甘河加格達(dá)奇段水功能區(qū)排污控制區(qū)納污能力測算

司國佐，周連芳

(大興安嶺水文局，黑龍江加格達(dá)奇165000)

隨著現(xiàn)代科技進(jìn)步、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展以及人類生活日新月異的變化，造成對水環(huán)境的影響日益突出，大量的工業(yè)廢水和生活污水(有的甚至未經(jīng)處理)排入附近的江、河、湖、海等水體，造成不少水域的嚴(yán)重污染。水環(huán)境污染嚴(yán)重制約了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，危害生態(tài)環(huán)境、影響人民生活和身體健康。我國在總結(jié)西方國家經(jīng)驗基礎(chǔ)上探索了適合我國國情的水污染防治路線:采用人工處理與合理利用自然凈化能力結(jié)合的技術(shù)路線，實行濃度控制和總量控制相結(jié)合的管理制度。這些管理制度是建立在合理利用納污能力(水環(huán)境容量)這個基點上的，因此掌握水域的納污能力，必將為水污染的防治和控制管理提供重要的科學(xué)依據(jù)。從一定意義上講，水域的納污能力也是一種資源，只有弄清了水域的納污能力，才能合理利用納污能力，對其既不造成破壞又不造成浪費，為水資源的合理開發(fā)、綜合利用提供決策依據(jù)。

水域納污能力是指在設(shè)計水文條件，某種污染物滿足水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)要求所能容納的該污染物的最大數(shù)量。納污能力實際上由三部分組成，即稀釋容量、遷移容量和凈化容量，稀釋容量、遷移容量取決于水域的水量和流速，凈化容量取決于水體對污染物的降解程度。水域納污能力的大小取決于功能區(qū)的來水水質(zhì)、水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)、水功能區(qū)的長度、水功能區(qū)所在河流的設(shè)計流量與流速，以及污染物綜合衰減系數(shù)等因素。本文對甘河加格達(dá)奇段水功能區(qū)排污控制區(qū)的納污能力進(jìn)行測算。

1 基本概況

素有“萬里興安第一城”的加格達(dá)奇，是大興安嶺地區(qū)行政公署駐地，也是全區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化中心和交通樞紐，城市人口15.6萬人。整個加格達(dá)奇區(qū)唯一的地表水資源就是境內(nèi)只有55 km的甘河，它是嫩江上游右岸的第一大支流，甘河全長490 km，為地方的工業(yè)生產(chǎn)及飲用水做出了巨大的貢獻(xiàn)。特別是1998年國家對大興安嶺實施天然林保護(hù)工程后，經(jīng)濟(jì)類型由林業(yè)經(jīng)濟(jì)向林區(qū)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型，木材精深加工、綠色特色食品、北藥、礦產(chǎn)等多種接續(xù)和替代產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，促進(jìn)了地方經(jīng)濟(jì)的發(fā)展繁榮，當(dāng)?shù)卣雠_一系列招商引資的好政策，不斷吸引外地投資。任何產(chǎn)業(yè)的發(fā)展都離不開水資源，在利用水資源的同時也會對水資源造成污染。無論發(fā)展哪種產(chǎn)業(yè)，前提都應(yīng)保護(hù)大興安嶺的這片綠色。經(jīng)濟(jì)的發(fā)展固然重要，在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時，要做到污染防治與生態(tài)環(huán)境保護(hù)并重，決不能走先污染后治理的這條路，這是大興安嶺作為生態(tài)功能示范區(qū)主體功能區(qū)規(guī)劃的要求。因此，在開發(fā)前和開發(fā)過程中，必須加強(qiáng)礦產(chǎn)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境治理的監(jiān)督管理，掌握當(dāng)?shù)厮虻募{污能力，合理利用水資源，這對發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)具有重要的理論意義和現(xiàn)實意義。

