三峽庫區(qū)城要鎮(zhèn)水環(huán)境容量及總量控制研究
——以重慶市涪陵區(qū)為例

丁世敏，熊竹，封享華，余鑫，劉向偉，敬小英

（1.長江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶涪陵408100；2.長江師范學(xué)院三峽庫區(qū)環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害防治工程研究中心，重慶涪陵408100）

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三峽庫區(qū)城要鎮(zhèn)水環(huán)境容量及總量控制研究
——以重慶市涪陵區(qū)為例

丁世敏1，2，熊竹1，2，封享華1，2，余鑫1，劉向偉1，敬小英1

（1.長江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶涪陵408100；2.長江師范學(xué)院三峽庫區(qū)環(huán)境監(jiān)測與災(zāi)害防治工程研究中心，重慶涪陵408100）

以重慶市涪陵區(qū)為例，在了解區(qū)域水環(huán)境功能區(qū)劃及區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量狀況的前提下，采用允許排污量法計(jì)算區(qū)域內(nèi)的水環(huán)境容量，對區(qū)域水污染負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，并提供區(qū)域配置建議，為十三五期間三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)的環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境目標(biāo)管理及污染物總量控制提供依據(jù)，對優(yōu)化地方產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)庫區(qū)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展有重要意義遙

三峽庫區(qū)；水環(huán)境容量；總量控制；水污染防治；區(qū)域配置

水環(huán)境容量指特定水體在給定的設(shè)計(jì)水文條件、水功能區(qū)目標(biāo)水質(zhì)等條件下，滿足水域某一水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的污染物的最大排放量，它可定量說明區(qū)域水體對該污染物的承載能力［1］。本文以三峽庫區(qū)腹地城鎮(zhèn)重慶市涪陵區(qū)為例，研究其十三五期間的水環(huán)境容量（并提供區(qū)域配置建議，為十三五期間三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)的環(huán)境規(guī)劃、環(huán)境目標(biāo)管理及污染物總量控制提供依據(jù)［2，3］）。

1　區(qū)域水環(huán)境功能區(qū)劃與水環(huán)境質(zhì)量狀況

重慶涪陵區(qū)位于長江、烏江交匯處，是三峽庫區(qū)腹地重要城鎮(zhèn)，幅員面積2 941.46 km2，人口116.67萬。區(qū)境內(nèi)除長江、烏江外，有大小河流147條，其中流域面積大于50 km2的有18條［4］。根據(jù)重慶市涪陵區(qū)水功能區(qū)劃修編報告，對區(qū)境內(nèi)流域面積在50～1 000 km2的河流及具有城鄉(xiāng)供水功能的已建和擬建的小型以上的水利工程按保護(hù)區(qū)、保留區(qū)、飲用水源區(qū)、景觀娛樂用水區(qū)、工業(yè)用水區(qū)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)幾大類進(jìn)行了水功能區(qū)劃。

通過區(qū)環(huán)境監(jiān)測站對區(qū)內(nèi)2007-2014年重要河流斷面的監(jiān)測表明，除了有大腸桿菌超標(biāo)外，其余指標(biāo)均符合GB3838-2002III類水質(zhì)以上標(biāo)準(zhǔn)。

2　區(qū)域水環(huán)境容量計(jì)算

2.1計(jì)算方法

選取允許排污量法計(jì)算水環(huán)境容量，依據(jù)區(qū)境內(nèi)水域現(xiàn)有排污口的位置、排污方式，限定排污口混合區(qū)的長度和寬度，根據(jù)水質(zhì)背景和水質(zhì)管理目標(biāo)，計(jì)算每個排污口的允許排放量作為該區(qū)域水環(huán)境容量，區(qū)內(nèi)所有水環(huán)境容量之和即為該區(qū)域水環(huán)境容量［5］。

