鄭州市上街區(qū)水功能區(qū)納污能力分析研究

鄭秋生

(鄭州大學(xué)管理工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

汜水河、枯河為鄭州市上街區(qū)的主要防洪、排澇河道，均屬黃河支流。由于河道沿線污水排放，污染物排放超過(guò)水體納污能力，導(dǎo)致河道水體部分化學(xué)指標(biāo)超標(biāo)，其水質(zhì)類別分別為Ⅳ類、劣Ⅴ類，河道治污形勢(shì)嚴(yán)峻。由于河道水體自凈能力低，水質(zhì)較差，難以形成完整的水生生物棲息地和食物鏈系統(tǒng)，水生植物和濱水植物種類單一，河道生態(tài)環(huán)境脆弱。因此，通過(guò)計(jì)算上街區(qū)水功能區(qū)的納污能力并進(jìn)行分析研究，對(duì)區(qū)域河湖水生態(tài)環(huán)境管理及沿河排污口排污量控制至關(guān)重要。

1 水功能區(qū)劃和水質(zhì)目標(biāo)

1.1 河流基本情況

上街區(qū)的河流水系均屬于黃河流域，主要河流為汜水河和枯河，境內(nèi)無(wú)天然湖泊水庫(kù)。其中汜水河發(fā)源于新密市尖山鄉(xiāng)田中灣村，流經(jīng)鞏義市新中鎮(zhèn)及米河鎮(zhèn)、滎陽(yáng)市高山鎮(zhèn)、上街區(qū)峽窩鎮(zhèn)，于滎陽(yáng)市汜水鎮(zhèn)流入黃河，流域面積373.28km2，河道干流全長(zhǎng)46.74km，在上街區(qū)境內(nèi)河段長(zhǎng)9.10km，屬過(guò)境河流。汜水河是季節(jié)性河流，枯水年份最小流量為0.53m3/s，最大流量無(wú)記錄，常年平均流量2.60m3/s。

枯河發(fā)源于鄭州市上街區(qū)廿鋪村，向東南流經(jīng)上街區(qū)、滎陽(yáng)市、惠濟(jì)區(qū)，在惠濟(jì)區(qū)古滎北流入黃河，流域面積250.40km2，河道干流全長(zhǎng)40.60km，在上街區(qū)境內(nèi)河段長(zhǎng)約2.00km?？莺邮羌竟?jié)性河流，承擔(dān)著上街區(qū)北部、滎陽(yáng)市北部、惠濟(jì)區(qū)西北部防洪排澇任務(wù)，屬于跨區(qū)排水河道。

1.2 水功能區(qū)劃分

按照流域分區(qū)，上街區(qū)處于黃河小浪底—花園口干流區(qū)；從水功能區(qū)角度，上街區(qū)隸屬于兩個(gè)一級(jí)水功能區(qū)(汜水河鞏義滎陽(yáng)開(kāi)發(fā)利用區(qū)和枯河滎陽(yáng)鄭州開(kāi)發(fā)利用區(qū))和兩個(gè)二級(jí)水功能區(qū)(汜水河滎陽(yáng)過(guò)渡區(qū)和枯河滎陽(yáng)鄭州農(nóng)業(yè)用水區(qū))。

核定現(xiàn)狀及遠(yuǎn)期規(guī)劃水平年地表水總納污能力，需確定河道水質(zhì)規(guī)劃目標(biāo)。根據(jù)上街區(qū)水功能區(qū)水質(zhì)現(xiàn)狀、排污狀況、不同水功能區(qū)特點(diǎn)、環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)以及當(dāng)?shù)丶夹g(shù)經(jīng)濟(jì)條件等，結(jié)合《鄭州市上街區(qū)生態(tài)水系規(guī)劃(2013年)》及省、市對(duì)生態(tài)環(huán)境方面的最新要求，擬定河道水質(zhì)的規(guī)劃目標(biāo)，見(jiàn)表1。

表1 上街區(qū)河道水質(zhì)規(guī)劃目標(biāo)

