鹽河淮安段污染負(fù)荷及水環(huán)境容量分析研究

張　娟

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鹽河淮安段污染負(fù)荷及水環(huán)境容量分析研究

張娟

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水環(huán)境污染問題日趨嚴(yán)重。目前，我國水環(huán)境管理已從濃度控制、目標(biāo)總量控制轉(zhuǎn)變?yōu)樗h(huán)境容量總量控制，通過調(diào)查分析污染源，合理確定水環(huán)境容量，可有效進(jìn)行總量控制，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)目標(biāo)管理與水功能區(qū)限制納污紅線管理，達(dá)到既促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展又保護(hù)環(huán)境的目的。

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報道，關(guān)于太湖、長江、漓江、渭河、東遼河等流域污染負(fù)荷及水環(huán)境容量分析研究較多，而關(guān)于淮河流域報道較少。2008年江蘇省淮安市水資源綜合規(guī)劃對淮河流域鹽河淮安段進(jìn)行點(diǎn)源污染負(fù)荷及枯水年水環(huán)境容量分析取得一定成果。經(jīng)過幾年的發(fā)展，淮安市排污及水環(huán)境容量發(fā)生了相應(yīng)變化，本文通過對鹽河淮安段點(diǎn)、面源污染負(fù)荷展開調(diào)查分析，采用一維水質(zhì)模型確定不同水文頻率下水環(huán)境容量，為污染物總量控制、水資源合理開發(fā)利用、水環(huán)境保護(hù)提供依據(jù)。

一、鹽河淮安段水污染負(fù)荷分析

1.污染源調(diào)查范圍和內(nèi)容

鹽河是溝通淮安市和連云港市的人工河道，起源于淮陰水利樞紐，河流流向自西向東，全長140km，流域面積359.3km2，淮安市境內(nèi)全長78.9km，河寬30～130m，河深4～11m，既是淮陰區(qū)、漣水縣的工農(nóng)業(yè)用水主要水源地，也是工業(yè)、生活廢污水納污河道。

污染源調(diào)查內(nèi)容包括點(diǎn)源、面源污染調(diào)查。其中點(diǎn)源污染調(diào)查主要是工業(yè)、城鎮(zhèn)生活污染源調(diào)查；面源污染調(diào)查主要是河流沿岸農(nóng)村生活、種植、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖等污染源調(diào)查。

2.點(diǎn)源污染調(diào)查

根據(jù)江蘇省水環(huán)境監(jiān)測中心淮安分中心2014年鹽河入河排污口水質(zhì)、水量監(jiān)測資料統(tǒng)計，淮安市鹽河工業(yè)、城鎮(zhèn)生活污水排放總量為1722.2萬t/a。其中，污染物CODCr入河量為1112.6t/a，NH3-N入河量為91.3t/a。

3.面源污染調(diào)查

采用查閱資料與實(shí)地查勘相結(jié)合的方法估算面源污染物入河量。部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于《淮安市年鑒》《第一次全國污染源普查城鎮(zhèn)生活源產(chǎn)排污系數(shù)手冊》等。

（1）農(nóng)村生活污染源調(diào)查

根據(jù)區(qū)域內(nèi)實(shí)際農(nóng)村人口、排放系數(shù)、入河率等計算農(nóng)村生活污染物入河量，計算公式：

式中：W生1為農(nóng)村生活污染物入河量，t/a；W生1p為農(nóng)村生活污染物排放量，t/a；β2為農(nóng)村生活入河系數(shù)；

其中，W生1p=N農(nóng)·α1

式中：N農(nóng)為農(nóng)村人口數(shù)，人；α1為農(nóng)村生活排污系數(shù)。

經(jīng)計算，農(nóng)村生活污染物入河量CODCr為915.2t/a，NH3-N為61.5t/a。

（2）畜牧養(yǎng)殖污染源調(diào)查

根據(jù)調(diào)查相關(guān)鄉(xiāng)鎮(zhèn)養(yǎng)殖場實(shí)際養(yǎng)殖存欄數(shù)、入河系數(shù)等計算污染物入河量，計算公式：

