貴港市中小河流水功能區(qū)納污能力計(jì)算
——以馬來河為例

楊曉慶，陶昌弟

（廣西水利電力勘測設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，南寧 530023）

1 概述

貴港市地處珠江流域，境內(nèi)河流分別屬紅水河流域水系、左江及郁江流域水系、黔潯江流域水系。全市集水面積為50 km2及以上的河流有84 條。目前，貴港市地表水水功能區(qū)劃分為3個體系，即國家（流域）級水功能區(qū)、廣西壯族自治區(qū)級水功能區(qū)及貴港市級水功能區(qū)。市級水功能區(qū)涉及的河流共70 條，其余7 條因涉及跨市，且在貴港市境內(nèi)河段很短，未列入貴港市國家級、區(qū)級、市級水功能區(qū)?！顿F港市水功能區(qū)劃》[1]中貴港市中心河流水功能區(qū)劃共劃一級水功能區(qū)84 個，包括保護(hù)區(qū)1 個，保留區(qū)46個，開發(fā)利用區(qū)37個。其中，37個一級區(qū)的開發(fā)利用區(qū)劃分出50個二級水功能區(qū)，按第一用水指導(dǎo)功能劃分，包括13個飲用水源區(qū)、25個工農(nóng)業(yè)用水區(qū)、3個工業(yè)用水區(qū)、3個景觀娛樂用水區(qū)、4個農(nóng)業(yè)用水區(qū)、1個排污控制區(qū)、1個農(nóng)業(yè)飲用水源區(qū)。

2 馬來河概況

馬來河屬于貴港市市級水功能區(qū)的70 條中小河流之一，水功能區(qū)劃見表1、表2。馬來河屬西江水系黔江的一級支流，發(fā)源于貴港市大平天山，山頂高程為1 157.8 m，流向東北，經(jīng)貴港市龍山圩、中里圩、奇石鄉(xiāng)，進(jìn)入桂平市石龍鄉(xiāng)的新隆村古賽屯及武宣的桐嶺鄉(xiāng)，于石龍鄉(xiāng)東崗村匯入黔江，河流控制集水面積474 km2，干流長74 km，平均坡降2.13‰。馬來河上建有達(dá)開水庫，壩址位于桂平市石龍鎮(zhèn)，控制的集水面積為426.8 km2，于1965 年8 月建成，屬于多年調(diào)節(jié)水庫，總庫容4.24億m3，屬大型水庫。

表1 馬來河一級水功能區(qū)情況表

表2 馬來河二級水功能區(qū)情況表

3 納污能力計(jì)算

3.1 納污能力計(jì)算原則

本文納污能力計(jì)算主要遵循以下原則:

（1）納污能力核定的主要污染物指標(biāo)統(tǒng)一采用化學(xué)需氧量（COD）和氨氮（NH3-N）。

（2）屬于飲用水水源一級保護(hù)區(qū)的河段，其納污能力不需計(jì)算，直接取零。

（3）對于水功能區(qū)劃中的保護(hù)區(qū)、緩沖區(qū)和保留區(qū)，除飲用水水源一級保護(hù)區(qū)河段外，其余河段水質(zhì)目標(biāo)原則上是維持現(xiàn)狀水質(zhì)，若現(xiàn)狀入河量小于河流納污能力，其納污能力原則上采用現(xiàn)狀污染物入河量。對于需改善水質(zhì)的保護(hù)區(qū)、緩沖區(qū)和保留區(qū)，則進(jìn)行納污能力計(jì)算，計(jì)算方法同開發(fā)利用區(qū)。

（4）對于開發(fā)利用區(qū)，除飲用水水源一級保護(hù)區(qū)河段外，其他河段納污能力需根據(jù)各二級水功能區(qū)的設(shè)計(jì)條件和水質(zhì)目標(biāo)，選擇適當(dāng)?shù)乃克|(zhì)模型進(jìn)行計(jì)算。