2 水功能區(qū)納污能力計(jì)算

水功能區(qū)納污能力是在給定水域范圍和一定設(shè)計(jì)流量條件下，滿足水功能區(qū)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的最大允許納污量。納污能力分為現(xiàn)狀納污能力和規(guī)劃水平年納污能力。根據(jù)水資源綜合規(guī)劃有關(guān)技術(shù)要求，現(xiàn)狀污染程度小于納污能力的水功能區(qū)，以現(xiàn)狀污染物入河量為納污能力，現(xiàn)狀水質(zhì)較差的參照計(jì)算的納污能力。

2.1 模型選取

根據(jù)上街區(qū)河道的實(shí)際情況選取河道納污能力計(jì)算模型，汜水河、枯河等跨界河流污染物質(zhì)在較短時(shí)間內(nèi)能均勻混合，流速大于0.1m/s，采用一維水質(zhì)模型計(jì)算納污能力。

一維水質(zhì)模型公式如下：

(1)

式中：W為水域納污能力，t/a；Q為水功能區(qū)設(shè)計(jì)流量，m3/s；q為水功能區(qū)入河污水量，m3/s；Cs為水功能區(qū)水質(zhì)目標(biāo)，mg/L；k為污染物綜合衰減系數(shù)，1/s；x為水功能區(qū)上斷面到下斷面的距離，km；xi為簡(jiǎn)化后排污口到下計(jì)算斷面的距離，km；u為水功能區(qū)設(shè)計(jì)流量下的平均流速，m/s。

2.2 納污能力設(shè)計(jì)條件的確定

2.2.1 水文條件

水功能區(qū)納污能力的水文設(shè)計(jì)條件以計(jì)算斷面的設(shè)計(jì)流量表示?，F(xiàn)狀條件下，一般采用最近10年最枯月平均流量或90%保證率最枯月平均流量作為設(shè)計(jì)流量。集中式飲用水水源地采用95%保證率最枯月平均流量作為其設(shè)計(jì)流量。

該地區(qū)部分河流基流量很小或有可能斷流，可根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整設(shè)計(jì)保證率。結(jié)合《鄭州市水資源綜合規(guī)劃》，使控制斷面設(shè)計(jì)流量與河道生態(tài)基流保持一致，取75%保證率最枯月平均流量作為枯水期設(shè)計(jì)流量，取90%保證率最豐月平均流量作為豐水期設(shè)計(jì)流量。上街區(qū)范圍內(nèi)汜水河下游沒(méi)有水文站，各河道控制斷面流量采用水文比擬法進(jìn)行推求。

2.2.2 控制因子和水質(zhì)目標(biāo)

納污能力計(jì)算選取CODCr和氨氮作為主要控制因子。以水功能區(qū)相應(yīng)水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)類別的上限值作為水質(zhì)目標(biāo)值。水功能區(qū)相應(yīng)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)具體落實(shí)于相應(yīng)的監(jiān)控?cái)嗝?，斷面達(dá)標(biāo)即意味著水環(huán)境功能區(qū)水質(zhì)達(dá)標(biāo)。

2.2.3 背景濃度

參考水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)以對(duì)應(yīng)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)的上限值(達(dá)到對(duì)應(yīng)水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的最大值)作為本底濃度。

2.2.4 綜合衰減系數(shù)

根據(jù)《全國(guó)地表水環(huán)境容量核定技術(shù)復(fù)核要點(diǎn)》中提供的河道水質(zhì)綜合衰減系數(shù)參考值，結(jié)合各功能區(qū)水質(zhì)優(yōu)劣狀況和水文特征，進(jìn)行水質(zhì)綜合衰減系數(shù)的選取。根據(jù)實(shí)際情況，河道CODCr綜合衰減系數(shù)取0.06～0.15，氨氮衰減系數(shù)取0.1。

2.3 納污能力計(jì)算

經(jīng)計(jì)算核定2016年上街區(qū)地表水總納污能力：CODCr為305.1t/a，氨氮為25.5t/a；2020年地表水總納污能力：CODCr為293.1t/a，氨氮為24.1t/a；2030年地表水總納污能力：CODCr為276.8t/a，氨氮為22.8t/a。上街區(qū)河流納污能力計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 上街區(qū)河流納污能力計(jì)算結(jié)果