2.2水域概化及控制邊界的選擇

在調(diào)查和評價區(qū)內(nèi)水域水文、水質(zhì)、排污口、污染源等資料的前提下，將天然水域長江、烏江及重要支流黎香溪概化成計(jì)算水域，根據(jù)水環(huán)境功能區(qū)劃和水域區(qū)水質(zhì)敏感點(diǎn)位置分析，確定這些水域水質(zhì)控制斷面位置和濃度控制標(biāo)準(zhǔn)。除了長江在涪陵區(qū)入境斷面及在清溪鎮(zhèn)的出境斷面為Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)外，其它各斷面執(zhí)行Ⅲ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3水環(huán)境容量計(jì)算模型

2.3.1長江、烏江干流涪陵段水環(huán)境容量計(jì)算模型

參照《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》（GB/T 25173.2010）［6］和《全國地表水水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》［7］，長江、烏江干流均為河寬大于200 m的大河，故采用二維混合模型計(jì)算涪陵區(qū)的水環(huán)境容量。當(dāng)控制斷面達(dá)到相應(yīng)水域水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時，河流中某種非持久性污染物的環(huán)境容量計(jì)算公式為

式（1）中：W為水環(huán)境容量（kg·d-1）；C（x，y）為控制點(diǎn)（混合區(qū)下邊界）的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)（mg·L-1）；C0為排污口上游污染物濃度（mg·L-1）；K為污染物綜合降解系數(shù)（1·d-1）；h為設(shè)計(jì)流量下污染帶起始斷面平均水深（m）；x為沿河道方向變量（m）；y為沿河寬方向變量（m）；u為設(shè)計(jì)流量下污染帶內(nèi)的縱向平均流速（m·s-1）；Ey為橫向混合系數(shù)（m2·s-2）。

Ey的計(jì)算公式為

式（2）中：j為河流平均比降；g為重力加速度（m·s-2）；h為河道斷面平均水深（m）。

2.3.2境內(nèi)其它河流環(huán)境容量計(jì)算模型

境內(nèi)其他河流為小河，可采用一維穩(wěn)態(tài)河流水質(zhì)單指標(biāo)模型，利用反向計(jì)算法計(jì)算其環(huán)境容量，當(dāng)控制斷面符合指定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)時，河流中某種非持久性污染物的環(huán)境容量計(jì)算公式為

式（3）中：W為環(huán)境容量（kg·d-1）；Qh為河流枯水期流量（m3·s-1）；C0為河流對照斷面的背景濃度（mg·L-1）；Cs為河流水質(zhì)控制標(biāo)準(zhǔn)濃度（mg·L-1）；K為污染物綜合降解系數(shù)（1·d-1）；L為河流間距（m）；u為河流流速（m·s-1）。

2.4主要控制因子及計(jì)算時段

根據(jù)涪陵區(qū)水體污染狀況和總量控制現(xiàn)狀，選擇化學(xué)需氧量COD（chemical oxygen demand）、氨氮作為污染物容量計(jì)算的主要控制因子。

考慮到三峽工程正常運(yùn)行水位為175 m和145 m，不同運(yùn)行水位下，環(huán)境條件不同，水環(huán)境容量也不相同，因此，在后面的計(jì)算中，長江、烏江干流分別計(jì)算兩種水位下的環(huán)境容量，而支流受長江水位影響不大，計(jì)算時不分水位。

2.5參數(shù)的確定

根據(jù)上述討論情況，確定選擇河段的環(huán)境容量主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表1、表2所示。表中平均流速的取值參考《三峽庫區(qū)流域水環(huán)境容量與總量控制技術(shù)研究》［8］中“長江干流各水質(zhì)安全保障區(qū)計(jì)算流速值”，污染物綜合降解系數(shù)參考“三峽庫區(qū)不同水位污染物濃度的綜合自凈系數(shù)”；擴(kuò)散系數(shù)參考《長江三峽水利樞紐環(huán)境影響報告書》［9］中有關(guān)擴(kuò)散系數(shù)的研究；排污口上游污染物濃度為2007-2014年監(jiān)測平均濃度；其余沿河方向變量、平均河寬等參考“數(shù)字重慶”［10］進(jìn)行估算。

