石羊河流域水功能區(qū)限制納污控制紅線分析

朱金花

(甘肅省水環(huán)境監(jiān)測中心，甘肅 蘭州 730000)

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石羊河流域水功能區(qū)限制納污控制紅線分析

朱金花

(甘肅省水環(huán)境監(jiān)測中心，甘肅 蘭州 730000)

基于石羊河流域水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀及不同水平年流域水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)，結(jié)合流域內(nèi)不同區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、河流水資源配置、污染程度以及水文、地理條件等因素，進(jìn)行區(qū)分處理，對不同區(qū)域的水功能區(qū)設(shè)定不同的水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)，確定限制排污總量，最終得到不同水平年不同水功能區(qū)的限制排污總量以及整個流域的限排總量，將其設(shè)定為限制納污紅線，作為流域綜合治理及生態(tài)修復(fù)的約束性指標(biāo)，建立以水功能區(qū)為單元的水質(zhì)目標(biāo)考核制度，促成量質(zhì)結(jié)合的水資源統(tǒng)一管理模式，達(dá)到以水資源可持續(xù)利用保障經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

石羊河；水質(zhì)目標(biāo)；限制納污紅線；水功能區(qū)

石羊河是我國內(nèi)陸河流域中人口最密集、水資源開發(fā)利用程度最高、用水矛盾最突出、生態(tài)環(huán)境問題最突出的流域之一。上世紀(jì)80年代中后期至本世紀(jì)初，粗放的水資源管理及開發(fā)利用模式，導(dǎo)致流域水資源開發(fā)利用嚴(yán)重超過其承載能力，生態(tài)環(huán)境日趨惡化，危害程度和范圍不斷加重[1]。位于石羊河下游的民勤盆地沙漠范圍擴大，地下水位下降，礦化度上升，鹽漬化進(jìn)程加快，天然植被大面積枯萎，民勤綠洲面臨消亡威脅[2]。

2007年，國家批準(zhǔn)實施《石羊河流域重點治理規(guī)劃》，近十年來，通過生態(tài)移民、關(guān)井壓田、灌區(qū)節(jié)水改造、水資源統(tǒng)一調(diào)度等措施，減少生態(tài)脆弱區(qū)的人口，限制地下水無序開采，提高農(nóng)業(yè)用水效率，調(diào)節(jié)均衡水資源空間配置，保障下游生態(tài)用水，使流域生態(tài)環(huán)境得到明顯的改善，民勤盆地地下水位持續(xù)回升，干涸沙化半個多世紀(jì)的民勤縣青土湖出現(xiàn)季節(jié)性水域，面積達(dá)3km2。流域重點治理取得階段性的顯著成效[1]。

從長遠(yuǎn)看，石羊河治理的根本出路是堅持實行最嚴(yán)格水資源管理制度，圍繞水資源的配置、節(jié)約和保護(hù)，明確水資源開發(fā)利用紅線；嚴(yán)格實行用水總量控制，明確水功能區(qū)限制納污紅線；嚴(yán)格控制入河排污總量，明確用水效率控制紅線。本文通過分析水環(huán)境的納污能力，提出限制納污紅線，作為流域綜合治理及生態(tài)修復(fù)的約束性指標(biāo)，為建立以水功能區(qū)為單元的水質(zhì)目標(biāo)考核制度，促成量質(zhì)結(jié)合的水資源統(tǒng)一管理模式提供依據(jù)。

1 流域概況

石羊河流域位于甘肅省河西走廊東段，烏鞘嶺以西，祁連山北麓。深居大陸腹地，屬大陸性溫帶干旱氣候，氣候特點是：太陽輻射強、日照充足，溫差大、降水少、蒸發(fā)強烈、空氣干燥。流域域自南向北大致劃分為三個氣候區(qū)。南部祁連山高寒半干旱濕潤區(qū)：海拔2 000～5 000 m，年降水量300～600 mm，年蒸發(fā)量700～1 200 mm，干旱指數(shù)1-4；中部走廊平原溫涼干旱區(qū)：海拔1 500～2 000 m，年降水量150～300 mm，年蒸發(fā)量1 300～2 000 mm，干旱指數(shù)4～15；北部溫暖干旱區(qū)：海拔1 300～1 500 m，年降水量小于150 mm。北部騰格里沙漠邊緣地帶年降水量50 mm，年蒸發(fā)量2 000～2 600 mm，干旱指數(shù)15～25。石羊河發(fā)源于祁連山東麓，自東向西由大靖河、古浪河、黃羊河、雜木河、金塔河、西營河、東大河、西大河八條河流匯集而成。上游山區(qū)為徑流形成區(qū)，中下游為水資源耗散區(qū)。全流域水資源總量17.05億 m3，其中地表水資源15.04億 m3，純地下水資源2.01億 m3，人均水資源量757億 m3，耕地畝均水資源271億 m3，低于全省水平，屬典型的資源型缺水地區(qū)[2]。

