北洛河水環(huán)境容量研究

趙永紅

（陜西省三門峽庫區(qū)華陰河務(wù)局 陜西 華陰 714200）

1 北洛河概況

北洛河屬黃河流域，為黃河二級支流，渭河一級支流。發(fā)源于榆林市定邊縣白于山南麓王盤山鄉(xiāng)石澇溝郝莊梁，流向東南經(jīng)吳起、志丹至甘泉縣折向南，再經(jīng)富縣、洛川、黃陵，于白水縣進(jìn)入關(guān)中平原地區(qū)，經(jīng)澄城縣、蒲城縣后，在大荔縣東南三河口注入渭河。河流全長680.3km，平均比降1.79‰，其中上游平均比降2.51‰，下游平均比降1.34‰，總落差達(dá)1175 m。干流從河源至甘泉縣道佐埠為上游，長297km；道佐埠至白水河口為中游，長229km；白水河口以下為下游，長154km。

2 北洛河水功能區(qū)劃

根據(jù)《陜西省水功能區(qū)劃報告》，北洛河干流共劃分三個一級水功能區(qū)：北洛河吳旗源頭水保護(hù)區(qū)、北洛河延安保留區(qū)、北洛河延安、渭南開發(fā)利用區(qū)；三個二級功能區(qū)：北洛河延安農(nóng)業(yè)用水區(qū)、延安、渭南農(nóng)業(yè)用水區(qū)、北洛河大荔農(nóng)業(yè)用水區(qū)。

北洛河干流水環(huán)境功能區(qū)劃如表1所示。

3 水環(huán)境容量計算因子及地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值

根據(jù)所收集到的水質(zhì)監(jiān)測資料以及水質(zhì)評價結(jié)果，通過分析研究，選擇化學(xué)需氧量（COD）和氨氮（N H3-N）作為污染因子，計算其水環(huán)境容量，其水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限值如表2所示。

4 水環(huán)境容量計算模型的選擇

當(dāng)污染物進(jìn)入河段后，在一定范圍內(nèi)經(jīng)過平流輸送、縱向離散和橫向混合過程后，假設(shè)完全混合均勻，根據(jù)物質(zhì)平衡原理，可建立起如下一維水質(zhì)模型基本方程：

在穩(wěn)態(tài)情況下，解析解為：

式中，C（X）——下斷面的濃度，mg/L；

C0——上斷面的濃度，mg/L；

Q0——上斷面的來水流量，m3/s；

CA——排污口（支流）濃度，mg/L；

QA——排污口（支流）來水流量，m3/s；

K——綜合降解系數(shù)，1/d；

X——計算河段距離，km；

U——河流流速，km/d。

根據(jù)污染物在各河段橫斷面上均勻混合的特點，本文采用河流一維模型計算河流水環(huán)境容量。

表1 北洛河干流水環(huán)境功能區(qū)劃

表3 北洛河干流水環(huán)境容量計算單元劃分

表4 洛河各站實測徑流變化

圖1 排污口概化示意圖

表6 北洛河干流各功能區(qū)COD水環(huán)境容量計算結(jié)果

表7 北洛河干流各功能區(qū)氨氮水環(huán)境容量計算結(jié)果

根據(jù)水環(huán)境容量的定義，以水質(zhì)目標(biāo)和水體自凈規(guī)律為依據(jù)，采用如下水環(huán)境容量計算模型：

式中，W——各水功能區(qū)水環(huán)境容量，kg/d；

Cs——水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)，mg/L；

C0——上斷面的水質(zhì)控制目標(biāo)濃度，mg/L；

Q0——上斷面的來水流量，m3/s；

Ci——排污口（支流）標(biāo)準(zhǔn)排放（水質(zhì)目標(biāo)控制）濃度，mg/L；

QA——為排污口（支流）來水流量，m3/s；

K——污染物綜合降解系數(shù)，1/d；

X——水功能區(qū)上斷面到下斷面的距離，km；

Xi——簡化后排污口到下計算斷面的距離，km；

U——水功能區(qū)設(shè)計流量下的河段平均流速，km/d；

86.4——單位換算系數(shù)。

5 設(shè)計條件的確定

5.1 計算單元的確定

根據(jù)《陜西省水功能區(qū)劃報告》斷面設(shè)置原則，確定了北洛河水環(huán)境容量計算單元，具體如表3所示，各功能區(qū)即為各計算單元。

5.2 水功能區(qū)設(shè)計流量、流速的確定

本文選取北洛河干流各水文站1956年～2000年（1961年～2000年）流量監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行水文頻率計算，將90%保證率最枯月平均流量作為設(shè)計流量。