《根據(jù)黑龍江省地表水功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》DB23/T740—2003，大興安嶺加格達(dá)奇段水功能區(qū)劃分為甘河加格達(dá)奇市飲用、工業(yè)用水區(qū)，甘河加格達(dá)奇排污控制區(qū)及甘河白樺過渡區(qū)共3個區(qū)。全區(qū)居民的生活污水及工業(yè)廢水均排放到甘河加格達(dá)奇排污控制區(qū)，掌握此區(qū)的納污能力，無疑成為地方政府進(jìn)行水污染防治和控制管理的決策依據(jù)，同時也是合理利用水資源，發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)的重要依據(jù)。本文正是基于現(xiàn)實需要，對甘河加格達(dá)奇排污控制區(qū)的納污能力進(jìn)行了測算，而對于河道較短的飲用水源區(qū)納污能力為0，過渡區(qū)可參照排污控制區(qū)的計算方法進(jìn)行測算，本文不做測算。甘河加格達(dá)奇段各水功能區(qū)的范圍及相應(yīng)水質(zhì)目標(biāo)見表1:

表1 甘河加格達(dá)段水功能區(qū)劃及水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)

2 水域納污能力的計算方法

2.1 水質(zhì)模型

甘河河道屬于寬深比不大的中型河道，污染物質(zhì)在排放到水體中后，在較短的縱向距離河段內(nèi)基本上能在斷面內(nèi)達(dá)到均勻混合狀態(tài)，污染物濃度在斷面上橫向變化不大，忽略不靈敏因子縱向分散的作用，可用一維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型模擬污染物沿河流縱向的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律。一維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型公式為:

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

考慮到同一功能區(qū)內(nèi)沿河經(jīng)常分布多個入河排污口，計算時，需要將排污口的分布加以概化，概化主要有兩種方法，概化為均勻分布或概化為一個集中點。下面是將入河排污口概化在功能區(qū)的集中點時的功能區(qū)下斷面的污染物濃度及其相應(yīng)的水域納污能力的計算公式。

式中:CL為水功能區(qū)下斷面污染物濃度，mg/L;L為水功能區(qū)的長度，m;L1為入河排污口距離下斷面的縱向距離，m;Q為設(shè)計流量，m3/s;其余符號意義同前。

式中:Cs為水功能區(qū)下斷面污染物的目標(biāo)濃度，mg/L;其余符號意義同前。

2.2 水質(zhì)模型參數(shù)的確定

2.2.1 設(shè)計流量和設(shè)計流速

采用保證率為75%的最枯月平均流量;設(shè)計流速為設(shè)計流量對應(yīng)的斷面流速。根據(jù)甘河加格達(dá)奇水文站資料情況，選取建站自有資料1972年～2008年共37 a中每年的最枯月平均流量作為樣本，進(jìn)行P－Ⅲ型頻率計算，求得P=75%保證率下的設(shè)計流量為0.968 m3/s，設(shè)計流量下的過水?dāng)嗝娴钠骄魉贋?.30 m/s。

2.2.2 污染物的綜合衰減系數(shù)

污染物的綜合衰減系數(shù)不單是污染物在河道中隨水流輸移過程中，由于物理、化學(xué)和生物作用而發(fā)生降解，而且其降解速度與河流的水文條件，如水深、流量、流速、水溫、泥沙、污染物含量以及河道的形態(tài)等因素有關(guān)，因此將各種影響因素概化為污染物的綜合衰減系數(shù)K，作為綜合反映污染物降解的強(qiáng)弱程度。在實際應(yīng)用中，不同河流不同時期影響因素千差萬別、復(fù)雜多變，使得K很難確定，《水域納污能力計算規(guī)程》(SL348―2006)中給出的3種方法中，分析借用法與經(jīng)驗公式法精度較難保證，而實測法要求的實驗條件較嚴(yán)格，很難操作，此3種方法均不適用。本文根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況，將2005年、2009年兩個水功能區(qū)監(jiān)測年份中檢測得到的加格達(dá)奇水文站、東風(fēng)經(jīng)營所及入河排污口的污染物檢測數(shù)據(jù)、加格達(dá)奇水文斷面實測水位資料相應(yīng)的河段流量、流速，及設(shè)定的K等帶入水質(zhì)模型，在排污控制區(qū)、過渡區(qū)內(nèi)逐日模擬東風(fēng)經(jīng)營所斷面及白樺斷面污染物濃度變化與實測濃度值比較來擬訂綜合衰減系數(shù)。經(jīng)過多次對K的調(diào)整，選取模擬過程與實測值擬合較好時的系數(shù)。并將污染物在兩個不同功能區(qū)中選好的系數(shù)進(jìn)行均值計算，最后得出甘河加格達(dá)奇段COD的K=－0.19/d－1，NH3－N的K=－0.17/ d－1。中國環(huán)境規(guī)劃院在《全國地表水水環(huán)境容量技術(shù)復(fù)核要點》2004年提出了水質(zhì)降解系數(shù)參考值見表2。

