河北省水體納污能力預(yù)測(cè)分析

張 蕓，劉克巖，王秀蘭

（河北省水文水資源勘測(cè)局，河北石家莊 050031）

河北省在近30年的經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)中，水資源也經(jīng)歷了一個(gè)高速開發(fā)的時(shí)期。近10年，是河北省全面建設(shè)小康社會(huì)和沿海經(jīng)濟(jì)強(qiáng)省的關(guān)鍵時(shí)期，社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，工農(nóng)業(yè)用水逐步增加；未來10年，經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨于穩(wěn)定，且隨著全省節(jié)能減排、污水回用等措施的開展，工農(nóng)業(yè)用水也將趨于穩(wěn)定。為此，選擇2020年為預(yù)測(cè)年。

水體納污能力的計(jì)算公式為：

式中：Q為水功能區(qū)設(shè)計(jì)流量；q為水功能區(qū)入河污水量；Cs為水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)；C0為水功能區(qū)上斷面污染物濃度；k為污染物綜合衰減系數(shù)；V為水功能區(qū)水體體積。從式（1）中看出，影響水體納污能力大小的主要因素包括枯季河道徑流量、水環(huán)境狀況、廢污水處理及入河情況以及南水北調(diào)中線工程供水后供排水變化情況4個(gè)方面。通過分析上述各因素變化規(guī)律，得出全省2020年水體納污能力預(yù)測(cè)結(jié)果。

1 枯季河道徑流量預(yù)測(cè)

河道徑流量是影響水體納污能力大小的主要因素?？菁竞拥缽搅髁孔兓c全年河道徑流量變化趨勢(shì)有聯(lián)系但又有較大差別。

1.1 地表水變化趨勢(shì)分析

河北省降水年內(nèi)分布不均，汛期（6—9月）降水占全年的70%～80%，汛期河道徑流明顯高于其他月份。以大清河水系沙河阜平站為例進(jìn)行說明，阜平站位于王快水庫上游，屬于山區(qū)站，受人為因素影響較小，通過該站的流量變化反映河北省水資源整體變化情況，較有代表性。資料采用1950—1999年阜平站實(shí)測(cè)月平均流量，以10年為單位，對(duì)10年內(nèi)各月的流量取平均值，繪制20世紀(jì)50—90年代平均流量變化圖，見圖1。從圖1中可以看出，平均流量隨著時(shí)間的推移而逐漸減小，汛期尤其明顯，以8月份為例，50年代月平均流量高達(dá)100.2 m3/s，60年代就下降到62.5 m3/s（下降了40%左右），到了90年代只有24.5 m3/s、僅是50年代平均流量的24%，其他月份也有逐漸減小的趨勢(shì)。

圖1 大清河水系阜平站流量年代變化

1.2 枯季河道徑流量預(yù)測(cè)

枯季河道徑流量預(yù)測(cè)方法是對(duì)1958—2008年枯季實(shí)測(cè)徑流量進(jìn)行分析，以2007年為現(xiàn)狀年，在河北省八大水系選取有連續(xù)監(jiān)測(cè)資料的代表站點(diǎn)進(jìn)行50年的水量趨勢(shì)分析，以點(diǎn)帶面應(yīng)用于整個(gè)水系。冀東沿海水系由于有跨流域引水且引水量所占比重較大，采用兩種方法分析，方法一是：冀東沿海水系沙河和泉水河，1980年之后有跨流域引水且引水量持續(xù)穩(wěn)定，2020年枯季水資源量應(yīng)與現(xiàn)狀相差不大，故這兩條河流采用2007年枯季徑流量資料作為2020年預(yù)測(cè)值；其他站點(diǎn)采用方法二，即以天然徑流量減去農(nóng)業(yè)還原量的剩余量來進(jìn)行趨勢(shì)分析。

預(yù)測(cè)結(jié)果表明，2020年各水系枯季流量與2007年相比均呈下降趨勢(shì)。其中，子牙河水系下降趨勢(shì)顯著；內(nèi)陸河、大清河、北三河、灤河、漳衛(wèi)南運(yùn)河、冀東沿海水系下降趨勢(shì)平緩。永定河水系石匣里站擬合曲線，如圖2所示。

