晉中市水功能區(qū)納污能力及限排總量研究

李秀平

（晉中市水資源管理委員會(huì)辦公室，山西 晉中 030600）

1 區(qū)域基本概況

1.1 自然地理概況

晉中市地處山西省中部，境內(nèi)河流分屬黃河、海河兩大流域，黃河流域的河流大部分匯入汾河，海河流域的河流分別注入南運(yùn)河和子牙河。其中，黃河流域總面積9 189 km2，占全市總面積的56.2%；海河流域總面積7 158 km2，占全市總面積的43.8%。汾河在祁縣夏家堡進(jìn)入晉中市境內(nèi)，經(jīng)平遙縣、介休市（縣級(jí)）兩縣，最后從靈石縣南關(guān)鎮(zhèn)流出山西省，境內(nèi)全長(zhǎng)128 km。海河流域的各河流貫穿和順、左權(quán)、昔陽(yáng)、榆社4縣大部及壽陽(yáng)縣東部部分地區(qū)。其中：南運(yùn)河水系在晉中市有清漳東源、清漳西源和濁漳北源；子牙河水系市內(nèi)有松溪河、桃河等。

晉中市河流總長(zhǎng)度約1 764 km。全市水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)控制的河長(zhǎng)為1 221.4 km，占河流總長(zhǎng)度的69%。市內(nèi)部分河流污染問(wèn)題突出，污染的河流大部分為劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì)。水功能區(qū)納污能力的準(zhǔn)確核定，河流污染物排放量的嚴(yán)格控制，對(duì)改善晉中市水質(zhì)有積極作用。

1.2 水功能區(qū)劃及水質(zhì)目標(biāo)核定

為了合理確定地表水域功能，落實(shí)水功能區(qū)納污紅線(xiàn)，保護(hù)地表水生態(tài)，落實(shí)晉中市最嚴(yán)格水資源管理目標(biāo)，2014年，晉中市在滿(mǎn)足省級(jí)水功能區(qū)劃要求的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際情況，在原有《晉中市地表水功能區(qū)劃》的基礎(chǔ)上進(jìn)行了補(bǔ)充修改和完善。補(bǔ)充完善后的《晉中市地表水功能區(qū)劃》全市涉及22條河流，19座水庫(kù)，共劃分51個(gè)水功能區(qū)，區(qū)劃總河長(zhǎng)1 399.5 km。其中一級(jí)水功能區(qū)41個(gè)，包括保護(hù)區(qū)17個(gè)、緩沖區(qū)2個(gè)、開(kāi)發(fā)利用區(qū)22個(gè)。在一級(jí)區(qū)劃的22個(gè)開(kāi)發(fā)利用區(qū)中，劃分二級(jí)開(kāi)發(fā)利用區(qū)32個(gè)。境內(nèi)黃河流域水功能區(qū)共涉及13條河流，涉及河長(zhǎng)856.5 km，境內(nèi)海河流域水功能區(qū)共涉及9條河流，涉及河長(zhǎng)543.0 km，詳見(jiàn)表1。

表1 晉中市地表水功能區(qū)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)《晉中市實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度考核辦法》市政辦發(fā)〔2014〕61號(hào)的水功能區(qū)達(dá)標(biāo)目標(biāo)分解方案的要求，確定水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)如下：晉中市以Ⅱ類(lèi)水為水質(zhì)目標(biāo)的水功能區(qū)共9個(gè)，河長(zhǎng)297.2 km，占總河長(zhǎng)的21.2%；Ⅲ類(lèi)水為水質(zhì)目標(biāo)的水功能區(qū)共計(jì)25個(gè)，河長(zhǎng)602.2 km，占總河長(zhǎng)的43.0%；以Ⅳ類(lèi)水為水質(zhì)目標(biāo)的水功能區(qū)共計(jì)7個(gè)，河長(zhǎng)230.2 km，占總河長(zhǎng)的16.4%；以Ⅴ類(lèi)水為水質(zhì)目標(biāo)的水功能區(qū)共計(jì)10個(gè)，河長(zhǎng)269.9 km，占總河長(zhǎng)的19.3%。

2 水功能區(qū)水質(zhì)評(píng)價(jià)