式中：W畜禽為畜禽養(yǎng)殖污染物入河量，t/a；W畜禽p為畜禽養(yǎng)殖污染物排放量，t/a；β4為畜禽養(yǎng)殖入河系數(shù)。

式中：δ1為畜禽個體日產(chǎn)糞量，kg/d·頭；t為飼養(yǎng)期，d；N畜禽為飼養(yǎng)數(shù)，頭；α3為畜禽糞中污染物平均含量，kg/t；δ2為畜禽個體日產(chǎn)尿量，kg/a；α4為畜禽尿中污染物平均含量，kg/t。

經(jīng)計算，畜禽養(yǎng)殖污染物入河量CODCr為799.7t/a，NH3-N為37.8t/a。

（3）農(nóng)田種植污染源調(diào)查

根據(jù)農(nóng)田耕地面積、施肥量等計算污染物入河量，計算公式：

W農(nóng)=W農(nóng)p·β5·γ

式中：W農(nóng)為種植污染物入河量，t/a；W農(nóng)p為種植污染物排放量，t/a；β5為種植污染物入河系數(shù)；γ為修正系數(shù)。

其中，W農(nóng)p=S·α5

式中：S為耕地面積，hm2；α5為種植排污系數(shù)。

經(jīng)計算，農(nóng)田種植污染物入河量CODCr為374.8t/a，NH3-N為32.6t/a。

（4）水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物調(diào)查

區(qū)域內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物入河量計算公式：

式中：W水產(chǎn)為水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物入河量，t/a；W水產(chǎn)p為水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物排放量，t/a；β6為水產(chǎn)養(yǎng)殖入河系數(shù)。

池塘/工廠化養(yǎng)殖污染物排放量測算方法為：

式中，V為年排水量，m3；ΔCi為污染物濃度的增量，mg/L。

經(jīng)計算，水產(chǎn)養(yǎng)殖污染物入河量CODCr為1.9t/a，NH3-N為0.2t/a。

（5）各類污染源的貢獻(xiàn)率

2014年鹽河各類污染源入河量CODCr為3204.2t/a，NH3-N為223.4t/a，其中以工業(yè)、城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活污染源為主，具體呈現(xiàn)為：工業(yè)、城鎮(zhèn)生活污染＞農(nóng)村生活污染＞畜禽養(yǎng)殖污染＞種植業(yè)污染＞水產(chǎn)養(yǎng)殖污染，見表1。

二、水環(huán)境容量分析

水環(huán)境容量是指水體在規(guī)定環(huán)境目標(biāo)下所能容納的最大污染物量，容量大小與水體特征、水質(zhì)目標(biāo)、污染物特性以及社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式有關(guān)。合理計算水環(huán)境容量是進(jìn)行污染物總量控制限排的關(guān)鍵。

1.水環(huán)境容量計算方法

一維水環(huán)境容量模型為：

式中：M為水環(huán)境容量，t/a；31.565為量綱平衡系數(shù)；α為不均勻修正系數(shù)；Q為河流進(jìn)口斷面流量，m3/s；q為污水入流流量，m3/s；Cs為河流控制目標(biāo)濃度，mg/L；k為污染物綜合降解系數(shù)，d-1；C0為河流進(jìn)口斷面背景濃度，mg/L；x為水質(zhì)控制斷面距排污口距離，m；u為流速，m/s。

2.計算參數(shù)的確定

（1）控制單元的劃分

根據(jù)《江蘇省地表水（環(huán)境）功能區(qū)劃》，淮安市鹽河被區(qū)劃為鹽河淮安排污控制區(qū)、鹽河淮安農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水區(qū)，2020年水質(zhì)目標(biāo)均為《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。

（2）斷面設(shè)計流量與流速

根據(jù)鹽河1959～2013年逐日流量監(jiān)測數(shù)據(jù)，基于水量動力模型，計算鹽河閘、朱碼閘不同水文頻率（90%、75%、50%、20%）分別對應(yīng)枯水年、偏枯年、平水年、偏豐年的流量、流速，見表2。

