水環(huán)境容量概算和污染物總量分配探究

孫忠　沈俏會(huì)　戴昕　項(xiàng)國(guó)鋒

【摘要】：流域水體污染控制需要科學(xué)合理的水體污染物總量控制。以甌江干流松陰溪為研究對(duì)象，根據(jù)現(xiàn)狀水質(zhì)情況和水質(zhì)目標(biāo)估算水環(huán)境容量，再按不同區(qū)域進(jìn)行污染負(fù)荷總量削減分配，進(jìn)一步預(yù)測(cè)區(qū)域水質(zhì)的變化趨勢(shì)，以及水質(zhì)達(dá)標(biāo)的可行性。

【關(guān)鍵詞】：陰溪；水環(huán)境容量；總量分配

水環(huán)境容量是指為了保持水體特定水環(huán)境功能，結(jié)合當(dāng)?shù)卣O(shè)定的水質(zhì)目標(biāo)，對(duì)排放到該水體的污染物的總量進(jìn)行的設(shè)定，是在滿(mǎn)足一定的水質(zhì)前提下的最大允許污染負(fù)荷量，即最大的納污量。水環(huán)境容量體現(xiàn)了該水體的自我維持水質(zhì)和調(diào)節(jié)水環(huán)境功能的能力大小[1～2]。本研究以甌江干流松陰溪為研究對(duì)象，根據(jù)現(xiàn)狀水質(zhì)情況和水質(zhì)目標(biāo)估算水環(huán)境容量[3～4]，再按不同區(qū)域進(jìn)行污染負(fù)荷總量削減分配，進(jìn)一步預(yù)測(cè)區(qū)域水質(zhì)的變化趨勢(shì)，以及水質(zhì)達(dá)標(biāo)的可行性。

1、研究區(qū)域與研究方法

1.1 研究區(qū)域

松陰溪作為甌江重要支流之一，貫穿松陽(yáng)縣全境由西向東匯入甌江。全長(zhǎng)114公里，河寬約100米，流域面積2055平方公里。

1.2水質(zhì)模型選用

排入河流的廢水經(jīng)過(guò)一段距離即可混合均勻，在匯入口處采用零維混合稀釋模型，而后采用一維水質(zhì)模型[5]，以末端斷面水質(zhì)達(dá)標(biāo)為約束，反算匯水區(qū)內(nèi)的環(huán)境容量。

由于污染物排放口不規(guī)則地分布于河流的不同斷面，控制斷面的平均濃度將由所有排污口污染源在控制斷面產(chǎn)生的濃度疊加得到，因此各污染源排污口位置的概化對(duì)斷面濃度有很大影響。采用均勻概化計(jì)算水環(huán)境容量。均勻概化法即認(rèn)為將計(jì)算河段內(nèi)的多個(gè)排污口均勻地概化在河段內(nèi)，實(shí)現(xiàn)污染物在河段內(nèi)均勻分布。

在河段內(nèi)選擇一微小河段dx，其位置距河段段首距離為x，則此微段污染物輸運(yùn)至x = L處的剩余質(zhì)量為dm，上游各微段質(zhì)量降解到x = L斷面處的總質(zhì)量疊加設(shè)為m，則

均勻概化河段納污能力的計(jì)算公式為：

式中：M—水環(huán)境容量，g/s（結(jié)果表示時(shí)換算為kg/d）；cs—水質(zhì)目標(biāo)濃度值，mg/L；

L—河段的全長(zhǎng)，m；Q—河段設(shè)計(jì)流量，m3/s；其余符號(hào)同前。

1.3水環(huán)境容量計(jì)算

基于建立的水質(zhì)模型，在一定設(shè)計(jì)流量（90%保證率）條件下，設(shè)置不同的水質(zhì)目標(biāo)，采用模型試錯(cuò)法計(jì)算研究區(qū)域的水環(huán)境容量[6]。

1.4數(shù)據(jù)來(lái)源

水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于松陽(yáng)縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站提供的每月常規(guī)例行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)后得到年均結(jié)果，并對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。水文水量數(shù)據(jù)采用甌江流域研究報(bào)告和當(dāng)?shù)厮痔峁┑臄?shù)據(jù)。污染物總量分配中的污染物排放量概算采用當(dāng)年松陽(yáng)縣環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒相關(guān)數(shù)據(jù)。

2、結(jié)果與討論

2.1 水環(huán)境容量計(jì)算

參考浙江省流域控制單元?jiǎng)澐?，根?jù)松陰溪流域地形與匯水范圍，確定對(duì)松陰溪流域水體水質(zhì)有影響的區(qū)劃范圍。為保障控制工程順利進(jìn)行，確保同一控制單元由同一行政單位管理，結(jié)合行政區(qū)劃，將松陰溪流域堰后斷面劃分為15個(gè)控制單元。

