李 杰

（貴州省水旱災(zāi)害防御中心,貴州 貴陽 550002）

通過黔中水利樞紐一期工程平寨水庫流域范圍內(nèi)污染源調(diào)查、水環(huán)境現(xiàn)狀分析,建立平寨水庫水文水動(dòng)力、水環(huán)境模型,數(shù)值模擬平寨水庫水質(zhì)變化情況,科學(xué)測算在保證水環(huán)境安全的情況下能夠承納污染物的能力,并通過源頭預(yù)防、早期介入,以期為黔中城市群供水和水環(huán)境安全提供科學(xué)依據(jù)。

1 工程概況

貴州省黔中水利樞紐工程平寨水庫工程是以城鎮(zhèn)供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主,兼顧發(fā)電等綜合利用的大（一）型水利工程,位于三岔河中游六枝與織金交界的平寨河段,壩址以上集水面積為3492 km2,占三岔河總集水面積的48.1%,河長166 km,平均比降5.66‰。大壩死水位1305 m,正常蓄水位1331 m。水庫總庫容108900 萬m3,興利庫容44800 萬m3,設(shè)計(jì)供水量60760 萬m3。

2 平寨庫區(qū)污染源現(xiàn)狀

平寨水庫庫區(qū)水源地保護(hù)區(qū)范圍較大,涉及到六枝特區(qū)牛場鄉(xiāng)、織金縣雞場鄉(xiāng)、納雍縣百興鎮(zhèn)、曙光鎮(zhèn)、張家灣鎮(zhèn)、陽長鎮(zhèn),還涉及水城縣比德鎮(zhèn)、化樂鄉(xiāng),污染源主要來自城鎮(zhèn)生活污水與煤礦廢污水污染,污染物主要變現(xiàn)為化學(xué)需氧量、氨氮、鐵、錳等。

2.1 城鎮(zhèn)生活污水污染

平寨水庫水源保護(hù)區(qū)內(nèi)主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)有六枝特區(qū)牛場鄉(xiāng),織金縣雞場鄉(xiāng),納雍縣百興鎮(zhèn)、曙光鎮(zhèn)、陽長鎮(zhèn),水城縣比德鎮(zhèn)；其中陽長鎮(zhèn)、百興鎮(zhèn)污水處理廠已建成,但運(yùn)行效果差,未有效收集處理集鎮(zhèn)生活污水；其他4 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)尚未建設(shè)污水處理設(shè)施,污水直排入河,影響平寨水庫水質(zhì)安全。

2.2 煤礦等工業(yè)廢污水污染

平寨水庫水源保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)現(xiàn)有生產(chǎn)礦井6 座,分別為曙光鎮(zhèn)王家營煤礦,位于曙光鎮(zhèn)八一村；陽長鎮(zhèn)比德煤礦、東聯(lián)煤礦,分別位于陽長鎮(zhèn)堰塘村、濫木橋村；比德騰慶煤礦、三岔溝煤礦、河壩煤礦,分別位于比德鎮(zhèn)比德村、水庫村與大寨村；以上各煤礦均位于平寨水庫準(zhǔn)保護(hù)區(qū)內(nèi)。

距離平寨水庫最近的工業(yè)為六枝特區(qū)牛場鄉(xiāng)煤層氣開采項(xiàng)目,該項(xiàng)目位于牛場鄉(xiāng)黃坪村（平寨水庫水源地準(zhǔn)保護(hù)區(qū)內(nèi)）,開采項(xiàng)目規(guī)模為1000 萬m3/a,目前處于試運(yùn)行期,項(xiàng)目廢污水量約為20 m3/d,廢污水量較小。

2.3 農(nóng)村生活污染

目前,平寨水庫水源地一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)仍有居民居住,生活產(chǎn)生的污染物均進(jìn)入平寨水庫,對水源地水質(zhì)造成一定程度的影響。同時(shí),由于居民點(diǎn)的存在,平寨水庫一級(jí)保護(hù)區(qū)不能實(shí)現(xiàn)全范圍封閉,對水源地的保護(hù)造成制約。在平寨水庫水源地保護(hù)區(qū)范圍內(nèi),93 個(gè)行政村均未建設(shè)農(nóng)村生活污水收集處理設(shè)施,農(nóng)村生活污水直排現(xiàn)象普遍存在；水源保護(hù)區(qū)內(nèi)織金縣、納雍縣農(nóng)村生活垃圾已收集并轉(zhuǎn)運(yùn),六枝特區(qū)、水城縣未對村寨布置較為完善的生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng),大部分村寨生活垃圾仍隨意堆棄。