研究以2016年為基準(zhǔn)，以2015年、2017年作為補(bǔ)充。近期為2018年，遠(yuǎn)期2020年為規(guī)劃水平年。

2.1 入河排污口評(píng)價(jià)

本次入河排污口調(diào)查資料，主要采用2016年山西省水質(zhì)普查入河排污口，市水利局、市環(huán)保局已備案的入河排污口及晉中市工礦企業(yè)用水大戶(hù)入河排污口等信息，對(duì)全市51個(gè)水功能區(qū)年排放量大于5萬(wàn)t的75處入河排污口進(jìn)行分析。經(jīng)調(diào)查，排污口主要集中在農(nóng)業(yè)用水區(qū)，占全市調(diào)查總數(shù)的52%，其次是工業(yè)用水區(qū)和排污控制區(qū)，占全市調(diào)查總數(shù)的20%左右。全市年廢污水入河總量為13 755.9萬(wàn)t，COD年入河總量為17 615.7 t，氨氮為2 577.9 t。全市入河排污口污染物平均濃度COD為97.8 mg/L，氨氮為11.2 mg/L，分別為《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）一級(jí)B排放標(biāo)準(zhǔn)的1.6倍和1.4倍。

全市水功能分區(qū)廢污水入河主要集中在農(nóng)業(yè)、工業(yè)用水區(qū)及排污控制區(qū)，而緩沖區(qū)、飲用水水源區(qū)、景觀娛樂(lè)用水區(qū)沒(méi)有調(diào)查到廢污水入河。其中，農(nóng)業(yè)用水區(qū)廢污水年入河總量為8 665.7萬(wàn)t，占全市總量的63.0%；主要污染物COD和氨氮年入河總量分別為12 387.5 t、1 900.5 t，占全市總量的70.3%和73.7%。工業(yè)用水區(qū)年廢污水入河量2 217.6萬(wàn)t，占全市總量的16.1%；主要污染物COD和氨氮年入河量分別為3 781.4 t和413.9 t，分別占全市總量的21.5%和16.1%。排污控制區(qū)廢污水年入河量2 706.7萬(wàn)t，占全市總量的19.7%；主要污染物COD和氨氮年入河量分別1 359.8 t和253.7 t，占全市總量的7.7%和9.8%。保護(hù)區(qū)、過(guò)渡區(qū)廢污水以及主要污染物入河量占比最小，均占全市1%以下。

2.2 水功能區(qū)水質(zhì)評(píng)價(jià)

地表水功能區(qū)分別開(kāi)展全指標(biāo)（地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目）和雙指標(biāo)評(píng)價(jià)，其中對(duì)于COD≤30 mg/L的水域，雙指標(biāo)評(píng)價(jià)項(xiàng)目為高錳酸鹽指數(shù)和氨氮，對(duì)于COD＞30 mg/L的水域，雙指標(biāo)評(píng)價(jià)項(xiàng)目為化學(xué)需氧量和氨氮。

51個(gè)地表水功能區(qū)中，榆次區(qū)澗河榆次景觀娛樂(lè)區(qū)、趙壁河和順昔陽(yáng)源頭水保護(hù)區(qū)、昔陽(yáng)工業(yè)農(nóng)業(yè)用水區(qū)三個(gè)功能區(qū)，因河干未能進(jìn)行現(xiàn)狀水質(zhì)達(dá)標(biāo)評(píng)價(jià)，因此，本次水功能區(qū)實(shí)際總評(píng)價(jià)個(gè)數(shù)為48個(gè)，占總數(shù)的94.1%，達(dá)標(biāo)水功能區(qū)數(shù)目34個(gè)，達(dá)標(biāo)率為70.8%；評(píng)價(jià)河長(zhǎng)1 339.1 km，占總河長(zhǎng)的95.7%，達(dá)標(biāo)率為73.7%。不同類(lèi)別水功能區(qū)分析：緩沖區(qū)和飲用水源區(qū)達(dá)標(biāo)率最高，為100%；其次為保護(hù)區(qū)，達(dá)標(biāo)率和河長(zhǎng)達(dá)標(biāo)率為94%左右；農(nóng)業(yè)用水區(qū)數(shù)量達(dá)標(biāo)率和河長(zhǎng)達(dá)標(biāo)率為69.0%左右；過(guò)渡區(qū)數(shù)量達(dá)標(biāo)率和河長(zhǎng)達(dá)標(biāo)率均50%以上；工業(yè)用水區(qū)數(shù)量達(dá)標(biāo)率和河長(zhǎng)達(dá)標(biāo)率分別為28.6%和36.1%，排污控制區(qū)最差，監(jiān)測(cè)斷面均不達(dá)標(biāo)；景觀娛樂(lè)用水區(qū)因代表斷面河干不進(jìn)行評(píng)價(jià)。晉中市水功能區(qū)現(xiàn)狀廢污水入河主要集中在汾河晉中農(nóng)業(yè)用水區(qū)、汾河介休排污控制區(qū)、松溪河昔陽(yáng)工業(yè)農(nóng)業(yè)用水區(qū)、惠濟(jì)河平遙農(nóng)業(yè)工業(yè)用水區(qū)、烏馬河太谷工業(yè)農(nóng)業(yè)用水區(qū)五個(gè)水功能區(qū)，年納入廢污水量、COD和氨氮入河量分別占全市入河總量的64.0%、73.8%、74.0%。水質(zhì)超標(biāo)項(xiàng)目主要為五日生化需氧量。