石羊河流域人口219.39萬人，總用水量23.91億 m3，用水結(jié)構(gòu)為：生活用水占2.9%，城鎮(zhèn)公共用水占0.7%，工業(yè)用水占6.2%；農(nóng)業(yè)占87.7%，生態(tài)環(huán)境用水占2.6%。農(nóng)業(yè)是用水耗水的主要產(chǎn)業(yè)[1]。

2 現(xiàn)狀水環(huán)境質(zhì)量評價

根據(jù)甘肅省水環(huán)境監(jiān)測中心2015年的監(jiān)測資料，采用全指標(biāo)及氨氮、COD雙指標(biāo)均值進(jìn)行評價。

2.1 全指標(biāo)評價

以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)中的24個基本項作為評價對象，按水功能區(qū)進(jìn)行評價，符合Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水功能區(qū)6個，占33.3%；Ⅲ類水質(zhì)9個，占50.0%；Ⅳ水質(zhì)2個，占11.1%；Ⅴ類水質(zhì)1個，占5.6%。按水功能區(qū)水質(zhì)類別所占河長評價，Ⅱ類水質(zhì)河長190.9 km，占20.6%；Ⅲ類水質(zhì)河長543.6 km，占58.7%；Ⅳ類水質(zhì)河長132.0 km，占14.2%；Ⅴ類水質(zhì)河長60.0 km、占6.5%。

2.2 雙指標(biāo)評價

以氨氮及COD兩個主要污染指標(biāo)為評價對象，按照水功能區(qū)進(jìn)行評價，符合Ⅱ類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的水功能區(qū)7個，占38.9%；符合Ⅲ類水質(zhì)水功能區(qū)8個，占44.4%、符合Ⅳ水質(zhì)水功能區(qū)2個，占11.1%；符合Ⅴ類水質(zhì)水功能區(qū)1個，占5.6%。按照水功能區(qū)河長進(jìn)行，Ⅱ類水質(zhì)河長238.4 km，占25.7%；Ⅲ類水質(zhì)河長496.1 km，占53.6%；Ⅳ類水質(zhì)河長132.0 km，占14.2%；Ⅴ類水質(zhì)河長60.0 km、占6.5%。

以上評價表明：Ⅳ-Ⅴ類水質(zhì)的水功能區(qū)及河長所占比例在20%左右，但這些重污染區(qū)域主要集中在人口密集的下游區(qū)域，治理難度較大，水環(huán)境質(zhì)量狀況依然不容樂觀。

3 代表站的水污染變化趨勢

以石羊河下游干流四壩橋、蔡旗及紅崖山水庫三個代表斷面氨氮及COD近十年來的變化趨勢進(jìn)行分析，由圖1及圖2可以看出：2003年之前水污染呈現(xiàn)加重趨勢，之后由于實施了石羊河流域綜合治理，水污染得到有效控制，污染逐年減輕。2011年之后水質(zhì)穩(wěn)定好轉(zhuǎn)。

圖1 石羊河干流氨氮變化趨勢

圖2 石羊河干流化學(xué)需氧量變化趨勢

4 排污現(xiàn)狀及排污量測算

根據(jù)調(diào)查2011年石羊河流域水功能區(qū)廢污水入河量1 934萬 t、化學(xué)需氧量5 700 t、氨氮608 t、揮發(fā)酚1 t、總磷30 t、總氮623 t、五日生化需氧量2 323 t。

結(jié)合區(qū)域污染源的現(xiàn)狀排放量調(diào)查成果，綜合考慮規(guī)劃水平年流域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展、城鎮(zhèn)人口增長、工業(yè)增長等因素，以規(guī)劃年工業(yè)和生活用水預(yù)測成果為基礎(chǔ)，對規(guī)劃水平年污染源排放量采用凈需水量乘綜合排水系數(shù)法進(jìn)行預(yù)測，然后采用污染物入河系數(shù)法對入河量進(jìn)行測算，得到不同水平年污染物的入河量：2015年廢污水年入河量2 358萬 t、化學(xué)需氧量4 005 t、氨氮入河量518 t；2020水平年廢污水年入河量3 189萬 t、化學(xué)需氧量4 215 t、氨氮557 t；2030水平年廢污水入河量3 531萬 t、化學(xué)需氧量3 915 t、氨氮529 t。

5 水質(zhì)控制目標(biāo)及相應(yīng)納污能力計算

5.1 水質(zhì)控制目標(biāo)

按照國家和甘肅省的水功能區(qū)水環(huán)境質(zhì)量控制目標(biāo)，石羊河河流域水功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)率在2015年要達(dá)到80%以上、2020年達(dá)到90%以上、2030年達(dá)到95%以上，基于上述控制目標(biāo)對石羊河流域納污能力進(jìn)行計算。

5.2 納污能力計算

考慮到石羊河流域河流寬深比的特點，采用一維模型計算納污能力[4]：

式中：C為污染物的濃度，為時間t和空間位置x的函數(shù)；Dx為縱向彌散系數(shù)；ux為斷面平均流速；K為污染物的衰減速度常數(shù)。

給定初始條件，并做概化處理后，納污能力計算公式為：

式中： W為計算單元的納污能力；Q為河段上斷面設(shè)計流量；Cs為計算單元水質(zhì)目標(biāo)值；C0為計算單元上斷面污染物濃度；qi為旁側(cè)入流量；K為污染物綜合降解系數(shù)；x1為旁側(cè)入流概化口至下游控制斷面的距離；x2為旁側(cè)入流概化口至上游對照斷面的距離；u為平均流速。