表1　涪陵區(qū)長江、烏江干流水環(huán)境容量計(jì)算的主要參數(shù)Table 1Main parameters for calculation of water environmental capacity of the Yangtze River and Wujiang River in Fuling

表2　涪陵區(qū)主要支流水環(huán)境容量計(jì)算的主要參數(shù)Table 2Main parameters of calculation of main branch water environmental capacity in Fuling area

2.6計(jì)算結(jié)果

根據(jù)上述參數(shù)，計(jì)算出涪陵區(qū)各水域環(huán)境容量如表所示3。

表3　涪陵區(qū)重點(diǎn)水域水環(huán)境容量Table 3Water environment capacity of key water areas in Fuling District

根據(jù)計(jì)算結(jié)果，目前涪陵區(qū)水體COD的環(huán)境容量為18 242～24 659噸，氨氮的環(huán)境容量為6 058～7 945 t，對比2013年涪陵區(qū)共排放COD 15 942.21噸，氨氮1 752噸，可知環(huán)境容量尚可滿足城市發(fā)展需求。對不同水域的水環(huán)境容量進(jìn)行比較分析可看出：

（1）從天然容量現(xiàn)狀分布來看，以長江干流中烏江入河口—清溪為最大，其次為龍橋—烏江入河口；烏江干流中以入境斷面—入長江河口最大，其次為小溪河；

（2）從剩余容量來看，渠溪河和麻溪河的水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重，這意味著實(shí)際進(jìn)入這些河道的污染負(fù)荷已遠(yuǎn)超過其環(huán)境容量，需要削減的污染負(fù)荷較大；

（3）從環(huán)境容量的空間分布情況來看烏江入河口—清溪的可利用環(huán)境容量最大，可考慮在清溪鎮(zhèn)適當(dāng)發(fā)展工業(yè)企業(yè)。

3　污染物總量控制指標(biāo)分配

3.1區(qū)域2015-2020年水污染負(fù)荷預(yù)測

按照涪陵區(qū)城鎮(zhèn)總體發(fā)展規(guī)劃對城鎮(zhèn)化水平的預(yù)測，并參考全國地表水水環(huán)境容量核定技術(shù)指南中城鎮(zhèn)人均產(chǎn)污系數(shù)，預(yù)測涪陵區(qū)生活污染負(fù)荷；根據(jù)2010-2014年涪陵區(qū)各行業(yè)情況以及發(fā)展趨勢，按照涪陵區(qū)城鎮(zhèn)總體發(fā)展規(guī)劃對涪陵區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的預(yù)測，利用萬元產(chǎn)值以及類比分析的方法，同時利用部分企業(yè)具體情況進(jìn)行校核，預(yù)測出涪陵區(qū)2015年和2020年工業(yè)污染物負(fù)荷產(chǎn)生量（見表4）。

表4　涪陵區(qū)2015-2020年水污染負(fù)荷預(yù)測Table4 Water pollution load forecast in Fuling area from 2015 to 2020

3.2區(qū)內(nèi)水污染物總量控制指標(biāo)

根據(jù)計(jì)算的涪陵區(qū)水環(huán)境容量，參考《重慶市涪陵區(qū)人民政府關(guān)于印發(fā)涪陵區(qū)生態(tài)建設(shè)與環(huán)境保護(hù)第十二個五年規(guī)劃的通知》，估算涪陵區(qū)2015年水污染物總量控制指標(biāo)如表5所示。

表5　水污染物總量控制指標(biāo)Table 5 Total amount control of water pollutants

3.3總量控制指標(biāo)的分配

根據(jù)涪陵區(qū)水環(huán)境容量，并結(jié)合污染排放分布現(xiàn)狀，確定污染物排放總量分配方案如表6所示。

表6　涪陵區(qū)重點(diǎn)水域污染物總量控制指標(biāo)的分配Table 6 Distribution of total amount of pollutants in key areas of Fuling