圖2 石匣里站枯季流量變化趨勢(shì)擬合曲線

1.3 2020年枯季水資源量預(yù)測(cè)結(jié)果

根據(jù)各水系擬合曲線，計(jì)算出2007、2020年各代表站的枯季流量擬合值和年變化率，用該年變化率與各水功能區(qū)2007年枯季實(shí)際流量值推算出該水系各水功能區(qū)2020年的枯季流量。各水系預(yù)測(cè)結(jié)果，見表1。

表1 各水系枯季流量預(yù)測(cè)結(jié)果

由表1看出，各水系年變化速率均為負(fù)值，子牙河水系枯季流量年變化率最大，其次是永定河水系，冀東沿海水系最小。所有水系，2020年枯季流量的預(yù)測(cè)值均不同程度地減小，這將使得2020年水體納污能力亦減小。

2 污染源治理及污水處理廠建設(shè)影響預(yù)測(cè)

污染源治理及污水處理廠建設(shè)對(duì)納污能力的影響，一是通過影響水體水質(zhì)、進(jìn)而影響污染物綜合衰減系數(shù)，二是處理后的中水回用造成入河水量減少。由于污水處理廠主要建于11個(gè)設(shè)區(qū)市和二級(jí)市，因此其影響范圍主要為大中城市下游的河流。

根據(jù)《河北省環(huán)境保護(hù)“十一五”規(guī)劃》目標(biāo)，COD排放總量在2005年排放總量的基礎(chǔ)上削減15%。截至2008年，河北省新建的減排工程大部分進(jìn)入運(yùn)行階段，COD排放量比2005年凈削減率為9%，超額完成8%的中期減排目標(biāo)要求。至2020年，COD和氨氮的排放量削減15%的目標(biāo)能夠?qū)崿F(xiàn)。隨著污染物排放量的減少，入河污水量將相應(yīng)減少，并且隨著污水處理廠的運(yùn)行，其出水水質(zhì)將優(yōu)于現(xiàn)狀，中水回用的比例將增大，這些均造成入河水量的減少。

考慮上述因素，2020年入河污水量按照比現(xiàn)狀減小15%的比例進(jìn)行城市下游河道納污能力預(yù)測(cè)。僅考慮這單一因素，2020年全省COD、氨氮枯季水體納污能力將比2007年減小4%。

3 南水北調(diào)中線供水影響預(yù)測(cè)

南水北調(diào)中線供水對(duì)水體納污能力的影響，主要是在增加用水的同時(shí)增大了污水排放量和入河量，從而對(duì)受水區(qū)城市下游河流水體納污能力造成影響。

河北省南水北調(diào)中線工程受水區(qū)包括石家莊、邯鄲、邢臺(tái)、保定、廊坊、滄州、衡水7個(gè)設(shè)區(qū)市及所屬縣（市）等多個(gè)重要工業(yè)區(qū)，2020年南水北調(diào)將正式供水用于工業(yè)、生活用水，其來水量將對(duì)受水區(qū)水資源進(jìn)行補(bǔ)充，從而減少地下水的開采。

3.1 預(yù)測(cè)方法

預(yù)測(cè)方法分為三步：第一，根據(jù)《河北省水資源公報(bào)》多年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，計(jì)算出工業(yè)、生活用水的增長(zhǎng)率，從而預(yù)測(cè)2020年受水區(qū)工業(yè)、生活用水量比現(xiàn)狀年的增加量。第二，根據(jù)《全國(guó)水資源保護(hù)規(guī)劃》的污水排放系數(shù)、入河系數(shù)，預(yù)測(cè)2020年增加的污水排放量及入河量。第三，考慮中水回用、生態(tài)景觀用水等需求，分析南水北調(diào)中線供水對(duì)納污能力的影響。

3.2 預(yù)測(cè)結(jié)果

1997—2007年10年間，受水區(qū)工業(yè)、生活用水量逐年增長(zhǎng)，年增長(zhǎng)率為2.5%，工業(yè)、生活用水兩者增長(zhǎng)趨勢(shì)相差不大，工業(yè)用水的增長(zhǎng)率僅略高于生活用水0.4個(gè)百分點(diǎn)。據(jù)此預(yù)測(cè)，至2020年受水區(qū)工業(yè)、生活用水量將達(dá)到30.2億m3，比2007年增長(zhǎng)7.4億m3。

