長(zhǎng)慶溪流域水環(huán)境容量的研究

姚鵬程+潘文斌+陳弘

摘要：為了明確長(zhǎng)慶溪流域水環(huán)境容量，改善水質(zhì)不斷惡化的狀況，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)與水環(huán)境容量的協(xié)調(diào)發(fā)展，本文以長(zhǎng)慶溪流域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)對(duì)水文特征、污染物特征、水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查，同時(shí)結(jié)合水環(huán)境容量計(jì)算方法，選用一維水質(zhì)數(shù)學(xué)模型對(duì)其水環(huán)境容量進(jìn)行計(jì)算分析。計(jì)算結(jié)果表明，在最枯月90%保證率和最枯月30年平均流量的兩種不同水文條件下，COD的環(huán)境容量分別是708.6 t/a，317.06 t/a；NH3-N的環(huán)境容量分別是38.96 t/a，13.96 t/a。結(jié)合長(zhǎng)慶溪流域的現(xiàn)狀排污量可知，在現(xiàn)狀穩(wěn)定排污達(dá)標(biāo)情況下，該流域順達(dá)-蘆陽(yáng)橋段尚有一定的剩余環(huán)境容量。該結(jié)果可為該流域污染物總量分配方案的制定提供決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)慶溪流域；水質(zhì)模型；水環(huán)境容量

中圖分類(lèi)號(hào)：X321 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2018）01-0134-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.01.074

Research on water environmental capacity of Changqing River Basin

Yao Pengcheng1，Pan Wenbin1，Chen Hong2

（1. School of Environment and Resources， Fuzhou University， Fuzhou 350108，China；2. Fujian Province Environmental Research Academy，F(xiàn)uzhou 350000，China）

Abstrct： In order to define the environmental capacity and improve the deterioration of water quality in Changqing River basin and promote the harmonious development of economy and aquatic environment capacity，analyses on the present situation of water quality of Changqing River basin are conducted.The hydrological characteristics，the contamination characteristics and the water environment status were investigated.Combined with the design procedure of the water environmental capacity，one-dimensional water quality model was selected to calculate and analyze the water environmental capacity of Changqing River basin.The results showed that on the basis of the two hydrological conditions including minimum monthly flow with 90% guarantee rate and minimum monthly average flow in recent 30 years，the water environmental capacities of COD are estimated to be 708.6 t/a，317.06 t/a，respectively，and the water environmental capacities of NH3-N are estimated to be 38.96 t/a，13.96 t/a，respectively.Combining with the current emissions of pollutants we can know there is a certain residual environmental capacity in the Shunda - Luyang section of the basin under the condition of stable standardized discharge.The results can provide the basis for the formulation of the total pollutant distribution scheme.

Key words： Changqing River Basin；water quality model；water environmental capacity

水環(huán)境容量是一種有限的可再生自然資源，是經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的基礎(chǔ)，也是水環(huán)境污染控制和治理的重要依據(jù)。水環(huán)境容量的大小取決于水體的自然特性、水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和污染物本身的特性等[1]。文中研究的流域長(zhǎng)慶溪在嵩口鎮(zhèn)匯入大樟溪，其匯合口下游尚有多處水源保護(hù)區(qū)，而長(zhǎng)慶鎮(zhèn)蜜餞加工廢水對(duì)長(zhǎng)慶溪的長(zhǎng)期污染，勢(shì)必對(duì)大樟溪干流的用水水質(zhì)安全造成隱患，影響水體的正常功能。鑒于此，本文對(duì)長(zhǎng)慶溪流域進(jìn)行水環(huán)境容量分析， 以期為區(qū)域水污染控制提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

長(zhǎng)慶溪是大樟溪上游的一級(jí)支流，位于福建省福州市永泰縣的西北部，流域面積達(dá)253km2，發(fā)源于閩清池園，主河道長(zhǎng)16.5km，平均坡降8.8‰。長(zhǎng)慶溪由下際支流和長(zhǎng)慶支流組成，其中下際支流塔山匯合口以上流域面積118km2；長(zhǎng)慶支流塔山匯合口以上流域面積108.3km2，塔山匯合口至大樟溪區(qū)間流域面積 26.7 km2。長(zhǎng)慶溪流域氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū)，氣候溫和，雨量充沛。年平均氣溫18.9℃，年平均相對(duì)濕度為79.8%，年平均降水量1600mm。