3 水功能區(qū)納污能力計(jì)算與分析方法

水功能區(qū)納污能力是指在某種污染物滿(mǎn)足水域功能要求的前提下，在給定的水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)值、設(shè)計(jì)水量、入河排污口位置及排污方式下，水功能區(qū)水體所能容納的最大污染物量。此次對(duì)晉中市所轄51個(gè)水功能區(qū)及其所屬22條河流的納污能力進(jìn)行核算。

3.1 模型的選擇

晉中市境內(nèi)河流大多屬有機(jī)污染型河流，基本滿(mǎn)足：一維均勻穩(wěn)定流（忽略橫向、垂向的擴(kuò)散），縱向擴(kuò)散項(xiàng)遠(yuǎn)小于平流輸送項(xiàng)，從而忽略縱向擴(kuò)散項(xiàng)，認(rèn)為排污口入河污染物一開(kāi)始就完全混合，選用一維水質(zhì)模型。

3.2 設(shè)計(jì)流量及設(shè)計(jì)流速的確定

取10～30年的最枯月平均流量值，作為設(shè)計(jì)流量計(jì)算樣本。各監(jiān)測(cè)斷面90%保證率下的斷面設(shè)計(jì)流量和平均流速，按如下原則確定：

一是有實(shí)測(cè)流量流速資料的斷面，利用水文站斷面及流量資料計(jì)算。

二是對(duì)沒(méi)有實(shí)測(cè)流速資料的河段，根據(jù)斷面特征推算或借用特征相近的其他河道流量流速關(guān)系分析確定，或采用經(jīng)驗(yàn)公式分析計(jì)算。

三是在上下游均無(wú)水文資料且斷面特征無(wú)法比照時(shí)，利用DEM數(shù)字高程模型生成控制斷面的大斷面圖，提取功能區(qū)河段比降，根據(jù)設(shè)計(jì)流量，選用合適的糙率，運(yùn)用曼寧公式推求控制斷面的設(shè)計(jì)流速。

3.3 綜合衰減系數(shù)的確定

本次水功能區(qū)納污能力計(jì)算綜合衰減系數(shù)的確定采用分析借用法，并與已有相關(guān)區(qū)域納污能力計(jì)算成果對(duì)照核定。確定本次河流納污能力計(jì)算中綜合衰減系數(shù)K的取值范圍在0.2～0.38 d-1之間，K氨氮取值在0.15～0.26 d-1之間。

3.4 初始濃度值Co和目標(biāo)水質(zhì)濃度Cs的確定

初始濃度值Co：若計(jì)算河流段為河源，則取源頭水水質(zhì)。若為上斷面的來(lái)水，則取上游功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值。

目標(biāo)水質(zhì)濃度Cs：原則上根據(jù)該單元所處的功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)確定，對(duì)應(yīng)濃度值則依據(jù)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002）對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)限值確定。同時(shí)考慮到上下游水資源開(kāi)發(fā)程度的差異，在其水質(zhì)控制范圍內(nèi)做合理調(diào)整。

