重慶市臨江河永川段納污能力及限排總量分析

徐 浩 彭 輝 蘭 峰

(長(zhǎng)江委水文局長(zhǎng)江上游水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心， 重慶 400020)

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重慶市臨江河永川段納污能力及限排總量分析

徐 浩 彭 輝 蘭 峰

(長(zhǎng)江委水文局長(zhǎng)江上游水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心， 重慶 400020)

以重慶市臨江河永川段為研究區(qū)域，根據(jù)各水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)和水質(zhì)現(xiàn)狀，選取河流一維水質(zhì)模型，以COD和氨氮作為污染指標(biāo)，計(jì)算出各水功能區(qū)的納污能力，并提出相應(yīng)限制排污總量，計(jì)算結(jié)果可供臨江河水資源綜合管理和污染控制規(guī)劃參考。

水功能區(qū)；納污能力；限制排污總量；一維水質(zhì)模型；臨江河；重慶市

近年來(lái)，由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，人類(lèi)生產(chǎn)生活對(duì)水環(huán)境、水生態(tài)和水資源的影響加劇，使水環(huán)境保護(hù)和水資源管理面臨著更加嚴(yán)峻的形勢(shì)。隨著“三條紅線(xiàn)”的劃定以及《關(guān)于最嚴(yán)格水資源管理制度的意見(jiàn)》的實(shí)施，河流納污能力及限制排放總量等河流健康狀況方面的研究越來(lái)越受到人們的關(guān)注。臨江河橫跨重慶市永川區(qū)，地處農(nóng)耕地區(qū)，沿途城鎮(zhèn)較多，流經(jīng)路線(xiàn)復(fù)雜，在流域面積為50～1 000 km2的次級(jí)河流中具有典型的代表性。本文以臨江河永川段為研究區(qū)域，通過(guò)計(jì)算并分析流域內(nèi)各水功能區(qū)的納污能力，提出限制排污總量，可供該流域及類(lèi)似河流的水污染綜合治理參考。

1 臨江河水功能區(qū)相關(guān)狀況

1.1 臨江河概況

臨江河又稱(chēng)永川河，是長(zhǎng)江三峽庫(kù)區(qū)在重慶市永川區(qū)境內(nèi)的左岸一級(jí)支流，發(fā)源于永川區(qū)寶峰華家寺，于朱楊溪鎮(zhèn)匯入長(zhǎng)江，河長(zhǎng) 96.4 km，流域面積為730 km2，河口多年實(shí)測(cè)流量為 8.96 m3/s，是流域內(nèi)農(nóng)田灌溉、工礦企業(yè)用水及沿途居民生活用水的主要水源。流域?qū)賮啛釒駶?rùn)季風(fēng)氣候，年均降雨量約為1 050 mm，主要集中在豐水期。按照《三峽庫(kù)區(qū)及其上游水污染防治規(guī)劃》，臨江河被列為重慶市境內(nèi)擬進(jìn)行水污染綜合治理的次級(jí)河流之一，其污染主要來(lái)源于沿岸鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放的廢水、生活污水及農(nóng)業(yè)面源污染。

1.2 水功能區(qū)劃

根據(jù)《重慶市永川區(qū)水功能區(qū)劃》(2011年)，臨江河永川段共劃分一級(jí)水功能區(qū)3個(gè)，區(qū)劃河長(zhǎng)86.2 km。其中保護(hù)區(qū)1個(gè)，長(zhǎng)度為 6.1 km；保留區(qū)1個(gè)，長(zhǎng)度為12.6 km；開(kāi)發(fā)利用區(qū)1個(gè)，長(zhǎng)度為67.5 km，見(jiàn)圖1。

圖1 臨江河水系及水功能區(qū)劃示意

一級(jí)水功能區(qū)中開(kāi)發(fā)利用區(qū)河段長(zhǎng)度最長(zhǎng)，占區(qū)劃河長(zhǎng)的78%，位于關(guān)門(mén)山水庫(kù)大壩下游至臨江鎮(zhèn)桐子屋基處。其中，過(guò)渡區(qū)4個(gè)，排污控制區(qū)4個(gè)，排污控制區(qū)和過(guò)渡區(qū)數(shù)量最多，主要位于來(lái)蘇、永川城區(qū)、陳食、臨江等人口密集的城鎮(zhèn)，這與臨江河沿岸的開(kāi)發(fā)程度有關(guān)；此外還有飲用水源區(qū)2個(gè)，工業(yè)用水區(qū)1個(gè)，農(nóng)業(yè)用水區(qū)1個(gè)，景觀娛樂(lè)用水區(qū)1個(gè)，這與臨江河沿岸經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃有關(guān)。