表1 長(zhǎng)慶溪流域污染物入河量

污染物類(lèi)別 COD入河量（t/a） NH3-N入河量（t/a）

點(diǎn)源 面源 點(diǎn)源 面源

小計(jì) 50.735 67.56 7.610 0.220

總計(jì) 118.295 7.830

根據(jù)長(zhǎng)慶溪流域水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，該流域大部分水質(zhì)為劣Ⅴ類(lèi)，主要污染物為COD和氨氮，主要污染源為工業(yè)污染。根據(jù)調(diào)查得到流域范圍內(nèi)主要企業(yè)和污水處理站的排污量，可計(jì)算出點(diǎn)源排放污染量；借助BASINS系統(tǒng)中的PLOAD模型的簡(jiǎn)易法來(lái)計(jì)算流域范圍內(nèi)因降雨產(chǎn)生的非點(diǎn)源污染負(fù)荷；參考中國(guó)環(huán)境規(guī)劃院制定的《水環(huán)境容量技術(shù)指南》，確定非點(diǎn)源入河系數(shù)（取0.05），最終將長(zhǎng)慶溪流域徑流污染物產(chǎn)生量折算為入河量。其2015年污染物的入河量詳見(jiàn)上表1。

2 水質(zhì)指標(biāo)和模型的選取

參考《福州市地表水環(huán)境功能區(qū)劃定方案》，長(zhǎng)慶溪全段均屬于Ш類(lèi)水域功能。其水環(huán)境功能區(qū)執(zhí)行GB3838-2002《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ш類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)并以此為水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，利用福州大學(xué)于2015年12月28日對(duì)長(zhǎng)慶溪流域地表水環(huán)境的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（監(jiān)測(cè)斷面具體位置詳見(jiàn)表2-1），采用中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T2.3-93《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則》所推薦的單項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)法評(píng)價(jià)長(zhǎng)慶溪流域內(nèi)的水環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀，從而確定了長(zhǎng)慶溪主要水質(zhì)超標(biāo)因子為高錳酸鹽指數(shù)（ CODMn）和氨氮（ NH3-N），將這2個(gè)主要水質(zhì)因子作為水質(zhì)模型模擬和水環(huán)境容量計(jì)算的水質(zhì)指標(biāo)。

因長(zhǎng)慶溪流量Q<150m3/s，屬于中小型河流，河道窄淺，污染物進(jìn)入水體經(jīng)過(guò)河流稀釋與擴(kuò)散的作用后，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)均勻混合且污染物濃度在河段橫向方向上沒(méi)有很大的變化，橫向及垂向上的污染物濃度梯度可以忽略。所以，本文在計(jì)算長(zhǎng)慶溪流域水環(huán)境容量時(shí)，選用一維水質(zhì)模型以及水環(huán)境容量模型[2]。

3 模型設(shè)計(jì)條件

3.1 控制斷面

長(zhǎng)慶溪流域?qū)儆谒|(zhì)要求略低、經(jīng)濟(jì)不太發(fā)達(dá)的流域，主要污染源（蜜餞企業(yè)）均在順達(dá)公司排放口之下，因此本文選擇段尾控制法[3]。故本方案共計(jì)1個(gè)計(jì)算單元，該計(jì)算單元起始斷面為順達(dá)公司排污口上游30m，蘆陽(yáng)橋斷面為計(jì)算單元的終止斷面，詳見(jiàn)表3。

3.2 水文條件

本文選用的水文設(shè)計(jì)條件為大樟溪流域歷年最枯月90%保證率流量、最枯月近30年平均流量以及枯水期近30年平均流量三種情況。收集并整理永泰水文站（該站控制流域面積為4034km2）近三十年1～12月各月的平均流量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)每年最枯月所在月份及流量，把流量數(shù)據(jù)從大到小順序排列，根據(jù)公式（1）計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率，結(jié)合Excel電子表格處理繪制海森概率格紙，從而繪制P-III型水文頻率曲線。由曲線可得：永泰水文站90%頻率下的設(shè)計(jì)流量為64.6m3/s。

收集并整理永泰水文站1982年～2012年各月平均流量數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)每年最枯月、枯水期所在月份，計(jì)算永泰站平均流量，可知大樟溪永泰水文站最枯月90%保證率、最枯月、枯水期設(shè)計(jì)流量分別為：64.6 m3/s、21.7 m3/s、109.2 m3/s。綜合上述結(jié)果，本文僅計(jì)算最枯月90%保證率和最枯月設(shè)計(jì)流量?jī)煞N情況。