表2 水質(zhì)降解系數(shù)參考值表

本次分析的河段水體水質(zhì)狀況屬于Ⅱ－Ⅲ類，所以綜合衰減系數(shù)K在上表推薦的參考值范圍，說明成果有一定的合理性，可以在甘河加格達(dá)奇段采用。

2.2.3 初始斷面的污染物濃度及水質(zhì)目標(biāo)值

初始斷面污染物濃度Co取2004－2008年的多年平均值;水質(zhì)目標(biāo)以《黑龍江省地表水功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》DB23/T740—2003所規(guī)定的管理水質(zhì)目標(biāo)作為控制標(biāo)準(zhǔn)，目標(biāo)值則根據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838－2002》中相應(yīng)的水質(zhì)類別對應(yīng)的數(shù)據(jù)來確定。

2.3 水域納污能力的測算

不同的水功能區(qū)劃對水質(zhì)的要求不一，可用地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838－2002控制，而排污控制區(qū)在標(biāo)準(zhǔn)中未作水質(zhì)要求，要計算排污控制區(qū)的納污能力，必須根據(jù)過渡區(qū)出水水質(zhì)目標(biāo)Cs白樺推求過渡區(qū)入口斷面允許的最大濃度C東風(fēng)表示。由《黑龍江省地表水功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)》DB23/T740—2003查得過渡區(qū)出水?dāng)嗝婺繕?biāo)水質(zhì)是Ⅲ類。根據(jù)公式(2)計算甘河加格達(dá)奇段排污控制區(qū)下斷面東風(fēng)經(jīng)營所斷面的最大允許濃度。

本文計算的排污控制區(qū)內(nèi)只有一處入河排污口，且其位置靠近排污控制區(qū)上斷面，將排污口位置處理為恰在排污控制區(qū)上斷面處。根據(jù)公式(3)計算排污控制區(qū)的納污能力。

4 結(jié)論

通過對甘河加格達(dá)段水功能區(qū)排污控制區(qū)納污能力的測算，得出此排污控制區(qū)的COD納污能力為1 260.2 kg/d，氨氮納污能力為86.3 kg/d。由于甘河屬于季節(jié)性河流，一年當(dāng)中豐、平、枯各水期的水文因素相差很懸殊。在計算納污能力時選擇的設(shè)計流量，如按全國統(tǒng)一選擇90%保證率或者近10 a最枯月流量，北方的河流計算單元設(shè)計流量非常小，甚至為零，根據(jù)中國環(huán)境規(guī)劃院在《全國地表水環(huán)境容量核定有關(guān)技術(shù)問題的說明》2004年建議北方河流，可考慮按照75%保證率進(jìn)行選擇參考設(shè)計流量，進(jìn)行水環(huán)境容量(納污能力)計算，得到可參考的水環(huán)境容量。本文是按照75%保證率進(jìn)行選擇參考設(shè)計流量的條件下進(jìn)行甘河加格達(dá)段水功能區(qū)排污控制區(qū)納污能力的測算，得到可參考的納污能力。為更準(zhǔn)確地測算到甘河加格達(dá)段水功能區(qū)排污控制區(qū)的納污能力，還應(yīng)在基準(zhǔn)條件下測算的可參考的納污能力基礎(chǔ)上，再進(jìn)行不同水期的納污能力測算，測算方法同上。

［1］ 黑龍江省技術(shù)監(jiān)督局.DB23/T740－2003黑龍江省地表水功能區(qū)標(biāo)準(zhǔn)［S］.哈爾濱:黑龍江省科學(xué)技術(shù)出版社，2004.

［2］ 國家環(huán)境保護(hù)局，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB3838－2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［3］ 中華人民共和國水利部.SL348－2006水域納污能力計算規(guī)程［S］.北京:中國水利水電出版社，2006.

［4］ 張文志.采用一維水質(zhì)模型計算河流納污能力中設(shè)計條件和參數(shù)影響分析［J］.中國西部科技，2007(5):43－45.