另外，保護(hù)區(qū)長(zhǎng)度占區(qū)劃河長(zhǎng)的7%，位于臨江河源頭至關(guān)門(mén)山水庫(kù)大壩下游處，該功能區(qū)為保護(hù)源頭水及下游水質(zhì)設(shè)立。保留區(qū)長(zhǎng)度占區(qū)劃河長(zhǎng)的15%，位于臨江鎮(zhèn)桐子屋基至何埂鎮(zhèn)長(zhǎng)沖村江永橋處，該河段開(kāi)發(fā)利用程度不高。

1.3 水質(zhì)現(xiàn)狀

臨江河主要河段水質(zhì)以Ⅲ～Ⅳ類(lèi)為主，除臨江河永川源頭保護(hù)區(qū)的水質(zhì)未達(dá)到水功能區(qū)水質(zhì)管理目標(biāo)外，其他水功能區(qū)水質(zhì)均已達(dá)標(biāo)[1, 2]。各水功能區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀見(jiàn)表1。

表1 臨江河各水功能區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀

2 水質(zhì)模型選取及參數(shù)確定

2.1 水質(zhì)模型

水功能區(qū)納污能力是指，在滿(mǎn)足給定水域功能要求的前提下，在水功能區(qū)設(shè)計(jì)水量、水質(zhì)目標(biāo)值、入河排污口位置及排污方式確定的情況下，該水體所能容納的最大污染物容量[3]。

臨江河寬深比小，污染物在河流中容易均勻混合，滿(mǎn)足流場(chǎng)均勻穩(wěn)定等條件。河口多年實(shí)測(cè)流量(8.96 m3/s)符合《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》(GB/T 25173—2010)中選擇河流一維模型的基本條件(Q<150 m3/s)。在計(jì)算時(shí)，為方便處理計(jì)算，采用河流一維水質(zhì)模型，設(shè)定污染物排放口在同一水功能區(qū)內(nèi)沿河段均勻分布，將各排污口概化為均濃度排放，并據(jù)此推算該水功能區(qū)納污能力[4]。污染物濃度計(jì)算公式如下：

(1)

式中，Cx為流經(jīng)一段距離后的污染物濃度，mg/L；Co為起始斷面的污染物濃度，mg/L；x為該水功能區(qū)河段的長(zhǎng)度，m；u為設(shè)計(jì)流量下的平均流速 ，m/s；K為污染物綜合衰減系數(shù)，1/s。

相應(yīng)的納污能力計(jì)算公式為：

(2)

式中，M為污染物納污能力，t/a；Cs為水功能區(qū)終止斷面污染物的設(shè)定濃度，mg/L；Co為水功能區(qū)起始斷面污染物的設(shè)定濃度，mg/L；L為水功能區(qū)長(zhǎng)度，m；Q為初始斷面的入流流量，m3/s；Qp為污廢水排放流量，m3/s。

2.2 計(jì)算參數(shù)

(1) 設(shè)計(jì)流量。水域的納污能力不是固定不變的，在不同的水平年、不同保證率的前提下會(huì)得出不同的納污能力計(jì)算值。在實(shí)際計(jì)算中，設(shè)計(jì)流量的設(shè)定大小對(duì)計(jì)算結(jié)果影響較大，其合理性也將直接影響水功能區(qū)納污能力及限排方案設(shè)定的合理性[3]。

根據(jù)《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》(GB/T 25173—2010)，一般推薦采用最近10 a間最枯月平均流量或者90%保證率情況下最枯月的平均流量作為該水功能區(qū)的設(shè)計(jì)流量。有水文實(shí)測(cè)資料的河段，設(shè)計(jì)流量選取90%保證率下最枯月平均流量；在上下游水功能區(qū)均無(wú)系列水文資料而該水功能區(qū)資料又較少時(shí)，設(shè)計(jì)流量選取偏枯典型年的枯水期平均流量；在該水功能區(qū)河段內(nèi)無(wú)水文資料時(shí)，根據(jù)相鄰上下游有水文資料的水功能區(qū)，用內(nèi)插法確定設(shè)計(jì)流量；在上下游河段均無(wú)水文資料的水功能區(qū)，設(shè)計(jì)流量利用產(chǎn)流面積與水系或水文站控制產(chǎn)流面積的比例確定。

(2) 設(shè)計(jì)流速。對(duì)有實(shí)測(cè)流速資料的水功能區(qū)，設(shè)計(jì)流速采用該斷面的實(shí)測(cè)資料；對(duì)沒(méi)有相應(yīng)流速資料的水功能區(qū)，設(shè)計(jì)流速參照附近區(qū)域河流的流量流速關(guān)系進(jìn)行擬定。