3 污染物削減量

水功能區(qū)污染物削減量為現(xiàn)狀入河排污量減去該功能區(qū)的納污能力。當(dāng)現(xiàn)狀入河排污量小于納污能力時(shí)，削減量為零。隨著上街區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，污染物排放量與入河量在規(guī)劃水平年內(nèi)將會(huì)明顯增加。根據(jù)相關(guān)環(huán)境成果，以偏安全角度預(yù)測(cè)各水平年污染物排放量，獲得該區(qū)域各河道污染物CODCr和氨氮的削減量。即規(guī)劃年2020年CODCr入河削減量至少應(yīng)達(dá)到944.60t/a，氨氮的削減量應(yīng)達(dá)86.05t/a；2030年CODCr削減量至少應(yīng)達(dá)到1297.00t/a，氨氮的削減量應(yīng)達(dá)117.98t/a。上街區(qū)各水功能區(qū)污染物削減量見(jiàn)表3。

表3 上街區(qū)河流污染物削減量計(jì)算結(jié)果

4 水環(huán)境存在問(wèn)題分析及建議

為實(shí)現(xiàn)上街區(qū)河道水質(zhì)的規(guī)劃目標(biāo)，完成河流污染物削減量控制任務(wù)，深入分析該區(qū)域水環(huán)境問(wèn)題成因也同樣重要。

4.1 水環(huán)境存在問(wèn)題分析

4.1.1 污染物排放總量超過(guò)河道納污能力

上街區(qū)河道是流域面積較小的二、三級(jí)河道，加上近年來(lái)氣候變化和河流沿線人類活動(dòng)的影響，導(dǎo)致天然徑流減小，河道水體自凈能力低。同時(shí)由于沿線污水處理廠污水排放標(biāo)準(zhǔn)低，污染物排放總量超過(guò)了河道納污能力，河道不能完全消納排入的污水，導(dǎo)致河道部分水質(zhì)超標(biāo)。

4.1.2 跨界河流上游污水排放

近年來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，上游污水排放量逐漸增加，未經(jīng)處理的污水經(jīng)汜水河進(jìn)入上街區(qū)，導(dǎo)致汜水河上街區(qū)河段受到污染，河水部分化學(xué)指標(biāo)超標(biāo)，影響了區(qū)域水環(huán)境質(zhì)量以及水資源的開(kāi)發(fā)利用，也不利于河道周邊親水群眾的身心健康。

4.1.3 點(diǎn)源、面源污染未得到有效控制

沿河鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村居民居住分散，鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水管網(wǎng)收集率偏低，雨污混流情況比較普遍，污水不能集中處理排放，部分企業(yè)存在污水直排的情況。污染源防治面廣、量大，沿河點(diǎn)源、面源污染未得到有效的控制，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)河流受到污染。

4.1.4 沿線群眾參與河湖保護(hù)積極性不高

政府對(duì)沿線居民環(huán)保宣傳力度不足，河流沿線群眾缺乏主人翁意識(shí)，存在向河道內(nèi)隨意傾倒垃圾的情況，同時(shí)對(duì)發(fā)現(xiàn)的水污染環(huán)境情況未能及時(shí)進(jìn)行制止和舉報(bào)。

4.2 建議

為使上街區(qū)河流水質(zhì)達(dá)到規(guī)劃水質(zhì)目標(biāo)的要求，一方面，必須要嚴(yán)格控制入河污染物總量：建立健全區(qū)域內(nèi)污水收集處理系統(tǒng)，有效控制點(diǎn)源、面源污染，工業(yè)廢水、生活污水達(dá)標(biāo)處理后才能排入河道；加強(qiáng)跨界河流入境斷面水質(zhì)監(jiān)測(cè)，及時(shí)控制輸入性水質(zhì)污染。另一方面，必須高效合理利用水資源：充分利用水利工程調(diào)蓄河湖水，提高河湖水資源利用程度；增加河道生態(tài)補(bǔ)源工程建設(shè)，提高生態(tài)用水保障；加強(qiáng)中水利用能力建設(shè)，提高中水利用效率。