3.3 計(jì)算各斷面設(shè)計(jì)流量

根據(jù)永泰水文站的設(shè)計(jì)流量，采用徑流面積指數(shù)法推算各斷面設(shè)計(jì)流量[4]，結(jié)果見(jiàn)表4。

3.4 排污口概化

為了計(jì)算方便，一般將排污口根據(jù)以下幾點(diǎn)進(jìn)行處理：

（A）污水排放流量較大的企業(yè)排污口，可以作為獨(dú)立的排污口處理；（B）距離較遠(yuǎn)且排污量都較小的分散排污口，一般概化為非點(diǎn)源，僅影響水域水質(zhì)本底值；（C）多個(gè)排污口距離較近，可將幾個(gè)排污口簡(jiǎn)化為集中的排污口，即概化排污口。

根據(jù)以上排污口概化計(jì)算方法，對(duì)長(zhǎng)慶溪各排污口概化，COD與氨氮排放濃度取允許排放濃度最大值。考慮到水系較短，其降解污染物能力有限，故將所有污染物的降解系數(shù)設(shè)置為0。

4 水質(zhì)降解系數(shù)確定與指數(shù)換算

污染物降解系數(shù)主要通過(guò)水團(tuán)追蹤試驗(yàn)[7]、實(shí)測(cè)資料反推[8]、類(lèi)比法、分析借用等方法確定[9]?？紤]到研究水系較短且水系中污染物的降解能力有限，將所有污染物的降解系數(shù)設(shè)置為0。

由于河流常規(guī)監(jiān)測(cè)的是CODMn而不是CODcr，所以必須先進(jìn)行換算。借鑒閩江流域水環(huán)境容量研究的研究成果（福建省環(huán)境科學(xué)研究院，2014年12月），確定換算系數(shù)為3.7，詳見(jiàn)表6。

5 水環(huán)境容量計(jì)算

綜合考慮研究區(qū)域的實(shí)際情況，采用模型試錯(cuò)法，是目前比較常用的水環(huán)境容量計(jì)算方法[10]。

根據(jù)以上選定的計(jì)算模型與設(shè)計(jì)條件，通過(guò)試錯(cuò)法結(jié)合同時(shí)滿(mǎn)足III類(lèi)水體水質(zhì)指標(biāo)情況下反推COD總量和氨氮總量，得到長(zhǎng)慶溪順達(dá)-蘆陽(yáng)橋水域的理想水環(huán)境容量，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表7。

5.1 水環(huán)境容量的核定

河流環(huán)境容量的核定，注意排除非點(diǎn)源污染負(fù)荷。理想水環(huán)境容量和非點(diǎn)源污染入河量的設(shè)計(jì)條件不同，所以不能直接把理想水環(huán)境容量減去非點(diǎn)源入河量[11]。從1993～2013永泰水文站降雨量資料中獲得的永泰降水的月值數(shù)據(jù)，研究區(qū)最枯月降雨量約占全年降雨量的1.5%，而以最枯月計(jì)算全年12個(gè)月的降雨量則占全年降雨量的18%。面源污染入河量要考慮降水徑流系數(shù)，取徑流系數(shù)0.9，則以最枯月計(jì)面源污染入河量約占全年面源污染入河量的16.2%，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表8。扣除了非點(diǎn)源污染入河量后得到長(zhǎng)慶溪順達(dá)-蘆陽(yáng)橋水環(huán)境容量，見(jiàn)表9。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)長(zhǎng)慶溪水環(huán)境容量模型的建立和模擬以及其容量測(cè)算結(jié)果可知，只要現(xiàn)有企業(yè)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，該流域順達(dá)-蘆陽(yáng)橋段尚有一定的剩余環(huán)境容量。在企業(yè)不搬遷情況下，相關(guān)部門(mén)應(yīng)對(duì)企業(yè)允許排污量分配按照企業(yè)污水設(shè)施設(shè)計(jì)排放量來(lái)進(jìn)行總量控制和排放濃度達(dá)標(biāo)監(jiān)管。但是從環(huán)境管理的角度，通過(guò)對(duì)流域內(nèi)蜜餞企業(yè)的整體搬遷入園，更有利于該小流域的生態(tài)恢復(fù)和環(huán)境保護(hù)，對(duì)大樟溪流域整體水環(huán)境保護(hù)具有現(xiàn)實(shí)意義。

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收稿日期：2017-12-11

作者簡(jiǎn)介：姚鵬程（1992-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)閰^(qū)域流域規(guī)劃與管理方面。