表2 臨江河各水功能區(qū)納污能力計(jì)算參數(shù)擬定

(3) 初始濃度值。根據(jù)上一個(gè)水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值確定初始濃度值Co。若為源頭，則取源頭污染物濃度值。

(4) 水質(zhì)目標(biāo)值。污染物目標(biāo)值Cs為該水功能區(qū)的水質(zhì)設(shè)定值。

(5) 綜合衰減系數(shù)。在河流一維水質(zhì)模型中，采用綜合衰減系數(shù)。綜合衰減系數(shù)由污染物在水環(huán)境中的物理降解、化學(xué)降解和生物降解系數(shù)綜合擬定而來(lái)。根據(jù)相關(guān)實(shí)測(cè)成果，并參考《重慶市水資源綜合規(guī)劃水資源保護(hù)規(guī)劃》中一些中小河流以及其他類(lèi)似河流的綜合衰減系數(shù)[5- 6]，擬定得出臨江河的綜合衰減系數(shù)K值，對(duì)于COD為 2.315×10-6L/s，對(duì)于氨氮為 2.894×10-6L/s，較為符合臨江河的實(shí)際情況。

各水功能區(qū)的參數(shù)具體擬定值見(jiàn)表2。

3 計(jì)算結(jié)果

3.1 納污能力

根據(jù)設(shè)計(jì)條件分析計(jì)算，臨江河COD納污能力為1 095.7 t/a，氨氮納污能力為53.2 t/a。各水功能區(qū)納污能力見(jiàn)表3。

3.2 限制排污總量

3.2.1 各水功能區(qū)限排總量的確定

根據(jù)水功能區(qū)的實(shí)際污染物入河量和納污能力，綜合考慮該水功能區(qū)水質(zhì)狀況、當(dāng)?shù)丶夹g(shù)經(jīng)濟(jì)條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平，在給定的時(shí)間內(nèi)，允許進(jìn)入水功能區(qū)的最大污染物數(shù)量，稱(chēng)為限制排污總量。

表3 臨江河各水功能區(qū)納污能力計(jì)算 t/a

以河段的納污能力分析計(jì)算結(jié)果和該河段的現(xiàn)狀納污量、污水達(dá)標(biāo)排放量來(lái)確定限制排污總量，不同類(lèi)型的水功能區(qū)限制排污總量按不同的方法分別確定[3]。

(1) 現(xiàn)狀水質(zhì)達(dá)標(biāo)的水功能區(qū)，污染物入河量又小于納污能力計(jì)算值時(shí)，采用小于納污能力的入河排放量或納污能力作為限制排污總量。

(2) 因上一個(gè)水功能區(qū)來(lái)水污染導(dǎo)致該水功能區(qū)水質(zhì)未達(dá)標(biāo)或污染來(lái)源不能控制，污染物削減目標(biāo)難以實(shí)現(xiàn)的水功能區(qū)，不能達(dá)到設(shè)定的水質(zhì)目標(biāo)時(shí)，根據(jù)該功能區(qū)納污能力確定限制排污總量。

(3) 現(xiàn)狀水質(zhì)未達(dá)標(biāo)而入河污染物削減較容易的水功能區(qū)，可采用納污能力作為限制排污總量。

(4) 現(xiàn)狀水質(zhì)未達(dá)標(biāo)而入河污染物削減較難的水功能區(qū)，綜合考慮各水功能區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、污染物排入量、水質(zhì)現(xiàn)狀、污染物削減水平、污染治理水平及其上下游水功能區(qū)的敏感性等多方因素，按照從嚴(yán)控制、未來(lái)有所改善的要求，確定水功能區(qū)限制排污總量。

據(jù)估算，至2019年，臨江河COD限制排放總量為576.5 t/a，氨氮限制排放總量為 39.3 t/a。各水功能區(qū)限制排污總量見(jiàn)表4。

表4 臨江河各水功能區(qū)限制排污總量 t/a

3.2.2 相關(guān)水功能區(qū)限排總量設(shè)定釋義

(1) 永川源頭保護(hù)區(qū)位于臨江河源頭地區(qū)，由于現(xiàn)狀水質(zhì)未達(dá)標(biāo)，需對(duì)其入河污染物作削減處理，故設(shè)定限排總量為0，即不允許在該水功能區(qū)內(nèi)進(jìn)行排污操作。