（5）規(guī)劃水平年2020、2030年納污能力計(jì)算時需考慮河流、引調(diào)水工程、引水式水電站及規(guī)劃的水利工程影響。

3.2 模型的選擇

馬來河內(nèi)沒有單獨(dú)的水庫劃為水功能區(qū)，多年平均流量均小于15 m3/s，屬小型河段，河流型水功能區(qū)的納污能力計(jì)算均采用河流一維模型。河流的污染物濃度及其相應(yīng)的水域納污能力計(jì)算公式如下:

式中:Cx為流經(jīng)x 距離后的污染物濃度，mg/L；C0為污染物現(xiàn)狀濃度，mg/L；x為沿河段的縱向距離，m；u為設(shè)計(jì)流量下河道斷面的平均流速，m/s；K 為污染物綜合衰減系數(shù)，1/d；M 為水域納污能力，mg/L；Cs為水質(zhì)目標(biāo)濃度值，mg/L；Q 為初始斷面的入流流量，m3/s；Qp為廢污水排放流量，m3/s。

3.3 模型參數(shù)的率定

3.3.1 污染物綜合衰減系數(shù)K

參考《廣西壯族自治區(qū)主要污染物入河量測算及其模型應(yīng)用研究》中相關(guān)研究成果，本文計(jì)算根據(jù)河流水功能區(qū)的流速、污染物的大小情況確定COD 和氨氮的綜合衰減系數(shù)值，經(jīng)分析，COD 的綜合衰減系數(shù)取值范圍為0.09～0.12（1/d），氨氮的綜合衰減系數(shù)取值范圍為0.05～0.08（1/d）。

3.3.2 設(shè)計(jì)水文條件

（1）控制斷面?？刂茢嗝媸撬δ軈^(qū)納污能力計(jì)算的計(jì)算斷面，對于有水質(zhì)監(jiān)測的水功能區(qū)，控制斷面取水質(zhì)監(jiān)測斷面；對于無水質(zhì)監(jiān)測的水功能區(qū)，控制斷面取鄉(xiāng)鎮(zhèn)較密集、取水口和排污口較為集中、經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的河段作為代表斷面，根據(jù)以上原則，馬來河水功能納污能力計(jì)算控制斷面選擇馬來河港北保留區(qū)的斷面。

（2）集水面積。對于選擇河口作為控制斷面的功能區(qū)，控制斷面集水面積經(jīng)復(fù)核后采用廣西第一次全國水利普查之河湖普查成果；對于控制斷面不取在河口的水功能區(qū)，則采用地形圖圈量控制斷面集水面積，并結(jié)合水利普查的河湖普查成果、有關(guān)工程的設(shè)計(jì)報(bào)告、所在市（縣）水利電力志等資料，確定該控制斷面的集水面積，六臺、大奇石斷面積水面積為70 km2。

（3）斷面設(shè)計(jì)入流流量。河流型水功能區(qū)設(shè)計(jì)流量主要采用水文比擬法搬參證站設(shè)計(jì)流量，并考慮引提水工程、中小水電站的影響，同時結(jié)合河流上已建水利工程設(shè)計(jì)成果、收集的相關(guān)資料進(jìn)行復(fù)核。馬來河上有中里水文站，中里水文站位于港北區(qū)，設(shè)于1959 年，現(xiàn)有1959-1970 年、1981-1993 年徑流資料。中里站可以作為馬來河水功能區(qū)的設(shè)計(jì)流量參證站。

根據(jù)中里站實(shí)測歷年最枯月平均流量資料系列，按統(tǒng)一樣本法，采用數(shù)學(xué)期望公式進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算，再采用P-Ⅲ型線型通過目估適線，得到參證站P=90%、95%的最枯月設(shè)計(jì)流量分別為0.26、0.2 m3/s。

