的納污能力分別為2.76 t、1.94 t，對TN的納污能力分別為25.5 t、19.9 t。

3 結語

水域水功能區(qū)劃的目的是為實現(xiàn)水資源合理開發(fā)利用和有效保護提供基礎，為確定重點保護功能區(qū)，強化環(huán)境保護目標管理提供依據(jù)。英德市根據(jù)水功能區(qū)劃分的單元和斷面設計流量(水量或水位)，結合水源地與排污口布局調查結果計算2025年、2035年英德市管理水功能區(qū)納污能力，為制定污染物排放總量控制方案提供了依據(jù)。英德市應根據(jù)核算結果，結合排污現(xiàn)狀制定排污控制規(guī)劃，推進防污減排工作，為水資源可持續(xù)利用提供支撐。