利用各水文站實測流量、流速資料，建立流量—流速關(guān)系曲線，分析計算北洛河干流的設(shè)計流量下河段的設(shè)計流速。設(shè)計流速計算公式如下：

式中，u——設(shè)計流速，m/s；

Q——設(shè)計流量，m3/s；

A——過水?dāng)嗝婷娣e，m2。

表5為北洛河各水文站設(shè)計流量成果表。

5.3 初始濃度值C0的確定

上斷面初始濃度C0為上一個計算單元的水質(zhì)控制目標(biāo)；控制斷面濃度Cs則為各計算單元所在的功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)濃度。

5.4 綜合降解系數(shù)的確定

參考收集到的一些河流的K值以及其他流域的研究成果，結(jié)合陜西省水資源綜合規(guī)劃專題四成果之—《陜西省水資源保護(hù)評價》，確定北洛河水體污染物綜合降解系數(shù)為：CODcr綜合降解系數(shù)0.3 d-1，氨氮綜合降解系數(shù)0.2 d-1。

6 北洛河水環(huán)境容量計算

在計算水環(huán)境容量之前，需要將排污口概化（排污口概化示意如如圖1所示），以此降低計算的復(fù)雜性，本文將所有的排污口概化成一個集中的污染源，根據(jù)一維水環(huán)境容量計算公式以及各參數(shù)，計算各段水環(huán)境容量。

北洛河各功能區(qū)COD水環(huán)境容量計算結(jié)果如表6所示。

由表6可以看出，北洛河延安保留區(qū)、延安農(nóng)業(yè)用水區(qū)、延安、渭南農(nóng)業(yè)用水區(qū)、大荔農(nóng)業(yè)用水區(qū)COD的水環(huán)境容量分別為：745t/a、843t/a、2166t/a、2031t/a，其中延安、渭南農(nóng)業(yè)用水區(qū)的水環(huán)境容量最大，占北洛河干流COD水環(huán)境容量的37.44%。

北洛河各功能區(qū)COD水環(huán)境容量計算結(jié)果如表7所示。

由表7可以看出，北洛河延安保留區(qū)、延安農(nóng)業(yè)用水區(qū)、延安、渭南農(nóng)業(yè)用水區(qū)、大荔農(nóng)業(yè)用水區(qū)氨氮的水環(huán)境容量分別為：76 t/a、50 t/a、185 t/a、186 t/a，其中大荔農(nóng)業(yè)用水區(qū)的水環(huán)境容量最大，占北洛河干流氨氮水環(huán)境容量的37.42%。

7 小結(jié)

本文根據(jù)北洛河的河流特點、功能區(qū)劃結(jié)果以及水質(zhì)目標(biāo)，選擇適合北洛河的水質(zhì)模型并在其基礎(chǔ)上對排污口進(jìn)行概化，推導(dǎo)出河段水環(huán)境容量計算公式，計算出90%保證率下的水環(huán)境容量。

（1）北洛河干流90%保證率下的COD水環(huán)境容量為5785t/a；延安保留區(qū)、延安農(nóng)業(yè)用水區(qū)、延安、渭南農(nóng)業(yè)用水區(qū)、大荔農(nóng)業(yè)用水區(qū)的水環(huán)境容量分別為：745 t/a、843 t/a、2166 t/a、2031 t/a，其中延安、渭南農(nóng)業(yè)用水區(qū)的水環(huán)境容量最大，占北洛河干流COD水環(huán)境容量的37.44%。

（2）北洛河干流90%保證率下的氨氮水環(huán)境容量為497 t/a；延安保留區(qū)、延安農(nóng)業(yè)用水區(qū)、延安、渭南農(nóng)業(yè)用水區(qū)、大荔農(nóng)業(yè)用水區(qū)氨氮的水環(huán)境容量分別為：76 t/a、50 t/a、185 t/a、186 t/a，其中大荔農(nóng)業(yè)用水區(qū)的水環(huán)境容量最大，占北洛河干流氨氮水環(huán)境容量的37.42%。