根據(jù)《水域納污能力計(jì)算規(guī)程》（GB/T25173-2010），本次水功能區(qū)納污能力計(jì)算采用的基準(zhǔn)年斷面設(shè)計(jì)入流流量為90%保證率最枯月平均流量?，F(xiàn)有攔河工程規(guī)定下放的環(huán)境基流為多年平均流量的10%，而中里水文站多年平均流量的10%為0.375 m3/s，大于本次采用的最枯月90%徑流0.26 m3/s，故攔河工程對90%最枯月流量無影響?？紤]到馬來河水功能區(qū)上均無大的用水戶和具有調(diào)蓄能力的水利工程，因此，各水功能區(qū)基準(zhǔn)年最枯月設(shè)計(jì)流量按面積比搬參證站基準(zhǔn)年最枯月徑流，對于水功能區(qū)與參證站不在同一年降雨深等值線區(qū)的情況，用年降雨深對其最枯月設(shè)計(jì)流量進(jìn)行修正。2020、2030年馬來河水功能區(qū)的設(shè)計(jì)流量與現(xiàn)狀年一致，基準(zhǔn)年2012 年、規(guī)劃水平年的設(shè)計(jì)流量成果見表3。

表3 馬來河水功能區(qū)設(shè)計(jì)流量、流速成果表

（4）廢污水排放流量Qp?，F(xiàn)狀廢污水排放量計(jì)算主要考慮生活、工業(yè)和集中養(yǎng)殖污染源，不考慮只在豐水期有較大影響的農(nóng)業(yè)面源污染。以入河排污口作為基本單元，采用調(diào)查統(tǒng)計(jì)法或估算法，確定水功能區(qū)廢污水排放量，再根據(jù)各排污口所在的水功能區(qū)，以水功能區(qū)為匯總單元確定各個水功能區(qū)的廢污水排放量，分析得相應(yīng)90%最枯月的廢污水排放流量。

（5）設(shè)計(jì)流速。中里站有實(shí)測資料，可以繪制水位～流量關(guān)系曲線、水位～面積關(guān)系曲線，根據(jù)設(shè)計(jì)流量推求設(shè)計(jì)水位和相應(yīng)的斷面面積，中里站P=90%、95%的設(shè)計(jì)流速均為0.04 m3/s。

3.3.3 初始斷面污染物濃度C0

初始斷面污染物濃度C0一般采用枯水期的平均值或上游相鄰水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值。當(dāng)計(jì)算區(qū)間是源頭時，C0取水質(zhì)本底值，即枯水期測量值，需轉(zhuǎn)換為COD、氨氮濃度值；當(dāng)計(jì)算區(qū)間不是源頭時，根據(jù)上一個水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值來確定C0，即上一個水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)值就是下一個功能區(qū)的初始濃度值C0。

3.3.4 水質(zhì)目標(biāo)濃度Cs

《貴港市水功能區(qū)劃》中分析了貴港市市級水功能區(qū)的水質(zhì)目標(biāo)類別，考慮到馬來河干流河長短、枯水期流量小，污染物的衰減能力差，水質(zhì)控制濃度以滿足下一個功能區(qū)水質(zhì)保護(hù)目標(biāo)為前提來確定，馬來河初始斷面及水質(zhì)目標(biāo)濃度成果見表4。

表4 馬來河二級水功能區(qū)水質(zhì)濃度成果表 mg/L

4 水功能區(qū)納污能力計(jì)算成果分析[2]

經(jīng)計(jì)算，馬來河港北開發(fā)利用區(qū)2020 年、2030年COD 納污能力均為9.7 t/a，氨氮納污能力為0.42 t/a；馬來河港北保留區(qū)2020年、2030年COD納污能力均為25.4t/a，氨氮納污能力為1.53 t/a；馬來河（達(dá)開水庫）貴港開發(fā)利用區(qū)2020、2030年COD 納污能力均為334.9 t/a，氨氮納污能力為12.59 t/a。對于現(xiàn)狀水質(zhì)達(dá)標(biāo)的水功能區(qū)，本次計(jì)算的各水功能區(qū)的納污能力不小于現(xiàn)狀的污染物入河量，成果合理。馬來河納污能力核定計(jì)算成果見表5。

表5 馬來河二級水功能區(qū)納污能力核定計(jì)算成果表

5 結(jié)語

馬來河為貴港市典型的中小河流，根據(jù)馬來河河流型水功能區(qū)的特點(diǎn)，選取河流一維模型計(jì)算各水功能區(qū)規(guī)劃水平年納污能力，為貴港市完善水資源管理體制、特別是控制污染物排放工作提供技術(shù)支撐，為貫徹落實(shí)“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水方針奠定基礎(chǔ)。