根據(jù)《全國(guó)水環(huán)境容量核定技術(shù)指南》，一般情況下，應(yīng)選擇一維模型進(jìn)行模擬計(jì)算，以近10年最枯流量作為設(shè)計(jì)流量。綜合各方面的資料，甌江的降解系數(shù)KCOD為0.2 d-1，K氨氮為0.3 d-1，K總磷為0.3 d-1，并以此測(cè)算水環(huán)境容量。

根據(jù)水文數(shù)據(jù)，計(jì)算得到近10年最枯月平均流量，核算極端不利情形下的區(qū)域納污能力。

以近10年最枯月平均流量核算極端條件下松陰溪流域的納污能力，以此核算枯水年設(shè)計(jì)流量下堰后斷面水質(zhì)保持情況及匯水區(qū)的污染物允許排放量。

根據(jù)水環(huán)境容量及污染物排放量分析，枯水年設(shè)計(jì)流量下，松陰溪流域氨氮排放量已接近水環(huán)境容量，而總磷排放量均已超過(guò)水環(huán)境容量。因此，總磷是造成堰后斷面水質(zhì)不穩(wěn)定的主要原因，在后續(xù)開(kāi)展流域水環(huán)境治理與保持及污染物排放方面，需嚴(yán)格控制氨氮和總磷的污染物排放量。

2.2 許可排放量分配

松陰溪流域共分為15個(gè)控制單元，綜合考慮各單元經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、污染物貢獻(xiàn)及現(xiàn)階段排放總量，采用等比例分配法，將允許排放量細(xì)分至各個(gè)控制單元中[7]。選用分配方式：以上游來(lái)水——松陽(yáng)二中為Ⅲ類(lèi)水質(zhì)，以近10年最枯月平均流量計(jì)算得到的水環(huán)境容量，計(jì)算匯水區(qū)各控制單元許可排放量分配。

通過(guò)實(shí)施基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，強(qiáng)化城鎮(zhèn)農(nóng)村生活污染源、工業(yè)污染源治理，將快速、有效推進(jìn)堰后斷面流域水環(huán)境隱患的解決.根據(jù)預(yù)測(cè)，至2020年，總磷入河量超過(guò)枯水年設(shè)計(jì)流量下松陰溪流域的總磷容量。根據(jù)歷年水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，氨氮和總磷是堰后斷面的定類(lèi)指標(biāo)，所需削減量較大，其中總磷排放量經(jīng)削減后仍接近水環(huán)境容量。匯水區(qū)內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道必須扎實(shí)推進(jìn)農(nóng)村環(huán)境綜合整治的各項(xiàng)工作，促進(jìn)畜禽養(yǎng)殖污染物減排，加強(qiáng)種植業(yè)污染源頭控制，從而保障斷面實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定保持在Ⅲ類(lèi)水體。

結(jié)論

根據(jù)甌江干流松陰溪的堰后斷面水量、水質(zhì)數(shù)據(jù)以及水質(zhì)目標(biāo)的計(jì)算結(jié)果，預(yù)測(cè)認(rèn)為至2020年，總磷入河量超過(guò)枯水年設(shè)計(jì)流量下松陰溪流域的總磷容量，因此應(yīng)嚴(yán)格控制匯水區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道總磷的排放量，并需要進(jìn)一步推進(jìn)區(qū)域內(nèi)總磷減排工作，以保障該斷面的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。

【參考文獻(xiàn)】：

[1]張永良.水環(huán)境容量基本概念的發(fā)展[J].環(huán)境科學(xué)研究，1992，5（3）：59-61.

[2]董飛.地表水水環(huán)境容量計(jì)算方法回顧與展望[J]. 水科學(xué)進(jìn)展，2014，5（25）：451-461

[3]周剛，雷坤，富國(guó).河流水環(huán)境容量計(jì)算方法研究[J].水利學(xué)報(bào).2014.45（ 2） ： 227-234.

[4]陳燕華，李彥武，牟海省，等.長(zhǎng)江九江段水環(huán)境容量研究[J].環(huán)境科學(xué)研究，1994，7（ 1） ： 24-29.

[5]韓進(jìn)能.河流一維水質(zhì)模型在水環(huán)境容量計(jì)算方面的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù) ， 1995 （4） ：43-45

[6]董飛 ，劉曉波 ，彭文啟. 地表水水環(huán)境容量計(jì)算方法回顧與展望[J]. 水科學(xué)進(jìn)展 ， 2014 ， 25 （3） ：451-463.

[7]劉媛媛 ， 錢(qián)新， 王炳權(quán). 基于控制單元的水環(huán)境容量分配研究[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報(bào) ， 2013 ， 29 （1） ：110-116