根據(jù)涪陵城市發(fā)展規(guī)劃，未來五年內(nèi)人口將會增長，生活污水會導(dǎo)致涪陵區(qū)水污染負(fù)荷更重，因此生活污水的削減任務(wù)重，其次為工業(yè)污水。完成污染物削減任務(wù)，要求強(qiáng)化管理，實(shí)施工程措施削減污染物，積極推進(jìn)清潔生產(chǎn)，提升城鎮(zhèn)污水處理廠的處理能力，調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和布局等，為實(shí)現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)雙贏的目標(biāo)、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會提供助力。

［1］付意成，徐文新，付敏.我國水環(huán)境容量現(xiàn)狀研究［J］.中國水利，2010，7（1）：1.

［2］許振成，彭曉春，賀濤，等.現(xiàn)代環(huán)境規(guī)劃理論與實(shí)踐［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012：148.

［3］楊志峰，李巍，徐琳瑜，等.生態(tài)城區(qū)環(huán)境規(guī)劃理論與實(shí)踐［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：107.

［4］涪陵區(qū)人民政府.統(tǒng)計(jì)年鑒［EB/OL］.（2014-10-14）［2016-02-26］.http：//www.fl.gov.cn/Cn/Common/tjnj.asplmdm=012003&chdlmdm =012003017.

［5］傅慧源.長江干流水域納污能力及限制排污總量研究［J］.人民長江，2008，39（23）：40.

［6］國家環(huán)保局.GB/T 25173.2010-水域納污能力計(jì)算規(guī)程［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2005.

［7］中國環(huán)境規(guī)劃院.全國地表水環(huán)境容量核定技術(shù)指南［M］.北京:2003.

［8］張衛(wèi)東，鄧春光，王孟.三峽庫區(qū)流域水環(huán)境容量與總量控制技術(shù)研究［M］.北京:中國環(huán)境出版社，2013.

［9］中國科學(xué)院環(huán)境評價部.長江三峽水利樞紐環(huán)境影響報告書［M］.北京:科學(xué)出版社，1996.

［10］重慶市地理信息公共服務(wù)平臺.數(shù)字重慶［EB/OL］.［2016-02-26］.http://www.digitalcq.com/.

［責(zé)任編輯：陳安和］

Capacity of Aquatic Environment and Its Total Control in the Urban Area of Three Gorges Reservoir：A Case Study of Fuling District，Chongqing City

DING Shi-min1，2，XIONG Zhu1，2，F(xiàn)ENG Xiang-hua1，2，YU Xin1，LIU Xiang-wei1，JING Xiao-ying1

（1.College of Chemistry and Chemical Engineering，Yangtze Normal University，Chongqing Fuling 408100，China；2.Research Center for Environmental Monitoring and Hazard Prevention of Three Gorges Reservoir，Yangtze Normal University，Chongqing Fuling 408100，China）

Under the premise of knowing the functional zonation and current quality status of regional water environment in Fuling district of the Three Gorges Reservoir Area，the aqua-environmental capacity and forecasted pollution load were studied using the permitted emission quantity method，and regional configuration was provided.The work provides a basis for the environmental planning，management，and the total amount control of pollutants in that area，and has important significance to optimize the local industrial structureand to promote the coordinated development of the regional economy and environment.

Three Gorges Reservoir Water Environment Capacity；water pollution preventionand total amount control；regional configuration

X26

A

2096-2347（2016）01-0060-05

2016-04-01

重慶市教委項(xiàng)目（KJ1401202）；涪陵區(qū)科技項(xiàng)目（FLKJ，2013ABB2098）；涪陵區(qū)十三五規(guī)劃前期研究重點(diǎn)課題。

丁世敏（1969-），女，重慶人，博士生，教授，主要從事環(huán)境污染控制及治理研究。E-nail：ding717@126.com