（3）污染物綜合降解系數(shù)

采用二斷面實(shí)測率定法確定污染物綜合降解系數(shù)：

式中：CA為河段上斷面污染物濃度，mg/L；CB為河段下斷面污染物濃度，mg/L；x為上下斷面間的距離，km；u為斷面平均流速，km/d。鹽河CODCr、NH3-N降解系數(shù)k分別確定為0.11d-1、0.10d-1。

（4）河流本底濃度與目標(biāo)控制濃度

鹽河各功能區(qū)起始斷面水質(zhì)現(xiàn)狀濃度取上一功能區(qū)末斷面達(dá)標(biāo)濃度。鹽河淮安排污控制區(qū)、鹽河淮安農(nóng)業(yè)工業(yè)用水區(qū)水質(zhì)目標(biāo)均為Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，本底濃度、目標(biāo)控制濃度分別取CODCr為20.0mg/L、NH3-N為1.00mg/L。

（5）不均勻修正系數(shù)

基于水質(zhì)達(dá)標(biāo)計算的水環(huán)境容量偏大，為更加符合實(shí)際情況，引入不均勻系數(shù)的概念進(jìn)行修正，修正公式如下：

M修正=αM

式中：α為不均勻系數(shù)，是［0，1］區(qū)間一個數(shù)，取值見表3。

根據(jù)鹽河河寬及其他因素，不均勻系數(shù)取值為0.65。

3.水環(huán)境容量計算結(jié)果分析

鹽河淮安段不同水文頻率下水環(huán)境容量見表4。計算結(jié)果表明，在平水年、偏豐年（50%、20%）鹽河淮安段CODCr、NH3-N均有可利用水環(huán)境容量，枯水年、偏枯年（90%、75%）NH3-N現(xiàn)狀入河量均已超過水環(huán)境容量，需削減量分別為22.3t/a、8.2t/a，削減部分均位于鹽河淮安排污控制區(qū)。

通過對比分析不同水文頻率下鹽河淮安段水環(huán)境容量與相應(yīng)的水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果，兩者基本吻合，認(rèn)為以上計算結(jié)果較為合理。

表1　鹽河各類污染源入河量統(tǒng)計表

表2　鹽河各水功能區(qū)不同水文頻率下的設(shè)計流量、流速

表3　河道不均勻系數(shù)取值表

表4　鹽河不同水文頻率下水環(huán)境容量（單位：t/a）

三、結(jié)論與建議

2014年排入鹽河淮安段CODCr入河量為3204.2t/a，NH3-N入河量為223.4t/a，污染源主要以工業(yè)、城鎮(zhèn)生活、農(nóng)村生活污染為主。

采用一維水質(zhì)模型，計算不同水文頻率下鹽河淮安段水環(huán)境容量，得出其水環(huán)境容量：偏豐年＞平水年＞偏枯年＞枯水年。

鹽河淮安段不同水文頻率下水環(huán)境容量較真實(shí)地反映其水環(huán)境容量動態(tài)變化情況。50%、20%保證率下鹽河淮安段水環(huán)境容量均有盈余，90%、75%保證率下氨氮現(xiàn)狀入河量均已超過其水環(huán)境容量，需削減量分別為22.3t/a、8.2t/a。

建議采取如下措施保護(hù)鹽河水環(huán)境健康：

加快城鄉(xiāng)污水處理設(shè)施建設(shè)，確保廢污水達(dá)標(biāo)排放，適當(dāng)調(diào)整流域農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展高效生態(tài)農(nóng)業(yè)，降低農(nóng)田化肥、農(nóng)藥施用量，有效降低鹽河流域點(diǎn)、面源污染對水環(huán)境的影響。

根據(jù)鹽河水環(huán)境容量動態(tài)變化的特性，適應(yīng)區(qū)域年內(nèi)、年際水資源分配不均的狀況，可對不同水期水環(huán)境容量資源進(jìn)行合理開發(fā)利用，更好地促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時達(dá)到有效保護(hù)水資源環(huán)境的目的■

（作者單位：江蘇省水文水資源勘測局淮安分局223005）