根據(jù)流域水質(zhì)背景濃度和確定的目標(biāo)濃度，采用上述公式計算得到石羊河流域化學(xué)需氧量納污能力為7 126 t/a，氨氮納污能力為312.0 t/a。各河流的納污能力見表1。

6 限制納污控制紅線指標(biāo)

以流域總的水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)為約束，結(jié)合流域內(nèi)不同區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)水平發(fā)展、河流水資源配置、污染程度以及水文、地理條件等因素，進(jìn)行差異化處理，對不同區(qū)域的水功能區(qū)設(shè)定不同的水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)，確定限制排污總量，得到不同水平年每個水功能區(qū)的限制排污總量以及整個流域的限排總量。這個限排總量就是限制納污紅線。見表2。

根據(jù)測算的不同水平年的排污總量及由限制納污紅線確定的允許排污總量，計算得到了需要通過污染治理措施削減的排污量，氨氮2015年削減量為34%，2020年為51%，2030年達(dá)到76%；COD在2015年削減量為9%，2020年為22%，2030年達(dá)到38%?？梢钥闯鱿鳒p量較大，污染治理任務(wù)很重，尤其是對氮排放量的控制要加大力度。

7 結(jié)語

本文通過大量的監(jiān)測調(diào)查數(shù)據(jù)，研究分析了石羊河流域水質(zhì)現(xiàn)狀、水質(zhì)變化趨勢，測算了未來不同水平年污染物的排放量，在流域總的水質(zhì)達(dá)標(biāo)目標(biāo)控制前提下，根據(jù)實際情況對流域內(nèi)不同區(qū)域水功能區(qū)的具體指標(biāo)進(jìn)行了區(qū)分處理，分析確定各水功能區(qū)限制納污紅線指標(biāo)，作為石羊河流域綜合治理，生態(tài)恢復(fù)重建的約束性指標(biāo)，具有重要的作用和意義。

(1)現(xiàn)狀水環(huán)境質(zhì)量評價表明：Ⅳ-Ⅴ類水質(zhì)的水功能區(qū)及河長所占比例在20%左右，較之2000年左右有了明顯的提高，但重污染區(qū)主要集中在人口密集的下游區(qū)域，要使其穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，依然需要做大量的工作。

(2)通過雙指標(biāo)和全指標(biāo)對流域水質(zhì)現(xiàn)狀進(jìn)行分析評價，兩種方法結(jié)果相近，表明石羊河流域主要污染物為氨氮和COD，其中以氮排放最為突出，這也進(jìn)一步指明了流域污染治理的重點方向和相應(yīng)的措施。

(3)通過對代表站氨氮及COD兩個主要污染指標(biāo)演變趨勢分析看出:自2003年以來，石羊河干流水質(zhì)明顯好轉(zhuǎn)，尤其是2008年以來，提升幅度比較大。表明石羊河流域治理效果顯現(xiàn)，取得階段性成果。

表1 石羊河流域納污能力計算成果

表2 不同水平年排污量及限制納污量

(4)按照分析確定的流域各水功能區(qū)限制納污紅線指標(biāo)外來排污量的測算，2015、2020及2030三個不同水平年氨氮治理削減量分別為34%、51%、76%，COD分別為9%、22%、38%，可以看出削減量較大，污染治理任務(wù)很重，需要綜合配套的治理措施。

(5)為了落實限制納污紅線控制指標(biāo)，必須強力推行最嚴(yán)格水資源管理制度。把水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率、污染物限排總量、生態(tài)流量一并納入地方政府考核目標(biāo)。繼續(xù)推進(jìn)流域綜合治理各項措施，建立以水功能區(qū)為單元的水質(zhì)管理制度和以河流生態(tài)基流為約束條件的水資源開發(fā)模式。在治理點源污染的同時加大對面源污染的治理力度，控制氮排放量。繼續(xù)完善水資源統(tǒng)一管理與調(diào)度制度、深化水資源管理體制改革和機制創(chuàng)新，探索建立流域科學(xué)決策民主管理機制，實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置，達(dá)到以水資源可持續(xù)利用保障經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的最終目標(biāo)。

[1]鄭自寬,朱金花,趙治文,等.石羊河流域地表水限制納污紅線控制指標(biāo)與應(yīng)用[R].蘭州.2012:8-9.

[2]康國璽，石羊河生態(tài)修復(fù)與環(huán)境治理探討[J].中國水利.2005(8):30-31.

[3]劉曉峰，許靜.石羊河流域水環(huán)境承載力分析研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計.2011(3)：17-20.

[4]朱金花，甘肅渭河流域水環(huán)境承載能力及污染控制分析[J].地下水.2012(3)：94-96.

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1004-1184(2016)06-0078-02

2016-06-06

朱金花(1966-)，女，甘肅平?jīng)鋈?，高級工程師，主要從事水環(huán)境監(jiān)測、評價及保護(hù)工作。