(2) 永川城區(qū)飲用水源區(qū)為當(dāng)?shù)孛癖娚钐峁┲匾矗试O(shè)定限排總量為0。

(3) 城區(qū)過(guò)渡區(qū)、陳食過(guò)渡區(qū)、臨江過(guò)渡區(qū)等3個(gè)水功能區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)雖然達(dá)標(biāo)，但位于永川區(qū)域內(nèi)3個(gè)較大排污控制區(qū)下游，其污染物削減水平將受到上游排污量的影響，為保證在水平年期內(nèi)水質(zhì)能夠滿(mǎn)足水質(zhì)設(shè)定目標(biāo)，故設(shè)定限排總量為0。

(4) 其余水功能區(qū)現(xiàn)狀水質(zhì)均符合水質(zhì)管理目標(biāo)，其限排總量按照納污能力和污染物入河排污量進(jìn)行設(shè)定。

4 結(jié)論與建議

本文以臨江河為例，結(jié)合該流域水資源保護(hù)規(guī)劃要求，按照河流一維模型簡(jiǎn)化計(jì)算納污能力。經(jīng)計(jì)算，臨江河COD納污能力為1 095.7 t/a，氨氮納污能力為53.2 t/a；至2019年，COD限制排放總量為576.5 t/a，氨氮限制排放總量為39.3 t/a。

在進(jìn)行納污能力計(jì)算時(shí)，假設(shè)前提是水功能區(qū)中的各入河排污口在同一水功能區(qū)內(nèi)沿河均勻分布，但實(shí)際情況往往比較復(fù)雜，水體真正的納污能力與計(jì)算值會(huì)存在一定的差異。應(yīng)當(dāng)充分考慮水體的污染特性、自然特性等諸多因素，選擇合適的水質(zhì)模型，避免出現(xiàn)水體納污能力被過(guò)分地增大或減小，進(jìn)而造成不利于水資源保護(hù)的局面[7]。本文選用的河流一維水質(zhì)模型計(jì)算出的納污能力結(jié)果，與臨江河實(shí)際污染狀況及納污能力較為相符。

在設(shè)計(jì)限制排污總量時(shí)，要綜合考慮各水功能區(qū)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、污染物排入量、水質(zhì)現(xiàn)狀、污染物的削減水平、污染治理水平及其上下游水功能區(qū)的敏感性等多方因素，確定該水功能區(qū)的限制排污總量。

為充分發(fā)揮臨江河水資源的多種功能，不斷滿(mǎn)足流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)對(duì)水資源的客觀要求，必須強(qiáng)化對(duì)臨江河水功能區(qū)的管理。為此，建議做好以下工作。

(1) 注意處理好各水功能區(qū)之間、水功能區(qū)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展之間的關(guān)系，嚴(yán)格執(zhí)行水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)要求。

(2) 建立良性的投入運(yùn)行機(jī)制。將水功能區(qū)的保護(hù)和管理納入國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展計(jì)劃，加大水資源保護(hù)經(jīng)費(fèi)投入，滿(mǎn)足水資源保護(hù)、管理、監(jiān)測(cè)、科研等工作的需要。

(3) 開(kāi)展水功能區(qū)監(jiān)測(cè)、水資源配置、水生態(tài)安全、水資源環(huán)境生態(tài)修復(fù)與治理、管理技術(shù)、河流健康評(píng)價(jià)等方面的科學(xué)研究，積極推廣水資源環(huán)境生態(tài)修復(fù)與治理新技術(shù)并建立試點(diǎn)基地。

[1] GB 3838—2002地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2002.

[2] SL 397—2007地表水資源質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程[S]. 北京：中國(guó)水利水電出版社, 2007.

[3] GB/T 25173—2010 水域納污能力計(jì)算規(guī)程[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2010.

[4] 勞國(guó)民.污染源概化對(duì)一維模型納污能力計(jì)算的影響分析[J]. 浙江水利科技, 2009，165(5)：8-10.

[5] 訾香梅.陜西渭河流域水功能區(qū)水域納污能力分析[J]. 水利水電快報(bào), 2008，29(10):28-30.

[6] 蔚秀春.河流中污染物綜合降解系數(shù)的影響因素淺析[J].內(nèi)蒙古水利，2007(2)：116-117.

[7] 韓龍喜, 朱黨生, 蔣莉華. 中小型河道納污能力計(jì)算方法研究[J]. 河海大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版, 2002，30(1)：35-38.

(編輯：陳紫薇)

2016-09-15

徐浩，男，長(zhǎng)江委水文局長(zhǎng)江上游水環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，助理工程師.

1006-0081(2016)11-0044-04

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