3.5 水功能區(qū)納污能力研究成果分析

以各水功能區(qū)監(jiān)測(cè)斷面為計(jì)算單元，自上而下逐段進(jìn)行水域納污能力的計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，通過(guò)與歷史相關(guān)成果相對(duì)比，最終核定晉中市51個(gè)水功能區(qū)COD年納污能力為9 069 t，氨氮納污能力為393.2 t。分別為現(xiàn)狀入河總量的51.5%、15.3%，詳見(jiàn)表2。

表2 晉中市地表水功能區(qū)納污能力分類(lèi)匯總

通過(guò)對(duì)表2分析可知，區(qū)域內(nèi)各水功能區(qū)針對(duì)不同污染物的納污能力存在明顯不同。依據(jù)計(jì)算成果進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論：緩沖區(qū)、過(guò)渡區(qū)、保護(hù)區(qū)、飲用水源區(qū)、景觀娛樂(lè)用水區(qū)納污能力依次增加，這五類(lèi)水功能區(qū)COD和氨氮納污能力不足全市總納污能力的5.0%。農(nóng)業(yè)用水區(qū)既是廢污水排放集中也是納污量最大的水功能區(qū)，其COD和氨氮年納污能力為5 602.3 t和235.2 t，分別占全市總量的61.8%和59.8%?，F(xiàn)狀年入河量分別為17 615.7 t、2 577.9 t，分別已超地表水水體納污能力的1.9倍和6.6倍，其中工業(yè)用水區(qū)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)、排污控制區(qū)三個(gè)功能區(qū)超納污能力較多，工業(yè)用水區(qū)COD和氨氮超納污能力達(dá)2.5倍和6.1倍，其次農(nóng)業(yè)用水區(qū)COD和氨氮超納污能力達(dá)2.2倍和8.1倍。排污控制區(qū)超納污能力也相對(duì)較高。

4 限排總量控制及削減方案

結(jié)合水資源管理的實(shí)際情況，綜合確定研究區(qū)域限制排污總量分解技術(shù)方案，即現(xiàn)狀水質(zhì)達(dá)標(biāo)的水功能區(qū)，采用納污能力計(jì)算和現(xiàn)狀污染物入河量中的較小值作為對(duì)應(yīng)區(qū)域的限制排污總量；保護(hù)區(qū)、省界緩沖區(qū)、飲用水源區(qū)及其他水功能區(qū)，以核定的納污能力作為水平年限制排污總量。

晉中市水功能區(qū)2018年COD限制排放總量為12 835.7 t，氨氮為1 397.4 t，較現(xiàn)狀入河量分別削減5 912.9 t和1 231.8 t，削減率分別為33.6%和47.8%，屆時(shí)各分區(qū)水功能區(qū)達(dá)標(biāo)率達(dá)80%以上。2020年COD和氨氮限排總量分別是8 962.8 t、420.6 t，COD、氨氮在2018年入河量削減的基礎(chǔ)上再削減3 872.9 t和976.8 t，削減率分別為33.1%和72.6%。不同水平年污染物排放量按規(guī)劃削減后，各分區(qū)水功能區(qū)可望實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)率100%的水質(zhì)控制目標(biāo)，見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 COD限排量和削減量

圖2 氨氮限排量和削減量

5 結(jié)論

根據(jù)研究結(jié)果，相關(guān)部門(mén)應(yīng)將環(huán)境綜合整治重點(diǎn)放在COD和氨氮指標(biāo)的限值排放方面，不同水功能區(qū)的污染物消減量結(jié)果，工業(yè)用水區(qū)、農(nóng)業(yè)用水區(qū)控制壓力較大。嚴(yán)格按照分階段限排總量控制方案，制定相應(yīng)的控制方案并落實(shí)，在加強(qiáng)截污、治污的同時(shí)，加大污水處理廠升級(jí)改造力度。在有計(jì)劃逐漸削減污染物入河總量的前提下，積極調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，鼓勵(lì)企業(yè)改造生產(chǎn)工藝，減少?gòu)U污水的排放量，切實(shí)增加水質(zhì)監(jiān)測(cè)投入力度，達(dá)到分階段實(shí)現(xiàn)限排控制目標(biāo)。