2.4 禽畜養(yǎng)殖污染

平寨水庫水源地保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)分布有畜禽養(yǎng)殖場17 家,全部分布在準(zhǔn)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)。各類規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場、畜禽養(yǎng)殖散戶,由于配套收集處理設(shè)施不足,畜禽糞便資源化、無害化處理水平低,存在水環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 農(nóng)業(yè)面源污染

平寨水庫飲用水水源地保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)分布有大量耕地,農(nóng)業(yè)種植的農(nóng)藥、化肥使用,遇雨水沖刷,極易將大量污染物帶入河道,造成水體污染。

3 納污能力分析

平寨水庫屬于水質(zhì)非均勻混合的大型水庫,庫區(qū)污染源輸入主要來源于上游流域內(nèi)的工業(yè)企業(yè)、城鎮(zhèn)生活污染物隨三岔河干支流輸入三岔河庫區(qū),當(dāng)污染物進(jìn)入水庫后,污染物不會(huì)僅出現(xiàn)在排污口附近水域,而是隨著水庫的水動(dòng)力條件改變后發(fā)生降解作用,并最終通過壩址斷面輸送至下游河段。采用MIKE21 研究建立的平寨水庫二維水質(zhì)水動(dòng)力模型,根據(jù)豐水期、平水期、枯水期3 種工況,開展庫區(qū)的針對COD、氨氮、總磷等主要污染物水質(zhì)計(jì)算平寨水庫運(yùn)行后納污能力。

3.1 模型構(gòu)建

3.1.1 計(jì)算區(qū)域及網(wǎng)格劃分

計(jì)算區(qū)域范圍采用死水位1305 m 以下約2.08 km2不考慮初始流場,初始水質(zhì)條件按照水功能區(qū)目標(biāo)水質(zhì)給定,采用1∶5 萬的地形圖、部分河段采用1∶1 萬的地形圖進(jìn)行水下地形高程提取,劃分為4043 個(gè)三角網(wǎng)格,計(jì)算區(qū)域地形圖見圖1。

圖1 計(jì)算區(qū)域地形格網(wǎng)圖

3.1.2 模型參數(shù)選取

數(shù)學(xué)模型采用MIKE21 水深平均的平面二維水質(zhì)模型,根據(jù)平寨水庫水文、水質(zhì)現(xiàn)狀模擬和COD、NH3-N、TP 各水質(zhì)參數(shù)的降解系數(shù)率定情況,參考《全國水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》（中國環(huán)境規(guī)劃院,2003年9 月）、《三峽水庫蓄水前后干流水質(zhì)特征與變化趨勢研究》、《水體富營養(yǎng)化數(shù)學(xué)模擬的研究》等相關(guān)資料,確定各水質(zhì)要素降解系數(shù)取值見表1。

表1 各水質(zhì)要素降解系數(shù)取值表 K（20℃） 單位：d-1

3.2 納污能力計(jì)算

通過對庫區(qū)劃分的4043 個(gè)三角網(wǎng)格進(jìn)行分布式計(jì)算,即將庫區(qū)劃分為4043 個(gè)小型水體,針對每個(gè)小型水體采用《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》（GB/T 25173-2010）中“湖庫均勻混合模型”進(jìn)行計(jì)算。

同時(shí),從平寨水庫壩址以上整體流域考慮,將壩址斷面過流的的納污能力也進(jìn)行考慮,對平寨水庫納污能力計(jì)算模型進(jìn)行優(yōu)如下：式中：M 為水域納污總量,t/a；CS為水質(zhì)目標(biāo)濃度值,mg/L,一級(jí)保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)為Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),二級(jí)保護(hù)區(qū)及準(zhǔn)保護(hù)區(qū)為Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；Ci為設(shè)計(jì)條件下i 網(wǎng)格模擬濃度值,mg/L；Vi為設(shè)計(jì)條件下i 網(wǎng)格的水庫容積；Q 為壩址流量。