受水區(qū)7個(gè)市污水排放系數(shù)在0.36～0.64之間，平均為0.48，不考慮其他因素，污水排放量將增加4.5億t。根據(jù)現(xiàn)狀入河系數(shù)考慮中水回用等因素，2020年污水入河系數(shù)按照現(xiàn)狀的10%考慮，預(yù)測(cè)出2020年南水北調(diào)供水后整個(gè)受水區(qū)增加的污水入河量為0.31億t。

主要影響河流為牛尾河、府河、滄浪渠、滏陽河、龍河。不考慮其他因素，南水北調(diào)中線供水后受水區(qū)水體納污能力將比2007年增加3%。

4 地表水環(huán)境狀況變化趨勢(shì)分析

水環(huán)境變化對(duì)水體納污能力的影響，主要是通過對(duì)污染物綜合衰減系數(shù)的影響實(shí)現(xiàn)的。綜合衰減系數(shù)是計(jì)算水體納污能力的一項(xiàng)重要參數(shù)，是反映污染物沿程變化的綜合系數(shù)，它體現(xiàn)污染物自身的變化，也體現(xiàn)了環(huán)境對(duì)污染物的影響，對(duì)于不同的污染物、不同的環(huán)境條件其值是不同的。對(duì)于一條河流來說，如果污染物濃度高，其進(jìn)行衰減的時(shí)間和距離就長(zhǎng)，相應(yīng)的納污能力就小。根據(jù)1998—2007年間水質(zhì)監(jiān)測(cè)資料，山區(qū)及平原河流水質(zhì)有緩慢變差的趨勢(shì)，而水庫及洼淀水質(zhì)類別變化不大。從富營(yíng)養(yǎng)狀況上看，7座水庫和白洋淀有上升趨勢(shì)，12座水庫和衡水湖有下降趨勢(shì)，上升比例占38%，下降比例占62%，這說明近些年污染治理初見成效。到2020年，全省水質(zhì)惡化趨勢(shì)將得到緩解，那時(shí)的污染物濃度與現(xiàn)在相差不大，因此河北省地表水環(huán)境的變化趨勢(shì)對(duì)水體納污能力的影響較小。

5 河北省水體納污能力預(yù)測(cè)結(jié)果

將上述因素同時(shí)考慮，經(jīng)分析計(jì)算得出2020年枯季河北省COD、氨氮的水體納污能力為152 965.6、6 291.2 t，比2007年減小27%。按照水系統(tǒng)計(jì)，2020年納污能力與2007年相比，北三河水系減小比例最大，COD和氨氮分別減小了61.0%和70.8%；其次是漳衛(wèi)南運(yùn)河水系，COD和氨氮分別減小了48.2%和51.1%；納污能力變化最小的冀東沿海水系，與現(xiàn)狀年相比，COD和氨氮的減小比例僅為14%。詳見表2。

表2 2020年河北省水體納污能力預(yù)測(cè)結(jié)果 t

在影響水體納污能力的4個(gè)因素中，廢污水處理及入河情況和南水北調(diào)中線工程供水變化情況對(duì)城鎮(zhèn)下游河流水體納污能力影響較大，水環(huán)境狀況變化間接影響水體納污能力且影響較小，而河道流量減少所帶來的影響最為顯著，河道流量的多少是決定水體納污能力大小的關(guān)鍵。近年來，河北省降水量連年偏枯，造成地表水資源量逐年減少，因此各水系的水體納污能力也隨之減小。目前，全省入河污染物量遠(yuǎn)大于水體納污能力，要實(shí)現(xiàn)水功能區(qū)劃目標(biāo)需要付出艱辛努力。從納污能力預(yù)測(cè)結(jié)果看出，如果延續(xù)近十幾、二十幾年水文氣象條件，全省納污能力將繼續(xù)降低，水污染治理更加任重而道遠(yuǎn)。