3.2.1 工況1（枯水期）納污能力計(jì)算

設(shè)計(jì)工況1（枯水期）條件下,計(jì)算平寨水庫的納污能力：COD 為23799.68 t/a, NH3-N 為775.15 t/a, TP 為66.33 t/a,各污染物指標(biāo)納污能力空間分布規(guī)律主要為庫灣和庫尾部分的納污能力較小,而庫中、干田河、白水河匯口的納污能力較大,見圖2～圖4。

圖2 枯水期納污能力分布圖（COD）

圖3 枯水期納污能力分布圖（NH3-N）

圖4 枯水期納污能力分布圖（TP）

3.2.2 工況2（平水期）納污能力計(jì)算

設(shè)計(jì)工況2（平水期）條件下,計(jì)算平寨水庫的納污能力為COD33338.61 t/a, NH3-N1068.89 t/a, TP 為89.79 t/a,各污染物指標(biāo)納污能力空間分布規(guī)律主要為庫灣和庫尾部分的納污能力較小,而庫中、干田河、白水河匯口的納污能力較大,見圖5～圖7。

圖5 平水期納污能力分布圖（COD）

圖6 平水期納污能力分布圖（NH3-N）

圖7 平水期納污能力分布圖（TP）

3.2.3 工況3（豐水期）納污能力計(jì)算

設(shè)計(jì)工況3（豐水期）條件下,計(jì)算平寨水庫的納污能力：COD 為42496.6 t/a, NH3-N 為1363.09 t/a, TP 為114.57 t/a,各污染物指標(biāo)納污能力空間分布規(guī)律主要為庫灣和庫尾部分的納污能力較小,而庫中、干田河、白水河匯口的納污能力較大,見圖8～圖10。

圖8 豐水期納污能力分布圖（COD）

圖9 豐水期納污能力分布圖（NH3-N）

圖10 豐水期納污能力分布圖（TP）

3.3 平寨水庫納污能力分析

根據(jù)納污能力計(jì)算成果表明工況1（枯水期）條件下,平寨水庫納污能力最小,COD、NH3-N、TP 分別為23799.68 t/a、775.15 t/a、66.33 t/a,工況3（豐水期）條件下,平寨水庫納污能力最大。

4 控制單元納污能力分配

納污能力分配是水污染控制總量的核心,在分配中應(yīng)充分體現(xiàn)公平和效率的原則,同時(shí)兼顧環(huán)境治理激勵(lì)[1]。通過建立流域納污能力分配模型,計(jì)算出對平寨水庫流域各控制單元的納污能力分配方案進(jìn)行優(yōu)化,結(jié)果見表2。

表2 各流域控制單元納污能力優(yōu)化分配方案 單位：t/a

由此可見,三岔河上游控制單元、阿勒河控制單元、平寨庫區(qū)控制單元主要來源是農(nóng)業(yè)農(nóng)村面源,水城河控制單元主要來源是城鎮(zhèn)生活[2]。

5 水污染管理的方向

通過平寨水庫二維水質(zhì)水動(dòng)力模型和流域納污能力分配模型的計(jì)算,水庫運(yùn)行管理單位可以通對各控制單元的納污能力的優(yōu)化分配,可以更加充分地利用平寨水庫的納污能力。

水污染治理是一個(gè)系統(tǒng)性的工程,還得大力根據(jù)政府治理,比如：加大城鎮(zhèn)生活污水治理、積極推進(jìn)工業(yè)固體廢棄物綜合利用、加快農(nóng)村環(huán)境綜合整治等。

6 結(jié)語

根據(jù)平寨水庫的納污能力和入庫污染源分布情況,針對入庫污染源類型、點(diǎn)位、污染貢獻(xiàn),科學(xué)制定水污染防治規(guī)劃,做到有的放矢、精準(zhǔn)治污,切實(shí)減少平寨水庫的入庫污染物,確保平寨水庫的水環(huán)境安全,對保障黔中城市群供水和水環(huán)境安全具有重要意義。

[1] 牛晉蘭,丁佳佳,蘇麗萍.流域水環(huán)境容量計(jì)算及分配方法探討——以瀨溪河為例[J]. 人民長江,2020（3）:37-41,72.

[2] 張鵬利,崔超,賈寧霄.BIM 在黃金峽水利樞紐工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J]. 人民長江,2022（5）:149-155.